原创 刘宝元 等 科学出版社

没有一个模型是通用的, 任何国家或地区应该建立自己的土壤侵蚀模型。

—— Hudson英国土壤侵蚀学家

土壤侵蚀是土地可持续利用的头号威胁, 土壤侵蚀规律研究是认识世界的过程, 土壤侵蚀模型则是用来改造世界的工具。土壤侵蚀模型构建是笔者1987 年在中国科学院水利部西北水土保持研究所攻读博士学位时, 唐克丽研究员为我确定的研究方向。1992 ~1996 年在美国普渡大学美国农业部国家土壤侵蚀研究实验室从事博士研究时, 笔者更坚定了建立中国土壤侵蚀模型的决心。1996 年回国后便组织团队和学生们开展了大规模全面研究。

 土壤侵蚀模型研究已有80 年的历史, 经历了由经验模型到机理模型, 由理论到应用的发展阶段。但目前机理模型距离应用还有相当长的路要走, 以美国通用土壤流失方程(universal soil loss equation, USLE) 为代表的经验模型在区域乃至全球土壤侵蚀强度评估、土地利用和气候变化对土壤侵蚀影响、水土保持措施效益评价等方面得到了广泛应用。为什么还要出版中国土壤流失方程( Chinese soil loss equation, CSLE)? 因为经验模型中的参数是基于实测数据率定, 一定要用当地的观测数据。更何况土壤侵蚀是人类活动导致的加速侵蚀过程, 各国人类活动方式不同, 必须结合本国实际。目前欧洲、韩国、日本等都先后研究了USLE 同类型的经验模型。

 中国土壤流失方程大规模研究开始于1997 年, 通过持续性在全国不同地区开展径流小区观测, 进行人工模拟降雨实验, 收集大量历史观测资料和研究成果, 逐步完善了方程各个因子的计算方法或取值。其主要特点包括: 

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一是按照中国水土保持措施分类, 提出了覆盖与生物措施、工程措施和耕作措施三大因子, 用七因子代替了美国USLE 的六因子,对田间管理和水土保持措施因子进行了重新定义。可直接对应于不同土地利用, 易于理解, 方便应用。

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二是针对中国季风气候和陡坡( >10°) 耕种的特点, 提出了采用不同分辨率降水资料计算降雨侵蚀力、陡坡条件的陡度因子计算公式, 反映了中国土壤侵蚀环境特点, 提高了陡坡土壤侵蚀预测精度。

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三是充分利用中国土壤侵蚀研究成果, 给出了工程措施和耕作措施因子的取值, 便于应用。

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由于CSLE 在中国的适用性和应用上的易操作性, 成为水利部行业标准《土壤侵蚀分类分级标准( SL190 -2007)》、2010 ~2012 年第一次全国水利普查土壤水力侵蚀普查、2018 ~2027 年二轮全国水土流失动态监测的指定模型。 

《中国土壤流失方程》（刘宝元等著． 北京: 科学出版社, 2024．6）系统介绍了CSLE 的结构、模型因子计算或取值、应用条件和注意的问题等, 并对模型精度进行了验证, 还介绍了开发的相应软件和用户指南。

本书分9 章。第1 章是绪论, 介绍了土壤侵蚀的相关概念和中国土壤流失方程的应用, 由刘宝元执笔。第2 ~8 章介绍了模型的7 个因子, 其中第2 章降雨径流侵蚀力因子由谢云和殷水清执笔, 第3 章土壤可蚀性因子由刘宝元、张科利和刘洪鹄执笔, 第4 章地形因子由符素华和刘宝元执笔,第5 章覆盖与生物措施因子由章文波、张岩和刘宝元执笔, 第6 章工程措施因子由刘宝元、刘瑛娜和郭乾坤执笔, 第7 章耕作措施因子由刘宝元、谢云和郭乾坤执笔, 第8 章中国土壤流失方程验证由魏欣和谢云执笔, 第9 章计算机软件与用户指南由魏欣、章文波和殷兵执笔。全书由刘宝元审定。

CSLE 在2002 年第12 届国际水土保持大会正式推出, 首先感谢国家自然科学基金委员会杰出青年基金项目(项目名称: 中国土壤水蚀模型研究, 项目号: 49725103) 的资助, 使我们的梦想得以实现; 其次感谢水利部水土保持司和水土保持监测中心, 使CSLE实现了由理论到应用的跨越; 再次感谢笔者的团队, 包括在中国科学院水利部西北水土保持研究所和北京师范大学工作期间的同事和学生们, 没有他们, 就没有CSLE; 最后感谢所有同行、同事和朋友给予的各种支持和帮助。

 土壤侵蚀模型需要长期深入的研究, 在提高模型的适用性、精确度和对复杂环境过程模拟能力等方面仍面临诸多挑战。希望本书能起到抛砖引玉的作用, 并恳请读者批评指正。

刘宝元教授长期致力于土壤侵蚀机理与模型研究, 20 多年来他带领团队通过大量的观测、实验和已有研究成果的总结, 对中国多样化地貌与气候条件的土壤侵蚀过程、悠久的农耕活动积累的水土保持经验有着深刻的理解, 构建了适用于中国国情的土壤流失方程。与国际上应用较广的美国通用土壤流失方程(universal soil loss equation, USLE) 相比, 在陡坡土壤侵蚀规律研究方面有明显突破; 在水土保持措施分类方面体现了中国特色, 强调了结合我国水土保持分类的应用简便性; 在确定降雨侵蚀力计算方法和土壤可蚀性因子值方面, 基于了我国大量实测数据; 在水土保持措施因子值方面, 应用了大量我国已有研究成果。可以说, 该模型是我国以往研究的集大成者, 《中国土壤流失方程》对此进行了详尽的介绍, 也是国际USLE 同类型土壤侵蚀模型的重要补充。

该书既是一本模型的技术档案, 又是一本应用手册。该书的最大特点是站在模型使用者的角度, 详细介绍了模型的基本原理、计算步骤、应用条件和应注意的问题, 还为读者提供了计算机软件和用户指南, 体现了作者一直坚持的严谨的科学态度和务实的工作作风。

相信本书将为地理学、土壤学、水文学、水土保持与荒漠化防治、环境科学等领域的学者、政策制定者、大学教师和学生, 以及所有关心土壤和水资源保护的人士提供重要的参考。通过共享知识和技术, 我们可以更好地应对土壤侵蚀给土地资源和水资源管理带来的挑战, 从而保护和恢复我们宝贵的自然资源。

刘昌明       

中国科学院院士

2024 年3 月  

本文摘编自《中国土壤流失方程》（刘宝元等著． 北京: 科学出版社, 2024．6）一书“前言”“序”，有删减修改，标题为编者所加。

科学出版社旗舰店，，，

中国土壤流失方程 

(地表过程与资源生态丛书)

ISBN 978-7-03-079008-8

审图号: GS 京(2024)1076 号

责任编辑: 王　倩

土壤侵蚀模型是土壤侵蚀调查和水土保持规划的技术工具。中国土壤流失方程(Chinese soil loss equation, CSLE) 将美国通用土壤流失方程(universal soil loss equation, USLE) 覆盖与管理因子和水土保持措施因子修改为覆盖与生物措施因子、工程措施因子和耕作措施因子; 增加了陡坡公式; 对降雨侵蚀力因子和土壤可蚀性因子在全国进行了评估。应用于陡坡条件、复杂侵蚀环境和区域土壤侵蚀调查时更具有针对性、实用性和方便性。本书介绍了CSLE 模型结构、模型因子、模型验证、用户指南, 以及各因子的定义、计算方法、取值范围和适用条件等。

本书可供水土保持与荒漠化防治、土壤、环境、生态和自然资源等学科领域的科研人员、管理工作者以及相关专业的师生参考。