朱冰冰， 霍云霈， 周正朝?

(1.陜西師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，710119，西安；2.陜西學(xué)前師范學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，710100，西安)

黃土高原獨(dú)特的自然環(huán)境與不合理的土地利用，使其成為中國(guó)乃至世界上水土流失與生態(tài)系統(tǒng)退化最嚴(yán)重的地區(qū)之一。嚴(yán)重的水土流失不僅制約當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，而且大量流失泥沙淤積在干支流河道，給黃河中下游人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)極大的隱患。20世紀(jì)80年代以后，該地區(qū)開(kāi)始進(jìn)行坡耕地整治、退耕還林(草)、淤地壩建設(shè)和小流域綜合治理等一系列生態(tài)建設(shè)，水土流失狀況和生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。截至2013年，植被蓋度增加了28%[1]，進(jìn)入黃河泥沙減少至不足2億t[2]，居民生活水平得到明顯提高。黃土高原的植被建設(shè)正在改變?cè)乃亮魇Лh(huán)境，植被覆蓋以及植被緩沖帶等地表?xiàng)l件的變化影響了降雨與徑流之間的關(guān)系，植被類型與配置模式也在不同程度上影響水土流失效應(yīng)[3]，深入開(kāi)展生態(tài)環(huán)境改善狀況下的黃土高原土壤侵蝕機(jī)理和演變規(guī)律對(duì)于正確分析和評(píng)價(jià)黃土高原水土流失治理的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，促進(jìn)黃土高原生態(tài)環(huán)境建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。

黃土高原主要地貌單元可分為溝間地和溝谷地[4]，坡溝系統(tǒng)是由溝間地的塬、梁、峁或塬面、臺(tái)塬面等組成的坡面和溝谷地的侵蝕溝道構(gòu)成的一種聯(lián)系坡面和流域的特殊的侵蝕地貌單元[5]，也是研究土壤侵蝕規(guī)律的基本單元。系統(tǒng)揭示坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙規(guī)律，可以為黃土高原區(qū)水土保持措施優(yōu)化配置以及建立侵蝕模型提供科學(xué)依據(jù)[4-6]。長(zhǎng)期以來(lái)，研究者們[4-7]研究了坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙規(guī)律，對(duì)坡溝系統(tǒng)侵蝕方式與形態(tài)的時(shí)空變化、泥沙來(lái)源、上方來(lái)水來(lái)沙的異位侵蝕效應(yīng)等有了較為深入的認(rèn)識(shí)。已有研究顯示，適當(dāng)?shù)钠旅嬷脖患捌浞植几窬挚梢杂行p弱坡溝系統(tǒng)侵蝕，但由于室內(nèi)外試驗(yàn)條件的限制，植被影響下的坡溝系統(tǒng)水沙傳遞過(guò)程研究不夠深入，黃土高原植被建設(shè)對(duì)坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙過(guò)程及其動(dòng)力學(xué)影響研究還不夠完善，黃土高原植被建設(shè)對(duì)坡溝系統(tǒng)水土流失過(guò)程及結(jié)果的影響不甚明了，因此，筆者通過(guò)對(duì)坡溝系統(tǒng)土壤侵蝕研究成果的歸納分析，揭示研究中存在的問(wèn)題，提出深化植被影響下的坡溝系統(tǒng)土壤侵蝕研究的若干設(shè)想。

1 坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙規(guī)律

1.1 坡溝系統(tǒng)侵蝕方式與侵蝕形態(tài)

揭示黃土高原坡溝系統(tǒng)的侵蝕現(xiàn)象與規(guī)律，是提升黃土高原環(huán)境整治理論和實(shí)踐的系統(tǒng)性和科學(xué)性的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的研究與積累，有研究者[7]根據(jù)黃土高原坡溝系統(tǒng)侵蝕方式的垂直分帶，繪出了丘陵溝壑區(qū)和高塬溝壑區(qū)坡溝系統(tǒng)剖面示意圖，溝緣線以上以雨滴擊濺、坡面徑流匯集、人為耕作為主，主要為片蝕、細(xì)溝、淺溝、切溝等侵蝕形式，溝緣線以下以重力作用為主，是瀉溜、滑坡、崩塌等多發(fā)地[8]；溝谷中下部和坡面—溝谷過(guò)渡帶為侵蝕易發(fā)區(qū)。受降雨歷時(shí)和侵蝕發(fā)育階段的影響，初期以溝坡侵蝕為主，繼而轉(zhuǎn)向坡面侵蝕[8]。在坡溝系統(tǒng)侵蝕定量化研究方面，建立了坡溝系統(tǒng)模型，對(duì)不同降雨強(qiáng)度、坡度和放水流量條件下坡溝系統(tǒng)水動(dòng)力學(xué)參數(shù)及其與產(chǎn)流產(chǎn)沙的關(guān)系進(jìn)行了廣泛研究[9]，從水動(dòng)力學(xué)視角分析坡溝系統(tǒng)土壤侵蝕的時(shí)空變化，明確了不同侵蝕過(guò)渡帶之間相互轉(zhuǎn)化的力學(xué)條件，確定了不同侵蝕方式的水動(dòng)力學(xué)臨界[10]；建立了侵蝕產(chǎn)沙量與不同水動(dòng)力學(xué)參數(shù)的數(shù)學(xué)模型[11-12]，此后，根據(jù)水流能量是制約侵蝕物質(zhì)和微地貌時(shí)空分異的根本，從能量觀點(diǎn)分析了坡溝系統(tǒng)侵蝕方式演變與侵蝕能量之間的關(guān)系[13]，為完善坡溝水沙傳遞關(guān)系理論提供了新思路。然而，由于構(gòu)建的坡溝系統(tǒng)模型不同，坡面匯流長(zhǎng)度和面積不一致，產(chǎn)流和產(chǎn)沙峰值削減受到影響[13]，研究結(jié)果不能互相融合，試驗(yàn)結(jié)果難以外推。因此，建立標(biāo)準(zhǔn)的坡溝系統(tǒng)模型，系統(tǒng)分析侵蝕能量、侵蝕物質(zhì)和侵蝕形態(tài)三者之間的關(guān)系將有助于深入理解坡溝系統(tǒng)土壤侵蝕產(chǎn)沙過(guò)程和機(jī)理。

1.2 坡溝系統(tǒng)侵蝕泥沙來(lái)源

坡溝系統(tǒng)侵蝕泥沙來(lái)源問(wèn)題是回答“治坡為主還是治溝為主”的關(guān)鍵。自20世紀(jì)60年代起，相繼有學(xué)者[14-16]通過(guò)觀測(cè)資料或模擬試驗(yàn)分析坡面和溝坡侵蝕產(chǎn)沙量。然而由于研究方式和研究范圍不同，得到的結(jié)論也不盡相同，有學(xué)者[17]認(rèn)為溝谷地侵蝕大于溝間地；有學(xué)者[18]認(rèn)為溝間地侵蝕產(chǎn)沙量大于溝谷地或與溝谷地相當(dāng)；還有學(xué)者[19]認(rèn)為溝間地與溝谷地侵蝕比率與面積比有關(guān)；也有研究[20]表明，溝谷地和溝間地泥沙比例不是定值，侵蝕產(chǎn)沙主要源區(qū)隨溝道的侵蝕發(fā)育不斷變化；土地利用和降雨特征也是影響流域侵蝕產(chǎn)沙源地的主要因素[21]，隨著坡耕地退耕還草，溝間地侵蝕減弱，溝間地與溝谷地產(chǎn)沙之比降低，但在極端暴雨情況下，溝谷地滑坡侵蝕量仍占總侵蝕量的49.0%～88.5%[21]，這說(shuō)明了流域泥沙來(lái)源問(wèn)題研究的復(fù)雜性，單純的治坡或治溝不能解決黃土高原的水土流失問(wèn)題，只有坡溝兼治才是減少黃土高原水土流失的有效手段。另一方面，溝間地侵蝕受坡面植被恢復(fù)的影響而明顯減弱，坡面徑流含沙量降低，但由于清水下溝挾沙力增強(qiáng)，溝谷地侵蝕反而會(huì)加劇，所以，在研究時(shí)應(yīng)視坡溝系統(tǒng)為一個(gè)統(tǒng)一的單元，定量研究坡面水沙對(duì)溝坡侵蝕的影響，明確坡面水沙所產(chǎn)生的異位侵蝕效應(yīng)[22]，將是研究坡溝系統(tǒng)侵蝕泥沙來(lái)源的關(guān)鍵。

1.3 上方來(lái)水來(lái)沙對(duì)坡溝系統(tǒng)侵蝕的影響

上坡來(lái)水是不同地貌部位之間水流能量傳遞的媒介，也是不同地貌部位之間發(fā)生侵蝕產(chǎn)沙關(guān)系的紐帶，其大小不僅影響下坡的入滲和產(chǎn)流能力，還會(huì)影響下坡水流的挾沙能力[23]。由于上部徑流的匯入，徑流沖刷能力增大，使得坡面徑流進(jìn)入溝坡(道)產(chǎn)生“凈產(chǎn)沙增量”。肖培青等[11]認(rèn)為，溝間地水沙下溝會(huì)加劇溝谷地的侵蝕，坡面來(lái)水量增加會(huì)引起溝坡系統(tǒng)更大的侵蝕量；南小河溝流域坡面水下溝所增加的泥沙總量占小流域泥沙總量的76%以上[23]；由于上坡來(lái)水的作用，谷坡的產(chǎn)沙量增大了42.9%～74.5%[24]；但由于研究手段不一，增加的比例略有不同，上坡來(lái)水所造成的增沙量隨來(lái)水量和坡面部位的不同而不同[13]；如有效控制上坡來(lái)水量和各坡段產(chǎn)流量可有效減小坡溝系統(tǒng)侵蝕[25]。坡面來(lái)水含沙量增大引起溝坡部分的侵蝕產(chǎn)沙量減小，但對(duì)整個(gè)坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙變化的影響未有一致結(jié)論。坡面來(lái)水量和含沙量是影響溝坡(道)侵蝕產(chǎn)沙和水流侵蝕特性變化的重要因素。有研究[26]表明：坡面尺度上，上方來(lái)水來(lái)沙對(duì)下方侵蝕帶侵蝕產(chǎn)沙的影響與上方來(lái)水含沙量、增水系數(shù)、降雨特征和下墊面侵蝕狀況有關(guān)；因此，深化坡溝系統(tǒng)坡面水沙變化對(duì)侵蝕過(guò)程和結(jié)果的影響研究，對(duì)于闡明不同侵蝕帶的侵蝕產(chǎn)沙關(guān)系及其機(jī)理和建立坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙模型有重要意義。

2 黃土高原不同尺度植被格局與侵蝕產(chǎn)沙的關(guān)系

植被恢復(fù)和重建是黃土高原生態(tài)環(huán)境建設(shè)的一個(gè)主要內(nèi)容，增加植被覆蓋是目前通認(rèn)的減少水土流失的有效措施，但對(duì)植被覆蓋面積已基本達(dá)到水資源承載力極限的黃土高原來(lái)說(shuō)，進(jìn)一步擴(kuò)大植被建設(shè)面積將加劇水資源短缺，因此，優(yōu)化植被格局將是控制黃土高原侵蝕產(chǎn)沙、改善生態(tài)環(huán)境的主要出路。

作為一種景觀類型，植被格局與景觀格局相同，是指不同大小、形狀的植被單元在空間內(nèi)的排列與配置[27]。植被與裸地鑲嵌結(jié)構(gòu)構(gòu)成水土流失的源—匯格局，調(diào)控著坡面上物質(zhì)的空間分配[28]。植被格局在不同尺度上都發(fā)揮重要作用[29]，而且尺度不同，與侵蝕產(chǎn)沙關(guān)系及其表征不同[28]，較大空間尺度下格局的影響較為為顯著[27]。黃土高原有關(guān)植被格局與侵蝕產(chǎn)沙關(guān)系研究主要從坡面和流域2個(gè)尺度開(kāi)展，研究建立耦合植被格局與水土流失的參數(shù)[30]，為建立流域水土流失模型奠定基礎(chǔ)。

2.1 坡面尺度

在干旱半干旱地區(qū)，水分制約加上人類活動(dòng)等影響，植被在坡面上形成斑塊與裸地鑲嵌或條帶分布等典型格局[31-33]。植被空間分布格局影響地表徑流的匯集和攜沙能力，改變了徑流和泥沙運(yùn)移路徑的連通性，對(duì)水土流失影響顯著。針對(duì)坡面植被格局與水土流失過(guò)程的關(guān)系，國(guó)內(nèi)外學(xué)者[32-36]開(kāi)展了大量的模擬試驗(yàn)和觀測(cè)。研究中，植被格局主要關(guān)注植被斑塊的幾何形狀、鑲嵌結(jié)構(gòu)和分布位置等，通過(guò)對(duì)植被斑塊形狀、分布密度和均勻程度的描述，定量分析不同格局的侵蝕產(chǎn)沙變化。

在黃土高原植被格局與水土流失關(guān)系研究中，常以隨機(jī)、聚集、帶狀等描述植被格局，關(guān)注不同類型和數(shù)量的植被在不同坡位所引起的水土流失變化。結(jié)果顯示：植被斑塊和裸露斑塊鑲嵌分布的植被格局比均一化植被格局下的產(chǎn)流產(chǎn)沙量大[32]，帶狀格局和隨機(jī)格局的植被減沙減蝕作用小于坡底聚集格局[32-34]，在坡底位置布設(shè)中、高覆蓋度植被斑塊可以有效阻截泥沙[35-36]。從本質(zhì)上說(shuō)，植被通過(guò)改變徑流水動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)而影響徑流侵蝕力[37]，植被過(guò)濾帶顯著增加了徑流阻力[38]，影響了徑流水力學(xué)參數(shù)[39]，坡面侵蝕速率隨阻力系數(shù)的增大呈冪函數(shù)遞減[40]，帶狀格局、棋盤狀格局和小斑塊格局增阻作用較長(zhǎng)條狀格局強(qiáng)[38]，覆蓋度對(duì)坡面阻力系數(shù)的影響大于空間格局對(duì)阻力系數(shù)的影響。此外，坡面植被格局與阻力系數(shù)的關(guān)系受到降雨、地形的交互影響，植被對(duì)坡面流的阻滯作用隨降雨強(qiáng)度的增大而減小[41]。

目前，植被對(duì)坡面流流速、流態(tài)、流型等的影響研究取得了一定進(jìn)展，但多集中于探索不同植被類型及蓋度對(duì)坡面流水動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響，植被格局對(duì)水土流失作用的研究多集中在以人工規(guī)則組合植被為主，通過(guò)對(duì)植被斑塊分布方式和位置的定性描述，說(shuō)明不同植被分布與侵蝕產(chǎn)沙變化的邏輯關(guān)系，而非數(shù)量關(guān)系；因此，探索建立有效的植被格局特征及其與侵蝕產(chǎn)沙過(guò)程關(guān)系的表征參數(shù)，定量化分析自然坡面植被覆蓋格局與水土流失關(guān)系過(guò)程，將有益于深化植被對(duì)坡面流影響的機(jī)理機(jī)制研究。

2.2 流域尺度

流域尺度的植被變化對(duì)水土流失過(guò)程產(chǎn)生很大影響，多數(shù)研究針對(duì)不同地貌部位的植被及其分布、不同植被類型及其組合所產(chǎn)生的水土保持效應(yīng)進(jìn)行了探討。土地利用的空間分布特征變化改變了流域水文結(jié)構(gòu)和侵蝕系統(tǒng)，引起土地利用對(duì)流失土壤攔截能力的變化，進(jìn)而影響流域產(chǎn)沙量。在流域尺度上，植被格局變化對(duì)侵蝕產(chǎn)沙的影響研究多以“源—匯理論”為基礎(chǔ)，運(yùn)用景觀格局分析方法揭示格局變化特別是土地利用變化對(duì)水文狀況和土壤侵蝕的影響，探討景觀指數(shù)在土壤侵蝕研究中的有效性。許多研究提出了反映植被覆蓋度的植被指數(shù)和一些格局指數(shù)如景觀空間負(fù)荷對(duì)比指數(shù)[42]、等高線方向連通度和順坡連通度[43]、方向性滲透指數(shù)[44]等，用以評(píng)價(jià)景觀空間格局與水土流失過(guò)程的相互關(guān)系。

植被格局改變了流域的水文聯(lián)通性，進(jìn)而影響侵蝕、搬運(yùn)和沉積過(guò)程，一些基于水沙輸移的水文聯(lián)通性指標(biāo)如空間負(fù)荷對(duì)比指數(shù)、平均匯流路徑長(zhǎng)度指數(shù)等[45]相繼提出。然而，植被格局的水文聯(lián)通性除取決于植被斑塊及其鑲嵌組合的幾何構(gòu)形外，還受到地形的影響，二者協(xié)同作用于流域的產(chǎn)匯流過(guò)程。植被和地形共同作用于徑流，改變了徑流侵蝕動(dòng)力，影響了下坡的來(lái)水，進(jìn)而影響下坡段侵蝕以及整個(gè)坡面產(chǎn)沙過(guò)程[46]。因此，充分認(rèn)識(shí)植被和地形對(duì)侵蝕產(chǎn)沙的耦合影響，構(gòu)建復(fù)合植被和地形因素的景觀格局指數(shù)，發(fā)展基于侵蝕過(guò)程機(jī)制、耦合格局和過(guò)程的景觀指數(shù)[47]和模型是深化“景觀格局—生態(tài)過(guò)程”關(guān)系研究的重要基礎(chǔ)。

在水土流失嚴(yán)重、水資源稀缺的黃土高原，植被格局與水土流失耦合關(guān)系以定性或半定量研究為主，覆被格局—水土流失過(guò)程關(guān)系定量化的機(jī)理研究略顯匱乏。植被的空間分布格局與水土流失過(guò)程相互作用、相互影響，建立二者的相互作用關(guān)系更加困難。在黃土高原未來(lái)持續(xù)增加植被面積潛力有限的條件下，日益突出的林—水和林—地矛盾迫切需要優(yōu)化植被格局；因此，在明確優(yōu)化植被格局是控制侵蝕產(chǎn)沙、改善生態(tài)環(huán)境主要出路的前提下，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的理解不同尺度下植被格局與徑流泥沙之間的相互作用，明確不同尺度上水土流失過(guò)程的關(guān)鍵影響因子和驅(qū)動(dòng)因素，還需要進(jìn)行更多的試驗(yàn)和探索，建立真正意義上的覆被格局—水土流失過(guò)程耦合模型，實(shí)現(xiàn)植被水土保持作用的科學(xué)模擬。

3 植被格局對(duì)坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙的調(diào)控

植被結(jié)構(gòu)和格局對(duì)水土流失的調(diào)控作用已被認(rèn)同，坡面和流域尺度不同植被格局減水減沙效益也有不少報(bào)道，但植被對(duì)土壤侵蝕的控制作用不僅體現(xiàn)在影響其覆蓋處的侵蝕產(chǎn)沙，還通過(guò)影響其所處位置的徑流特性間接影響下坡侵蝕產(chǎn)沙，坡面或徑流小區(qū)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)外推時(shí)很難反映出植被對(duì)下部侵蝕單元的影響。坡溝系統(tǒng)是聯(lián)系坡面與流域的重要結(jié)構(gòu)單元，合理定量揭示植被格局對(duì)坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙的調(diào)控作用，不但對(duì)坡面—流域侵蝕產(chǎn)沙空間尺度轉(zhuǎn)換、過(guò)程預(yù)報(bào)等具有理論意義，而且對(duì)黃土高原地區(qū)大規(guī)模植被恢復(fù)的宏觀決策及優(yōu)化配置具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

3.1 植被格局對(duì)坡溝系統(tǒng)的水動(dòng)力學(xué)調(diào)控

坡溝系統(tǒng)水力侵蝕特征與機(jī)理研究是土壤侵蝕動(dòng)力機(jī)制研究的核心，也是建立土壤侵蝕模型的關(guān)鍵[48]。研究者們[41-50]通過(guò)建立坡溝系統(tǒng)模型，在坡面不同位置布設(shè)不同覆蓋度草被模擬不同植被分布格局，通過(guò)人工降雨或放水沖刷試驗(yàn)研究了不同植被格局下坡面水流的流速、流態(tài)等各水力參數(shù)的相互關(guān)系，分析了徑流分離能力、水流挾沙力以及侵蝕能量在坡面的波動(dòng)性。他們發(fā)現(xiàn)：草被覆蓋對(duì)坡面流水力學(xué)參數(shù)有顯著影響，由于植被覆蓋的阻滯，草地和灌木地坡面徑流阻力系數(shù)(f)明顯增大[41]，徑流雷諾數(shù)(Re)、弗勞德數(shù)(Fr)、流速(v)隨覆蓋度增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)；草被覆蓋面積越大，對(duì)坡面流的延滯作用越顯著[48]；不同草帶布設(shè)位置對(duì)坡溝系統(tǒng)的連通過(guò)程影響不同，坡下布設(shè)植被對(duì)坡溝系統(tǒng)水文連通性的影響最大[49]。也有研究表明[37]：v隨植被覆蓋度增加呈線性減小，F(xiàn)r變化趨勢(shì)和v相同，徑流Re和覆蓋度無(wú)明顯相關(guān)，徑流f和植被蓋度呈顯著指數(shù)減小趨勢(shì)坡面草被布設(shè)在坡中上部時(shí)，對(duì)坡面流的阻延作用較大。植被格局對(duì)坡面侵蝕能量的調(diào)控作用分析得出，植被能夠有效削減徑流功率，有草斷面比無(wú)草斷面的徑流動(dòng)能、勢(shì)能普遍偏小[50]，但不同植被格局對(duì)徑流能量影響甚微。

目前，有關(guān)植被覆蓋格局對(duì)徑流侵蝕動(dòng)力調(diào)控的作用結(jié)論不太一致。主要原因在于，各坡溝系統(tǒng)模型的構(gòu)建沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，坡度和坡長(zhǎng)不完全一致，放水沖刷流量或降雨強(qiáng)度和歷時(shí)也不同，由于f和v均受到坡度的影響，f和Re之間的關(guān)系隨著坡度和侵蝕方式的不同而不同，得到的結(jié)果亦不相同。因此，在今后的試驗(yàn)中，應(yīng)建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的坡溝系統(tǒng)模型，以便深入研究植被格局對(duì)坡溝系統(tǒng)徑流水動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響。

3.2 植被格局對(duì)坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙的調(diào)控

不同植被格局的產(chǎn)流產(chǎn)沙特征是研究坡溝系統(tǒng)植被調(diào)控機(jī)理的重要基礎(chǔ)。植被格局不僅影響細(xì)溝形成的位置，而且改變了侵蝕形態(tài)[51]，進(jìn)而對(duì)坡溝系統(tǒng)的產(chǎn)流產(chǎn)沙量產(chǎn)生顯著影響；草帶對(duì)徑流的削減作用較弱，對(duì)泥沙的攔截作用較好；覆蓋度越高，侵蝕產(chǎn)沙量越小，布設(shè)在坡下部的草帶，減水減沙效果優(yōu)于坡上部，但受放水流量的影響，大放水流量下，減水減沙差異不明顯[52]；僅在坡面布設(shè)植被，盡管能在一定程度上減少坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙，但并不能有效減小溝坡部分的侵蝕產(chǎn)沙，甚至引起溝坡部分侵蝕產(chǎn)沙的增大。同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)，坡面草被覆蓋度的影響有一個(gè)臨界值，該值與放水流量關(guān)系密切。以上研究結(jié)果僅限于室內(nèi)模擬，草被覆蓋及其空間結(jié)構(gòu)對(duì)野外坡溝系統(tǒng)的影響是否也存在類似結(jié)論，還需要更多的試驗(yàn)去證明。至于耦合水土流失過(guò)程的格局指數(shù)，國(guó)際上已經(jīng)開(kāi)始了相關(guān)研究，國(guó)內(nèi)也有研究者涉及，但真正把格局指數(shù)和坡溝系統(tǒng)侵蝕過(guò)程相結(jié)合，還需要更多的嘗試和探索。

4 問(wèn)題與展望

黃土高原地區(qū)先后經(jīng)歷了坡面治理、坡面和溝谷聯(lián)合治理、小流域綜合治理以及大規(guī)模退耕還林(草)和淤地壩建設(shè)，坡溝系統(tǒng)的降雨產(chǎn)流、匯流和產(chǎn)沙條件逐步發(fā)生改變，坡面植被恢復(fù)改變了坡溝侵蝕鏈，隔斷了坡段間的聯(lián)系，使坡段間的能量傳遞削弱或消失，侵蝕過(guò)程受到抑制，原有的坡溝侵蝕產(chǎn)沙關(guān)系也隨之發(fā)生變化。針對(duì)黃土高原坡溝系統(tǒng)土壤侵蝕研究，學(xué)者們明確了坡溝系統(tǒng)侵蝕垂直分帶特征、探討了坡面來(lái)水來(lái)沙對(duì)坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙的影響，基于試驗(yàn)觀測(cè)分析了坡面上不同植被格局下坡溝系統(tǒng)的水土流失規(guī)律，并嘗試建立坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙與相關(guān)參數(shù)的關(guān)系模擬，需要進(jìn)一步研究的熱點(diǎn)問(wèn)題和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)集中在以下：

1)深化坡面來(lái)水來(lái)沙對(duì)坡溝系統(tǒng)土壤侵蝕的影響。坡面來(lái)水來(lái)沙在小流域產(chǎn)沙中起決定作用，上方來(lái)水來(lái)沙可改變坡溝系統(tǒng)的土壤侵蝕，但如何改變以及改變的結(jié)果及其影響因素和變化規(guī)律等，都是需要進(jìn)一步探討的問(wèn)題。這是明確坡面植被格局對(duì)坡溝系統(tǒng)土壤侵蝕調(diào)控功效的基礎(chǔ)。以往研究大多單獨(dú)考慮上方來(lái)水來(lái)沙或植被覆蓋，較少耦合植被覆蓋與上方來(lái)水來(lái)沙對(duì)坡溝系統(tǒng)土壤侵蝕的影響。

2)建立植被格局與坡溝系統(tǒng)水土流失的耦合模型。構(gòu)建意義明確且簡(jiǎn)單實(shí)用的格局指數(shù)，發(fā)展耦合植被格局的水土流失模型，定量分析植被格局與水土流失關(guān)系，是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。從坡溝系統(tǒng)這一基本侵蝕單元入手，將植被格局的動(dòng)態(tài)信息與產(chǎn)流產(chǎn)沙過(guò)程相結(jié)合，建立真正意義上的植被格局—水土流失過(guò)程耦合模型，將為深入了解小流域景觀格局—土壤侵蝕相互作用過(guò)程奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而建立耦合景觀格局信息的小流域水土流失模型。

3)動(dòng)態(tài)研究植被格局與水土流失過(guò)程的相互作用。植被覆蓋影響水土流失過(guò)程，而水土資源的變化又反過(guò)來(lái)影響植物生長(zhǎng)、分布和演替，引起植被格局發(fā)生變化，二者形成了一個(gè)相互影響、相互制約的互饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。同時(shí)，在干旱半干旱區(qū)，降雨和地形的綜合影響會(huì)使植被覆蓋在不同季節(jié)呈現(xiàn)不同分布，坡面植被覆蓋格局呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化。以往的研究大多關(guān)注植被覆蓋對(duì)水土流失的控制作用，水土流失與植被格局的相互作用關(guān)系涉及不多。因此，選擇典型坡面進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)格局與水土流失關(guān)系的動(dòng)態(tài)研究，為黃土高原植被恢復(fù)和土壤侵蝕治理提供重要參考。