Catena 东北黑土区沟道侵蚀丨沟道侵蚀贡献了区域65%的土壤流失量

我国东北黑土区是世界四大黑土区之一，为我国重要的商品粮基地。土壤侵蚀，尤其是沟道侵蚀严重威胁着我国东北黑土区的生态环境与粮食生产能力。据第一次全国水利普查（以下简称“普查”）结果显示，东北黑土区目前约有侵蚀沟 29.5 万条。然而，普查所采用的遥感解译方式无法获取沟道三维信息（侵蚀沟深度与体积），限制了我们对东北黑土区沟道侵蚀进程与区域土壤流失总量贡献的认知。那么，东北黑土区目前侵蚀沟形态有何特征？能否构建侵蚀沟体积的最佳估算模型？有哪些影响因素影响着侵蚀沟空间分布？沟道侵蚀对区域水土流失贡献率有多大？

为此，吉林农业大学资源与环境学院博士研究生张晟旻及合作者在位于典型黑土区的黑龙江省海伦市 393 平方公里的研究区内进行了实地侵蚀沟测量（图 1 ）。研究共发现 1048 条侵蚀沟，平均长度、顶宽、深度与宽深比分别为 522.32 米、 15.05 米、 2.77 米与 7.16 ；其中超过 70% 的侵蚀沟长度为 100~500 米，顶宽 3~20 米，深 0.5~3 米（图 2 ）。

根据侵蚀沟沟头所在位置将侵蚀沟分为农田沟（ GF ）、路边沟（ GR ）与林地沟（ GW ）三类进行对比发现：三类侵蚀沟形态特征差异显著，路边沟较宽且较深而农田沟较长。值得注意的是，共有 56.2% 的侵蚀沟为农田沟，且贡献了 74.84% 的侵蚀沟总面积与 67.04% 的总体积，证明了东北黑土区沟道侵蚀对农业生产与发展的重要限制与显著影响（图 3 ）。此外，研究发现这三个类型的侵蚀沟体积均可与其面积建立较其长度更优的显著相关幂函数关系（图 4 ，图 5 ），即预估模型（公式 1~4 ）。

对侵蚀沟空间分布特征与其影响因素的研究结果显示：沟道密度（单位面积沟道长度）与地面割裂度（单位面积沟道面积）随坡度增加而增加（表 1 ），随坡长先增加后降低（图 6 ）。此外，侵蚀沟更易发生与发展在向阳、迎风坡面上（图 7 ），以及更大的侵蚀沟与垄向夹角会促进侵蚀沟发育（图 8 ）。

最后，通过采用中国水土流失方程（ CSLE ）计算该区域 2013~2018 年坡面侵蚀强度并折算为区域坡面侵蚀土壤流失量，对比 2013~2018 年侵蚀沟体积变化带来的土壤流失量发现： 2013~2018 年，坡面侵蚀平均速率为 561.32t/km2 · a ，区域整体流失约 0.56 毫米土壤，而沟道侵蚀造成了约 1.04 毫米的区域土壤流失，为坡面侵蚀的 1.86 倍（图 9 ）。该研究充分、严谨地印证了目前东北黑土区沟道侵蚀的严峻现状，为今后东北黑土区侵蚀沟风险评估与防治提供了有力支撑。

doi:https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106467。

吉林农业大学资源与环境学院博士研究生张晟旻为第一作者；中国科学院东北地理与农业生态研究所郭明明助理研究员为通讯作者；合作者包括吉林农业大学资源与环境学院韩兴副教授；中国科学院东北地理与农业生态研究所张兴义研究员、胡伟助理研究员、严月博士； Iowa State University 的 Richard Cruse 教授。该研究得到国家重点研发计划（ 2021YFD1500800 ）、国家自然科学基金（ 42107356 ）、中国博士后科学基金（ 2021T140663 与 2020M681062 ）、黑龙江省优秀青年基金（ YQ2021C036 ）的资助。

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