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绪论

1.1　研究背景及意义

1.1.1　研究背景

土壤侵蚀是影响社会经济发展的重要因素之一。从广义上讲，社会是土壤侵蚀作用的对象，没有社会也就无所谓土壤侵蚀；反过来，大量的土壤侵蚀又受到社会经济系统与自然环境系统的双重控制。社会与土壤侵蚀构成了一个复杂的反馈系统。无疑，土壤侵蚀造成的人员伤亡、财产损失是其对社会经济的最大危害和影响所在。此外，土壤侵蚀还可能在更大的社会范围内导致超越直接危害以外的社会经济影响，这种影响一旦出现将是巨大且难以计算的，有时甚至是一种无形的间接损失，从而大大加剧土壤侵蚀对社会经济生活的破坏。

党的十八大以来，我国城乡建设快速发展。根据国家统计局数据，截至2021年末，我国城镇常住人口达到91425万人，比2020年末增加1205万人；常住人口城镇化率为64.72%，比2020年末提高0.83个百分点。与城镇化率持续走高相伴生的是城乡建设快速发展、堆积体大量存在，堆积体土壤侵蚀、次生土壤侵蚀及渐变型地质环境问题频发多发，人们生态宜居的家园正在遭受不同程度的影响，新时代的城乡建设、乡村振兴任务正面临地质环境方面的严峻挑战。在全世界都呼吁重视人居环境的今天，人们已经逐渐意识到城乡环境破坏，特别是堆积体土壤侵蚀问题带来的不仅仅是经济利益的损失，更是人们赖以生存的自然生态环境的不断恶化。城乡建设中创造生态宜居的地质环境和优良城镇正引起居民普遍关注。

一方面，城乡生态环境近年来遭受了不同程度的毁坏，开山、填湖、毁林等城乡建设工程是乡村生态遭到破坏的主要原因。虽然我国对生态保护红线的划定已经有了明确规定，但在解决乡村生态方面的问题上执行力度仍然不够，导致堆积体土壤侵蚀问题严重。建材类矿产资源在我国基础设施建设中发挥着重要作用，长期以来大规模和高强度的开发利用，为国家建设和发展做出了巨大贡献。但是，矿产资源开发对环境的影响一直未得到足够重视。矿区内岩质坚硬，因采矿引起的崩塌、落石、泥石流土壤侵蚀等时有发生。尤其雨季土壤侵蚀现象频发，对交通线路的影响巨大。以生态宜居为基础的堆积体土壤侵蚀与防治首先要把堆积体看作自然的一部分，然后利用自然生态使堆积体得到有效治理与可持续发展。城乡生活环境是自然的场所，我们要把堆积体土壤侵蚀的防治与生态宜居融为一体。为了实现对地质环境的保护、复垦损毁的土地，将生态宜居理念融入堆积体土壤侵蚀的防治，是如今城乡建设中堆积体土壤侵蚀防治的关键环节，国内外一直都在对此问题进行不断的探索。

另一方面，生态宜居是乡村振兴战略实施的关键环节，是检验乡村振兴战略是否达标的标准。我们要的乡村振兴不是一个禁锢人类灵性的城镇，我们需要同时将城乡建设和生态环境有机统筹起来，两者虽然目标不同，但统筹兼顾能提高人类生存的质量。宜居性是人类居住环境设计的重要组成部分，虽然城乡宜居性研究已经相对成熟，但对新型城镇化中的宜居性的研究却较少。从近几年的研究成果看，虽然我国在城乡规划建设方面取得了可喜的成绩，居民生态宜居水平也不断提高，但同时也面临着许多挑战，概括起来是：环境脏乱差影响乡村居民生活质量、忽视了城乡地域特色（城乡规划在城乡空间规划中被套用的现象）、缺乏指导性规划、受自然灾害的威胁。上述问题的存在，从不同层面影响着城乡宜居性的进一步改善，我们需要对其进行系统性的研究，探索综合性解决方法。

植物是防治堆积体土壤侵蚀的天然工程师。我国提出“建设美丽中国，加大生态系统保护力度”，将开展国土绿化行动、推进水土流失综合治理、加强堆积体地质环境灾患综合治理等地质环境问题、基础研究列为今后科技发展的重点范畴，将生态脆弱区域生态系统功能的恢复重建、人类活动对地球系统的影响机制、交叉学科和新兴学科建设列为优先主题（王自高，2015）。雨水入渗侵蚀对生态堆积体浅部土体的破坏属于环境问题，而植物护坡是通过植物茎叶与根系涵水固土的原理加固堆积体，同时绿化、亮化堆积体环境的一种新技术，是涉及生态工程、堆积体工程、水土保持工程、景观生态工程等多工程、多学科的综合工程技术（常金源，2015）。该工程技术的理论创新研究是涉及土壤侵蚀防治理论与方法、土力学、植物生态学、材料力学、水土保持理论、数学等多学科交织的基础性研究，按照该科学技术工程规划发展纲要所阐述的精神，加强草本植物根系护坡技术的机理研究，对于促进堆积体浅部稳定和亮化生态环境的发展，以及推动基础研究和相互交织学科的发展具有重要的研究意义和现实意义（丁秀美，2005）。

习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的讲话中指出：黄河中游水土流失严重是导致流域生态环境脆弱的重要诱因之一，要坚持绿水青山就是金山银山的理念，坚持生态优先，绿色发展。属于黄河中游的伊洛河流域是中原经济区规划的重要构成部分，随着规划的落实，工程建设活动开展得如火如荼，但随之造成大量堆积体，扰动了原有地形地貌和原生植物，形成大量浅部不稳定堆积体，其成分混杂、结构无序，一般无胶结或弱胶结，厚度从几米到几十米，常伴随有简易植物做护坡处理，涵养水源能力差、无生物多样性、降低了堆积体水土保持功能、水质恶化、土壤侵蚀类灾害时有发生，环境负面效应影响很大，成为影响人们生态宜居的重要一环。其中，伊洛河流域宜阳境内的堆积体土壤侵蚀问题尤为突出，渐变型地质环境问题普遍，土壤侵蚀严重，生态环境日渐脆弱。因势利导地将生态宜居理念与堆积体土壤侵蚀防治相结合正成为城乡建设的必要环节，这迫切需要对堆积体土壤侵蚀机理及生态宜居视角下的防治、防护有深入、准确的认识。

综上所述，生态宜居视角下深刻剖析堆积体土壤侵蚀的特征、梳理堆积体土壤侵蚀的形成脉络、总结堆积体土壤侵蚀的规律、研究堆积体土壤侵蚀机理、做堆积体土壤侵蚀风险评价并制定防治方案，正成为人们不断思索的热点问题。开展生态宜居视角下的工程堆积体土壤侵蚀与防治研究正当其时。

1.1.2　研究意义

城乡建设以适宜人类居住的需求为前提，然而目前城乡建设过程中的许多问题并不满足生态宜居的标准，堆积体土壤侵蚀便是其中最突出的问题之一。我国目前的生态宜居城乡建设仍在探索之中，取得了些许成就，也积累了生态宜居的城乡建设经验，可随着新型城镇化的快速推进，人居环境与自然之间的矛盾日益突出，我们应该发挥自己的专业特长，在生态宜居城乡建设这一目标指引下，探索出生态宜居的堆积体土壤侵蚀防治方法，合理地构建城乡与自然环境之间的和谐共存关系。本书是在生态宜居目标下对堆积体土壤侵蚀防治进行探索，期望得出一套适用于实际需要的科学防治方法，以最大限度发挥绿植的功能，使生态宜居性得到最佳体现。新型城镇化中的绿地系统是权衡城乡建设生态环境好坏、居住环境优劣和舒适度的重要因素，堆积体土壤侵蚀防治是绿地系统建设的关键环节。马斯洛的需求层次理论提出，人们基本的生活需求得到满足后，必然会要求有更高品质的绿地空间和环境条件。在当代全球都期盼生态平衡的浪潮中，人们比任何时期都渴望居住环境向着更加回归自然、更加满足可持续发展要求、更加靠近“生态宜居”标准的方向发展。新型城镇化中的堆积体土壤侵蚀防治作为实现这一目标的关键，其合理建设已成为生态宜居城乡建设的重心。但因为我国堆积体土壤侵蚀防治起步较晚，传统的土壤侵蚀防治方法不利于生态宜居，没有切实重视堆积体土壤侵蚀防治应满足的生态、景观和防灾避险等功能，已不能适应建设生态宜居城乡的要求。新时代新形势呼唤着新的理论方法，将生态宜居理论和方法与堆积体土壤侵蚀防治相结合，能为解决这一问题提供新的原动力。

一方面，植物护坡与“绿水青山就是金山银山”理念高度契合，是生态宜居理论的应有之义。生态宜居对城乡生态环境的改善和人民生活水平的提高有着极为重要的作用，可以促进城乡的可持续发展。生态宜居城乡作为居民理想的生活模式，应结合景观生态学、工程地质学、可持续发展等理论，系统、科学地发展，在绿色发展的基础上，促进人与自然和谐共处，保证人们在人居环境上实现真正意义的生态宜居。其中，作为城乡建设发展中一个重要部分的堆积体土壤侵蚀直接或间接影响着城乡的生态环境发展。实施科学、可行、有效的堆积体土壤侵蚀防治方法是改善城乡生态环境的有效途径，是建设生态宜居城乡的有效途径。

另一方面，从常见植被护坡固土的角度对宜阳境内堆积体土壤侵蚀进行分析研究、提出更完善的分析计算方法，理论联系实际具有探索性和实践意义。狗牙根等绿植广泛分布于宜阳境内，在道旁、河岸、村庄周边、荒地、山坡经常可以看到，其茎蔓延生长能力强，生存能力极强，可快速成网成坪，因此常被作为路堤、堆积体等固堤保土的固土护坡绿化植物。在堆积体的浅层稳定性分析中，如何将降雨、土体、根系进行耦合，如何分析根系形态特征参数，如何考虑根系、土体含水率、土体物理力学特性对土体抗剪强度指标的影响，如何考虑降雨入渗深度、堆积体根土体孔隙水压力水头变化、根系对堆积体稳定性的影响，如何提高堆积体稳定性计算模型的实用性与分析问题效率，建立一个既顾及降雨雨强形式又考虑堆积体坡体特征、含根土体各向异性特征的不同雨强时根系固坡计算模型，并获取更高精度的含根土体抗剪强度参数，达到防治堆积体浅层稳定和治理水土流失的目的，是堆积体土壤侵蚀防治研究的重点。根系固土实际上是一种根系形态特征与堆积体浅层土体稳定需求的匹配，不仅要考虑根系对浅层土体强度的影响机理，还要能量化根系的固土能力，便于堆积体土壤侵蚀的科学防治。然而，以往涉及植物根系固土的研究多是从静态角度考虑，土体水致劣化视角下植物根系固土机理的研究还有待进一步完善。此外，植物根系固土是一个复杂的、处理自然地理环境下植物根系与土体的动态变形协调的问题，不论是宏观上的生态工程堆积体浅层的破坏模式，还是微观上根与土的相互作用机理，都涉及变形协调问题，同时根土复合体的各向异性特征使得问题更加复杂。传统的静态弹性非线性方法解决如此复杂的堆积体土壤侵蚀问题较为片面；而基于土工试验及原理，做土体水致劣化效应的根—土相互作用机理分析及根土复合体强度试验数据优化处理的方法，进而构建量化植物根系固土能力的模型，有助于更为全面地解决这一难题。

伊洛河流域是河南省土壤侵蚀发生数量较多、损失程度较大的地区之一，而宜阳县是典型的土壤侵蚀多发区、易发区和重灾区，土壤侵蚀的危害程度已上升为各种自然灾害之首。本书基于对研究区土壤侵蚀资料的综合研究，从研究土壤侵蚀引起的损失和对社会经济影响的大小，分析其对该县的直接和间接社会经济影响，总结研究区域山地土壤侵蚀的特征，在此基础上进一步探讨该县有关防灾减灾的原则和对策，这对研究区城乡社会经济的可持续发展具有十分重要的意义。

因此，本书以生态宜居为视角，以植物（草本植物，以狗牙根为主）根系固土为切入点，将生态宜居与土工原理及试验相结合，开展根系固土强度及机理研究，总结生态宜居的堆积体土壤侵蚀防治目标、思路和评价指标体系，有助于激励生态宜居城乡的建设，为城乡绿地系统及其他各项城乡建设提供参考，对生态宜居的城乡建设具有现实的指导意义，对解决当前城乡开发建设过程中浅层滑坡频发和草本植物根系固土护坡理论落后等问题十分必要，能够为堆积体土壤侵蚀预防和治理提供新的研究思路，为植物护坡建设提供理论支撑，具有重要的理论与现实意义：①有利于揭示草本植物根系与堆积体土体相互作用机理，丰富植物根系固土护坡理论体系；②有助于实现利用植物防护堆积体土壤侵蚀的科学化，拓展堆积体土壤侵蚀防护优化研究的技术方法；③植物防治堆积体土壤侵蚀为生态宜居城乡建设开拓思路，为人类生态宜居城乡的建设贡献力量。