水土保持学绪 论.doc

绪 论一、水土保持学研究的对象、内容与特点（一）水土保持学的研究对象和内容中国农业百科全书水利卷对水土保持学的定义是：研究水土流失形式、发生的原因和规律，阐明水土保持的基本原理；据以制定规划和运用措施，防治水土流失，保护、改良和合理利用水土资源，维护和提高土地生产力；为发展农业生产，治理江河与风沙，建立良好的生态环境服务的一门应用技术科学。这个定义决定了水土保持学的主要研究对象是地壳表层的水和土。水和土是人类赖以生存的基本物质，是发展农业生产的基本要素。可见，水土保持学在国民经济建设中具有十分重要的作用和意义。由水土保持学的根本任务和当前学科发展状况来看，它的基本研究内容可归纳为以下几个方面：1、研究水土流失的形式、分布和危害。即研究地表土壤及其母质、基岩受水力、风力、重力、冻融和化学等作用所产生的侵蚀形式，以及被侵蚀物质的搬运、堆积形式及危害；研究径流的形成与损失过程；研究水土流失的分布情况，包括水土流失类型区的自然特点和水土流失特征；研究水土流失对国民经济，包括对农业生产、江河湖泊、工矿企业、水陆交通、城镇居民安全以及生态环境等方面的危害。2、研究水土流失规律和水土保持原理。即研究在不同气候、地形、地质、土壤、植被等多种自然因素综合作用下，水土流失产生和发展的规律，以及人类活动因素在水土流失和水土保持中的作用。3、研究水土流失、水土资源调查和评价的方法及水土保持区划；研究合理利用土地，组织和运用工程、林草、农业耕作等措施保持水土，发展农业生产的规划原则与方法。4、研究综合治理措施及效益评价（二）水土保持学的特点水土保持学（soil and water conservation）是集农、林、水、牧、地理、土壤、经济学等学科之大成而形成的一门新兴学科，因此，其特点主要体现在以下3个方面：1、综合性水土保持的综合性特点是由水土流失的原因所决定的。造成水土流失的原因不仅有自然因素，还有社会因素，因此，防治水土流失的措施必须是综合的，而不是单一的。水土保持是跨学科的，与其它学科互相渗透、互相影响、互相吸收。但不能把多学科渗透的内容与某一学科等同。水土保持是一项复杂的系统工程，应该以生态学观点、系统工程方法，在治理区因害设防，综合配置各种措施，措施间应是互为补充，达到高效、多功能，充分而合理利用水土资源，将水土流失减少到最低限度，从而使土地生产力达到最好的水平。因此，其任务的完成，往往是要通过多个部门的联合攻关来实现。2、水土保持监督监督、预防水土流失是水土保持的又一个特点。水土流失的形成除与自然因素有关外，还与社会因素关系密切，特别是现代加速侵蚀，多起因于人类对土地的不合理利用。因此，预防人为造成新的水土流失是监督的主要任务。监督要建设从工程设计审批阶段开始，负责审批与水土保持有关的生产建设项目中的水土保持方案。此外，还必须建立监测站进行监测，以便掌握水土流失发展的趋势，提出合理的防治对策。3、水土保持的效益水土保持的第三个特点是不仅具有生态效益和社会效益，更重要的是有经济效益。现阶段，在水土流失治理中，人们常将经济效益寓于治理措施之中，选择生态效益与经济效益兼优的措施。特别是要把小流域建成为发展商品生产的基地，就是在保持水土的同时，培育再生资源和增加资源量，并使资源得到永续利用。第一章 水土保持基本原理水土保持是一门综合性很强的学科。它的主要功能是恢复生态、保护环境和促进农村经济健康持续发展。因此，水土保持除依据本学科特有的基本原理展开工作外，还融汇了其他学科的基本原理。第一节 水土流失带性规律自然地理要素在地球表面的规律性组合与分布导致了水土流失也出现了相应的差异，这样就使水土流失的研究和治理更具有针对性。进一步来讲，就是区域不同，水土流失成因、类型、类型组合及侵蚀强度等不同，水土流失的治理也就不同。一、自然地理环境的地域分异规律 由于地球的形状、自转和公转等特征，使到达地表的太阳辐射量按一定的顺序由北向南呈规律性的排列，从而可划分为若干热量带。与之相应地气候、植物和动物也在地表形成了带状分布。但是，地球表面不是一个连续的、均匀的、具有相同物质组成的行星，大陆占地表的29，海洋占71，这种面积的数量对比关系，使大陆与海洋以及大陆的东岸、西岸和内部的自然地理要素分布更为复杂。地球表面最高处珠穆朗玛峰8848m，而最深的马里亚纳海沟深达海平面下10700m，高差的悬殊也使自然地理要素分布在垂直方向上出现了差异。可见，各自然地理要素在地表有其特定的空间位置，这就是所谓的自然地理地带性（physical geographic district），即：地球表面的自然地理要素、过程和现象在空间分布上都依据各自所有的自然地理特点，呈有规律的带状排列。各自然地理要素虽有其相对固定的空间位置，但也不是孤立存在的，而是某一要素与其他要素不断地进行着相互作用，他们有成生的联系。这就构成了人们经常讲的“自然地理环境”（physical geographic environment）。自然地理环境的整体性表现又可称为自然综合体（natural complex）。二者沿地理坐标确定的方向，从高级单位分化成低级单位的现象，可称为地域分异（differences of geographic regions）。它既是自然界各种自然现象的综合体现，又是人们认识自然和改造自然的基础。通常由高到低可将地域分异划分为以下等级：（一）全球性的地域分异规律 地带性分异因素即太阳能按纬度分布不均和非地带性分异因素即地球内能引起的海陆分布是造成全球性地域分异规律的基本原因。由于这种分异的规模是全球性的，故称为全球性的分异规律，它的表现有：1、海陆对比地球表面具有4个大洋和6个大陆之分，这是自然地理环境的基本分异，他除表现为海与陆的强烈对比外，还构成两种明显不同的陆地生态环境与海洋生态环境，并通过其间的相互影响，造成次一级的地域分异。2、热力分带太阳辐射随地理纬度不同而发生的热力分带性具有全球规模，是一种全球性的地域分异规律。无论是在大陆还是在海洋，这种热力分带性都有明显的表现，它决定着气温、气压、湿度、降水、风向等要素在地表呈带状分布。（二）大陆和大洋的地域分异规律 1、大陆地域分异规律大陆的地域分异规律是贯穿整个大陆的。可分为纬度地带和经度省性两类。（1）纬度地带性分异规律纬度地带性规律是指自然地理环境组成成分及自然综合体，大致按纬线方向延伸而按纬度方向有规律的变化。这是太阳能按纬度呈带状分布所引起的温度、降水、蒸发、气候、风化和成土过程、植被等呈带状分布的结果。当它的延伸遇到海洋时，就会被切断，并为大洋地带性规律所代替。（2）经度省性经度省性是指自然地理环境各组成成分和整个自然综合体从沿海向内陆按经度方向发生有规律的更替。从海岸到大陆内部，气候状况、植被群落及土壤类型都有规律的变化。在大陆东岸、大陆西岸和大陆内部各有自己独特的地带组合。2、大洋地域分异规律（1）大洋表层纬向自然带大洋表层是指大洋表面以下200m深的范围。由于太阳能按纬度方向分布不均引起的大洋温度、盐度和含氧量不同，以致海洋生物也有相应的区别，从而引起该层自然综合体按纬线方向延伸而按纬度方向有规律的变化。这一分布规律虽受寒流、暖流影响而与纬线略有偏斜，但与大陆相比还是比较平直的。（2）大洋低层自然区大洋底层自然区域随海底地形及距岸远近，发生有规律的更替，底栖生物有机体和海底软泥也发生有规律的变化。由于大洋底层太阳能的影响微弱，所以它不表现地带性规律，而海底地形是大洋底层自然区域分异的直接因素。（三）区域性的地域分异规律 1、地带段性地带段性是地带性分异规律受海陆分布影响及大地构造地貌规律的作用在大陆东岸、大陆西岸和大陆内部的区域性表现。在大陆东岸地段性十分明显，如欧亚大陆东岸和北美东岸由北向南，地带段性的排列顺序是：温带针阔叶混交林暗棕壤地带暖温带落叶阔叶林棕壤地带亚热带常绿阔叶林红黄壤地带。但他们都只延续于大陆的东部边缘。在大陆内部，地带段性的表现是围绕大陆的干旱中心，大致呈马蹄形分布。如欧亚大陆从北向南的地带段分布是：温带森林草原黑钙土地带温带草原栗钙土地带温带干旱荒漠地带等。在大陆西岸的欧亚大陆部分，地带段排列顺序则为：温带针阔叶混交林暗棕壤地带温带阔叶林棕壤地带地中海常绿硬叶林褐土地带等。2、地区性地区性是由海陆分布带来的经度省性与大地构造地势单元同热量带的相互作用形成的大陆内部、大陆东岸内部、大陆西岸内部的区域性的分异规律，如中国自然区划草案中所划分的兴安副区、东北平原副区等22个副区。3、垂直带性垂直带性是指自然地理综合体和它的组成成分大致沿等高线方向延伸，而随山势高度发生带状更替的规律。这种分异现象只有当山体达到一定高度以后才可能出现。在温带一般大于800m，热带在1000m以上。（四）地方性的分异规律地方地形的垂直分化、地面组成物质和地方气候的差异是造成地方性分异规律的主要原因。地方性分异规律主要表现为：系列性。即由于地方地形的影响，自然环境各组成成分及单元自然综合体，按确定方向从高到低或从低到高有规律的依次更替的现象。微域性。由于受小地形和成土母质影响，在小范围内最简单的自然地理单元既重复出现又相互更替或呈斑点状相间分布的现象。坡向的分异作用。坡向对光照、水文有再分配作用，故植被和土壤也会出现差异。上述各等级的地域分异规律，相互间存在着密切的关系，如图11所示。图11 地域分异规律相互关系二、土壤侵蚀的地理分布土壤侵蚀（soil erosion）是各种侵蚀力与土壤（含母质）相互作用的产物，由于地表水、热状况的差异控制着其形式的地理分布不同。（一）地表水、热状况与外营力的关系 地表水、热状况不同，决定了不同性质的外营力作用及其强度。岩石的风化是侵蚀搬运的准备阶段，在不同水、热条件下，风化作用具有明鲜的地带性的特点。物理风化以冻融崩解最强烈；其次是热力风化，它发生在中、低纬干旱地区；化学风化随温度升高、降水量增大而加快；生物风化与植被繁茂相一致。坡面上块体运动与水、热关系十分密切。土体岩屑的流动、滑动和蠕动都需水参加，因此干旱地区最弱，高温湿润区最强。另外，在低温下，当有一定降水量时，由于地下冻土存在，地表水难以下渗，块体运动也有较大强度；在冻融交替频繁的地区，块体运动强度也是很大的。流水作用与水、热关系更明鲜，在干旱地区流水作用最弱，但并不是在降雨最多的地带作用最强，因为那里植物非常茂密，阻碍了流水的侵蚀作用，所以流水作用最强烈的地方反而是雨量中等的地区。风沙作用在干旱地区最强，在高温多雨地区最弱。图12 侵蚀形式与水、热关系冰川、冻融等作用更是与水、热状况密不可分，冰川侵蚀只能发生在年平均气温在0以下，降雪量大于消融量和蒸发量的地区。没有一定的水分和温度条件，冻融、溶蚀是不能发生的。图12表示的是侵蚀形式与水、热状况的关系。可以看出，不同气候下有不同的外营力组合，且在组合中各种侵蚀的相对重要性不同。左上角是高温少雨地区，风化作用以物理风化为主，风蚀最突出，流水侵蚀次之；右上角是高温多雨地区，化学风化居首位，块体运动由于水分多而很活跃，水力侵蚀因植被茂密而较弱；左下角是低温少雨的干寒地区，只有风的作用；近左下角部分，虽寒冷但有一定的降水，若为冰川覆盖，则以冰川侵蚀为主；若无冰川覆盖，冻融风化突出，融冻泥石流活跃。图的中部是湿润地区，物理风化、化学风化同等重要，水力侵蚀最突出、最强烈，块体运动也具有一定强度。（二）侵蚀的地带性规律 从侵蚀来看，全球可划分为三个气候侵蚀带：即（1）冰雪气候侵蚀带；（2）湿润气候侵蚀带；（3）干旱气候侵蚀带。每一带内水、热状况不一，侵蚀营力、侵蚀强度及侵蚀方式组合不同图13 侵蚀与降水量关系1、冰雪气候侵蚀带（erosion zone of glacier and snow climate）本带的气候特点是降雪量大于消融量，形成冰川，或融水下渗，结成冻土。它包括两个侵蚀亚带：极地和终年积雪的高山，为冰川侵蚀亚带；冰川外缘，在森林线以上的山地为冻融侵蚀亚带。在冰川侵蚀亚带中，年平均气温在0以下，降水量大于消融量和蒸发量，形成冰川。冰川的运动形成冰川侵蚀，其次还有冻融崩解及冰川融化形成的水力侵蚀。它分布在地球表面的两极高纬度地区和部分高山地区。冻融侵蚀亚带，年平均气温变动在0上下，固体降水不足以补偿消融与蒸发，形成冻土。冻融交替过程的侵蚀成为主要侵蚀形式，其次为水蚀和风蚀，它分布在极地和亚极地，以及森林线以上亚高山降水少的地区。2、湿润气候侵蚀带(erosion zone of the moist climate) 湿润气候侵蚀带又称常态侵蚀带，其气候特点是，气温较高，降水量大于蒸发量，多余的水渗入地下成为潜水或地下径流，未渗入地下的水形成地表径流。所以，以水力侵蚀为主。本带根据水、热差异和侵蚀形式又分为：湿润气候侵蚀亚带和湿热气候侵蚀亚带。湿润气候侵蚀亚带，年平均气温在10左右，年降水在400800mm左右，物理风化与化学风化同等重要，水力侵蚀最为活跃，尤其是植被遭到破坏的地区，如图13所示。除降水量外，降水强度的变化也产生强烈的影响。在水蚀的诱导下，重力侵蚀、混合侵蚀也十分严重。主要分布在中纬地区，南北纬40到南、北回归线之间的地区。湿热气候侵蚀亚带，年均气温在18以上，降水量在800mm以上，分布在低纬赤道两侧南北回归线之间的地区。区内化学风化十分强烈，由于植被作用，水力冲刷很弱，化学溶蚀占据优势，矿物质和有机质多呈分子溶液或胶体溶液随水流迁移。在植被稀疏或遭破坏的地区，强大的暴雨会造成严重的水蚀、重力侵蚀和混合侵蚀。3、干旱气候侵蚀带(erosion zone of the dry climate)在地面蒸发量大于降水量的地区，空气十分干燥，植被生长受到限制，风力作用极为强烈，形成风沙流破坏地表。本带依据水、热变化，可分为半干旱侵蚀亚带和干旱侵蚀亚带。半干旱侵蚀亚带，降水量在400250mm，年平均气温在10以下。水力侵蚀为主，风蚀在干旱季节占优势，物理风化亦很强烈，尤其被开垦无植被的地区。它分布在干旱侵蚀带与湿润侵蚀带之间，在雨季该带相对缩窄，在干季相对展宽。干旱侵蚀亚带，年降水均在250mm以下，有的地区仅几毫米降水，蒸发远大于降水几十倍、几百倍。在温带干旱侵蚀区，冬季酷寒，夏季炎热，年温差6070，日温差3550，在热带与副热带干旱侵蚀区，年温差相对小而日温差很大。因此，植被极为稀少，地面裸露，物理风化剧烈，风力侵蚀突出，风蚀、搬运与堆积随处可见。此外，洪流侵蚀、重力侵蚀在山地也十分发育。NW哈德逊正是从上述分带规律出发，研究了水蚀和风蚀两个主要营力，在考虑了水、风活动情况之后，确定了全世界水蚀和风蚀的范围（如图14和图15）。图14 降雨侵蚀地理分布简图图15 风蚀分布简图还应该说明，侵蚀的分带规律在地史时期，随着气候的多次变化，侵蚀营力及其组合也发生相应的变化，这种侵蚀的变化性质称为多代性。因之，现代侵蚀是古代侵蚀多代性的又一表现，只是由于人为活动的影响，侵蚀强度远远超过古代侵蚀，并在时、空分布上更加复杂化了。第二节 水、沙平衡原理水、沙平衡是水土保持措施布设的主要理论依据之一，概括起来主要包括了水量平衡、容许土壤流失量和冲淤平衡3个方面。一、水量平衡 （一）水分循环（water circulation） 地球表面的广大水体，在太阳辐射作用下，大量水分被蒸发，上升到空中，被气流带动送到各地。在这个过程中，遇冷凝结而以降水形式落到地面上，再从河道或地下流入海洋。水分这样往返循环不断转移交替的现象称为水分循环或水循环。它一般包括3个阶段，即降水、径流和蒸发，又可分为两大部分，即水气阶段和降水阶段，以及径流阶段与蒸发阶段。在每一部分中都包含了水分的输送、暂时储存与状态变换3个方面。水分循环还可分为大循环和小循环。大循环是海陆间的水分交换。从海洋上升的水汽，被气流带至大陆上空，在一定条件下冷却凝结、成云致雨，降落到地面，除了一部分又重新蒸发外，其余部分或汇入河川、注入海洋，或渗入土壤后又以地下水形式注入海洋。从海洋上蒸发的水汽，上升遇冷凝结后又降落在海洋上，或陆地上蒸发的水汽上升遇冷凝结后又降落到陆地上，这种局部的循环称为小循环。可见，大循环是包含有许多水循环的复杂过程。（二）水量平衡（water balance）水量平衡是指对于任一自然区域（或某一水体），在给定的时段内，各种形式的输入水量应等于各种形式的输出水量与区域内在该时段的储量的增量之和。通常用下式表示：I=O+（W2-W1）=O+W （1-1）式中：I为给定时段内输入区域的各种水量之和；O为给定时段内输出的各种水量之和；W1、W2为区域内给定时段始、末的储水量；W为时段内储水量的增量，W=W2-W1 W0，区域内储水量增加，反之减少。水量平衡的研究和表述可划分为全球水量平衡方程，区域水量平衡方程和流域水量平衡方程。结合水土保持的需要，这里仅介绍后两者。（三）区域水量平衡方程区域水量平衡方程也称通用水量平衡方程，它是假定在陆地上任取某一区域，区域的地面和地下边界有河道和地下水流，可以进出水量，区域内有湖泊、水库、河道和地下含水层等蓄水体。设想沿区域的边界作一个垂直的柱体，柱体底部为地面以下的某一水平面，假设在该水平面上下的水量不进行交换，则在计算时段内区域的水量平衡方程为：P+Rs+Rg=E+qa+W （1-2）式中： P为区域内计算时段的降水量；Rs、Rg为分别为计算时段内经地面、地下流入区内的径流量；E为区域内计算时段的净蒸发量，等于蒸发量与凝结量的差值；、分别为计算时段内经地面、地下流出的径流量；qa为区域内计算时段内的总用水量；W为区域内计算时段的蓄水增量。式（1-2）为任意区域、任意时段的通用水量平衡方程，式中各量可以统一用深度（mm）单位，也可统一用体积（m3）单位。如果研究区域是包括大气层在内的空间，可将以上设想的柱体，向上延伸至对流层顶，则此柱体的水量平衡方程为：Rs+Rg+D=+qa+W+M （1-3）式中：D、为分别为计算时段内输入、输出柱体的水汽量；M为计算时段柱体内水汽含量的增量。水量平衡方程中的各项，必须采用同一的单位，一般以水层深mm表示，这样可便于对不同区域的水平衡要素进行比较。（四）流域水量平衡方程对于一个天然流域，如果地面分水线与地下分水线一致（称为闭合流域），则不可能有水从外流域经地表或地下流入，故式（1-2）中的Rs、Rg均为0，再令流出的总水量为R=+，则式（1-2）可写为P=E+R+qa+W （1-4）式中：qa为流域内国民经济的净耗水量，其中灌溉耗水量消耗于蒸发，可计入流域总蒸发E之中；工业净耗水量一部分消耗于蒸发，一部分是产品带水，消耗于蒸发部分也计入E之中；而产品带水则数量相对很小，可略去不计。于是对闭合流域给定时段的水量平衡方程可写为：P=E+R+W （1-5）如果所取计算时段为一年，则上式为闭合流域年水量平衡方程。此时P为流域平均年降水量，R为流域年径流深，W为年终与年初流域蓄水量的增量。如W为正值，则表示年内的降水一部分消耗于径流和蒸发，其余则储蓄在流域之内；如W为负值，表示年径流和蒸发不仅来源于降水，还有一部分取自流域原有的蓄水量。由于年蓄水增量W，对于不同的年份有正有负，所以对于多年平均情况，正负值可抵消，故W的多年平均值近于零。据此可得出闭合流域多年平均水量平衡方程： （1-6）式中：、分别代表流域的多年平均降水量、径流量和蒸发量。式（1-6）表明，对于闭合流域，多年平均流域的降水量等于多年平均径流量与多年平均蒸发量之和。因此，降水、蒸发和径流是水量平衡中的三个基本要素。由于降水和径流易通过观测取得比较可靠的数据，而流域蒸发是流域上水面蒸发，土壤蒸发和植物散发的综合值，一般难以直接观测，所以当已知流域多上平均降水和径流时，可以通过（1-6）式推求流域多年平均蒸发量。对于非闭合流域或较小的流域，地面、地下分水线不一致，且小河的河床下切较浅，地下径流不完全通过流域出口断面，故有一部分水量以地下渗流方式流至外流域。在这种情况下，式（1-6）不能成立。对于内流区的河流，其径流最终全部消失在沙漠中，故=0，水量平衡方程为：表明内流河流域，多年平均降水量完全消耗于流域蒸发。将式（1-6）方程的两端同除以，则： （1-7）令 ，式中： 为多年平均径流系数；为多年平均蒸发系数。式（1-7）可写作 、两个系数的数值变动在0与1之间，其大小反映了一个地区的气候和下垫面特性。在湿润地区，较大，如我国长江、珠江流域及浙、闽、台地区的河流，一般都大于0.50；在半湿润地区及干旱地区较小，如我国黄河流域为0.15；沙漠地区很小，几乎接近于零。而蒸发系数的变化规律则相反，一般湿润地区较小，而干旱地区较大。二、容许土壤流失量（一）概念容许土壤流失量（soil loss tolerance）的概念是在水土保持实践中逐渐形成并不断发展的。初期，它被认为是可接受的土壤侵蚀率，或水土保持所能达到的最小土壤侵蚀率。目前，多认为容许土壤流失量是指在维持土地高生产力水平的前提下，最大的土壤侵蚀速率，或与岩石的化学风化成土率保持平衡的侵蚀速度。容许流失量是发展持续农业的重要条件。因之，可以简称为维持土地持续高生产力的最大侵蚀量，又称T值。该量值决定于某地的风化成土速度W和土壤可溶物质移动速度D。可用公式表示为：W=T+D则 T=W-D （1-8）式中：T为侵蚀率。若用Ps表示风化成土原地保存率，即，则T=WPs （1-9）（1-8）式表示基岩减少量与物质移动总量相等，（1-9）式表示基岩表面正以成土速率在降低。将（1-9）式代入（1-8）式，得D=W-T=W（1-Ps） （1-10）若能测定出D和Ps值，即可确定T值。一般认为，当Ps=0.8左右时即可满足植物生长的需要；D值因各地条件差异，有所不同。如美国东北部非Ca质岩石的溶解速度D=25m/年，黄土区溶解速度D=50m/年，由此计算出T=1/1000mm是非常有限的。（二）美国确定的T值 本世纪70年代初，美国农业部召集有土壤、农艺、地质、水土保持专家，依据满足作物生长需要的土层深度、流失区域大小、保证下游的安全等条件，开会讨论提出不同情况下的T值。（如表1-1，表1-2）。表1-1 不同根系土壤深度的T值根系层深度（cm）T（t/ha）可更新土壤不可更新土壤0252.22.225504.52.2501006.74.51001509.06.715011.211.2表1-2 不同范围的T值范围大小T（t/ha）范围大小T（t/ha） 中等范围（农田）深厚肥沃土壤6-11（农田）土层深度50-100cm5-7薄层易蚀土壤2-5土层深度100-1507-9很深厚的土壤13-15土层深度15011土层深度025cm2大范围（流域）2土层深度2550cm2-5小范围（试验场地）25一般来说，耕地土层深厚且剖面土壤肥力接近的情况下，容许流失量可大些；对于土层薄，少量侵蚀即会显著降低生产力的情况，其值要低。国外采用值多为2-11t/haa和2-6t/haa。（三）我国采用的T值我国根据有效土层厚的抗蚀年限，划分出土壤潜在侵蚀危害程度（见表1-3）。显然，无险型土壤抗蚀年限最长，容许流失量可大些；极险型和毁坏型，容许流失量应取最小值。在水土保持技术规范中，明确提出：在不同成土条件下，容许流失量T值分别采用200t/km2a、500t/km2a和1000t/km2a。表1-3 土壤侵蚀潜在危险程度分级指标级 别抗蚀年限（a）无险型1000较险型100-1000危险型20-100极险型1，而成熟稳定的生态系统中PR接近于1。由此可见，PR比率是表示生态系统相对成熟的最好的功能性指标。在发展早期，如果R大于P被称为异养演替（heterotrophic succesion）；相反，如果早期的P大于R，也就称为自养演替（autotrophic succesion）。但是从理论上讲，上述两种演替中，PR比率都随着演替发展而接近于1。换言之，在成熟的或“顶极”的生态系统，固定的能量与消耗能量趋向平衡。（二） 食物网特征幼年期生态系统的食物链结构简单，往往是直线的，随后发展成为以放牧食物链为主，到成熟期，食物链结构十分复杂，大部分通过腐食物链途径。成熟系统复杂的营养结构，使它对于物理环境的干扰具有较大的抵抗能力。这也是处于平衡的动态系统自我调节能力的表现。（三） 营养物质循环上的特征在生态系统发展的过程中，主要的营养物质，如：N、P、K、Ca，当生态系统中生物地球化学循环，向着更加稳定的方向发展，成熟系统具有更大的网络和保持住营养物质的功能。营养物质丧失量少，输入量和输出量接近平衡。（四） 群落结构的特征在演替过程中，一般认为物种多样性趋向于增加，某一物种或少数类群占优势的情形减少，即均匀性有增加的趋势。但到达顶极时期，多样性指数可能有所下降。物种多样性增加，营养结构复杂化，种间竞争更为激烈，导致生态分化，物种生活史更为复杂化。有机化合物多样性增加，不仅表现在生物量上，而且有机代谢物在调节生态系统组成和稳定上发挥重要作用。（五） 选择压力岛屿生态学研究证明，在生物移植早期，即物种数少而不拥挤时期，具有高增殖潜力的物种（即r选择者）有较大生存的可能性。相反，在系统接近平衡的晚期，选择压力有利于低增殖潜力具有较强竞争力的物种（即K选择者）。因此，量的生产是幼年期生态系统特征，而质的生产和反馈控制则是成熟生态系统的标志。（六） 稳态成熟期的生态系统的稳态，主要表现在系统内部的生物间相互联系或内部共生发达，保持住营养物质能力的提高，对外界干扰抵抗力较大和具有较大的信息和较低的熵值。开放系统要保持其功能的稳定性，就必须具备有系统对环境的适应能力和自我调节能力。图111就是对这一机制的概括。图111 (a)开放系统，表示系统的输入和输出 （b）具有一个反馈环的系统，使系统成为控制论系统 （c）具有一个位置点的控制论系统五、生态经济系统及平衡流域生态经济系统(eco-economic system in watershed)是一个复合的开放系统。它是由生态系统和经济系统相互交织而组成的。充分体现了以人为核心组成要素的特征。因此，它有独立的特征和结构，有其自身运动的规律，并且能通过调控、优化利用各种资源，形成生态经济合力，产生经济功能和效益。（一） 流域生态经济系统的一般特征流域生态经济系统是由人口、环境、资源、物资、资金和科学技术等6大要素所组成。其中，人是该系统的核心成员。由于人类活动具有两重性，因此，人口要素在流域生态经济系统中，起着促进或延续生态发展的作用。人在生态经济系统中，若具备了一定身体素质、科学知识、生产经验和劳动技能时，他们经过对环境的改造、资源的开发、物质资料的利用和资金的循环流通等，会使系统保持良好的生态环境，并最大限度地满足人们日益增长的物质、文化和生态的要求，实现持续发展，反之亦然。可见，流域生态经济系统各要素是以人的需求为结合动力，以投入产出为结合渠道和以科学技术为结合手端的。在其再生产过程中，充分体现了自然、经济和人口再生产的统一。流域生态经济系统是一个远离平衡状态的开放系统。系统内部不同元素之间存在着非线性的机制。因此，流域生态经济系统是一个典型的有序的组织结构，即耗散结构。系统中各要素之间的相互结构，不仅是点的结合和单链条上的结合，而且是纵横交织的网络结构。人们通过对太阳能的充分利用，使系统中的植物（含作物）种植具有立体的层状结构，故流域生态经济系统结构是一个有序、网络、立体的结构。流域生态经济系统的生产和再生产过程是物流、能流、信息流、价值流的交换和融合过程。因此，流域生态经济系统具有物质循环、能量流动、价值增值和信息传递4大功能。（二） 生态经济系统的平衡流域生态经济系统的平衡(eco-economic system balance in watershed)，是保持生态平衡条件下的经济平衡，是生态平衡与经济平衡有机结合、相互渗透的矛盾统一体，是在自然选择与人工选择的进化过程中，流域管理的生态目标和经济目标相统一的平衡状态。这种平衡主要表现在结构平衡、机制平衡和功能平衡3个方面。王礼先根据生态目标和经济目标的不同组合，将生态经济系统平衡总结为以下3种模式：1、稳定的生态经济平衡模式在这种平衡状态下，系统自我调节力因抵偿外部不当的干预力而减弱，但能够勉强维持系统原来的结构功能，生态系统和经济系统都处于保持原有水平和规模的再生产运动，在运动中不出现非正常的异变。2、自控的生态经济平衡模式在这种平衡状态下，由于各种内外因的激发使生态经济系统出现各种异变时，系统可凭借自身的自我调节机制，迅速恢复生态经济系统的稳定状态，保证生态经济系统的正常运行和生态经济功能的正常发挥，保持原来的生态经济平衡状态。3、优化的生态经济平衡模式在这种平衡状态下，系统中各要素以及结构与功能之间都处于融洽协调的关系中，生态经济系统在自控、稳定的同时，不断完善和进化。生态系统与经济系统同步协调发展，并进行良性循环。六、受损生态系统的恢复1975年3月，在美国弗叶尼亚工业研究所和州立大学召开了题为“受损生态系统的恢复”国际会议，专家们首先讨论了生态系统的恢复和重建等许多重要的生态学问题。生态系统的受损，主要来自于干扰。按干扰来源，可分为自然干扰和人为干扰。自然干扰如火、冰雹、洪水、干旱、泥石流等等，它对环境的影响是局部的和偶然发生的。而人为干扰的影响可以涉及到从种群乃至整个生物圈。正常的生态系统是生物群落与自然环境取得平衡的自我维持系统，各种组分的发展变化是按照一定规律并在某一平衡位置作一定范围的波动，从而达到一种动态平衡的状态。但是，生态系统的结构和功能也可以在自然干扰和人为干扰的作用下发生位移(displacement),位移的结果打破了原有生态系统的平衡状态，使系统的结构和功能发生变化和障碍，形成破坏性波动或恶性循环，这样的生态系统称之为受损生态系统（damaged ecosystem）。受损生态系统的恢复可通过恢复、改建和重建来完成，如图112。图中的恢复（restoration）是将受损生态系统从远离初始状态的方向推移回到初始状态；恶化（dedrgdation）与恢复的方向相反，使生态系统受到更大破坏，重建（enhancement）是将生态系统的现有状态进行改善，结果是增加人类所期望的“人造”特点，压低人类不希望的自然特点，使生态系统进一步远离它的初始状态；改建（rehabilitation）是将恢复和重建措施有机地结合起来，并使恶化状态得到改造。因此，受损生态系统因管理对策不同，可能会出现恢复到它原来的状态；重新获得一个既包括原来不同状态，又包括对人类有益的新特性状态；由于管理技术的使用，形成一种改进的和原来不同的状态；因适宜条件不断损失的结果，保持受损状态等4种结果。受损生态系统的恢复可依据2个模式途径进行：当生态系统受害不超过负荷并没有发生不可逆的变化，压力和干扰被移去后，恢复可在自然过程中发生。如退化草场的围栏保护。另一种是生态系统的受害是超负荷的，并发生不可逆变化，只依靠自然过程并不能使生态系统恢复到初始状态，必须依靠人的帮助，必要时需用非常特殊的方法，至少要使受害状态得到控制。生态系统的恢复和重建是一项很复杂的工作。它是包含各种规律的研究，自然、社会经济条件评判和合理措施实施的一个综