張 攀，姚文藝，劉國彬，肖培青

土壤復(fù)合侵蝕研究進展與展望

張 攀1,2，姚文藝1※，劉國彬2，肖培青1

（1. 黃河水利科學研究院水利部黃土高原水土流失過程與控制重點實驗室，鄭州 450003；2. 中國科學院教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心，楊凌 712100）

土壤復(fù)合侵蝕是在兩種或多種以上侵蝕營力交互作用或耦合作用下發(fā)生的侵蝕現(xiàn)象，也是最難治理的生態(tài)環(huán)境問題之一。近年來，在復(fù)合侵蝕發(fā)生機理、復(fù)合侵蝕對土壤退化作用及多動力侵蝕交互作用的模擬技術(shù)等方面取得了明顯進展。該文基于前人研究成果，系統(tǒng)總結(jié)了復(fù)合侵蝕類型與特征、復(fù)合侵蝕發(fā)生機理、復(fù)合侵蝕研究方法等若干方面的研究進展，分析了研究中存在的主要問題，提出了今后在復(fù)合侵蝕規(guī)律與模擬試驗方法等研究中需要重點解決的若干關(guān)鍵科學問題，以及應(yīng)關(guān)注的基于多源數(shù)據(jù)融合的降雨-風洞-凍融等多動力交替循環(huán)試驗?zāi)M技術(shù)、復(fù)合侵蝕系統(tǒng)中驅(qū)動因子作用的定量評估技術(shù)與方法、多動力不同耦合狀態(tài)下產(chǎn)沙過程辨識及量化等研究方向，以期為開展相關(guān)研究提供參考。

土壤；侵蝕；凍；多動力交互；侵蝕效應(yīng)；驅(qū)動因子；研究進展

0 引 言

土壤侵蝕是土壤或母質(zhì)在水力、風力、重力、凍融等內(nèi)外營力作用下被破壞、剝離和搬運的過程，這一過程可以是其中一種力引起的，有可能是多種力引起的，而多種力的作用關(guān)系往往比較復(fù)雜，如可以是復(fù)合關(guān)系、交替關(guān)系，亦或是交互關(guān)系，由此形成了不同的侵蝕類型，從廣義上講，均可稱之為復(fù)合侵蝕。復(fù)合侵蝕往往強度高，嚴重導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境退化，因此，研究復(fù)合侵蝕發(fā)生發(fā)展規(guī)律是水土保持與生態(tài)治理的重大課題，是國家生態(tài)文明建設(shè)重大戰(zhàn)略實施的迫切科技需求。

復(fù)合侵蝕發(fā)生過程中，各外營力（如風力、水力、凍融等）不是單獨起作用的，而是在時空分布、能量供給、物質(zhì)來源等方面相互耦合，形成了與單一的水蝕或風蝕完全不同的泥沙侵蝕、搬運、沉積過程[1]。復(fù)合侵蝕往往具有多動力疊加、侵蝕類型多且持續(xù)時程長的突出特點，加重了土壤侵蝕強度。復(fù)合侵蝕可以分為兩種類型，一種是多種外營力同時發(fā)生、耦合作用，致使復(fù)合侵蝕力有別于單一侵蝕營力的特點，例如暴風雨等；另一種是多種外營力交替發(fā)生，一種侵蝕營力對地表物質(zhì)的侵蝕、搬運及沉積，為另一種侵蝕營力的再作用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)[2]，例如在水力、風力、凍融交替作用下的侵蝕產(chǎn)沙過程中，風力、凍融侵蝕為水力侵蝕提供了侵蝕物質(zhì)來源，直接影響侵蝕物質(zhì)的傳遞與轉(zhuǎn)化，從而對侵蝕產(chǎn)沙過程形成調(diào)控機制[3-4]。因此，研究復(fù)合侵蝕規(guī)律面臨著理論、方法與技術(shù)的多項挑戰(zhàn)。

復(fù)合侵蝕導(dǎo)致的生態(tài)退化已成為一個重要的全球性環(huán)境問題[5-7]。全世界易于發(fā)生風水兩相侵蝕的干旱、半干旱地區(qū)面積達2 374萬 km2，占全球陸地面積的17.5%[8]。強烈的復(fù)合侵蝕導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境具有明顯的波動性、多變性和脆弱性，使這些地區(qū)成為了高侵蝕模數(shù)和高含沙量分布的中心[9]。1995年，聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）啟動了撒哈拉地區(qū)的風水交互作用研究課題[10]。1999年國際地質(zhì)對比計劃（IGCP）項目也將風水交互作用作為一個重要的研究專題[11]。之后，在第七屆河流沉積學國際會議、第五屆國際風沙會議、第十二屆國際水土保持大會和全球變化與陸地生態(tài)-土壤侵蝕系統(tǒng)（GCTE-SEN）項目等一系列的國際會議和重大國際研究計劃中，風水兩相侵蝕被列為熱點研究領(lǐng)域和前沿科學問題，引起了學術(shù)界的廣泛關(guān)注[8]。多動力復(fù)合侵蝕過程的發(fā)生發(fā)展機理十分復(fù)雜，而現(xiàn)有研究大多忽視了多動力復(fù)合侵蝕系統(tǒng)的完整性，缺乏對復(fù)合侵蝕系統(tǒng)中各驅(qū)動因子之間的物質(zhì)和能量交換機制的深入認識，并在模擬試驗方面缺少對其過程進行有效分解與耦合的觀測方法，對三相或多相侵蝕的作用機理及多相侵蝕對產(chǎn)沙過程的驅(qū)動機制尚不清楚，而這正是有效治理復(fù)合侵蝕的關(guān)鍵科學問題之一。因而，系統(tǒng)總結(jié)目前國內(nèi)外關(guān)于復(fù)合侵蝕研究進展，評述研究中存在的難題和問題，對促進該方向的研究是非常必要的。為此，本文在前人研究成果基礎(chǔ)上，對目前國內(nèi)外關(guān)于復(fù)合侵蝕規(guī)律和研究方法進行了綜述，并提出了研究中存在的主要問題，并展望了未來研究方向，力求為開展相關(guān)研究提供參考。

1 土壤復(fù)合侵蝕研究進展

1.1 復(fù)合侵蝕類型與特征

1.1.1 復(fù)合侵蝕類型

中國位于歐亞大陸面向太平洋的東斜面上，氣候條件時空差異大，具有顯著的季風氣候和黃土高原、漫崗黑土、紅土丘陵等地貌的獨特侵蝕環(huán)境，形成了從東南以水力侵蝕為主的類型逐漸過渡到西北以風力侵蝕為主的分異規(guī)律，其間并有凍融等其他侵蝕類型的分布，在地域上是連續(xù)的，構(gòu)成了中國復(fù)合侵蝕的交錯帶[12]。土壤侵蝕與氣候密切相關(guān)，因此不同區(qū)域的侵蝕主導(dǎo)驅(qū)動力就有主次之分，構(gòu)成了不同的復(fù)合侵蝕類型。但是目前關(guān)于復(fù)合侵蝕類型的劃分并沒有統(tǒng)一的標準和有效方法，不同研究者劃分的類型各異。就目前的成果看，一般都是基于復(fù)合侵蝕的主導(dǎo)動力因子劃分的。海春興等[13]把中國的復(fù)合侵蝕劃分為5種類型，包括風力搬運為主的風水復(fù)合侵蝕，破壞性的風水復(fù)合侵蝕，高原風蝕為主的風水復(fù)合侵蝕，河流作用下的風、水、重力復(fù)合侵蝕，以及風選為主的風水復(fù)合侵蝕。姚正毅等[14]根據(jù)復(fù)合侵蝕營力在行政區(qū)內(nèi)的侵蝕模數(shù)比重和侵蝕面積比重作為劃分依據(jù)，把中國北方農(nóng)牧交錯帶風水復(fù)合侵蝕劃分為3個類型區(qū)，即風蝕與水蝕相當?shù)膹?fù)合區(qū)，以風蝕為主的復(fù)合區(qū)和以水蝕為主的復(fù)合區(qū)。

也有人按照侵蝕營力作用關(guān)系將風水復(fù)合侵蝕劃分為風水交替侵蝕、風水共同侵蝕兩大類[15]。其中風水交替侵蝕在時間上交替發(fā)生，風、水兩種侵蝕營力通過下墊面或可蝕物質(zhì)為媒介發(fā)生耦合作用；風水共同侵蝕是風、水直接耦合作用發(fā)生的侵蝕，不以媒介為耦合條件。Kirkby、Joanna等[16-17]根據(jù)侵蝕強度把風水復(fù)合侵蝕分為以風蝕為主的侵蝕過程、以水蝕為主的侵蝕過程和風水作用相當?shù)那治g過程三種類型。同時認為，由以風蝕為主轉(zhuǎn)化為以水蝕為主將伴隨著有效降雨量的增加，而且風水作用相當?shù)那治g過程其潛在侵蝕強度最大。雖然人們已經(jīng)認識到復(fù)合侵蝕的多類型問題，但目前仍屬于定性的分類，沒有統(tǒng)一的劃分方法和標準。

在不考慮人為侵蝕因素條件下，對常見的自然因素引起的復(fù)合侵蝕，大致可以歸納為三大類，即二相復(fù)合侵蝕、三相復(fù)合侵蝕和多相復(fù)合侵蝕（圖1）。

1.1.2 復(fù)合侵蝕特征

由于多動力的組合關(guān)系復(fù)雜，加之地形、土壤、植被、土地利用方式等下墊面因素的影響，復(fù)合侵蝕具有明顯的時空分異特征[18]和地域分異規(guī)律[14]。例如，風水復(fù)合侵蝕多發(fā)生在干旱半干旱地區(qū)，像非洲薩赫勒地區(qū)，位于熱帶沙漠與熱帶草原的過渡地帶，發(fā)生對流性暴雨之前通常是強風暴，風沙與流水交替作用劇烈[9]，屬典型的風水復(fù)合侵蝕區(qū)。全球干旱半干旱地區(qū)易發(fā)生風水復(fù)合侵蝕的面積約占全球面積的18%，發(fā)生的范圍相對其他類型的復(fù)合侵蝕更廣[13]。在氣候干旱、年內(nèi)溫差大且風大沙多的地區(qū)易發(fā)生水力、風力、凍融多動力復(fù)合侵蝕，例如中國鄂爾多斯高原砒砂巖地區(qū)；在亞熱帶、熱帶季風性濕潤氣候區(qū)山地，以發(fā)生水力、重力復(fù)合侵蝕為主，例如在廣東、廣西和江西等花崗巖地區(qū)。其中，正是由于風水復(fù)合侵蝕發(fā)生面積大，引起人們更多的關(guān)注，對其研究的成果也相對比較多。

圖1 自然復(fù)合侵蝕類型劃分

就局地而言，因地形地貌的差異性也會導(dǎo)致復(fù)合侵蝕類型的不同，如在中國黃土高原地區(qū)，中、小流域的水平分異及垂直分帶規(guī)律普遍存在，劉元保等[19]曾對黃土高原土壤侵蝕垂直分帶作了系統(tǒng)研究和劃分，從侵蝕程度上將黃土高原垂直侵蝕帶劃分為淺溝侵蝕帶、淺溝—切溝侵蝕交錯帶、切溝侵蝕帶等由弱到強的三個等級，黃土高原地區(qū)的土壤侵蝕的時空分異規(guī)律也較為顯著。不過，從目前研究看，即便是同一地區(qū)的研究結(jié)果，受地理位置、局部環(huán)境、研究尺度等的綜合影響，研究結(jié)果仍然不具有可比性。復(fù)合侵蝕與環(huán)境因子之間存在著復(fù)雜的時空變異關(guān)系，但由于人們對多動力作用過程及環(huán)境特征時空分布的響應(yīng)關(guān)系仍不明晰，復(fù)合侵蝕過程中驅(qū)動因子與環(huán)境因子間的響應(yīng)關(guān)系尚無法定量表達。

引起復(fù)合侵蝕的作用力在時間上往往是不同步的，延長了土壤遭受侵蝕的時間，復(fù)合侵蝕較單一營力侵蝕的強度要高。根據(jù)唐克麗對黃土高原土壤侵蝕研究[20]，強烈的土壤侵蝕不是發(fā)生在降雨量最多的水蝕地區(qū)，而是發(fā)生在降雨量為400 mm左右的水蝕風蝕交錯地區(qū)。這主要是由于全年水蝕、風蝕的強弱交替和相互促進以及水蝕風蝕在空間上的疊加，致使風水交錯侵蝕區(qū)的強度高于單一的水蝕區(qū)。砒砂巖水蝕、風蝕、凍融復(fù)合侵蝕區(qū)，其區(qū)域土壤侵蝕模數(shù)可達30 000～40 000 t/(km2·a)，雖然其面積僅占黃河流域的2%，但產(chǎn)生的粗泥沙占黃河下游淤積量的25%，對黃河的防洪安全構(gòu)成了極大威脅[21]。

復(fù)合侵蝕即具有連續(xù)性，又在不同時段具有以某種侵蝕力為主的演變特征。例如，在地質(zhì)時期的大尺度上，由于氣候的周期變遷，以水蝕為主的時期與以風水為主的時期會交替出現(xiàn)[22-23]，其時間跨度可以數(shù)百年乃至上千年；在年際尺度上，干濕變化使復(fù)合侵蝕的強弱和類型發(fā)生相應(yīng)變化[24]；在年尺度內(nèi)，降雨集中季節(jié)往往以水力、重力復(fù)合侵蝕為主，在季風期往往以風力侵蝕為主，在冬春之交，會以凍融侵蝕為主。尤其是在干旱環(huán)境下，濕度的增加會明顯改變侵蝕類型，如以風蝕為主改變?yōu)樗g為主，且其過渡區(qū)往往是侵蝕強度最大的[17]。當然了，風力也可以通過改變降雨雨滴形狀、大小、方向等而改變雨滴動能，從而與水力侵蝕耦合形成復(fù)合侵蝕[15]。

在鄂爾多斯高原砒砂巖區(qū)，復(fù)合侵蝕的季節(jié)性周期變化非常明顯。冬春季凍融、風化嚴重，瀉溜物堆積在坡腳形成扇形坡積裙；夏秋季暴雨洪水多發(fā)，形成富含泥沙的暴雨徑流，使前期堆積的粗顆粒泥沙大量向下輸移，導(dǎo)致高強度的侵蝕產(chǎn)沙過程（圖2）。水蝕-風蝕-凍融侵蝕是自然界水、風、溫度綜合作用的結(jié)果，形成了與單一的水蝕或風蝕發(fā)生機理完全不同的泥沙侵蝕、搬運、沉積過程[1]。然而，以往對這一地區(qū)的土壤侵蝕研究多以單相侵蝕為主，卻對復(fù)合侵蝕的交替過程與機理研究涉及較少，對于復(fù)合侵蝕對產(chǎn)沙過程的驅(qū)動機制仍不清楚。

圖2 風力、水力、凍融侵蝕過程耦合示意圖

砒砂巖區(qū)處于多種自然要素相互交錯的過渡區(qū)，風沙、溫差、地形、松散層、粒度組成等提供了泥沙產(chǎn)生的動力與邊界基礎(chǔ)，暴雨、裸露地表、入滲能力低等提供了泥沙輸移的條件，形成了特殊的復(fù)合侵蝕產(chǎn)沙機制[25,26]。凍融侵蝕導(dǎo)致砒砂巖表層酥松破碎，在重力作用下發(fā)生瀉溜，形成堆積在坡腳的坡積裙，其凍融侵蝕量可以達到溝道產(chǎn)沙量的一半左右，最大可達流域侵蝕量的1/3左右[27]；風力侵蝕主要是大風作用于裸露基巖產(chǎn)生風積、風化，大量粗顆粒泥沙存貯在坡面、溝道中，砒砂巖的年風化速度為1.5～3.6 mm，提供的風化物質(zhì)達2 250～5 292 t/km2·a[28]；水力侵蝕使前期存貯在那里的粗顆粒泥沙懸浮而被搬運，形成輸送能力極強的高含沙水流[29]。在風力-水力兩相作用占優(yōu)勢的區(qū)域，風水交互作用通過對泥沙供應(yīng)條件的調(diào)節(jié)，來控制懸移質(zhì)泥沙中粗細顆粒的搭配關(guān)系，使之形成絮凝結(jié)構(gòu)的漿液，降低粗顆粒泥沙的沉降速度，從而實現(xiàn)最優(yōu)組合，形成了高強度的粗泥沙輸移機制[30-32]。

總之，目前國內(nèi)外關(guān)于復(fù)合侵蝕的研究主要集中于風水兩相侵蝕，很少涉及三相或多相侵蝕。而在諸如中國鄂爾多斯高原砒砂巖區(qū)等土壤侵蝕劇烈、生態(tài)退化嚴重的地區(qū)，其土壤侵蝕的發(fā)生往往是多種內(nèi)外營力耦合作用的結(jié)果，但受研究手段和觀測方法的限制，沒有把水力-風力-凍融作為一個動力耦合系統(tǒng)，研究其交替循環(huán)作用下的完整侵蝕過程。而隨著土壤侵蝕與生態(tài)治理實踐發(fā)展的需求及研究理論和技術(shù)手段的進步，土壤侵蝕研究正在朝著多元化、精細化方向發(fā)展，三相或復(fù)合侵蝕交互過程和作用機理研究將是土壤侵蝕研究中的重要發(fā)展趨勢之一。

1.2 復(fù)合侵蝕發(fā)生機理

復(fù)合侵蝕發(fā)生機理受多種因素制約。楊會民等[15]把制約復(fù)合侵蝕的因素劃分為侵蝕動力因子、土壤抗蝕性因子與干擾因子三大類。實際上可統(tǒng)稱為侵蝕環(huán)境因子，主要包括自然因子和人為因子。自然因子包括氣候、地質(zhì)地貌等，人為因子主要包括土地利用開發(fā)方式、能源開發(fā)及城鎮(zhèn)建設(shè)、水利水土保持等流域治理活動等。自然侵蝕環(huán)境因素是影響復(fù)合侵蝕的決定性因子，人類活動是復(fù)合侵蝕的驅(qū)動或減緩因子。

降雨是影響復(fù)合侵蝕的主要氣候因子。降雨多的地方以水力侵蝕為主，降雨量少、降雨強度低的地區(qū)，尤其是干旱區(qū)多以風力侵蝕為主。土壤及地質(zhì)地貌對復(fù)合侵蝕的影響也很大，中國發(fā)生水力侵蝕的主要地區(qū)為土壤疏松的黃土高原，而風力侵蝕主要發(fā)生在缺水的荒漠地區(qū)。受地形及海拔的影響，在半濕潤向半干旱過渡地帶，地形的東南側(cè)以水蝕為主，而地形的西北側(cè)以風蝕為主，風水復(fù)合侵蝕嚴重區(qū)處于兩者的過渡帶[13]。人類可以通過水土保持、生態(tài)恢復(fù)、改變耕作方式、退耕還林還草等措施減輕風蝕、水蝕；反之，如果人類掠奪性開發(fā)、濫墾濫伐濫牧，會加劇土地沙化和水力侵蝕。

不少研究表明，在復(fù)合侵蝕過程中各類侵蝕具有互饋、耦合的復(fù)雜關(guān)系[15,24,33]。海春興等[13]把風水復(fù)合侵蝕的關(guān)系表達為

()=()水+()風+Δ（1）

風水侵蝕隨時間變化的強度()不是水蝕強度()水、風蝕強度()風的簡單相加，而是相互作用，相互加速或減速的作用，其相互作用大小Δ可能為正，也可能為負。不過，這一表達式實際上仍然屬于線性疊加關(guān)系，可能用一個相當于尾跡函數(shù)Δ是難以表達其復(fù)雜的非線性關(guān)系的

風蝕對地表物質(zhì)的沖擊、摩擦，使地表粗化，改變土壤粒度組成，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，抗蝕力降低，進而為水蝕發(fā)生提供了邊界條件。而水蝕對地表的沖刷及雨滴擊濺，又為風蝕提供了新的風化層。不過，宋陽等[34]對砂黃土的研究認為，風蝕后的降雨使砂黃土表面在風干過程中形成了一層較為堅硬的結(jié)殼，增大了土壤的抗蝕性，降低了第二次的風蝕率。實際上，土壤粒度組成特征與風蝕、水蝕均有明顯關(guān)系，尤其與近地面20cm風速和徑流產(chǎn)流總量聯(lián)系最為密切[35]。根據(jù)Wiggs等研究[36]，風蝕率與風切應(yīng)力的3次方成正比。也有人通過對黃河上游東柳溝的研究認為[37]，流域風蝕強度與月平均風速呈指數(shù)關(guān)系。同時，風蝕作用大小與地貌形態(tài)有關(guān)，溝谷可以影響風速、方向等，進而影響風沙量。在溝谷迎風面是風加速區(qū)，風蝕嚴重，而在背風面是風沙的沉積區(qū)。張慶印[24]的研究進一步表明，風蝕量的大小受溝寬、溝深和溝壑密度等因素的影響，風蝕量隨溝寬和密度的增加而增大，而與溝深的關(guān)系復(fù)雜，當溝深為8 cm時，風蝕量最大，其后隨溝深增加而減少。另外，風蝕量與地表粗糙度、起伏度都有很大關(guān)系[37]。風蝕量大小與是否挾沙也有很大關(guān)系。有研究表明，對于沒有挾沙的“凈風”而言，對保持自然土體結(jié)構(gòu)且有一定植被覆蓋的土壤，基本上不會產(chǎn)生風蝕。在凈風作用下，風蝕微弱，甚至很難發(fā)生風蝕，而在挾沙風作用下，由于沙粒持續(xù)而猛烈地沖擊地面，對地表的物質(zhì)結(jié)構(gòu)具有很大的破壞力，風蝕強度急劇增大，與凈風風蝕相比，可成倍甚至幾十倍地增加[38]。相對于未發(fā)生風蝕而言，風蝕可以改變地表的地形，進而增加水蝕的徑流流速、流深和徑流剪切力等，從而增加水蝕率[39]。根據(jù)楊會民等人的試驗進一步發(fā)現(xiàn)，風蝕與水蝕之間存在明顯的正交互效應(yīng)，風蝕促進了侵蝕形態(tài)（粗糙度、細溝及床面粗化）的發(fā)展，改變了降雨產(chǎn)沙隨雨強變化的量化關(guān)系，且對土壤入滲率產(chǎn)生影響[15]。

凍融可以引起土壤理化性質(zhì)變化，使土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，孔隙率增大，容重降低，不僅為風蝕、水蝕提供了物質(zhì)條件，而且由于凍融使土壤抗剪強度和土壤抗蝕力減弱，水穩(wěn)性團聚體含量降低，還會相對增加風蝕、水蝕的力學作用，使土壤更容易遭受外營力侵蝕[40]。因此，復(fù)合侵蝕的強度往往更大。不過，在復(fù)合侵蝕中，不同單一侵蝕的貢獻率是不同的，例如根據(jù)馬玉鳳等人分析[41]，內(nèi)蒙古十大孔兌區(qū)的叭爾洞溝中游河谷段，2010年風蝕與水蝕對侵蝕的貢獻比率為1.8∶1。而根據(jù)楊會民等介紹[15]，有人研究表明，風蝕貢獻率則相對較小，在1%～20%之間。也有人通過對黃河流域多沙粗沙區(qū)的產(chǎn)沙規(guī)律研究認為，非水力侵蝕扮演著重要的角色[42,43]，如景可等[44]的計算表明，在多沙粗沙區(qū)河流粒徑＞0.05 mm的懸移質(zhì)泥沙中，有38%是由風成沙和基巖風化物提供；許炯心[45]研究發(fā)現(xiàn)我國沿黃流域含沙水流中，粒徑＞0.05 mm的粗顆粒泥沙有10%～30%來自基巖風化物與風成沙。李秋艷等[46]認為整個黃土高原水蝕風蝕交錯區(qū)，因風力作用產(chǎn)生的輸沙量接近流域總輸沙量的10%～20%，風沙入河量占粗泥沙年輸沙量的25%。之所以有如此大的差異，與研究區(qū)域的復(fù)合侵蝕環(huán)境有很大關(guān)系，例如對于穿過風沙區(qū)和黃土丘陵溝壑區(qū)的流域，既有活躍的風沙活動又有強烈的黃土水蝕，風蝕貢獻最大。同時，與評價標準和方法的不一致也有關(guān)。

總之，復(fù)合侵蝕過程中各單一侵蝕間具有交互效應(yīng)，這既增加了土壤侵蝕量，也使復(fù)合侵蝕發(fā)生、發(fā)展的機理更為復(fù)雜。

1.3 復(fù)合侵蝕研究方法

復(fù)合侵蝕研究最大的難點之一是從總侵蝕量中分離各動力作用的貢獻量。目前對水蝕與風蝕研究的理論基礎(chǔ)大都是流體力學，然而，由于風蝕和水蝕物質(zhì)運移的方向性與維度不同，通常是作為兩個獨立的過程分別測量[47]。水蝕有明顯的邊界，可以通過測量流域出口的徑流泥沙得到，而風蝕沒有明顯的邊界，只能通過跟蹤土壤表面的變化或分析微粒來測量風蝕通量[48-49]。目前，分析風蝕產(chǎn)沙常用的方法有直接估算法、輸沙平衡法、粒度分析法、模型法、同位素示蹤法等[50]。其中，前三種方法是通過調(diào)查觀測或試驗，利用風力、地面條件觀測、取樣以及調(diào)查資料計算風蝕量，但是很難反映風蝕與水蝕之間的交互作用[51]。同位素示蹤法是通過對放射性核素137Cs、7Be的分析，確定沉積物通量的空間變化，在水蝕、風蝕測量方面表現(xiàn)出了一定的優(yōu)越性[52-56]。但是，風蝕對水蝕的影響分為風積和風化兩個方面，目前的風蝕測量方法都是針對風積作用的定量觀測，而對風化作用造成的影響尚無法定量，這也增加了風水交互侵蝕的研究難度[52]。

可見，在復(fù)合侵蝕系統(tǒng)中，雖然影響侵蝕的動力要素屬于已知范疇，但多種驅(qū)動因子間通過下墊面、水流、風沙流、侵蝕物質(zhì)等媒介發(fā)生耦合作用，其各自的貢獻率尚無法直接測量，復(fù)合侵蝕系統(tǒng)是一個典型的灰色系統(tǒng)，有其內(nèi)在規(guī)律性，但仍屬未知。開展多動力復(fù)合侵蝕實體模擬試驗是揭示復(fù)合侵蝕機理的重要手段。然而，目前開展較多的是野外自然條件下的風水交錯侵蝕定位觀測試驗，對水力、風力、凍融復(fù)合侵蝕的室內(nèi)實體模型試驗技術(shù)研究仍很薄弱。為辨識多動力復(fù)合侵蝕機理，基于復(fù)合侵蝕類型的時空分布規(guī)律，根據(jù)相似原理和土壤侵蝕動力學方法，融合室內(nèi)風洞試驗、人工模擬降雨試驗、凍融循環(huán)試驗及高速攝影測量等技術(shù)與手段，創(chuàng)建基于多源數(shù)據(jù)融合的降雨-風洞-凍融多動力交替循環(huán)試驗?zāi)M技術(shù)，是揭示水力、風力、凍融等交替侵蝕過程與作用機理的必然科技需求，也是土壤侵蝕研究方法的發(fā)展趨勢之一。

2 研究中存在的主要問題

復(fù)合侵蝕不僅其強度往往較單一侵蝕類型高，同時也是最難以治理的，因而在國內(nèi)外對復(fù)合侵蝕開展了大量研究，取得了不少認識，研究方法也不斷引入一些新的技術(shù)手段。但是由于復(fù)合侵蝕具有顯著的時空分異性、多動力驅(qū)動與互饋作用的復(fù)雜性，現(xiàn)有一些研究成果仍有較大的分歧，同時對復(fù)合侵蝕發(fā)生、發(fā)展的動力學機理還缺乏認識，在復(fù)合侵蝕模擬和定量評估方面的理論與方法研究還非常薄弱，尤其是缺乏揭示多動力驅(qū)動關(guān)系的有效試驗關(guān)鍵技術(shù)。為此，對以下不足問題需要引起更多的關(guān)注。

1）未將復(fù)合侵蝕中多動力交互關(guān)系作為一個完整的動力系統(tǒng)進行研究。對復(fù)合侵蝕的研究多從物理概念探討每種侵蝕動力的作用及其對其他類型侵蝕的影響，而沒有從理論上、機制上揭示復(fù)合侵蝕的多動力系統(tǒng)的驅(qū)動及互饋關(guān)系。同時，對復(fù)合侵蝕類型的研究也多限于以風水兩相為主，而對三相或多相侵蝕的交替過程與機理研究涉及較少，更缺乏對多相侵蝕的驅(qū)動機制的認識。將復(fù)合侵蝕多動力作為一個力學系統(tǒng)進行定量研究，有助于從機理上認識高侵蝕產(chǎn)沙過程形成的動力調(diào)控機制。

2）復(fù)合侵蝕過程與環(huán)境因子間的時空變異關(guān)系尚不夠清晰。多動力侵蝕過程在時間上交替、在空間上疊加，加劇了侵蝕程度。復(fù)合侵蝕與環(huán)境因子之間是一個互相影響、互相作用的復(fù)雜體系，復(fù)合侵蝕環(huán)境下多動力在空間上如何分布、在時間上如何分配，以及在不同季節(jié)如何傳遞與轉(zhuǎn)化等問題的研究是非常不夠的。辨識各動力因子交替作用的時空分異規(guī)律，明晰二者之間的時空響應(yīng)關(guān)系，是揭示復(fù)合侵蝕時空分布、能量傳遞、物源供給耦合關(guān)系的基礎(chǔ)。

3）定量辨識復(fù)合侵蝕過程中各驅(qū)動因子的貢獻率仍是亟待解決的關(guān)鍵問題。在復(fù)合侵蝕系統(tǒng)中多動力存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，各動力因子間物源供給如何耦合、各驅(qū)動因子對產(chǎn)沙的貢獻率的定量評估指標體系及其評估方法的研究均明顯不足?？茖W定量辨識各動力因子在總侵蝕量中的貢獻比率，是研究多相侵蝕交互作用及評估復(fù)合侵蝕程度的核心內(nèi)容。

4）對復(fù)合侵蝕過程中多動力因子耦合、疊加關(guān)系的定量研究不夠。復(fù)合侵蝕不是多種單一侵蝕過程的簡單相加，而是一個通過下墊面、水流、風沙流、侵蝕物質(zhì)等媒介發(fā)生耦合的復(fù)雜體系，系統(tǒng)的多因子疊加關(guān)系及其侵蝕效應(yīng)，在整個風蝕、水蝕、凍融過程中如何演變與累加，侵蝕力在交錯季節(jié)如何互饋與疊加等需要深入研究，這是研究復(fù)合侵蝕機制的重要理論問題。

3 展望

復(fù)合侵蝕會嚴重導(dǎo)致生態(tài)退化，同時其發(fā)生地區(qū)也往往是生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，因此開展復(fù)合侵蝕規(guī)律與治理技術(shù)研究，彌補現(xiàn)有研究的不足，既是水土保持與生態(tài)學等相關(guān)學科發(fā)展的科學需求，更是國家生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略實施的重大需求。今后的研究中，復(fù)合侵蝕發(fā)生發(fā)展的動力學機理揭示與多動力分解的模擬理論與方法將成為重點研究方向。為此需要通過進一步明確多動力交互作用下的復(fù)合侵蝕模式，闡明植被格局對復(fù)合侵蝕的反饋機制，揭示多動力脅迫下生態(tài)系統(tǒng)退化與復(fù)合侵蝕耦合機理，建立系統(tǒng)的多動力復(fù)合侵蝕與侵蝕產(chǎn)沙耦合關(guān)系辨識方法，突破復(fù)合侵蝕模擬理論與技術(shù)，由此推動復(fù)合侵蝕研究由定性向定量、由過程向機理方向的發(fā)展，并必將大大豐富土壤侵蝕動力學、生態(tài)學等相關(guān)學科的研究內(nèi)容。為此，需要加強以下問題的研究。

1）創(chuàng)建基于多源數(shù)據(jù)融合的降雨-風洞-凍融等多動力交替循環(huán)模擬試驗技術(shù)。結(jié)合野外徑流小區(qū)定位觀測，融合水力模擬、風力模擬、凍融模擬等技術(shù)與方法，創(chuàng)建水力、風力、凍融復(fù)合侵蝕實體模型控制試驗的相似理論與技術(shù)，并形成完整的多動力復(fù)合侵蝕實體模型相似模擬技術(shù)體系，是今后研究復(fù)合侵蝕機理的主要方向。

2）復(fù)合侵蝕系統(tǒng)中各驅(qū)動因子作用過程的定量剝離。復(fù)合侵蝕研究最大的難點在于從侵蝕系統(tǒng)中剝離各動力作用的子過程。例如在砒砂巖區(qū)，風蝕、凍融為水蝕提供了物質(zhì)來源，水蝕又為風蝕、凍融提供了易蝕的邊界條件，但侵蝕物質(zhì)的產(chǎn)生、搬運不是均勻發(fā)生的，而是一種“存貯-釋放”的復(fù)雜過程。通過多源數(shù)據(jù)融合及多動力侵蝕過程模擬試驗的技術(shù)手段，對這一復(fù)雜過程進行抽象、概化，離解出各驅(qū)動因子作用子過程，是未來研究中要解決的核心科學問題。

3）多動力不同耦合狀態(tài)下產(chǎn)沙過程的揭示及量化。復(fù)合侵蝕不是多種侵蝕過程的簡單相加，而是一個相互耦合的復(fù)雜體系，其耦合效應(yīng)表現(xiàn)為：①通過下墊面特征的改變而產(chǎn)生耦合作用；②通過形成高含沙水（風）流產(chǎn)生耦合作用。如何通過量化下墊面、水流、侵蝕物質(zhì)等媒介的變化，辨識復(fù)雜的多動力因子耦合產(chǎn)沙過程，是未來該領(lǐng)域要解決的重點和難點問題。

對這些問題的研究將有效提升中國生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)重建理論水平，推動脆弱生態(tài)恢復(fù)重建理論與技術(shù)上的進步，并為實現(xiàn)中國到2030年全面遏制生態(tài)系統(tǒng)惡化趨勢的既定戰(zhàn)略目標做出直接的貢獻。

[1]Harvey A M. Coupling between hillslopes and channels in upland fluvial systems: Implications for landscape sensitivity, illustrated from the Howgill Fells, northwest England[J]. Catena, 2001, 42: 225－250.

[2]宋陽，劉連友，嚴平. 風水復(fù)合侵蝕研究述評[J]. 地理學報，2006，61(1)：77－88. Song Yang, Liu Lianyou, Yan Ping. A review on complex erosion by wind and water research[J]. Acta Geographica Sinica, 2006, 61(1): 77－88. (in Chinese with English abstract)

[3]張平倉，唐克麗. 六道溝流域有效水蝕風蝕能量及其特征研究[J]. 土壤侵蝕與水土保持學報，1997，3(2)：32－40. Zhang Pingcang, Tang Keli. Study on the effective water and wind erosion energy and its characteristics in Liudaogou small watershed[J]. Journal of Soil Erosion and Soil and Water Conservation, 1997, 3(2): 32－40. (in Chinese with English abstract)

[4]Visser S M, Sterka G, Ribolzi O. Techniques for simultaneous quantification of wind and water erosion in semi-arid regions[J]. Journal of Arid Environments, 2004, 59: 699－717.

[5]冷疏影，馮仁國，李銳，等. 土壤侵蝕與水土保持科學重點研究領(lǐng)域與問題[J]. 水土保持學報，2004，17(5)：1－6.Leng Shuying, Feng Renguo, Li Rui, et al. Key research issues of soil erosion and conservation in China[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2004, 17 (5): 1－6. (in Chinese withEnglish abstract)

[6]嚴平，董治寶. 從2002年第五屆風沙國際會議（Icar-5）看沙漠科學研究的發(fā)展趨勢[J]. 干旱區(qū)地理，2004，27(3)：451－454. Yan Ping, Dong Zhibao. Looking at the development trend of desert science research from 2002 Icar-5[J]. Arid Land Geography, 2004, 27(3): 451－454. (in Chinese with English abstract)

[7]Huang G H, Gunther D, Peterson L C, et al. Climate and the collapse of Maya civilization[J]. Science, 2003, 299(5613): 1731－1735.

[8]Bullard J E, McTainsh G H. Aeolian-fluvial interactions in dryland environments: examples, concepts and Australia case study[J]. Progress in Physical Geography, 2003, 27: 471－501.

[9]Belnap J, Munson S M, Field J P, Aeolian and fluvial processes in dryland regions: The need for integrated studies[J]. Ecohydrology, 2011, 4(5): 615－622.

[10]El-Baz F, Maingue M, Robinson C. Fluvial-aeolian dynamics in the northeastern Sahara: the relationship betweenfluvial/ aeolian systems and ground-water concentration[J]. Journal of Arid Environments, 2000, 44: 173－183.

[11]Lancaster N. Linkages between fluvial, lacustrine, and aeolian systems in drylands: A contribution to IGCP Project 413[J]. Quaternary International, 2003, 104(1): 1.

[12]唐克麗. 中國水土保持[M]. 北京：科學出版社，2004：191－192.

[13]海春興，史培軍，劉寶元，等. 風水兩相侵蝕研究現(xiàn)狀及我國今后風水蝕的主要研究內(nèi)容[J]. 水土保持學報，2002，16(2)：50－52，56. Hai Chunxing, Shi peijun, Liu Baoyuan, et al. Research status of wind and water double erosion and its main study content in future[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2002, 16 (2): 50－52, 56. (in Chinese with English abstract)

[14]姚正毅，屈建軍，鄭新民，等. 北方農(nóng)牧交錯帶風水復(fù)合侵蝕區(qū)水土流失現(xiàn)狀、分布特點及發(fā)展趨勢[J]. 中國水土保持，2008(12)：63－66. Yao Zhengyi, Qu Jianjun, Zheng Xinmin, et al. Current status, distribution characteristics and development trend of soil erosion for wind-water complex erosion region in the Northern agro-pasture zigzag zone of China[J]. Soil and Water Conservation in China, 2008(12): 63－66. (in Chinese with English abstract)

[15]楊會民，王靜愛，鄒學勇，等. 風水復(fù)合侵蝕研究進展與展望[J]. 中國沙漠，2016，36(4)：962－971. Yang Huimin, Wang Jingai, Zou Xueyong, et al. Progress and prospect of research on wind-water complex erosion[J]. Journal of Desert Research, 2016, 36(4): 962－971. (in Chinese with English abstract)

[16]Kirkby M J. The stream head as a significant geomorphic threshold[R]. Department of Geography, University of Leeds Working Paper. 1978: 216.

[17]Joanna E. Bullard, Ian Livingstone. Interactions between aeolian and fluvial systems in dryland environments[J]. Area, 2002, 34(1): 8－16.

[18]Zhao C H, Gao J E, Huang Y F, et al. The contribution of astragallus adsurgens roots and canopy to water erosion control in the water-wind crisscross erosion region of the Loess Plateau, China[J]. Land Degradation & Development, 2017, 28: 265－273.

[19]劉元保，朱顯漠，周佩華，等. 黃土高原土壤侵蝕垂直分帶性研究[J]. 中國科學院西北水土保持研究所集刊，1988，8(7)：5－8. Liu Yuanbao, Zhu Xianmo, Zhou Peihua, et al. A study on the vertical zoning of soil erosion in the Loess Plateau[J]. Memoir of NISWC, Academia Sinica, 1988, 8(7): 5－8. (in Chinese with English abstract)

[20]唐克麗. 黃土高原水蝕風蝕交錯區(qū)治理的重要性與緊迫性[J]. 中國水土保持，2000(11)：11－12，17. Tang Keli. Importance and urgency of harnessing the interlocked area with both water and wind erosion in the Loess Plateau[J]. Soil and Water Conservation in China, 2000(11): 11－12, 17. (in Chinese with English abstract)

[21]王愿昌，吳永紅，寇權(quán)，等. 砒砂巖分布范圍界定與類型區(qū)劃分[J]. 中國水土保持科學，2007，5(1)：4－8. Wang Yuanchang, Wu Yonghong, Kou Quan, et al. Definition of arsenic rock zone borderline and its classification[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2007, 5(1): 4－8. (in Chinese with English abstract)

[22]Clark M L, Rendell H M. Climate change impacts on sand supply and the formation of desert sand dunes in the south-west USA[J]. Journal of Arid Environments, 1988, 39(3): 517－531.

[23]Bullard J E, Livingstone I. Interactions between Aeolian and fluvial systems in dryland environments[J]. Area, 2002, 34: 8－16.

[24]張慶印. 黃土高原沙黃土水蝕與風蝕交互作用模擬試驗研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2013. Zhang Qingyin. Simulation experiment of aeolian-fluvial interaction of loess soil on the Loess Plateau[D]. Yangling: Northwest A＆F University, 2013. (in Chinese with English abstract)

[25]畢慈芬，王富貴. 砒砂巖地區(qū)土壤侵蝕機理研究[J]. 泥沙研究，2008(1)：70－73. Bi Cifen, Wang Fugui. Research on soil erosion mechanism in soft rock regions[J]. Journal of Sediment Research, 2008(1): 70－73. (in Chinese with English abstract)

[26]王隨繼. 黃河中游凍融侵蝕的表現(xiàn)方式及其產(chǎn)沙能力評估[J]. 水土保持通報，2004，24(6)：1－5. Wang Suiji. Characteristics of freeze and thaw weathering and its contribution to sediment yield in Middle Yellow River Basin[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2004, 24(6): 1－5. (in Chinese with English abstract)

[27]楊具瑞，方鐸，畢慈芬，等. 砒砂巖區(qū)小流域溝凍融風化侵蝕模型研究[J]. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學報，2003，14(2)：87－93. Yang Jurui, Fang Duo, Bi Cifen, et al. Study on the model of freeze-thaw and weathering erosion ofsmaller watershed in soft rock area[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2003, 14(2): 87－93. (in Chinese with English abstract)

[28]趙國際. 內(nèi)蒙古砒砂巖地區(qū)水土流失規(guī)律研究[J]. 水土保持研究，2001，8(4)：158－160. Zhao Guoji. Research on the laws of soil and water loss in sand rock region, Inner Mongolia[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2001, 8 (4): 158－160. (in Chinese with English abstract)

[29]脫登峰，許明祥，鄭世清，等. 黃土高原風蝕水蝕交錯區(qū)侵蝕產(chǎn)沙過程及機理[J]. 應(yīng)用生態(tài)學報，2012，23(12)：3281－3287. Tuo Dengfeng, Xu Mingxiang, Zheng Shiqing, et al. Sediment-yielding process and its mechanisms of slope erosion in wind-water erosion crisscross region of Loess Plateau, Northwest China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(12): 3281－3287. (in Chinese with English abstract).

[30]汪亞峰，傅伯杰，陳利頂，等. 黃土高原小流域淤地壩泥沙粒度的剖面分布[J]. 應(yīng)用生態(tài)學報，2009，20(10)：2461－2467. Wang Yafeng, Fu Bojie, Chen Liding, et al. Profile distribution of sediment particle sizes at a check dam in a small watershed of Loess Plateau[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2009，20(10)：2461－2467. (in Chinese with English abstract)

[31]王強恒，孫旭，劉昀，等. 室內(nèi)模擬水巖作用對砒砂巖風化侵蝕的影響[J]. 人民黃河，2013，35(4)：45－47. Wang Qiangheng, Sun Xu, Liu Yun, et al. Indoor modeling the effect of water-rock interaction on the weathering and erosion of Pi-sandstone[J]. Yellow River, 2013, 35(4): 45－47. (in Chinese with English abstract)

[32]唐政洪，蔡強國，李忠武，等. 內(nèi)蒙古砒砂巖地區(qū)風蝕、水蝕及重力侵蝕交互作用研究[J]. 水土保持學報，2001，15(2)：25－29. Tang Zhenghong, Cai Qiangguo, Li Zhongwu, et al. Study on interaction among wind erosion, hydraulic erosion and gravity erosion in sediment-rock region of Inner Mongolia[J]. Journal of Soil and WaterConservation, 2001, 15(2): 25－29. (in Chinese with English abstract)

[33]Joanna E Bullard, Grant H McTainsh. Aeolian-fluvial interactions in dryland environments: Examples, concepts and Australia case study[J]. Progress in Physical Geography, 2003, 27: 471－501.

[34]宋陽，嚴平，劉連友，等. 威連灘沖溝砂黃土的風蝕與降雨侵蝕模擬實驗[J]. 中國沙漠，2007，27(5)：814－819. Song Yang, Yan Ping, Liu Lianyou, et al. Simulated experiment of erosion by wind and rainfall on sandy loess in Weiliantan Gully[J]. Journal of Desert Research, 2007, 27(5): 814－819. (in Chinese with English abstract)

[35]王則宇，崔向新，蒙仲舉，等. 風水復(fù)合侵蝕下錫林河流域不同管理方式草地表土粒度特征[J]. 土壤，2018，50(4)：819－825. Wang Zeyu, Cui Xiangxin, Meng Zhongju, et al. Soil particle size distributions of different management styles under complex wind and water erosion in Xilin river basin[J]. Soil, 2018, 50(4): 819－825. (in Chinese with English abstract)

[36]Wiggs G F S, Bullard J E, Garvey B, et al. Interactions Between airflow and valley topography with implications for Aeolian sediment transport[J]. Physical Geography, 2002, 23(5): 366－380.

[37]張洋. 東柳溝流域風力-水力侵蝕動力過程試驗研究[D]. 西安：西安理工大學，2018. Zhang Yang. Experimental Study on Dynamic Process of Wind-water Erosion in Dongliu Valley[D]. Xian: Xian University of Technology, 2018. (in Chinese with English abstract)

[38]鄒學勇，劉玉璋，吳丹，等. 若干特殊地表風蝕的風洞實驗研究[J]. 地理研究，1994，13(2)：41－48. Zou Xueyong, Liu Yuzhang, Wu Dan. et al. A study on some special ground wind erosion in the tunnel[J]. Geographical Research, 1994, 13(2): 41－48. (in Chinese with English abstract)

[39]脫登峰. 黃土高原水蝕風蝕交錯區(qū)土壤退化機理研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2016. Tuo Dengfeng. The Study of the Soil Degradation Mechanism in Wind-water Erosion Crisscross Region on the Loess Plateau[D]. Yangling: Northwest A＆F University, 2016. (in Chinese with English abstract)

[40]孔寶祥. 季節(jié)性凍融對黃土高原風水蝕交錯區(qū)土壤可蝕性作用機理研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2018. Sun Baoxiang. The Effect of Seasonal Freeze-thaw on Soil Erodibility in Wind-water Erosion Criss-cross Region of Loess Plateau[D]. Yangling: Northwest A＆F University, 2018. (in Chinese with English abstract)

[41]馬玉鳳，嚴平，李雙權(quán). 內(nèi)蒙古孔兌區(qū)叭爾洞溝中游河谷段的風水交互侵蝕動力過程[J]. 中國沙漠，2013，33(4)：990－999. Ma Yufeng, Yan Ping, Li Shuangquan. Dynamic process of aeolian-fluvial interaction erosion in the middle reaches Baerdong River in Ten-watershed, Inner Mongolia of China[J]. Journal of Desert Research, 2013, 33 (4): 990－999. (in Chinese with English abstract)

[42]顏明，張守紅，許炯心，等. 風水兩相變化對黃河中游支流粗泥沙的影響[J]. 水土保持學報，2010，24(2)：25－29. Yan Ming, Zhang Shouhong, Xu Jiongxin, et al. Effect of aeolian and fluvial changes to coarse sands in the Middle Yellow River[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2010, 24 (2): 25－29. (in Chinese with English abstract)

[43]姚文藝，李長明，張攀，等. 砒砂巖侵蝕機理研究與展望[J]. 人民黃河，2018，40(6)：1－7. Yao Wenyi, Li Changming, Zhang Pan, et al. Prospect and research on the erosion mechanism of Pisha Sandstone[J]. Yellow River, 2018, 40(6): 1－7. (in Chinese with English abstract)

[44]景可，陳永宗，李鳳新. 黃河泥沙與環(huán)境[M]. 北京：科學出版社，1993.

[45]許炯心. 黃河中游多沙粗沙區(qū)高含沙水流的粒度組成及其地貌學意義[J]. 泥沙研究，1999，10(5)：13－17. Xu Jiongxin. Recent tendency of sediment reduction in the middle Yellow River and some countermeasures[J]. Journal of Sediment Research, 1999, 10(5): 13－17. (in Chinese with English abstract)

[46]李秋艷，蔡強國，方海燕. 黃土高原風水蝕交錯帶風力作用對流域產(chǎn)沙貢獻的空間特征研究[J]. 水資源與水工程學報，2011，22(4)：39－49. Li Qiuyan, Cai Qiangguo, Fang Haiyan. Spatial characteristic research on wind erosion contribution to sediment yield in wind and water complex erosion zone of loess plateau[J]. Journal of Water Resources ＆ Water Engineering, 2011, 22(4): 39－49. (in Chinese with English abstract)

[47]Pelt R S V, Hushmurodov S X, Baumhardt R L, et al. The reduction of partitioned wind and water erosion by conservation agriculture[J]. Catena, 2017, 148: 160－167.

[48]Ayub J J, Lohaiza F, Velasco H, et al. Assessmentof7Be content in precipitation in a South American semi-arid environment[J]. Science of the Total Environment, 2012, 441: 111－116.

[49]Hagen L J, Van Pelt S, Sharratt B. Estimating the saltation and suspension components from field wind erosion[J]. Aeolian Research, 2010, 1 (3-4): 147－153.

[50]Mendez M J, Buschiazzo D E. Wind erosion risk in agricultural soil under different tillage systems in the semiarid Pampas of Argentina[J]. Soil & Tillage Research, 2010, 106: 311－316.

[51]師長興. 風力侵蝕對無定河流域產(chǎn)沙作用定量分析[J]. 地理研究，2006，25(2)：285－293. Shi Changxing. A quantitative analysis of the effects of wind erosion on sediment yield in the Wudinghe River watershed[J]. Geographical Research, 2006, 25 (2): 285－293. (in Chinese with English abstract)

[52]Zhang J Q, Yang M Y, Deng X X, et al. Beryllium-7 measurements of wind erosion on sloping fields in the wind-water erosion crisscross region on the Chinese Loess Plateau[J]. Science of the Total Environment, 2018, 615: 240－252.

[53]Chappell A, Li Y, Yu H, et al. Cost-effective sampling of137Cs-derivednet soil redistribution: Part 2-estimating the spatial mean change over time[J]. Journal of Environmental Radioactivity, 2015, 141: 168－174.

[54]Hong S W, Lee I B, Seo I H, et al. Measurementand prediction of soil erosion in dry field using portable wind erosion tunnel[J]. Biosystems Engineering, 2014, 118: 68－82.

[55]Yang M Y, Walling D E, Sun X J, et al. A wind tunnel experimentto explore the feasibility of using beryllium-7 measurements to estimate soil loss bywind erosion[J]. Geochimicaet Cosmochimica Acta, 2013, 114: 81－93.

[56]孫喜軍. 黃土高原水蝕風蝕交錯帶土壤侵蝕速率的7Be和137Cs示蹤研究[D]. 楊凌: 中國科學院教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心，2012. Sun Xijun. Using137Cs and7Be to Investigate the Soil Erosion Rate of the Wind-water Erosion Crisscross Region on the Loess Plateau[D]. Yangling: Research Center of Soil and Water Conservation and Ecological Environment, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Education, 2012. (in Chinese with English abstract)

Research progress and prospects of complex soil erosion

Zhang Pan1,2, Yao Wenyi1※, Liu Guobin2, Xiao Peiqing1

(1.,,450003,; 2.,,712100,)

Complex soil erosion is an erosion phenomenon that occurs under the interaction or coupling of two or more erosive forces, and is one of the most difficult ecological problems to be managed. In recent years, remarkable progress has been made in the mechanism of complex erosion, the effect of complex erosion on soil degradation, and the simulation technology of multi-dynamic erosion interaction. Based on previous research, this paper systematically summarizes the research progress of the types and characteristics, mechanism and research methods of complex erosion. The main problems in the research are analyzed, and some key scientific problems to be solved in the future research on the law of complex erosion and the method of simulation test are put forward. Due to the obvious spatiotemporal heterogeneity and the complexity driven by multi dynamics in complex erosion, the existing research results are still quite different, and the dynamic mechanism of the occurrence and development of complex erosion is still unknown. The research on theory and method of complex erosion simulation and quantitative assessment is still very weak. In particular, there is a lack of effective test key technology to reveal the multi power driving relationship. At present, the problems in the study of complex erosion mainly include: 1) The multi-dynamic interaction relationship in complex erosion is not studied as a complete dynamic system; 2) The spatial-temporal variation relationship between complex erosion process and environmental factors is not clear enough; 3) It is still a key problem to quantitatively identify the contribution rate of each driving factor in the process of complex erosion; 4) The quantitative research on the coupling and superposition of multi dynamic factors in the process of complex erosion is not enough. In the future, the dynamic mechanism of the occurrence and development of complex erosion and the simulation of multi dynamic decomposition will become the key research direction. Therefore, it is necessary to clarify the complex erosion model under multi dynamic interaction, clarify the feedback mechanism of vegetation pattern on complex erosion, reveal the coupling mechanism of ecosystem degradation and complex erosion under multi dynamic stress, establish the identification method of the coupling relationship between multi dynamic complex erosion and sediment yield, and break through the theory and technology of complex erosion simulation. This will promote the development of complex erosion research from qualitative to quantitative, from process to mechanism, and will greatly enrich the research content of soil erosion dynamics, ecology and other related disciplines. We should focus on the following research directions: the simulation technology of rainfall-wind tunnel-freeze-thaw multi-dynamic alternating cycle test based on multi-source data fusion, quantitative evaluation technique and method for driving factor in compound erosion system, identification and quantification of sediment yield process under different coupling conditions of multi-dynamics in order to provide reference for related research.

soils; erosion; freezing; multi-dynamic interaction; erosion effect; driving factor; research progress

張 攀，姚文藝，劉國彬，肖培青. 土壤復(fù)合侵蝕研究進展與展望[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2019，35(24)：154－161. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.019 http://www.tcsae.org

Zhang Pan, Yao Wenyi, Liu Guobin, Xiao Peiqing. Research progress and prospects of complex soil erosion[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(24): 154－161. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.019 http://www.tcsae.org

2018-06-17

2019-08-18

國家重點研發(fā)計劃項目（2017YF0504501），國家自然科學基金（41877079），中國博士后科學基金（2018M630826，2019T120627），水利部黃土高原水土流失過程與控制重點實驗室開放基金（201801）

張 攀，博士，高級工程師，主要從事土壤侵蝕與泥沙運動研究。Email：zpyrcc@163.com

姚文藝，教授級高級工程師，博士，主要從事土壤侵蝕與水土保持、河流泥沙等研究。Email：wyyao@yrihr.com.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.019

S157.1

A

1002-6819(2019)-24-0154-08