黃河流域砒砂巖區(qū)土壤侵蝕劇烈，且為典型的水力、風(fēng)力、凍融多動(dòng)力復(fù)合侵蝕類型，研究其多動(dòng)力復(fù)合侵蝕規(guī)律，對于揭示礎(chǔ)砂巖區(qū)土壤侵蝕機(jī)制、制定相應(yīng)的治理對策具有重要意義。


砒砂巖集中分布于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市、陜西省府谷縣及山西北部部分地區(qū)，其面積1.67萬km2，該區(qū)域處于多種自然環(huán)境要素相互交錯(cuò)的過渡區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，具有水力、風(fēng)力、凍融等多動(dòng)力在時(shí)間上交替、在空間上疊加的侵蝕特征，在冬春季凍融、風(fēng)化嚴(yán)重，到了夏秋季暴雨洪水多發(fā)，加之砒砂巖膠結(jié)程度差、結(jié)構(gòu)松散，水力侵蝕劇烈，形成了與單一風(fēng)力侵蝕或水力侵蝕不同的多動(dòng)力復(fù)合侵蝕機(jī)制。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(dá)到溝道產(chǎn)沙量的一半左右，大可達(dá)流域侵蝕量的1/3左右；風(fēng)力侵蝕主要是大風(fēng)作用于裸露基巖產(chǎn)生風(fēng)積、風(fēng)化，大量粗顆粒泥沙存儲(chǔ)在坡面、溝道中，砒砂巖的年風(fēng)化速度為1.5~3.6 mm.提供的風(fēng)化物質(zhì)達(dá)2250~5292t/（km2·a)；水力侵蝕使前期存儲(chǔ)在那里的粗顆粒泥沙懸浮而被搬運(yùn)，形成輸送能力極強(qiáng)的高含沙水流。在風(fēng)力-水力兩相作用占優(yōu)勢的區(qū)域，風(fēng)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(xì)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(shí)現(xiàn)優(yōu)組合，形成了高強(qiáng)度的粗泥沙輸移機(jī)制。因此，砒砂巖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化除與砒砂巖質(zhì)地性質(zhì)、人類活動(dòng)有關(guān)外，還直接受制于復(fù)合侵蝕的驅(qū)動(dòng)。多類侵蝕子過程交互疊加，共同構(gòu)成了復(fù)雜的土壤侵蝕系統(tǒng)，使這一地區(qū)成為黃河粗泥沙集中來源的核心區(qū)，其區(qū)域土壤侵蝕模數(shù)達(dá)30000~40000t/（km2·a），雖然其面積僅占黃河流域面積的2%，但產(chǎn)生的粗泥沙占黃河下游淤積量的25%，對黃河的防洪構(gòu)成了極大的威脅。


然而，多動(dòng)力復(fù)合侵蝕規(guī)律的研究是一項(xiàng)復(fù)雜的科學(xué)問題。復(fù)合侵蝕不是多種單一侵蝕過程的簡單線性相加，而是一個(gè)多動(dòng)力侵蝕相互耦合的復(fù)雜體系。風(fēng)力侵蝕對地表物質(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，抗蝕力降低而為水力侵蝕的發(fā)生提供了邊界條件。而水力侵蝕對地表的沖刷及雨滴擊濺，又為風(fēng)力侵蝕提供了新的風(fēng)化層。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(fēng)力侵蝕、水力侵蝕提供了物質(zhì)條件，而且由于凍融使土壤抗剪強(qiáng)度和土壤抗蝕力減弱、水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量降低，還會(huì)相對增加風(fēng)力侵蝕、水力侵蝕的力學(xué)作用，使土壤更容易遭受外營力侵蝕�？梢�，復(fù)合侵蝕過程中各侵蝕子過程間具有交互效應(yīng)，多種驅(qū)動(dòng)因子間通過、水流、風(fēng)沙流、侵蝕物質(zhì)等媒介發(fā)生耦合作用，但受研究手段和觀測方法的限制，其各自的貢獻(xiàn)率尚無法直接測量，研究復(fù)合侵蝕規(guī)律面臨著理論、方的多項(xiàng)挑戰(zhàn)。復(fù)合侵蝕會(huì)導(dǎo)致生態(tài)嚴(yán)重退化，同時(shí)其發(fā)生地區(qū)也往往是生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，因此多動(dòng)力復(fù)合侵蝕現(xiàn)象及其危害早已為人們所注意，成為水土保持與生態(tài)治理研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域和前沿科學(xué)問題，是國家生態(tài)文明建設(shè)重大戰(zhàn)略實(shí)施的迫切科技需求。


因此，將水力-風(fēng)力-凍融作為一個(gè)完整的動(dòng)力耦合系統(tǒng)，揭示砒砂巖區(qū)多動(dòng)力脅迫下生態(tài)系統(tǒng)退化與復(fù)合侵蝕耦合機(jī)制，建立系統(tǒng)的多動(dòng)力復(fù)合侵蝕與侵蝕產(chǎn)沙耦合關(guān)系辨識(shí)方法，突破復(fù)合侵蝕模擬理論與技術(shù)，由此推動(dòng)復(fù)合侵蝕研究由定性向定量、由過程向機(jī)制方向的發(fā)展，是十分迫切和必要的。為此，科技部將“砒砂巖區(qū)多動(dòng)力復(fù)合侵蝕時(shí)空分異規(guī)律”（編號(hào)：2017YFC050450pan>）列為國家研發(fā)計(jì)劃課題，并得到國家自然科學(xué)面上項(xiàng)目“砒砂巖區(qū)坡面水力、風(fēng)力、凍融交替侵蝕作用機(jī)制”（編號(hào)：41877079）、中國博士后科學(xué)面上項(xiàng)目“砒砂巖區(qū)多動(dòng)力互作的坡面侵蝕過程與機(jī)制”（編號(hào)：2018M630826）、中國博士后科學(xué)特助項(xiàng)目“砒砂巖區(qū)侵蝕交互特征對粗泥沙產(chǎn)輸過程的作用機(jī)制”（編號(hào)：2019T120627）資助，對黃河砒砂巖區(qū)復(fù)合侵蝕的發(fā)展過程開展系統(tǒng)研究。本書以“特征分析一過程判識(shí)一機(jī)制揭示”的學(xué)術(shù)思路，綜合運(yùn)用土壤侵蝕學(xué)、泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)、自然地理、生態(tài)學(xué)等多學(xué)科理論，將傳統(tǒng)土壤侵蝕問題延伸到環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，通過“反演一模擬”“點(diǎn)—面”結(jié)合、多源信息融合分析的方法，研究多動(dòng)力復(fù)合侵蝕時(shí)空分布特征；利用相似原理和土壤侵蝕動(dòng)力學(xué)、泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)的基本理論，結(jié)合野外徑流小區(qū)定位觀測，融合水力模擬、風(fēng)力模擬、凍融模擬等技術(shù)與方法，攻克基于多源數(shù)據(jù)融合的水力-風(fēng)力-凍融復(fù)合侵蝕實(shí)體模型相似模擬技術(shù)，研究多動(dòng)力復(fù)合侵蝕交互特征，分析水力、風(fēng)力、凍融等驅(qū)動(dòng)因子的動(dòng)力學(xué)參數(shù)與土壤侵蝕的關(guān)系；基于多尺度遙感解析，結(jié)合不同類型區(qū)野外觀測、室內(nèi)外模擬試驗(yàn)與地面調(diào)查數(shù)據(jù)，辨識(shí)砒砂巖區(qū)不同侵蝕類型植被覆蓋特征值，明晰復(fù)合侵蝕時(shí)空分異規(guī)律，揭示植被復(fù)合侵蝕對粗泥沙產(chǎn)輸?shù)挠绊�，破解砒砂巖區(qū)高強(qiáng)度產(chǎn)沙的侵蝕動(dòng)力機(jī)制。


本書是研究團(tuán)年來承擔(dān)的多個(gè)項(xiàng)目研究成果結(jié)。全書共分7章，第pan>章緒論，由姚文藝、肖培青、張攀執(zhí)筆；第2章砒砂巖區(qū)侵蝕環(huán)境特征，由任宗萍、付金霞、何厚軍執(zhí)筆；第3章砒砂巖多動(dòng)力復(fù)合侵蝕模擬技術(shù)，由肖培青、姚文藝、楊春霞執(zhí)筆；第4章砒砂巖區(qū)水力-風(fēng)力-凍融復(fù)合侵蝕規(guī)律，由付金霞、張攀、、何厚軍執(zhí)筆；第5章砒砂巖區(qū)多動(dòng)力復(fù)合侵蝕機(jī)制，由楊春霞、肖培青、執(zhí)筆；第6章砒砂巖區(qū)植被-復(fù)合侵蝕-粗泥沙產(chǎn)輸效應(yīng)，由張攀、任宗萍、何厚軍、執(zhí)筆；第7章結(jié)論，由肖培青、姚文藝、張攀執(zhí)筆。全書由肖培青、姚文藝統(tǒng)稿。


本書的撰寫得到了何興照、史學(xué)建等專家的指導(dǎo)和幫助，參加研究的人員還有：王志慧、孔祥兵、申震洲、孫維營、齊雁冰、張寶利、衛(wèi)午毓、高玄娜、謝夢瑤、楊玉春、吳娟、馬曉妮、張星、馬勇勇、周壯壯等。研究過程中，項(xiàng)目組全體研究人員密切配合，團(tuán)結(jié)協(xié)作，圓滿完成了研究任務(wù)，在此對他們表示誠摯的感謝！


限于作者，加之砒砂巖區(qū)復(fù)合侵蝕問題復(fù)雜，還有不少問題需要深化研究，因而書中欠妥之處敬請讀者批評指正。