东北黑土区近40年沟谷侵蚀动态及影响因素分析

在遥感和地理信息系统的支持下获取了乌裕尔河流域中上游地区1965年和2005年的侵蚀沟分布数据,同时基于1:5万地形图获取了等高线、水系、道路和居民点数据,在GIS空间分析模块支持下,揭示了典型黑土区40年里侵蚀沟的动态变化特点及与其影响因素之间的关系.结果表明,近40年里侵蚀沟密度具有明显增加的趋势,2005年出现侵蚀沟密度高于500 m/km~2的高值区,侵蚀沟密度的变化是以位于克东和克山县内的剧烈增加区为核心,呈现出向两侧递减的变化趋势.2°～3°坡范围内为该区沟蚀最严重的坡度地区;坡长增加,侵蚀沟密度减少,小于1 000 m的范围是沟蚀严重区;侵蚀沟密度具有距水系距离增加而减少的特点.侵蚀沟主要是发育在小于距道路1 500 m的范围内,大于2 000m的地区侵蚀沟发育微弱;人类开发活动的从优性、从易性使得离居民点越近,侵蚀沟密度越大.     

东北黑土区不同垄向耕地沟蚀与地形耦合规律

东北黑土区在长期高强度开垦连作下,侵蚀沟切割耕地地表现象严重。以黑龙江省宾县的两个典型乡镇为研究区,基于GIS和RS技术,采用全局空间自相关、样方网格等方法,综合垄向、侵蚀沟、地形数据探究区域尺度下垄向分布及不同垄向耕地沟蚀与地形因子耦合规律。结果表明:（1）不同乡镇沟蚀空间集聚程度不同,主导性垄向耕地内的侵蚀程度最高;（2）垄向在耕地上的分布有很强的空间自相关性,不同的垄向空间分布是对地形条件的反馈体现,合理的垄向空间分布会起到降低沟蚀密度的作用;（3）除糖坊镇斜垄外,不同垄向耕地沟蚀密度随海拔的升高呈现先增大后减小的趋势。糖坊镇不同海拔级优势垄向规律性不强,三宝乡整体上任意海拔级斜垄耕作最优;（4）坡度与坡长交互作用显著。两乡镇表现为“小坡度”+“小坡长”或“小坡度”+“大坡长”条件横垄耕作最优,“大坡度”+“小坡长”或“大坡度”+“大坡长”条件斜垄耕作最优;（5）黑土区漫川漫岗地带斜垄耕作更具水土保持作用。     

侵蚀沟与耕地垄向之关系探究

沟壑侵蚀是土壤侵蚀的一个重要方面,越来越多地受到国内外学者的关注和研究。根据野外调查数据、DEM数据和Google earth影像数据,分析了不同海拔、坡度、坡形上侵蚀沟与耕地垄向之间的关系。结果表明:(1)总体来看,斜坡起垄的耕地内最不易形成侵蚀沟,横坡起垄的耕地内最易产生侵蚀沟;(2)在海拔小于240m的耕地内,斜坡起垄能够减缓或防止侵蚀沟的产生,横坡起垄最易于产生侵蚀沟;海拔大于240m的耕地内,斜坡起垄最易产生侵蚀沟,横坡起垄最不易产生侵蚀沟;(3)在0~2°坡度上,顺坡起垄的耕地内侵蚀沟密度最大,斜坡起垄的耕地内的侵蚀沟密度最小;在2°~6°坡度上,由于"渠系效应"的作用,横坡起垄的耕地内最易产生侵蚀沟,坡度大于6°时,侵蚀沟最易在顺坡起垄的耕地中产生发展;(4)无论坡形如何,横坡起垄的耕地内的侵蚀沟密度都大于顺坡起垄,斜坡起垄能够有效减缓甚至防止侵蚀沟的发生发展。     

东北典型黑土漫岗区切沟侵蚀空间格局分析

旨在充分认识东北典型黑土漫岗区切沟分布的空间特征,为水土保持工作提供依据,以黑龙江省宾县漫岗区为研究区,结合实地调查,以SPOT 5遥感影像为数据源,基于人机交互方式提取切沟信息,并分析其分布特征。主要研究结论如下:5°～7°的漫岗坡面更易形成切沟侵蚀;切沟密度随海拔高度的增加呈现出先迅速上升后缓慢下降的趋势,在坡面的中下部更易发生切沟侵蚀;由于地理位置及地貌特征、土地利用方式、开垦时间早晚和治理措施等不同,研究区不同乡镇的切沟密度存在着较大差异。     

东北黑土区垄向的分布及其对土壤侵蚀的影响

垄作是东北黑土区一种非常普遍而重要的耕作制度,垄作方向(垄向)的分布及其水土保持作用研究,对于了解和改进黑土区的水土保持状况具有非常重要的意义。以典型黑土区东缘的宾县为研究区域,采用分层抽样的方法,提取了168个野外调查单元,通过野外实地调查和室内数据分析,研究了东北黑土区农地的地面坡度分布、垄向分布和垄向坡度分布,在此基础上根据不同坡度条件下的坡度因子公式求出农地的坡度因子和垄向坡度因子,探讨垄向的水土保持作用,得到以下研究成果:黑土区农地平均地面坡度为2.96°;黑土区中占农地75%的坡耕地中,顺坡耕作趋势明显,斜坡耕作非常普遍,随着垄向与等高线之间夹角的增大,坡耕地所占的比例也逐渐增大,垄向角在0°～15°间的坡耕地所占的比例约9.7%,仅为75°～90°间的一半左右;采用垄向坡度后,平均坡度为2.15°,仅为原来地面坡度的72%,坡度明显减小;在目前的垄作情况下,其水土流失量仅为顺坡耕作下的60%。上述研究表明:在东北黑土区,可以通过调整垄作方向而改进目前较严重的水土流失状况。     

东北典型黑土区侵蚀沟形态及分布特征

东北黑土区是中国最重要的粮食生产基地之一,同时也是中国四大水蚀区之一,其中沟道侵蚀是水蚀发生的主要形式,掌握东北黑土区沟道侵蚀的基本情况,剖析其形态及分布特征,对于分析东北黑土区沟道侵蚀的成因及水土流失治理至关重要。该研究以典型黑土区嫩江县为研究区域,利用航空遥感影像及1∶5万DEM对区域内侵蚀沟进行普查统计,并分析侵蚀沟的沟宽、沟长、纵比降等形态特征,以及海拔、坡度、坡向等地形因素对侵蚀沟分布的影响,为黑土区侵蚀沟的治理提供理论依据。研究结果表明:1)沟道侵蚀主要分布在丘陵区,沟道类型以切沟为主,冲沟影响面积仅次于切沟,研究区以小于500 m的侵蚀沟为主,数量及面积分别占总数的96.67%、61.99%;2)侵蚀沟的沟宽与沟长为正相关,纵比降与沟宽、沟长为负相关;3)坡向对各类型侵蚀沟的分布影响较小,坡度对侵蚀沟的分布有一定影响,细沟和浅沟主要分布在2~6°和6~15°的坡面上,而切沟和冲沟则主要分布在0~2°、2~6°的坡面上,90%以上的细沟和浅沟、80%以上的切沟、冲沟发生在耕地上;4)嫩江县冲沟地形阈值模型拟合表明嫩江县冲沟发生的临界坡度较小,较小的坡度就能对坡面形成冲刷,出现冲沟的发生发育,而模型中主导径流过程的参数数值较小,表明嫩江县冲沟的产生可能受到地下过程的影响。     

辽宁省侵蚀沟发育特性及地形分异特征

在不同层面对研究区数字高程模型(DEM)重分级,探讨地形因素对侵蚀沟发育的影响。以第一次全国水利普查侵蚀沟普查成果(2010年)与辽宁省第五次土壤侵蚀普查侵蚀沟普查成果(2015年)获取侵蚀沟分布数据,基于1∶50 000DEM获取侵蚀沟高程、坡度、坡向、坡长和空间分异特征。在地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术的支持下,分析辽宁省侵蚀沟发育特性与地形分异特征。结果表明:5年间研究区侵蚀沟密度增加0.02km/km~2,侵蚀沟高发区主要集中在辽西;70%以上区域密度变化值50m/km~2,大部分处于微度增加区;高程在325~350m时密度变化值最大;坡向上南坡、西南坡为密度变化高值区;坡度在1.5°~15°时密度变化曲线呈抛物线形,1.5°和15°时无明显变化;坡长在600~800m时密度变化值最大,坡长1 000m时密度变化值无明显差异。     

1970－2021年典型黑土区侵蚀沟损毁耕地速度与发育阶段

黑土区侵蚀沟损毁耕地,威胁粮食生产,研究侵蚀沟发展速度与发育现状,对揭示侵蚀沟发育机理和保护黑土地具有重要意义。为研究近50年侵蚀沟损毁耕地速度和发育特征,分别在典型黑土区3个纬度带选取坡度约为1%、2%和3%的9个共计约378 km²的典型黑土农田单元,并利用1970年、2011年和2021年卫星影像结合无人机和地面测量的结果进行计算与统计。结果表明,侵蚀沟数量在3个历史时期持续增加,剔除因治理而消失的311条,实际增加了958条,北部嫩江增加速度高于中部海伦和南部巴彦,而同一纬度区大坡度（3%）比小坡度（1%和2%）农田单元内侵蚀沟数量增长更快。人为治理和更高强度耕种导致侵蚀沟面积降低（1970－2011年）然后再增加（2011－2021年）的V型走势,但由侵蚀沟发育而实际损毁耕地的面积持续扩张,近10年年均损毁耕地面积0.1%,3个区域的损毁速度相近。从南往北3个区域侵蚀沟起始发育时间分别是1920s、1940s和1950s,与开垦时间先后顺序一致。典型黑土区侵蚀沟经历了谷底沟发育、沟系形成、多样化发育3个阶段,其中嫩江处在第二阶段,而海伦和巴彦处在第三阶段,即老沟、新沟、次生沟、浅沟多样化发育阶段。人为治理和促进侵蚀沟发育的较量,决定典型黑土区侵蚀沟的发育走势。研究为典型黑土区侵蚀沟防治提供科学依据。     

近40 a黑土典型区坡沟侵蚀动态变化

研究黑土区坡面侵蚀与沟谷侵蚀的动态变化对于正确认识黑土侵蚀的发生发展过程、制定合理的侵蚀防治对策具有重要理论与实际意义。该文以克拜东部黑土区为例,从1965年美国侦查卫星Corona影像和2005年法国Spot-5高分辨率遥感影像上提取侵蚀沟、植被、土地利用等信息,结合地形、降雨及土壤资料,以通用土壤流失方程为基本框架建立坡面侵蚀定量估算模型,在此基础上,对近40 a坡面侵蚀和沟谷侵蚀的动态变化进行深入分析。结果表明：研究区坡面侵蚀以轻度侵蚀为主,中度和强度侵蚀面积比例很小;40 a来坡面侵蚀总面积变化不大,但侵蚀强度的变化存在一定的地区差异;研究区1965年有侵蚀沟1 682条,2005年增加到2 561条,侵蚀沟平均每年侵吞耕地5.23 hm2;40 a来研究区坡沟侵蚀产沙比约为3.5︰1,总体上以坡面土壤流失为主。研究结果可为黑土区水土流失综合治理提供科学依据。     

东北漫川漫岗区侵蚀沟发育特征研究

东北漫川漫岗区位于黑土区核心位置,侵蚀沟发育严重。利用3S获取侵蚀沟数量、长度等数据,计算降雨侵蚀力、坡度、坡长,分析侵蚀沟发育特征及三因素对侵蚀沟发育影响。结果表明:东北漫川漫岗区75.11%的发展沟处于发育初、中期,潜在发育危险性较大,沟蚀剧烈程度地域性差异显著,研究区南、北部沟壑密度分别为0.3,0.06km/km2;地形、冻融历时、温差等差异造成降雨侵蚀力对北部侵蚀沟发育影响显著,南部相对较弱;研究区坡度与坡长呈正相关关系,北部坡缓造成坡度与沟壑密度呈线性增加关系,南部坡陡造成坡度与沟壑密度呈线性减小关系,北部、南部地形因子与沟壑密度分别呈线性增加、减小关系,随着坡长的增加,沟壑密度先增加后减小,临界坡长为900m。     

基于RS和GIS的黄土丘陵沟壑区浅沟侵蚀地形特征研究

为了解黄土高原浅沟侵蚀地形特征,基于Qucickbird高分辨率遥感影像和数字高程模型,提取了坡面浅沟及其地形参数,并对浅沟侵蚀的地形特征参数和分布规律进行了统计分析,结果表明：黄土丘陵沟壑区,坡面坡度、长度、坡向以及上坡长度是影响坡面浅沟数量的主要地形要素,而浅沟侵蚀地形特征主要由坡面坡度、坡面长度、上坡长度和汇流面积共同决定;坡面长度与浅沟平均长度呈显著线性关系,坡面坡度与浅沟频度、浅沟坡度与其上坡长度间则均满足二次曲线;发生浅沟侵蚀的上限与下限临界坡度分别介于26～27°和15～20°,临界坡长介于50～80 m;由浅沟坡度的正弦值与汇流面积确定出浅沟分布的临界曲线;阳向坡面的平均浅沟长度小于阴向坡面。基于RS和GIS技术能有效确定浅沟侵蚀地形特征,为黄土区坡面水土流失治理提供了技术支撑。     

东北漫岗黑土区防护林带分布对浅沟侵蚀的影响

东北漫岗黑土区坡耕地浅沟侵蚀非常严重,防护林带体系作为坡耕地的重要组成部分,势必会对浅沟侵蚀过程产生影响。本文以漫岗黑土区黑龙江鹤山农场典型小流域为研究对象,基于Quickbird高精度遥感影像和数字高程模型,结合实地调查结果,对小流域内防护林带的分布规律和浅沟侵蚀规律进行了分析,并探讨了防护林带布局对坡面浅沟侵蚀的影响。结果表明:在横坡耕作的坡面上,临界汇水区范围内林带的个数与临界坡长、临界汇水面积呈显著正相关,即增加林带个数、减小林带间距可以增大临界坡长和临界汇水面积,而研究区防护林带间距过大,大于该区浅沟发生的临界坡长,并且防护林带间断有利于浅沟的发育;同时,坡耕地垄向由于受到防护林带影响而与其走向一致,使垄沟笔直穿过低洼水线,形成局部顺坡垄,间接诱发浅沟侵蚀。因此,通过增加横坡耕作坡面上防护林带个数、缩小林带间距、加强林带的管护和更新,同时对不合理的防护林带进行必要的调整,才能有效防治坡面浅沟侵蚀。     

吉林省侵蚀沟分布与环境要素的关系

[目的]探求与侵蚀沟空间分布密切的环境因子,揭示其分布特征,为侵蚀沟发育规律研究及治理提供理论依据。[方法]利用遥感调查和抽样调查相结合的方式,基于GIS分析功能,对吉林省6个区域共23个调查单元(小流域)内侵蚀沟进行了调查与汇总分析,研究沟壑密度、沟壑裂度等与环境要素关系。[结果](1)6个区域沟壑密度大小顺序为:敦化(16.30km/km~2)辽源(6.51km/km~2)梅河(5.55km/km~2)伊通(4.67km/km~2)九台(3.54km/km~2)前郭(2.21km/km~2);(2)敦化地区沟壑裂度随坡度增加先稳定后急剧降低;前郭地区沟壑裂度随坡度的增加而增加;辽源、梅河、伊通、九台4个地区沟壑裂度均随坡度的增加呈现先增加后减少的趋势,沟壑裂度最大值除辽源发生在6°~9°外,其他3个地区均发生在3°~6°;(3)沟壑密度随坡度的增加而增加,二者存在较强的线性关系,相关系数达0.755,研究中符合这一规律的样本占总体的83%。(4)集水区形状系数对沟壑密度具有一定的规律性影响,但这只体现在九台地区,主要表现为沟壑密度随形状系数的增加而增加;(5)6个地区沟壑密度与集水面积呈一元二次函数关系,29.39hm~2为沟壑密度发生变化的临界值。[结论]吉林省内分异特征总体表现为由西向东和由北向南增加的趋势。不同地区沟壑裂度随坡度变化呈现出不同规律,集水区长度、平均宽度与侵蚀沟各特征指标均无显著相关性。     

基于QuickBird影像估算晋西黄土区切沟发育速率

切沟的发育不仅破坏土地资源,也是河流泥沙的主要来源之一。为了研究高分辨率遥感影像监测黄土区切沟发育速率的有效性,该文选择晋西黄土区4个小流域,使用GIS技术和2003、2010年同时相QuickBird全色和多光谱影像提取沟谷区面积、周长和支沟沟头前进距离,估算切沟发育速率,并从植被覆盖度、土地利用类型等方面分析了4个小流域切沟发育速率差异的原因。结果显示:2003-2010年,4个小流域沟谷区面积、周长增加比例分别在0.25%～0.48%和1.56%～2.61%;切沟发育主要发生在小流域两侧支沟沟头,支沟沟头大约以0.36～0.44m/a的速率前进;林草地覆盖率越高,小流域切沟发育速率越慢;小流域内沟间地覆盖度大于60%的植被对切沟发育遏制作用明显。研究表明高分辨率遥感能够比较快速、准确地确定切沟发育速率,可为中小流域切沟发育监测提供参考。     

松嫩典型黑土区耕地切沟密度分布特征及影响因子

东北黑土区是中国重要的商品粮生产基地，该地区耕地切沟侵蚀严重威胁农业生产及生态环境。为掌握松嫩典型黑土区耕地切沟密度分布特征及影响因子，基于全国第一次水利普查的998块抽样调查单元和1∶10000地形图，以及2018年Google高分遥感影像目视解译提取调查单元内所有切沟，采用地理探测器分析切沟密度空间分布的影响因子，分析松嫩典型黑土区耕地切沟密度的空间分布规律。结果表明：1)35.64%的耕地调查单元有切沟发育，切沟线密度变化在0.18～17.48 km/km²，面密度变化在425.95～91 921.34 m2/km²。2)地形和降水显著(P<0.05)影响松嫩典型黑土区耕地切沟密度，坡度是影响耕地切沟密度空间分布最重要的环境因子。3)依据切沟线密度划分，松嫩典型黑土区东部的黑土带耕地切沟侵蚀严重，轻度侵蚀以上面积占比35.87%，强烈侵蚀以上(切沟线密度≥2 km/km²)面积占比33.33%，剧烈侵蚀面积占比27.94%。黑钙土带有6.65%的面积遭受剧烈切沟侵蚀，星落分布于黑钙土带的边缘。系统抽样与高分辨...     

基于坡度的黑土区切沟密度协同克里格插值方法研究

切沟侵蚀已成为东北黑土区土壤侵蚀的重要组成部分。结合野外样区实地调查切沟分布数据与空间插值方法是快速获取大面积切沟密度值的有效手段。流域的平均坡度值是切沟形成的影响因素之一,为提高切沟密度值空间分布的插值精度,在黑龙江省海伦市内,利用网格法均匀选取40个1 km²左右的小流域,在实地测量区域内切沟密度数据的基础上,应用距离权重反比法、普通克立格和以小流域的平均坡度作为协同变量的协同克立格对其做空间插值。结果表明:切沟密度与协同区域化变量受结构性因素的影响远大于随机性因素,均为强空间自相关性;距离权重反比法与普通克里格法的预测精度相近;协同区域化变量的空间结构性优于单一变量,协同克立格法生成的空间分布图精细度明显提高,均方根误差降低20%以上,预测值与实测值的相关系数提高89%以上,协同克里格可有效提高区域切沟插值精度。     

切沟侵蚀监测与预报技术研究述评

切沟侵蚀作为一种常见的土壤侵蚀现象,不仅破坏土地资源,也是河流泥沙的主要来源之一;但是,由于切沟侵蚀机制复杂,研究手段欠缺,切沟侵蚀研究进展缓慢。切沟侵蚀监测技术是研究切沟不同发育阶段侵蚀速率和构建切沟预报模型的基础。近年来,高精度GPS、三维激光地形测量以及RS和GIS等切沟侵蚀监测技术取得了新进展,尤其是高分辨率遥感的应用为较大时空尺度的切沟侵蚀监测提供了可能性。世界范围的切沟侵蚀监测成果表明不同地区切沟侵蚀速率主要为0.16～15 m/a。切沟侵蚀预报技术进展缓慢,现阶段还没有广泛应用的切沟侵蚀预报模型。利用高分辨率航空和卫星影像及三维激光测量等新技术,开展较大尺度的切沟侵蚀监测是近期的研究热点和主要发展趋势,而从长远来看,发展切沟发育和侵蚀的经验和机制模型、进行不同时间尺度的切沟侵蚀预报是切沟研究领域的发展方向。