我国东北黑土区是世界四大黑土区之一，为我国重要的粮食生产基地，虽然仅开垦百余年但其黑土层厚度已降至30cm左右，土壤侵蚀是黑土变薄、变瘦的主要原因，尤其是沟道侵蚀加剧土地破碎化，东北黑土区约有66.67万条侵蚀沟，其中耕地承载了近3/4的侵蚀沟，且90%侵蚀沟仍在发育，严重威胁黑土区生态环境与粮食安全。以往研究虽已明确侵蚀沟发育受气候、地形及人为活动的影响，但这些因素及其耦合作用对侵蚀沟发育的贡献尚不清楚，尤其是耕作垄向、林带和道路修建对侵蚀沟发育的影响尚未被量化，难以支撑黑土区沟道侵蚀沟防治与土地利用结构优化布局。

为此，东北地理所黑土退化与修复学科组在典型黑土区海伦市选择了典型农业小流域进行侵蚀沟发育过程遥感监测和野外原位监测。通过建立耕作垄向指数（TEI）、线性地物效应指数（LEI）及林、路-沟距离指数（DL）来量化耕作垄向与道路、林带对侵蚀沟发育的影响（图1），研究结果表明，2013~2021年小流域尺度沟头溯源速率、沟道扩张速率、沟蚀土壤流失速率分别为5.7 m/yr、137.4 m²/yr和428.5 m³/yr，与累计降水量、降雨侵蚀力、最大30min雨强、降雨时长均呈显著正相关关系；沟头坡度、沟道汇水面积、沟头汇水面积分别是控制沟头溯源、沟道扩张和沟蚀土壤流失的主要地形因素；平水年横坡垄作可显著遏制沟头溯源，但在连续丰水年则促进切沟形成和加剧沟头溯源，垄向与沟岸夹角在30°~90°时沟岸扩张最为剧烈，道路和林带越密集、与等高线夹角越大，侵蚀沟发育速率越大，沟蚀速率与TEI、LEI、DL呈显著递增的幂函数和指数函数关系；地形、地形&人为活动、气候&地形&人为活动分别对沟头溯源速率、沟道扩张速率、沟蚀土壤流失速率变化的贡献最大，分别为34%、50%、40%（图2）。本研究结果可为从优化小流域耕作垄向与道路林带建设布局的角度防治沟道侵蚀提供科学参考。

图1 垄向指数与线性地物指数构建

图2 侵蚀沟发育过程及其多因素耦合贡献

研究成果近期发表在国际土壤学一区期刊Geoderma上。东北地理所黑土退化与修复学科组博士研究生刘欣为论文第一作者，郭明明副研究员为通讯作者。研究得到国家自然科学基金（42107356）和东北地理与农业生态研究所青年科学家小组项目（2023QNXZ03）联合资助。

论文信息：

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.

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2024.117015