南京林业大学水土保持与荒漠化防治专业教学的理论与实践创新

庄家尧 张金池 胡海波 林 杰 万福绪 初 磊

（南京林业大学森林资源与环境学院，南京 210037）

荒漠化作为一种复合性自然和人为灾害，其影响和危害的深远性正在于它所摧毁的是人类赖以生存的土地和环境，直接动摇着人类社会经济发展的基础［1］。水土流失对我国的生态环境建设、经济建设、社会发展都产生了极大的影响，加强水土流失的综合防治、保障国家的生态安全是我国一项长期的战略任务。因此，水土保持与荒漠化防治专业应加强教学的理论与实践研究，注重培养掌握水土保持与荒漠化防治及相关学科的基本理论、基本技能以及水土保持与生态修复的关键技术和方法的能在国土资源、水利、农业、林业、环境保护等部门从事水土保持与荒漠化防治、生态环境修复以及生态环境工程建设的规划、方案编制、设计、施工、监测、监理等工作的复合型应用性人才。

在我国，“水土保持”作为单门课程的讲授始于20世纪30年代的金陵大学［2］，但是直到1958年北京林学院成立水土保持专业之后才有了系统性的课程设置及讲授。1980年后，水土保持专业和沙漠治理专业的课程体系设置出现了“百花齐放，百家争鸣”的局面。1994年“水土保持与荒漠化防治”成为我国高等院校专业调整后确定的国家级重点学科［3］。至此，水土保持与荒漠化防治专业的骨干课程已成雏型，课程体系中增加了有关新技术和人文学科的选修课，如设置的“遥感技术与应用”课程使计算机知识的讲授得到了很好的体现；同时，课程体系展现了多种特征，所设置的课程大致可归为4个类型，即林业生态类型、水利工程类型、农业生态类型和综合类型［4］。目前，我国水土保持与荒漠化防治专业的教学主要以加强学生综合素质和创新能力的培养、全面提高教学质量为目标，在利用信息技术提升与改造传统的水土保持学科的同时，积极创建“产—学—研”一体的水土保持学科教学体系（包括人才培养目标、培养方案和课程体系等内容）［5］。

南京林业大学水土保持与荒漠化防治专业起源于原金陵大学的林学系，目前水土保持与荒漠化防治学科已发展成为国家林业局重点学科，是我国南方高等院校中较早获得博士学位授予权的学科。几十年来，在各级政府的扶持和广大科教人员的共同努力下，水土保持与荒漠化防治学科在教学、科研、生产等方面均实现了突飞猛进的发展，为我国国民经济建设做出了应有的贡献。为此，笔者从人才培养的定位、课程体系的建设和教学模式的改革等方面，对水土保持与荒漠化防治学科在产学研方面取得的突出成就和实践经验进行了总结和思考，以期与业界人士进行深入的探讨。

一、加强水土流失预测预报基础理论研究，为区域社会发展的决策提供简洁、高效的服务工具

水土流失预测预报既是水土流失规律研究的成果之一，又是直接服务于生产的工具。因此，加强水土流失预测预报基础理论的研究不仅能带动土壤侵蚀学科的发展，而且可以充分发挥其应用性作用。准确的土壤流失预测预报能够为社会发展的决策、区域土地利用政策的制定和长期的土壤侵蚀控制等提供简洁、高效的服务。

（一）提出适合中国大别山区以及同类地区坡度耕地的ER-USLE土壤侵蚀模型，提高了农业旱作耕地年土壤侵蚀量的预测精度

USLE［6］和RUSLE［7］都是预测多年 平 均 土壤流失量的预测模型，目前在世界范围内仍然得到广泛运用。它们的缺点是需要大量的观测资料、不能反映季节变化和人为个体耕作措施等对水土流失的影响，尤其是应用于林地时误差大，从而限制了其为制定水土保持措施提供足够信息的能力。

近年来，我国在USLE 和RUSLE 的应用方面也进行了一定的研究。但是，由于我国国土面积大，水土流失定位观测资料不足，同时又面临着经济社会高速发展的形势，所以国土整治、土地资源的规划利用等急需水土流失预测模型的创新。南京林业大学新研发的运用于中国大别山区以及同类地区坡度耕地的ER-USLE［8］土壤侵蚀模型，把有效雨侵蚀力、农作物覆盖率的季节变化、人类的耕作因素编入了土壤流失通用方程式，并提出了相关因子的计算方法，从而提高了土壤流失通用方程式的预测精度。通过对ER-USLE 和USLE模型预测的坡耕地集水内的预测结果与观测结果进行比较发现，对单个降水事件而言，ERUSLE模型预测精度（R2=0.82）高于USLE模型预测精度（R2=0.46）。这说明ER-USLE 模型较USLE模型有很大的进步。

（二）提出适合中国大别山区以及同类地区林地的FUSLE土壤侵蚀模型，提高了林地年土壤侵蚀量的预测精度

为了使USLE 模型可以应用于林地的土壤侵蚀量预测，南京林业大学把地表枯落物这一因素编入到USLE 中对其进行修正，并提出林地地表枯落物因子的计算方法，建立了FUSLE 模型［9］。FUSLE模型在林地的应用和预测表明，FUSLE 模型真实地反映了林地土壤侵蚀的主要来源——林地下裸露或半裸露的地块在森林中构成斑块状侵蚀；同时，FUSLE模型的预测结果表明不同品质（地表枯落物量不同）森林的土壤侵蚀量差异巨大，从而为林地土壤侵蚀控制和森林经营提供了新的理论基础和方法。

（三）研发新的积分公式法，提高了水文观测测流堰流量的计算精度

目前，国内外业界对测流堰流量系数、河道流量系数在横断面上的积分方法等都开展了广泛深入的研究，但是忽略了对径流总量在时间纵断面上计算精度的研究。水文观测的地表径流量的计算仍沿用的是瞬时平均流量系数法。为了提高流量计算的效率和精度，南京林业大学利用安徽大别山区岳西县上舍小流域不同土地利用类型降水─水位观测资料，建立了一种积分公式法［10］，把水位在某个时段和时间呈线性函数关系带入流量计算的方法，并对时段径流总量用不同的方法进行计算比较。根据2000年杉木、马尾松、坡耕地、茶叶地集水区以及上舍小流域沟口5个观测点的资料，按照10min分段分别用积分公式法和瞬时流量系数法计算的年径流量结果表明，新研发的积分公式法计算的各个观测点的年径流量比瞬时流量系数法计算的结果的精度提高了8.7%～17.1%。这说明新研发的积分公式法适用于不同类型的测流堰和河道径流总量的计算。

二、建立面向社会基层群众的广泛的产学研联盟，抒发“精彩论文书大地”的情怀

（一）提出平原农田防护林体系构建理论与技术

在防护林工程研究方面，南京林业大学张金池教授等于20世纪80年代开始在黄淮海平原开展了平原农田防护林体系构建理论与技术的研究与探索，具体内容包括平原风沙区防护林工程建设模式与技术、农林复合经营模式以及特征、农林复合经营模式以及特殊生态工程建设、山丘区防护林建设技术等。其中，针对徐淮地区石灰岩山地多、土层瘠薄、造林难度大的问题，有针对性地进行了困难地植被恢复与重建技术研究，并在树种选择、立地分类与改良、森林经营管理等方面提出了一整套技术体系。在苏南和连云港山丘区，开展了农林复合经营模式以及水土保持林、水源涵养林、景观林配置技术的研究与探索。在防护林工程研究中，张金池教授主持的“基于生态边界层理论的黄淮海平原林业生态工程建设技术”于2004年获国家科技进步二等奖。在上述理论研究成果的指导下，黄淮海平原农田防护林体系建设运用上述技术建设、维护、更新了200万亩以上的防护林，实现年生态效益超过2亿元。

（二）提出指导安徽山区退耕还林和长防林建设的系列措施

南京林业大学通过对安徽大别山以及同类地区水土流失规律的研究，提出安徽省山区退耕还林和长防林建设的指导性原则以及关键性系列措施。2002年以来，安徽省在退耕还林和长防林工程建设中遵循这些指导性原则并综合运用治理措施，在全省山区完成坡耕地退耕还林143万亩、营建长防林50万亩。按照退耕前平均土壤侵蚀量为6 000t／（km2·a）（最高10 000t／（km2·a））、退耕后平均土壤侵蚀量降低80%粗略计算，实施退耕还林和长防林工程可以使安徽省山区平均每年减少土壤侵蚀量618万吨，实现年固土价值9 882万元。按照退耕前平均径流量为86 300m3／（km2·a）、还林后平均每年减少径流量28 240m3／（km2·a）以及水库平均使用年限40年、库容造价8元／m3计算，退耕还林可以使安徽省每年节省相当于726.7 万元的水库建设费用。此外，按照退耕还林后年平均保肥11.37t／km2计算，可实现保肥效益66 333.8元／km2，安徽全省通过退耕还林和长防林建设可实现年均保肥效益8 534.9万元。这样，安徽省山地退耕还林和长防林建设可实现年水土保持效益1.91亿元。

以上成就表明，面向社会基层群众的广泛的产学研联盟的初步建立使“精彩论文书大地”得以初步实现。因此，南京林业大学作为研究型大学，尤其是重点建设的研究型大学，应该在其具有优势的学科领域积极与相关的科研院所和企业建立产学研联盟，搭建知识创新、技术创新、产品开发和人才培养的交流平台，实现优势互补、资源共享，为创新型人才的培养拓展实践空间［11］。

三、加强水土流失监测信息化建设，提高水土流失监测精度

目前，有关土壤侵蚀的研究方法主要仍是利用野外径流小区和小流域把口站进行水文泥沙的监测。由于相关监测设备的自动化程度低，不能全面、连续地收集过程资料，所以泥沙取样不够精确［12］，从而限制了过程研究。因此，南京林业大学在水土保持与荒漠化防治学科的建设中，针对上述这些问题，从1998年开始，在安徽省大别山腹地岳西县上舍小流域范围内分别选择闭合性好的杉木、马尾松、坡耕地以及板栗和茶园集水区，各建一顶角为45°的三角薄壁堰；在上舍小流域汇流的沟口建一顶角为90°的三角薄壁堰和矩形实用堰的复合堰，并同时设置浮子式自计水位计，进行水位观测和泥沙输出量观测。同时，在各个亚流域的内部设置了径流观测场，以观测单个降水事件的泥沙和径流量。此外，从2008年开始，将原来的降雨、径流自动记录设备更新为远程数字传输设备，并在上舍小流域出口配置了一套全自动水样采样仪器，从而提高了水土流失的监测精度。

从2008年5月开始，南京林业大学还在江苏省南京市江宁区铜山林场黄龙堰小流域内闭合性好的杉木、马尾松、毛竹林、栎林林地和裸地，选择坡面一致的地区各建设1个5m×20m 的径流场，并在各径流场出口设置一顶角为3°～5°的三角薄壁堰；在毛竹林小流域出口设一顶角为45°的三角薄壁堰和矩形实用堰的复合堰，同时还设置了浮子式自计水位计。该监测站的降雨、径流自动记录设备全部为远程数字传输设备，降低了监测人员的劳动强度，提高了水土流失的监测精度。

四、针对水土保持与荒漠化防治专业教学的关键性、基本性问题开展基础训练，培养学生解决实际问题的能力

（一）培养掌握最先进的理念和技术、具备服务于社会最基层的思想素质的现代水土保持与荒漠化防治专业人才

我国广大的水土流失区生态环境脆弱、土地瘠薄、生产力低下，且自然灾害频繁。在我国暖温带和亚热带的湿润、半湿润半干旱地区，通过对水土流失区采取自然封禁或退耕栽种林草等措施，能较快地取得保持水土和改善生态环境的效应。但是，根据我国当前的实际情况，并不能简单地采取全部退耕或人口迁移等措施。况且在国家投入有限的情况下，我国广大的水土流失区既要实施水土保持，又必须解决粮食供给和脱贫致富的问题［13］。因此，南京林业大学在水土保持与荒漠化防治专业教学的实践中，组织学生对“黄土高原坡耕地耕作者数千年来勤劳而不富裕的原因”“与国外人多地少发达国家相比较如何解决我国吃饭与环境保护的矛盾”“治愚与授人以渔工作方法的比较”等问题进行了讨论，强调学生要掌握最先进的水土保持与荒漠化防治理念和技术，还特别重视培养学生服务于社会最基层的思想素质。

（二）针对我国水土保持与荒漠化防治的热点、难点问题组织学生开展社会调查与实践，培养学生敢于承担社会责任的勇气和毅力

紫湖溪位于南京市的紫金山和玄武湖之间，蜿蜒流过南京林业大学，最后注入玄武湖。20世纪80年代初，紫湖溪尚可见清澈的溪水，南京林业大学的广大师生还可享受到鱼翔浅底的田园风光。然而，随着城市扩张进程的加速，大量的污染负荷进入城市水系，再加上市政排水设施的建设滞后于城市发展、雨水和污水管道误接和乱接、污水处理厂与排水管网不配套等原因，大量未经过处理的污水直接排入南京的城市水系。这导致紫湖溪的水体发黑发臭、鱼虾灭绝，已经无环境容量可言，河段水指标甚至劣于国家地表水V 类标准。尽管在解决水污染增容、爆气增氧等方面做了大量工作，但是由于上游地区没有对直接排入河流水体的污染水实施截流，所以穿过南京林业大学校园的紫湖溪水仍是黑臭的，使广大师生饱受视觉和味觉的污染，影响了南京的城市形象和大学的形象。这种状况对处于工业化和城市化阶段的中国中小城市甚至于大中型城市来说是具有一定普遍性的。在这样的外部环境和学校环境中培养出来的学生，一旦适应了污染的环境，就会失去保护与治理环境的理想和勇气。这将是教育的悲哀、社会的悲哀。

因此，南京林业大学在水土保持与荒漠化防治专业教学的实践中，非常注重引导学生对身边的环境污染问题开展社会调查，以培养学生敢于承担社会责任的勇气和毅力。例如，水土保持与荒漠化防治专业组织学生设计了紫湖溪流域综合治理调查问卷，并要求学生走上街头，到沿河的社区、学校、企事业单位开展社会调查，最后运用河道生态修复基本原理等知识制定出紫湖溪流域综合治理方案。通过社会调查与实践，学生认识到目前我国正处于社会工业化和城市化的扩张阶段，污水处理厂与排水管网不配套等问题在短期内难以解决，城市河水污染具有普遍性、长期性、反复性等特点，所以要实现紫湖溪流域的综合治理还任重而道远，要实现中华大地河道清水长流更是任重道远。为此，随着2009年4月江苏省水土保持学会（挂靠于南京林业大学水土保持与荒漠化防治学科）在南京林业大学的成立，水土保持与荒漠化防治专业的学生承担了紫湖溪流域综合治理的科普与宣传任务，并融合相关专业的大学生积极分子成立了紫湖溪流域综合治理宣传队，以努力推动紫湖溪流域综合治理的早日实施。尤其是在中共十七大提出建设生态文明与和谐社会理念和江苏省委提出率先落实生态文明省建设政策的大好形势下，学生承担社会责任的信心得到了很大加强。

同时，南京林业大学在水土保持与荒漠化防治专业教学的实践中，强调引导学生关注我国水土保持与荒漠化防治的热点、难点问题。例如，2008年5月12日四川汶川地震后，在教学中对山体滑坡导致的堰塞湖、泥石流等次生灾害问题进行了讲解，并对在灾后重建过程中如何运用遥感图像进行泥石流危险性等级的初步划分进行了模拟。再如，在教学中对襄汾县新塔矿业有限公司尾矿库发生特别重大溃坝事故的成因进行了分析，对河北与山东省秸秆处理方案的效果进行了对比分析，对舟曲泥石流的成因进行了分析并提出了治理对策等。

此外，南京林业大学在水土保持与荒漠化防治专业教学的实践中，还注重通过案例分析培养学生的环保意识和责任感。例如，在深圳湾河道生态修复的案例分析中，在肯定深圳市在深圳湾河道生态修复中做了大量工作、取得了一定成绩的同时，还引导学生进一步认识到将深圳湾河道污水集中后从珠江口排放入海造成了环境污染的扩散和迁移，是保护小环境、污染大环境的行为，是不可取的；深圳市作为全国改革开放的先锋城市，应该学习、引进、消化发达国家的城市污水处理技术，做到达标排放、循环利用，在生态文明与和谐社会的建设中发挥模范作用。

［1］卢琦，周士威.全球防治荒漠化进程及其未来走向［J］.世界林业研究，1997（3）：36-44.

［2］吴发启.水土保持学科教学体系构建的思考［J］.中国水土保持科学，2006，4（1）：5-9.

［3］孙保平，张洪江，王礼先，等.教学、科研、生产三结合 培养高素质合格人才［J］.中国林业教育：面向21世纪环境生态类专业教学改革论文集，1999（增刊）：97-100.

［4］王治国，周世权.我国水土保持与荒漠化防治专业人才培养与课程体系的历史与现状分析［J］.中国林业教育：面向21世纪环境生态类专业教学改革论文集，1999（增刊）：57-60.

［5］吴发启，王健.水土保持与荒漠化防治专业课程体系的建立［J］.中国水土保持，2006，26（4）：56-60.

［6］WISCHMEIER W H，SMITH D D.Predicting Rainfall Erosion Losses from Cropland East of the Rocky Mountains：Guide for Selection of Practices for Soil and Water Conservation Planning［M］／／Agriculture Handbook.Washington，DC：US Government Printing Office，1965：282.

［7］RENARD K G，FOSTER G R，WEESIES G A，etc.Predicting Soil Erosion by Water：a Guide to Conservation Planning with the Revised Universal Soil Loss Equation（RUSLE）［M］／／Agriculture Handbook.Washington，DC：US Government Printing Office，1997：251.

［8］ZHUANG JIAYAO，ZHANG JINCHI.Modification and Test of ULSE Model to Predict Soil Loss in a Cultivated land Sub-catchment Scale in the Dabie Mountains，China［C］／／Proceedings of the First Global Forum of Ecological Economics in Forestry.Nanjing：［出版者不详］，2009：165-175.

［9］ZHANG JINCHI，ZHUANG JIAYAO，SU JISHENG，etc.Development of GIS-based FUSLE Model to Predict Soil loss in a Sub Catchment of Chinese Fir Forest with a Focus on the Litter in the Dabie Mountains，China［J］.Forest Ecology and Management，2008（255）：2782-2789.

［10］庄家尧，张金池.用积分公式法改进水文观测中径流量计算精度的研究［J］.南京林业大学学报：自然科学版，2008，32（6）：147-151.

［11］屈晓婷.哈佛大学理念与研究型大学的人才培养［J］.高等农业教育，2007（8）：85-87.

［12］王礼先，张有实，李锐，等.关于我国水土保持科学技术的重点研究领域［J］.中国水土保持科学，2005，3（1）：1-6.

［13］唐克丽.中国土壤侵蚀与水土保持学的特点及展望［J］.水土保持研究，1999，6（2）：2-7.