钟莉娜，赵文武，*

(1.北京师范大学，地表过程与资源生态国家重点实验室，北京 100875;2.北京师范大学资源学院土地资源系，北京 100875)

1 大会简介

2013年欧洲地球科学联盟(European Geosciences Union，EGU)联合大会于4月7日—4月12日在奥地利首都维也纳举行。每年一度的EGU会议是欧洲地球科学领域最为盛大的事件，来自全球95个国家和地区的1.1万多名科学工作者欢聚一堂，就地球科学相关学科最新进展进行交流和讨论。2013年EGU会议共设有22个分会场，6天会期内共有4684场口头报告、8207份展板。会议内容覆盖面广，涵盖行星探索、地球内部结构、气候、能源和资源等众多方面。综合来看，2013年EGU重点关注的是全球变化下地球系统过程与变化及其相互作用，相关研究进展为有效应对全球变化、推进地球可持续发展提供了理论支撑，促进了地球科学、行星科学和空间科学的发展。会议主要以口头报告(Oral programme)、展板(Poster programme)和微讨论(Pico programme)三种形式展开。EGU会议为科学家，特别是青年科学家提供了展示自己研究成果的国际平台，推动了不同领域地球科学专家学者的国际交流与合作。

会议为土壤科学安排了系列分会场，涵盖土壤化学、土壤侵蚀模型、土壤污染和治理、土壤和环境以及生态系统之间的相互作用、土地退化及水保措施等土壤科学研究中的前沿领域和热点话题。土壤侵蚀是土壤科学体系的重要内容之一，也是当今人类面临的最普遍、持续性的生态环境问题之一，已经成为中国乃至全球重大的环境问题之一［1-2］。土壤侵蚀不仅造成土壤养分流失、土地生产力下降，而且使土壤有机C、N的含量及土壤组分产生较大变化，引发自然灾害加剧、生态环境恶化等诸多的严重问题［3-4］。而土壤侵蚀模型是监测水土流失和评估水保措施效益的有效手段。土壤侵蚀模型的发展动向一直是相关专家重点关注的内容，本文主要对EGU大会上土壤侵蚀模型的相关研究进展进行介绍和评述。

2 EGU会议土壤侵蚀模型研究进展

不同的土地利用类型和气候等多种环境要素都会对土壤侵蚀产生影响，土壤侵蚀模型的产生使量化和描述土壤侵蚀率和土壤再分配成为可能［5］。侵蚀模型为不同环境、不同时空条件下的水土保持工作提供了有效工具。土壤流失的发生、土壤的分离、沉积物的转移是受多种因素影响的非线性过程［6］，因此想要建立一个精确并有普遍适用性的土壤侵蚀模型比较困难。从19世纪30年代关于土壤侵蚀的第一个坡面经验模型到如今的大尺度物理侵蚀模型，所有关于土壤侵蚀率、沉积率和产沙量的预测方法都有不同程度的不确定性。同时，由于模型尺度依赖性的存在，模型在不同的时空条件下有不同的适用性，模型的适用性使得每一个模型的验证程序都有其独特性［7-8］。综合来看，本届EGU会议关于土壤侵蚀模型的报告和讨论可以分为三个方面:土壤侵蚀模型的新发展、模型的应用、模型的不确定性。

2.1 土壤侵蚀模型的新发展

土壤侵蚀模型的发展是一个曲折的过程。土壤侵蚀定量研究最早由1877年德国土壤学家Ewald Wollny提出。侵蚀模型在之后的发展过程中遇到过不少难题，其中最主要的是没有考虑到土壤抗剪强度和水文过程、径流产生、坡面沉积物的扩散路径和运移方向以及植被依赖性对土壤侵蚀的影响等。

随着对土壤侵蚀机理认识的不断深化，越来越多的影响因子被纳入考虑范围，土壤侵蚀模型研究取得了丰硕成果。基于对美国30个州10000多个径流小区近30年资料的观测与分析，综合考虑土壤侵蚀与土壤可蚀性、坡度、植被、坡长和雨强的关系，有关学者提出了通用土壤流失方程(USLE);在深入了解水文过程(如入渗、径流和泥沙运移过程)的情况下，KINEROS、LISEM、WEPP、PESERA等模型相继问世;认识到泥沙选择性运移过程(如运移和供给限制、运移路径)对土壤侵蚀的影响后，MAHLERAN等模型随即产生。虽然建立的侵蚀模型具有较强的实用性，但其在应用过程中仍存在很多问题。于是便有学者针对应用中存在的问题对模型进行了修正，以提高模型的精度。例如，对USLE模型修正后得到了RUSLE模型，RUSLE较USLE而言功能更多，适用范围更广。此外，也有学者注意到了尺度问题在侵蚀模型研究中的重要性，通过对模型的不断验证，得到了不同模型的适用尺度。例如，LISEM适用于1—100hm2的流域，WEEP只适用不大于1km2的小流域，而RUSLE在不同空间尺度流域内均有较好的适用性。

虽然土壤侵蚀模型研究取得了巨大进展，但由于土壤侵蚀过程以及影响因子的复杂性，目前土壤侵蚀模型研究面临诸多新的挑战。例如，如何实现同一过程、不同类型模型间的整合，以便从整体和系统的角度模拟整个土壤侵蚀的过程;怎样尽最大的可能使模型能够运用互联网上的免费数据;怎样在数学模型中包含尽量多的校正技术，在提高模型精度的同时提高模型的适用范围;如何量化降雨过程中径流的动态变化和人类活动对土壤侵蚀的影响，并将人类活动和径流动态变化作为侵蚀模型的输入参数，参与模型的计算等等。

2.2 不同空间尺度的模型应用

土壤侵蚀模型具有尺度依赖性，模型研究空间范围的大小会对土壤侵蚀模型的模拟结果产生显著影响。目前，土壤侵蚀模型已被应用到了小区、流域、全球等多个尺度。EGU会议中，侵蚀模型在小区、流域、全球尺度上的应用均有所涉及。

会上提及的应用在小区尺度上的侵蚀模型有SERT、WATEM/SEDEM、ModRMMF、IC、RHEM等等。以ModRMMF和IC模型为例，会上有报告将这两个土壤侵蚀模型应用在西班牙东北部的地中海农业小区，同时估算两个模型的土壤侵蚀量，并试图通过两个模型的对比与修正来提高模型的模拟精度。

流域是水文响应的基本单元，也是研究土壤侵蚀的理想空间尺度［9］。土壤侵蚀模型在流域上的应用分析对侵蚀模型的研究具有十分重要的意义。会议提到了TETIS、Landsoil model、SWAT、Erosion 3D、KINEROS2等侵蚀模型在流域尺度上的应用。以TETIS模型为例，报告将研究区放在比利牛斯山中南部的Ésera流域。研究人员利用TETIS模型估算了Ésera流域的产沙量，并据此对流域中侵蚀较严重的地区进行了预测。

目前，涉及全球尺度土壤侵蚀的研究较少，主要原因是收集全球尺度的土壤侵蚀研究数据相对困难，模型模拟结果有较大不确定性。EGU会议上对全球尺度土壤侵蚀的研究也相对较少。有学者对气候变化条件下的全球尺度土壤侵蚀进行了模型模拟。研究选用RUSLE模型作为土壤侵蚀量的预测模型，将全球按照经纬度划分为0.5°×0.5°的网格，并通过计算每个网格内的土壤侵蚀量估算全球的侵蚀量。

2.3 土壤侵蚀模型的不确定性

随着人们对土壤侵蚀过程的了解和认识，土壤侵蚀模型变得越来越复杂，但通过对模型模拟精度的验证发现侵蚀模型的模拟结果与真实结果之间仍存在不可忽视的偏差［10-12］。

在EGU会议的相关报告中，有多位学者结合现有土壤侵蚀模型，将侵蚀模型的模拟结果与实际监测数据进行对比，验证土壤侵蚀模型的精度，发现多数侵蚀模型的模拟精度都需要进一步提高。例如，有研究将SWAT模型应用到比利牛斯山脉前的内陆河流域，以估算流域内土壤侵蚀状况。研究结果表明，在无外部输出、全部水流汇集到一个湖中的内陆河流域，即使应用分辨率很高的数字高程模型(5m)，SWAT模型在使用自动划分分水岭功能的情况下，模拟结果也不能准确预测土壤侵蚀的状况。在德国下萨克森州，有研究将土壤侵蚀模型Erosion 3D的模拟结果与实际长期监测结果进行了对比，发现Erosion 3D模型模拟的整体结果良好，在多数情况下能够辨识土壤侵蚀严重的区域，但是对土壤侵蚀量的预测值却明显高于实际值。

在研讨土壤侵蚀模型不确定性同时，与会专家也探讨了提高模型模拟精度的可能途径。一方面，由于土壤沉积物的运移会随着观测的时空尺度而发生变化，要提高模型的模拟精度，必须在深入研究侵蚀机理的基础上，实现理论、试验和模型三方面的融合;另一方面，也需要通过模型有效性系数等方法，通过模型参数率定、模型验证和不确定性分析等来提高模型模拟精度;此外，加强学科之间的交流，将气候变化模型、景观连通性模型等引入土壤侵蚀模型的研发中，也有助于提高模型预测的准确性。

3 会议启示

本次会议关于土壤侵蚀模型的探讨紧紧围绕土壤侵蚀模型的新发展、模型应用和模型的不确定性三个方面展开，重点讨论了土壤侵蚀模型在不同尺度、不同环境中的应用和模型的不确定性。EGU会议中关于土壤侵蚀模型的探讨有许多值得我们借鉴的地方，对促进我国土壤侵蚀模型发展具有良好的借鉴意义。(1)重视不同尺度、不同类型土壤侵蚀模型间的整合。虽然不同尺度、不同类型的侵蚀过程具有一定的相似性，但也存在明显的差异。现有土壤模型大都针对某一尺度、某一类型的侵蚀过程进行描述。将不同尺度、不同类型的土壤侵蚀模型有机的联系起来，实现不同侵蚀模型间的整合，从整体和系统的角度研究土壤侵蚀过程，对土壤侵蚀时空演变规律的整体把握具有十分积极的意义。

(2)加强侵蚀机理的研究，了解侵蚀过程中不同阶段的规律和特点，并在此基础上完善模型，实现土壤侵蚀量的动态、快速监测。从土壤侵蚀模型的发展历程可以发现，模型的每一次发展都基于对侵蚀机理的更进一步了解。当前，人为干扰、极端气候对土壤侵蚀的影响越来越突出，对土壤侵蚀机理的深入研究，需特别考虑人为因素、气候变化对土壤侵蚀过程的影响。

(3)推进GIS和RS技术在土壤侵蚀模型研究中的应用，为土壤模型的发展提供现代技术的支持。地理信息系统(GIS)具有较强的空间数据处理和分析能力，能够满足用户在数据处理分析方面的需求。对GIS进行二次开发，将新开发的模块添加到ARCGIS环境中，可以实现土壤侵蚀模型的模块化。遥感(RS)已成为土壤侵蚀模型研究不可或缺的数据源，在宏观、快速等方面RS具有其他技术不可替代的优越性。不断推进GIS和RS一体化技术在土壤侵蚀模型研究中的广泛应用是土壤侵蚀模型研究的必然趋势。

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