第十七次土壤侵蚀与水土保持沙龙纪要

　　时间：2022 年 4 月 23 日(星期六)9:00-17:00

　　地点：中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所

　　腾讯会议号：100-713-094

　　主题：未来 10 年的研究发展方向及重点领域

　　与会人员:参加此次沙龙的包括线上及现场相关学者、专家和学生500余人，其中现场与会者 40 余人。中国农科院环发所郝志强书记参加会议，并讲话。

　　沙龙内容：

　　(1)部分(9:00-10:40)

　　主持者：余新晓教授(北京林业大学)

　　报告者：宁堆虎研究员(中国水科院国际泥沙研究培训中心)

　　报告题目：社会需求下的水土保持科技问题探讨

　　宁堆虎研究员提出了水土保持科技未来需要解决的四大方面十个问题。侵蚀机理与过程方面，包括问题(1)水土养分一体化迁移过程和定量刻画：水土迁移相关过程、养分、污染物、吸附转化及地下运移过程等;(2)大中流域水沙过程预报：降雨过程——来水来沙过程，特别是高泥沙水利枢纽和河道产沙预报预测;(3)生产建设项目强烈扰动下地表的侵蚀过程;各种动力和类型扰动地表下的土壤流失量、土壤可蚀性等;第二水土保持方面，包括问题(4)区域水土流失防治阈值：水土保持率(采取经济合理的防治技术措施、维持正常生活情形下，区域最小水土流失面积)的确定，植被恢复阈值等，从而引导行业发展的水土保持工作方向和目标;(5)重点流失区针对性水土保持措施：针对各主要流失区特定的水土流失问题，对应的有针对性的水土保持措施配置，如黄土高原沟坡兼治、黑土区坡耕地水土流失防治措施、西南岩溶区漏蚀防治措施等;(6)水土保持措施对生态系统的影响和作用定量研究：水土保持措施对生态因子(水、土、气、生、碳)的定量影响等;(7)生产建设活动扰动地表快速修复技术：建设活动强烈扰动下地表的有效防护和快速修复关键技术等;第三水土保持监测方面，包括问题(8)中大尺度水土流失调查和评价方法：区域水土流失(水蚀、风蚀)调查因子、模型、获取方法、制图等;(9)生产建设活动遥感影响自动判别和报告：基于不同精度、多源影像资源的地表扰动变化判别、比对和定量统计，服务违规违法生产建设项目快速筛查报告;第四方面气候变化下的水土保持，包括问题(10)局地超强暴雨下的水土保持应对措施，超强暴雨下的产流、产沙特性，如何提高水土保持措施的综合减灾能力等。

　　线下和线上参会者就植被阈值、西南地区漏蚀比例、如何将社会需求和政府管理及科学研究相结合等问题进行了激烈的讨论。

　　主持者：方海燕研究员(中国科学院地理科学与资源研究所)

　　报告者：陈利顶研究员(中国科学院生态环境研究中心)

　　报告题目：流域景观格局与生态过程研究

　　报告从“景观格局、过程、流域”等研究现状和热点入手，提出了土壤侵蚀仍是流域景观格局与生态过程的研究热点，同时指出景观格局与非点源污染、水质、土壤侵蚀、水文过程与模型等密切关系。在此基础上总结了景观格局与生态过程研究的方法，包括概念模型法、综合指数法、情景模拟法等。流域景观格局与生态过程研究可包括坡面尺度景观格局与水土流失、流域尺度景观格局对土壤侵蚀和养分流失的影响等。指出源、汇景观和景观空间复合比指数是景观格局的优化指标，可与非点源污染模型(LSM)等相融合，从而改进非点源污染的预测精度，在滦河流域进行验证。并对比了该方法与传统的基于 Fragstats 软件构建景观格局与生态过程的关系研究。在此基础上提出了未来展望，包括要素耦合(以问题为导向，研究影响过程/功能的要素类型、数量及其耦合关系);格局与过程研究(基于地表监测数据为模型提供基本参数，建模是解决流域景观格局与生态过程研究的关键);尺度整合(要素耦合关系、格局与过程耦合关系的时空演变特征及其尺度关联效应)等，提出了未来三个方面的挑战：如何将传统的景观格局与水土/养分流失研究拓展到流域复合污染过程?如何将地表监测数据与数学模型相结合，建立流域景观格局与生态过程耦合的机制模型?如何通过多要素耦合关系特征及其时空尺度效应，研究流域景观格局与生态过程耦合关系的尺度关联效应?进而指出未来需要考虑的问题：(1)人类活动与景观格局演变对景观格局与生态过程的影响，为流域生态安全与可持续发展服务;(2)基于要素与过程集成的流域景观信息图谱识别;(3)流域景观格局——过程耦合的生态服务效应及其空间异质性特征;(4)人类活动干扰下流域景观格局与环境健康维持机制;(5)流域社会-经济-生态物联网模式识别及其生态环境效应等。

　　线下和线上参会者对此报告进行了源、汇景观区别，景观格局与非点源污染的关系等进行了热烈的讨论。

　　(2)第二部分(10:50-12:20)

　　主持者：李法虎教授(中国农业大学)

　　报告者：范云涛研究员(科技部科技评估中心机构部)

　　报告题目：完善科技激励机制，树立科技评价新标

　　报告人参与了近期中央对科技激励和科技评价相关文件起草与研究工作。科技激励和科技评价是促进科技创新的重要保障，对释放科技创新潜力、激发创新活力、引导科技发展具有重要作用。近日，中央深改委第二十五次会议审议通过了《关于完善科技激励机制的若干意见》。文件要求坚持精神激励和物质激励相结合，重点奖励那些从急迫需要和长远需求出发，为科学技术进步、经济社会发展、战略安全等作出重大贡献的科技团队和人员。创新科研项目组织管理机制，保障科技人员科研工作时间，心无旁骛创新创造。加大对青年科技人员的激励，敢于给年轻人担纲大任的机会，创造有利于青年人才脱颖而出的环境。要健全科研经费稳定支持机制，持之以恒支持科研人员在基础性、公益性研究方向上“十年磨一剑”。要坚持激励和约束并重，建立有效的约束和监督机制。科技评价破四唯易而立新标难，目前各高校院所都在探索如何建立适合本领域本单4 位的人才、团队、成果评价标准，经过目前的调研，大部分受访者的共识是以科技创新质量、贡献、绩效为导向，根据不同科学技术活动的特点，实行分类评价，不同类型的单位、团队和工作岗位，评价标准不尽相同，不能搞一刀切;破四唯不是不要论文、职称、学历、奖项，是不能简单的数数量，要看质量，看贡献，使用业内同行公认的代表性成果来表示。

　　主持者：李法虎教授(中国农业大学)

　　报告者：张志强教授(北京林业大学)

　　报告题目：水土保持与荒漠化防治前沿趋议(线上报告)

　　首先总结了水土保持与荒漠化防治学科历史与成就，指出学科初步建设阶段为 1950-1979 年;1980-1999 年为水土保持事业蓬勃发展阶段，推动了完整的人才培养体系;2000 年以来，进入了快速发展阶段，建立了具有中国特色的学科体系，拥有了一批德才兼备的人才专家，并形成了完善的人才培养体系，目前已经有 42 所高校和科研机构培养该学科的硕士研究生，构建了完善的科技支撑平台体系，获得了一批高水平的科研成果。同时，提出了学科发展目前存在的问题。目前国务院学位委员会讨论新增水土保持与荒漠化防治一级学科(0910)，该学科的二级学科主要研究方向包括水土保持、荒漠化防治和流域管理。但目前二级学科的研究方向有待进一步细化。第二部分内容为水土保持与荒漠化防治重点领域包括土壤侵蚀与生态水文——荒漠化防治、石漠化防治、林草生态工程、山地5 6 灾害防治——流域治理等方面。重点进展包括：水力侵蚀水动力学机理、土壤侵蚀动态监测与调查技术;土壤侵蚀数据库建设;多营力复合土壤侵蚀机制与预报;风沙运动、堆积;水盐运动与盐渍;土壤侵蚀环境效应;气候变化响应;土壤侵蚀与生态水文;荒漠生态过程与机制、沙区植被维持技术、防沙治沙新材料(微生物材料、工程材料)、防沙治沙机械装备、沙产业开发与推广应用等荒漠化防治相关内容;石漠化脆弱生态系统评价、综合治理技术体系、石漠化治理模式等;林草生态工程;山地灾害防治;以小流域综合治理、流域生态保护与面临的重大问题及“山水林田湖草沙”系统治理等流域治理等。未来发展方向需要考虑“四个面向”，从长历时大尺度、多学科融合及生态-社会-经济效益协同治理模式、流域综合管理基础建设、智能化流域管理科学体系等方面进行创新发展。

　　主持者：张岩教授(北京林业大学)

　　报告者：张科利教授(北京师范大学)

　　报告题目：中国土壤侵蚀研究主要成就及未来重点研究领域

　　报告提出了中国土壤侵蚀主要发展历程和存在的问题。在此基础上总结了重大成果：(1)侵蚀类型分区;(2)黄河下游沉积泥沙主要来源;(3)黄河中游黄土丘陵沟壑区，泥沙输移动比接近 1;(4)黄土高原水土保持 28 字方针;(5)陡坡开垦及人类活动是黄河泥沙的主要根源的科学理论，并推荐 25 度坡耕地退7 耕还林还草;(6)全国水土保持分区;(7)中国土壤侵蚀预报模型 CSEL 应用实践;(8)不同时期全国土壤侵蚀强度图等。未来展望包括：(1)土壤侵蚀预报模型完善推广及精度评价;(2)模拟降雨试验结果的代表性和真实性评价;(3)水槽试验结果的代表性及真实性评价;(4)新时代土壤侵蚀/水土流失的评价指标问题;(5)关注全国不同地区尚不明白的土壤侵蚀问题：喀斯特地区、东北、青藏地区侵蚀过程、机理及其评价;南方崩岗概念、过程、机理及其评价;黄土高原土壤侵蚀未来演变及水土流失预测;生态文明理念下的水土保持问题等。重点研究议题包括：(1)全球土壤侵蚀动态、全国土壤侵蚀动态、区域土壤侵蚀动态等评价方法与制图技术;(2)全球变化背景下(包括重大工程)土壤侵蚀发展变化趋势;(3)极端天气下土壤侵蚀特征及侵蚀量估算;(4)不同情景下侵蚀严重区未来变化趋势;(5)土壤侵蚀估算模型及其应用问题;(6)土壤侵蚀监测新技术——自动化、数字化等。

　　(3)第三部分(13:00-15:05)

　　主持者：秦伟教授级高工(中国水科院泥沙研究所)

　　报告者：张光辉教授(北京师范大学)

　　报告题目：东北黑土区土壤侵蚀研究进展

　　研究背景介绍了东北黑土区的特征和重要地位及目前存在的问题，黑土变薄、变瘦、破碎化直接威胁粮食安全。东北黑土区土壤侵蚀具有高度隐蔽性，坡面侵蚀严重，但河流输沙很低，实质是侵蚀驱动土壤在小流域内的再分布。21世纪以来，黑土区土壤侵蚀与水土保持逐步受到关注。东北黑土区长坡缓坡的特征导致汇水能力高，土壤性质上松下紧、抗蚀性弱，易形成水土流失。过度开垦是到导致黑土水土流失的主要驱动力之一，坡耕地是小流域侵蚀泥沙的策源地，土壤侵蚀受控于泥沙输移过程，水文和泥沙连通性低下，侵蚀泥沙在坡脚或沟道大量沉积。黑土层下降速度研究尚不统一，但典型黑土区母质土壤露出现象显著(26%)。黑土水土流失导致表土沙化、土壤养分流失、田间持水率下降，呈现变薄、变瘦、变硬等问题。黑土切沟发育剧烈，影响黑土生产力，导致黄土层覆盖沉积区表层黑土。东北黑土区特殊的自然地理环境导致风力、水力和冻融多侵蚀营力形成的复合侵蚀类型多样。耕作、秸秆覆盖、垄沟方向皆影响土壤侵蚀过程，土壤分离与泥沙输移线性耦合是坡面侵蚀强—弱交替的动力机制。土壤侵蚀过程与机理受降雨入渗、坡度和地表糙率的影响，侵蚀阻力受土壤质地、土壤物理化学性质、根系系统的影响。已有黑土区试验研究结果与试验条件密切相关，与野外侵蚀过程的关系还有待进一步研究。特别是秸秆还田作用复杂，其对坡面侵蚀的影响有待进一步研究。东北黑土区浅沟和切沟普遍发育，依据地理环境和影响因素切沟可进一步划分为 12 子区域，不同区域切沟形态存在差异，受坡度、坡向、集水区面积、不合理的人类活动等多因素的影响。东北黑土区土壤侵蚀显著受冻融作用影响，会改变土壤形状和阻滞入渗等作用。尽管复合侵蚀类型多样，东北黑土区水力侵蚀仍是主导侵蚀，1950-1980 年快速加剧，土地利用导致水力侵蚀空间分布发生变化，切沟侵蚀在东北地区呈快速加剧特征，而黑土区土壤侵蚀对全球气候变化的响应研究不足，已有研究结论亦不一致。核素示踪、磁化率等方法是分析土壤侵蚀的空间分布和土壤侵蚀导致的土壤再分布的重要方法。提出了黑土区土壤侵蚀展望：(1)黑土厚度调查与制图;(2)土壤结构破坏、土壤质量退化与侵蚀类型、强度及其时空变化间的定量关系;(3)耕作制度等人类活动对土壤养分流失与质量退化的影响机制;(4)作物产量对水土流失的响应;(5)细沟间侵蚀与细沟侵蚀的耦合作用机制;(6)细沟间可蚀性季节变化及其对农事活动的响应;(7)黑土退化对坡面产流机制的影响;(8)细沟形态特征及其随坡长的变化规律;(9)土壤侵蚀阻力的时空变化;(10)切沟形态时空变化机制及其演变过程和动力机制;(11)切沟对小流域的影响及其空间分布;(12)冻融作用空间分异及其主控因素;(13)冻融租用对土壤水热特性的响应及其对土壤侵蚀和黑土退化的影响;(14)次降雨土壤侵蚀的相关研究;(15)坡面-流域不同尺度土壤侵蚀的研究等。

　　线下和线上参会者就冻融作用研究方法、切沟遥感确定方法、黑土区与典型黑土区差别等问题进行了热烈讨论。

　　主持者：牛健植教授(北京林业大学)

　　报告者：姜德文教授高工(水利部水土保持监测中心)

　　报告题目：智慧水土保持展望(线上报告)

　　报告从数字经济和智慧社会发展背景入手，阐述了发展智慧水土保持的必要性。智慧社会、智慧管理和智慧服务的三要素：信息是智慧的基础、知识是智慧的核心、能力提升是智慧的目的。阐述了智慧水土保持建设的要求(需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力)、主线(数字化、网络化、智能化)、路径(数字化场景、智慧化模拟、精准化决策)和支撑(数据、算法)方法，在此基础上阐述了智慧水土保持趋势与方向。介绍了《中国水土保持科学》期刊发表的“汇聚海量数据深化应用场景开创智慧水土保持”的文章，指出支撑水土保持的数据基础以长时间系统数据为基础，对数据质量有要求。提出土壤侵蚀大数据挖掘及水土保持智慧应用包括：(1)土壤侵蚀数据库，全国、省级多次普查数据等;(2)进行科学分区，精准到地类、地块，科学指导保护、自然修复、治理分区、9 10 分类，精准对位于实地;(3)人工智能，标准化、规范化的海量解译标志，实现人工智能自动识别;(4)开放平台，为社会、公众提供可查询、可下载、可应用数据，促进科学知识推广。智慧水土保持具体应用包括(1)土壤侵蚀长期定位观测海量数据及智慧应用，包括构建模型、服务于区域水土流失及其次生灾害的预测预报预警;(2)山水林田湖草沙系统治理海量数据挖掘与智慧应用，包括海量数据的挖掘、智能推送和 APP 远程服务等;(3)智慧水土保持可应用于重点工程智能跟踪与管理、智能规划设计及水土保持功能与生态修复质量评价等;(4)生产建设项目海量数据与水土保持智慧监管与服务，包括海量数据挖掘、生产建设项目智慧管理、生产建设项目智能跟踪、危险预警和信用监管等，关于智慧水土保持相关应用在《中国水利》2021、《中国水土保持》2016 等学术期刊发表;(5)动态监测与研究成果海量数据与智慧应用;(6)智慧水土保持科技支撑，通过数据、算法和算力形成智慧大脑，精准服务于社会。

　　(4)第四部分(15:15-17:00)

　　主持者：周金星教授(北京林业大学)

　　报告者：张凡研究员史晓楠副研究员(中国科学院青藏高原研究所)

　　报告题目：追踪青藏高原河流泥沙的独特变化

　　全球河流输沙量变化对于青藏高原的数据尚不清晰，而青藏高原是诸多河流的发源地，对于诸多河流径流量和输沙量具有重要影响。基于此，对于青藏高原8 条河流输沙量的研究表明，青藏高原大多数河流输沙量呈显著上升或上升趋势，与全球河流输沙量变化不同。对其原因分析表明，降雨对高原河流侵蚀输沙影响机制与其他区域有所不同。青藏高原植被指数的影响不可忽视，植被和降雨共同影响了高原河流输沙量的动态变化，植被年内季节变化影响了降雨与土壤侵蚀的关系，植被旺盛时期可滞后降雨对土壤侵蚀的驱动。降水一方面增加了侵蚀力而同时有利于植被生长减少土壤侵蚀。因此需进一步监测其他水沙相关数据，在青藏高原不同流域布置浊度仪，发现浊度变化不仅响应降雨过程还响应了温度的变化，属于青藏高原特有特征。冰川侵蚀形成碎屑物是青藏高原泥沙的主要来源之一，升温增加了冰川融水导致河流泥沙随之增加。导致青藏高原河流泥沙的变化的其他因素，有可能会受到冻融作用的影响。通过野外/室内坡面侵蚀试验，考虑融雪/降雨驱动+解冻深度影响下的坡面侵蚀过程。发现土壤解冻过程中，地表径流流速随解冻深度变化，受冻结锋面和侵蚀输沙能量消耗共同影响。解冻深度改变了坡面产流产沙过程与水沙关系，同时解冻深度改变了坡面侵蚀对流量、坡度等因素的响应模式。在此基础上继续研究了雅江输沙量对气候变化的响应，基于融冰径流量、侵蚀因子模型计算和泥沙恒等式等，提出了径流组分比的指数，发现 1972-2008 年融冰径流量增加、植被变好，得到输沙量增加的定量归因于物源的增加(79%)、冰川径流的增加和降水的增加，而植被则对侵蚀的贡献为负。降雨侵蚀力增加和解冻期提前是导致侵蚀物源增加的主要因素。利用统计回归偏最小二乘路径模型可得到类似的结论。暖湿化背景下导致雅江输沙量增加的贡献率依次为降水增加、降水量导致挟沙力增加、土壤解冻天数增加、冰川融水增加。最后，提出未来 10 年研究发展方向及重点领域：(1)降雨/融雪叠加土壤冻融如何影响坡面产流产沙机理;(2)如何提高对冰川/冻土影响的水力侵蚀过程的模拟能力;(3)气候变化背景下高海拔江河源区水沙变化响应机制。

　　线下和线上参会者就青藏高原降水空间异质性的影响、物源的改变、风化作用、悬移质和推移质、归因化分析等问题进行了讨论。

　　主持者：崔明研究员 (中国林业科学院研究院生态保护与修复研究所)

　　报告者：张晴雯研究员(中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所)

　　报告题目：水蚀驱动下的氮素迁转过程

　　报告从高强度农业活动对全球氮素循环的影响开始介绍，确定了农业生产对氮素进入水体的贡献，从而引发水体富营养化问题，并在此基础上提出了两大关键问题：(1)粮食刚性需求压力下如何增效减污染?——生产和减污协同机制;(2)水体污染表象在水体，根子在陆域。土壤侵蚀加速了氮素的循环过程，并加剧了土壤氮素的迁移转化。以西南紫色丘陵区为研究对象，通过 2 年的径流小区监测数据，解决水蚀作用下氮素主要转化、存赋形态和主要流失途径及氮素的转化过程等问题。试验表明降雨过程存在剥蚀和输沙的互馈关系，降雨强度、传统耕作、秸秆覆盖等措施对地表径流和产沙量产生影响。地表覆盖虽然可以削减地表径流但增加了壤中流。降雨侵蚀是导致养分流失的主要驱动力之一，传统耕作增加了径流氮素的迁移，秸秆覆盖和有机质增加显著削减了径流氮素的迁移。氮素流失路径主要在壤中流，可大于 60%，溶解性的氮素含量较高不可忽视，且壤中流主要以硝态氮为主。坡耕地氮素流失与土壤可蚀性变化趋势一致，证实了土壤可蚀性间接影响不同形态氮素的迁转。不同氮素的迁转在地表和壤中流规律不一致。利用氮素流失主控因子分析表明土壤氮素转化是影响氮素迁移转化的重要因素。水蚀和保护性措施可改变土壤 N 循环功能相关的微生物群论结构和微生物丰度，从而指出水蚀通过影响 N 循环功能菌群(nirS 反硝态氮菌群)，进而影响土壤氮素转化，影响侵蚀过程的氮素迁转。未来展望，主要科学问题在于关键水文水蚀过程驱动下水-碳-氮在多尺度界面的赋存迁转及耦合机制;技术瓶颈在于从地块——集水区——小流域多尺度水、碳、氮的迁移转化。

　　线下和线上参会者就学科交叉、水土流失与非点源污染的关系等问题进行了讨论。

　　报告者：蔡强国研究员(中国科学院地理科学与资源研究所)

　　报告题目：第 17 次沙龙小结与第 18 次沙龙展望

　　蔡强国研究员对此次会议进行了简短的总结，并与大家协商第 18 次学术沙龙的主题：切沟和冲沟侵蚀、重力侵蚀、东北黑土区水土流失与防治、土壤侵蚀控制实验等。并征及其他主题。计划在 10 月底 11 月初进行第 18 次学术沙龙，拟由清华大学或林业大学承办。

　　此次“沙龙”在融洽而热烈的气氛中进行，演讲者进行了精彩的报告，线上线下与会者积极参与讨论，深受欢迎，导致“沙龙”一致延续到下午近 5 点才结束。

　　特别感谢中国农业科学研究院农业环境与可持续发展研究所郝志强书记参会并致辞、张晴雯研究员团队承办此次沙龙，并为此次沙龙提供了丰盛的茶歇和午餐。