2020年科研工作重要进展系列成果专题七——高原山地土壤侵蚀与水土保持研究

编者按：2020年研究院31名科研教学人员团结一致、攻坚克难、整合力量，打造特色研究方向，取得了丰硕成果：获云南省科技进步一等奖一项，入选云南省野外观测科研站一个；国家自然科学基金立项14项（立项率58%，全院师均获资助0.45项，含重点级项目2项），目前研究院在研纵向科研项目总计48项；2020年研究院在Nature Reviews Earth & Environment、Earth and Planetary Science Letters、Geophysical Research Letters、Remote Sensing of Environment等地学主流杂志发表（含合作发表）学术论文183篇，其中SCI/SSCI/EI收录121篇（一作及通讯76篇，人均2.45篇/年），授权专利（含实用新型）13项，以下将分八个专题对代表性的亮点成果进行介绍。

专题七：高原山地土壤侵蚀与水土保持研究

针对复杂环境下土壤侵蚀过程及环境影响机制不明晰的科学问题，段兴武研究员团队立足我国水土流失极为严重、退化生态系统修复任务艰巨的西南高原山地，通过建立综合野外观测站等方式开展长期系统研究，2020年连续在Catena，Agricultural Water Management，Land Degradation & Development等中科院Top期刊发表论文，取得突破性进展。

7.1研发区域土壤侵蚀调查技术，揭示大尺度水土保持工程措施的土壤保持效应

团队以土壤侵蚀极其严重的云南高原山地为案例区，通过长期野外监测和大数据人工智能手段，创建了高原山地土壤侵蚀关键影响因子提取技术，修订了通用土壤流失方程USLE的模型参数，研发了适宜于高原山地特征的土壤侵蚀调查技术，实现了区域土壤侵蚀调查从定性评价到定量计算，从抽样调查到全覆盖调查的技术突破，显著提高了土壤侵蚀模拟精度。研究发现，水土保持工程措施是影响高原山区土壤侵蚀的主控因子，高原山区农地水土保持工程措施的土壤保持量是50800万吨/年，相当于全省当前总侵蚀量的2倍，且当前超过80%的侵蚀来源于无措施坡耕地，是今后高原山区水土保持工作的重点和难点。该成果被水利部《全国水土流失动态监测规划》、《区域水土流失动态监测技术规定》采纳，在全国范围内获得推广应用，取得了突出的社会和经济效益。

图7-1改进后区域土壤侵蚀调查模型的精度验证及其误差分析（Duan et al., 2020, Catena）

7.2大尺度土壤有机碳的长期变化监测

土壤是地球表层陆地生态系统最大的碳库，但是大尺度土壤有机碳库的变化特征缺乏有效证据，为此，团队以全国第二次土壤普查数据为本底，重新调查了高原山区253个典型土种的土壤剖面，并利用发生学分类方法建立空间数据库，以分析1986-2010年间高原山地有机碳库的定量变化。研究表明：近25年来，高原山区表层土壤有机碳碳储量降低了0.14Pg，占当期总储量的6.36%，土壤有机碳正以0.006 Pg C/年的速度降低，同时发现在气候变化和人类影响共同作用下，有机碳本底值含量较高的林地土壤有机碳降低风险最高，结果可为该区生态屏障区建设、碳中和工程等重要工作的开展提供参考。

图7-2高原山区土壤有机碳密度变化的空间分异特征（Chen et al., 2020，LDD）

7.3查清了干热河土壤侵蚀对泥沙来源的重要贡献

干热河谷是我国土壤侵蚀最严重的区域，然而该区侵蚀对河流泥沙的贡献及其对土壤有机碳的影响仍不清晰，严重制约这区域生态恢复和治理。团队基于元江干热河谷水土保持野外生态站的长期监测结果，利用指纹分析法研究了降雨过程中土壤侵蚀过程对河流泥沙来源的定量贡献。研究表明不同土地利用条件下坡面侵蚀和沟道侵蚀对河流泥沙的贡献比例不一致，但无论是哪一种土地利用类型，沟道侵蚀都是河流泥沙的重要来源，农地为主小流域的沟道泥沙贡献为43.6%，自然林为主的小流域沟道泥沙比为62.9%，而经果林地为主小流域的沟道泥沙贡献比高达93.9%。此外，团队研究发现土地利用变化和土壤侵蚀对干热河谷区土壤有机碳储量的直接贡献分别为59.5%、50.8%，而二者共同作用影响的相对贡献高达27.9%，首次量化了干热河谷区侵蚀和土地利用变化对有机碳含量及其变化的影响，成果对干热河谷生态恢复和河流泥沙控制具有科学参考价值。

图7-3不同土层厚度下土壤侵蚀和土地利用对土壤有机碳含量的贡献（Li et al., 2021, Catena）