東北地理所在氣候、地形和人類活動(dòng)對(duì)侵蝕溝發(fā)育的影響和貢獻(xiàn)方面取得進(jìn)展
我國東北黑土區(qū)是世界四大黑土區(qū)之一，為我國重要的糧食生產(chǎn)基地，雖然僅開墾百余年但其黑土層厚度已降至30cm左右，土壤侵蝕是黑土變薄、變瘦的主要原因，尤其是溝道侵蝕加劇土地破碎化，東北黑土區(qū)約有66.67萬條侵蝕溝，其中耕地承載了近3/4的侵蝕溝，且90%侵蝕溝仍在發(fā)育，嚴(yán)重威脅黑土區(qū)生態(tài)環(huán)境與糧食安全。以往研究雖已明確侵蝕溝發(fā)育受氣候、地形及人為活動(dòng)的影響，但這些因素及其耦合作用對(duì)侵蝕溝發(fā)育的貢獻(xiàn)尚不清楚，尤其是耕作壟向、林帶和道路修建對(duì)侵蝕溝發(fā)育的影響尚未被量化，難以支撐黑土區(qū)溝道侵蝕溝防治與土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化布局。
為此，東北地理所黑土退化與修復(fù)學(xué)科組在典型黑土區(qū)海倫市選擇了典型農(nóng)業(yè)小流域進(jìn)行侵蝕溝發(fā)育過程遙感監(jiān)測和野外原位監(jiān)測。通過建立耕作壟向指數(shù)（TEI）、線性地物效應(yīng)指數(shù)（LEI）及林、路-溝距離指數(shù)（DL）來量化耕作壟向與道路、林帶對(duì)侵蝕溝發(fā)育的影響（圖1），研究結(jié)果表明，2013~2021年小流域尺度溝頭溯源速率、溝道擴(kuò)張速率、溝蝕土壤流失速率分別為5.7 m/yr、137.4 m2/yr和428.5 m3/yr，與累計(jì)降水量、降雨侵蝕力、最大30min雨強(qiáng)、降雨時(shí)長均呈顯著正相關(guān)關(guān)系；溝頭坡度、溝道匯水面積、溝頭匯水面積分別是控制溝頭溯源、溝道擴(kuò)張和溝蝕土壤流失的主要地形因素；平水年橫坡壟作可顯著遏制溝頭溯源，但在連續(xù)豐水年則促進(jìn)切溝形成和加劇溝頭溯源，壟向與溝岸夾角在30°~90°時(shí)溝岸擴(kuò)張最為劇烈，道路和林帶越密集、與等高線夾角越大，侵蝕溝發(fā)育速率越大，溝蝕速率與TEI、LEI、DL呈顯著遞增的冪函數(shù)和指數(shù)函數(shù)關(guān)系；地形、地形&人為活動(dòng)、氣候&地形&人為活動(dòng)分別對(duì)溝頭溯源速率、溝道擴(kuò)張速率、溝蝕土壤流失速率變化的貢獻(xiàn)最大，分別為34%、50%、40%（圖2）。本研究結(jié)果可為從優(yōu)化小流域耕作壟向與道路林帶建設(shè)布局的角度防治溝道侵蝕提供科學(xué)參考。
圖1?壟向指數(shù)與線性地物指數(shù)構(gòu)建
圖2?侵蝕溝發(fā)育過程及其多因素耦合貢獻(xiàn)
研究成果近期發(fā)表在國際土壤學(xué)一區(qū)期刊Geoderma上。東北地理所黑土退化與修復(fù)學(xué)科組博士研究生劉欣為論文第一作者，郭明明副研究員為通訊作者。研究得到國家自然科學(xué)基金（42107356）和東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所青年科學(xué)家小組項(xiàng)目（2023QNXZ03）聯(lián)合資助。
論文信息：
Liu, X., Guo, M.M*, Chen, Z.X., Zhang, X.Y., Yang, F., Zhang, S.M. Quantifying the contributions of precipitation, topography and human activity and their coupling to the development of permanent gully. Geoderma, 2024, 449, 117015.
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