水土流失是当今世界面临的主要生态环境问题之一，在土地与景观严重破碎化的黄土高原地区尤为严重。水土流失防治主要有生物、工程和耕作措施，植树种草作是治理水土流失的一项重要生物措施，大量的工作证明植被与侵蚀之间呈现出一种非线性相互作用、尺度多重性和空间异质性的特征，林草植被对侵蚀过程影响的方式、程度与机制，成为水土保持学、林学、土壤学、生态学与地理学关注的热点与前沿。

在1998年，我国发生了一场包括长江、嫩江、松花江等江河流域的特大洪水，共有29个省（市、自治区）遭受了这场无妄之灾，其中江西、湖南、湖北、黑龙江受灾最为严重，受灾面积3.18亿亩，成灾面积1.96亿亩，受灾人口2.23亿人，死亡4150人，直接经济损失达1660亿元。社会各界都在分析、反思这场全国性特大洪灾发生的原因，其中一个主要原因就是过去几十年间对森林植被的掠夺性破坏，致使我国上世纪90年代中后期的植被覆盖度是近百年来最低，绿色的丧失使我们失去了生存和可持续发展的根本。

为了从根本上改善我国生态环境急剧恶化的状况，于1999年在陕西、四川、甘肃三省率先启动了退耕还林还草工程试点，这是我国垦殖史上一次历史性的转变，是在经受洪涝灾害、荒漠化、沙尘暴、水土流失之后的理性思考，是一项积极面向未来可持续发展的生态工程。

退耕还林还草工程实施后，目前黄土高原地区林草植被覆盖度成倍增加，生态景观实现了由“黄”到“绿”的转变，水土流失得到有效控制，入河泥沙显著减少，实现了黄河水由蚀变清的历史转变。退耕还林还草工程对改善黄土高原的生态环境和水土保持发挥了决定性作用，也使黄河成为造福人民的幸福河。

我从事植被与侵蚀关系研究是从2001年开始的，主要得益于主持承担的两项国家973计划任务，2002-2007年承担课题—森林植被对土壤侵蚀过程的调控机理，2007-2011年承担专题—植被冠层与根系结构对土壤侵蚀影响机制，在这一方向持续做了10年的研究工作，其中部分研究工作“黄土区植被对坡面水蚀过程调控的生态学机理”有幸于2010年获得陕西省科学技术一等奖。

  植被对水土流失的调控作用是多方面的，涉及物理、化学和生物等多个层面，如根系固土作用、改善土壤结构、增加土壤有机质、减少地表径流、截留降雨、调节地表温度和湿度、影响土壤化学性质、生物结皮的形成、植被多样性的影响等。我们在黄土高原地区，先后开展了较为系统的室内模拟试验、野外观测试验和模型模拟，从坡面流侵蚀动力特性出发，以植被对高含沙坡面流水动力参数的影响为突破点，探讨了植被坡面的产沙—输沙—泥沙沉积过程；在流域尺度，分析环境演变和人为干扰等生态应力对流域植被与土壤侵蚀动态的影响，建立适应于黄土侵蚀环境特征的植被-侵蚀动力学模型，并评估了典型流域退耕还林工程对水土流失的影响，主要工作表现为如下几个方面：

在坡面地表径流特征方面，揭示了降雨对不同流量和坡度条件下坡面流水力学特性和滚波特征的影响，并探讨和验证了坡面流的流速分布和增阻现象；降雨可触发更多的滚波产生，而对波高和波长影响相对较小；坡面流呈股状或斑点状分布，降雨使坡面流速分布均匀化，但对平均流速影响较小；坡面流增阻的主要归因为薄层水流产生的滚波造成部分机械能损失、坡面流速分布不均而相互摩擦作用耗损部分能量。

在植被对坡面泥沙的拦蓄效应方面，揭示了草地坡面含沙水流水力学特性，针对有植被覆盖的小区和有枯落物覆盖的小区，建立了泥沙起动临界剪切力表达式，明确了降雨、坡度、盖度、坡位和牧草不同部位以及上方来流含沙量等因素对草地拦沙的作用；草地拦沙率随径流历时递减，降雨对草地拦沙具有负效应；拦沙率随坡度的增大而减小，而随盖度的增加而增大；草地坡面上部位泥沙沉积量大于坡面下部位。

在植被垂直结构对侵蚀过程影响方面，利用模拟试验揭示了植被地上部分削减径流动能差异性，近地表的草地叶片是增大坡面流阻力和抵消径流动能的重要来源；发现枯落物覆盖显著减少恢复初期林地的径流泥沙，其主要机制是凋落物减缓流速进而减少了细沟侵蚀量。

在根系强化土壤抗冲能力方面, 开展了主要造林树种根系形态及密度分布特征的调查，建立了根系的形态分布模型；在子午岭林区通过对不同乔灌草根系冲刷实验,提出了根系表面积密度的概念，发现根系表面积密度可以定量的描述根系对土壤抗蚀能力的强化效应和对入渗速率的增强效应；不同植被类型的根系生物量与根系表面积密度随土层深度的增加而降低，土壤抗冲性能随土层深度增加急剧减弱。

  在植被根系与冠层控制坡面产流产沙过程及其贡献率方面，明确了不同植物类型、不同生长阶段根系与冠层控制坡面产流产沙的贡献率；提出植物根系具有较强的减沙能力，而冠层具有较强的拦蓄降水和增加入渗并减少坡面流的贡献率。

在植被对坡面泥沙的拦沙库容方面，试验发现植被带拦蓄上方侵蚀来沙存在最大阈值，提出了植被坡面拦沙库容的概念，并推导建立了植被拦沙模型和拦沙库容表达式；通过模型可以定量评估不同坡度条件下退耕草地最大拦蓄泥沙量，较好地定量描述了草地拦沙过程变化，从而为退耕还林还草工程水土保持效益评估提供科学依据。

在流域植被侵蚀关系方面，完善与发展了植被—侵蚀动力学理论，提出适于当前退耕还林草和全球变化下植被与土壤侵蚀互动模型，模拟结果显示，在当量林木覆盖率达到55 %时，流域土壤侵蚀率趋于零；在较短的时间内气候变化对植被覆盖度和土壤侵蚀的影响不大，退耕还林等水土保持措施能明显增加林草覆盖率、显著降低流域土壤侵蚀模数，较好地描述和预测植被与土壤侵蚀的演变规律。

这些工作当时虽然取得了一点进展，有助于理解植被对水土流失的影响方式、机制和程度，但从新时期科技发展与社会需求来看，还需引入新的学科、理论、方法和模型，这些工作还有很多内容亟待深入、系统的探讨。

鉴于我国水土流失面积基数大、泥沙来源复杂、外界驱动因子多样，在当今新的形势与背景下，如何有效开展水土流失阻控与精准治理，亟需基于区域气候、地形、土壤特性、植被和土地利用方式与功能定位，继续深化植被影响下的土壤分离、泥沙输移和沉积过程的定量表征，合理配置和改进工程、生物、耕作、生态和经济相结合的水土保持综合治理方案与技术模式，建立多样性、稳定性和可持续性兼顾的流域生态系统，充分发挥植被生态系统的服务功能，共同实现水土流失精准阻控、生态环境有效治理和区域增收富民，支撑生态文明建设。