我國東北黑土區(qū)是世界四大黑土區(qū)之一，是我國重要的糧食生產(chǎn)基地。雖然僅開墾百余年，但東北黑土層厚度已降至30cm左右。黑土變薄、變瘦的原因在于土壤侵蝕，尤其是溝道侵蝕加劇了土地破碎化。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，威脅黑土區(qū)生態(tài)環(huán)境與糧食安全。有研究明確了侵蝕溝的發(fā)育受到氣候、地形及人為活動(dòng)的影響。而這些因素及其耦合作用對侵蝕溝發(fā)育的貢獻(xiàn)尚不清楚，尤其是耕作壟向、林帶和道路修建對侵蝕溝發(fā)育的影響尚未被量化，難以支撐黑土區(qū)防治溝道侵蝕與土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化布局。

中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所黑土退化與修復(fù)學(xué)科組在典型黑土區(qū)海倫市進(jìn)行侵蝕溝發(fā)育過程遙感監(jiān)測和野外原位監(jiān)測。該研究通過建立耕作壟向指數(shù)、線性地物效應(yīng)指數(shù)以及林、路-溝距離指數(shù)來量化耕作壟向、道路、林帶對侵蝕溝發(fā)育的影響。

研究表明，2013年至2021年小流域尺度溝頭溯源速率、溝道擴(kuò)張速率、溝蝕土壤流失速率與累計(jì)降水量、降雨侵蝕力、最大30min雨強(qiáng)、降雨時(shí)長呈正相關(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；平水年橫坡壟作可遏制溝頭溯源，而在連續(xù)豐水年則促進(jìn)切溝形成并加劇溝頭溯源，且在壟向與溝岸夾角為30°~90°時(shí)，溝岸擴(kuò)張最為劇烈；道路和林帶越密集且與等高線夾角越大，侵蝕溝發(fā)育速率越大；溝蝕速率與耕作壟向指數(shù)、線性地物效應(yīng)指數(shù)以及林、路-溝距離指數(shù)呈遞增的冪函數(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)對溝頭溯源速率、溝道擴(kuò)張速率、溝蝕土壤流失速率變化的貢獻(xiàn)最大。

上述成果可從優(yōu)化小流域耕作壟向與道路林帶建設(shè)布局的角度為防治溝道侵蝕提供科學(xué)參考。

近期，相關(guān)研究成果發(fā)表在Geoderma上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)等的支持。

論文鏈接

侵蝕溝發(fā)育過程及其多因素耦合貢獻(xiàn)