水土流失是当今最严重的环境问题之一,近二三十年来,利用非线性方法探索生态系统的侵蚀动力学是众多学者关注的热点问题。本文针对坡面沟道生态系统的土壤侵蚀问题,研究了水分、土壤和植被等因素之间的相互反馈机制,建立了地表水-壤中水-植被-土壤侵蚀四个变量的微分动力学模型。基于模型参数的率定,将动力学模型进行实地应用,以太平寨小流域为例进行数值模拟,研究了该小流域的水土流失情况。论文主要研究结果如下:(1)在Gilad、Rietkerk等人的植被斑图动力学模型的基础上,将地形因素引入到动力学模型当中,描述了坡面沟道生态系统的土壤侵蚀动力学。基于耦合映像格子的方法对地表水-壤中水-植被-土壤侵蚀动力学模型进行数值模拟,使模拟过程与实际生态学过程更契合。(2)通过在太平寨村小流域设立野外气象站、无人机扫描地形、环刀法取样、人工降雨实验等方式获取的数据,确定了模型中部分参数,并通过模拟结果与实际结果进行比对,进一步调整优化并确定了模型的最终参数,使得模拟结果更具现实意义,针对性更强。(3)在人工设置地形条件的基础上进行动力学模型模拟,结果表明,微地形影响着植被和侵蚀的分布,植被自组织向地形较低的区域迁移,泥沙则在地形较低区域沉积。(4)在实际地形条件下进行模拟,预测了植被和侵蚀的时空分布,并发现植被自发地向地势较低水源丰富的沟道内部聚集,沟道底部的植被生物量明显好于其它区域。侵蚀情况则与坡度有正相关关系,沟道两壁区域侵蚀最严重,这使得沟道将向外扩张,沟壁也将越来越陡峭。本文基于地表水、壤中水、植被以及土壤微分动力学模型,探讨了植被生长与土壤侵蚀长期相互作用下的植被格局及沟道地貌的变化,为预测坡面沟道上植被与地貌的协同演化提供了理论基础。