东北黑土区侵蚀沟发展状况及其对粮食安全的影响

通过对东北黑土区典型流域1965和2005年各种类型侵蚀沟的数量、长度、密度、面积(主要为吞食耕地面积)和分布情况以及40年来侵蚀沟的时空变化特征等进行分析,研究东北黑土区侵蚀沟发展状况对粮食安全的影响。结果表明:1)从1965至2005年的40年,研究区侵蚀沟总面积增加85.27 km2,条数增加13 168条,总长度增加6 183.70 km,沟壑密度由1965年的0.034 km/km2变化为2005年的0.193 km/km2,侵蚀沟条数、面积和密度呈快速增加趋势;2)40年间,耕地上的侵蚀沟面积增加81.83 km2,条数增加12 825条,长度增加5 981.23 km,沟壑密度增加0.271 km/km2,林地与其他用地上的侵蚀沟面积增加3.44 km2,条数增加343条,长度增加202.47 km,沟壑密度增加0.02 km/km2;3)典型黑土区侵蚀沟发生在耕地上的比例极大,其中面积所占比例达96%,条数所占比例达97.4%,说明40年来侵蚀沟的发展主要在耕地上。研究结果对区域的粮食生产和国家的粮食安全具有重要意义。     

黑土区典型小流域土壤侵蚀空间格局模拟研究

利用校正后的基于GIS的USLE模型预测了黑土区域土壤侵蚀量的空间分布格局。研究结果表明,研究区小流域年侵蚀量值范围在0~60t/(hm² a),无侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀和强度侵蚀面积分别占研究区总面积的28.7%,56.2%,18.6%和0.1%。研究区坡顶土壤侵蚀量较少〔0~5t/(hm² a)〕,坡肩和坡背侵蚀量较大〔3~15t/(hm² a)〕。基于GIS的USLE不能够很好地模拟黑土区坡麓和坡足区域土壤沉积和侵蚀沟的空间分布格局,但可以较好地模拟坡顶、坡肩和坡背处的土壤流失状况。     

典型黑土区侵蚀沟发展趋势调查研究

通过遥感调查与实地调查相结合的方式获取了典型黑土区乌裕尔河和讷谟尔河流域1965、2005年的侵蚀沟空间数据,并对侵蚀沟特征、变化情况和人为影响因素进行了分析。调查数据显示:1965—2005年的40年间,侵蚀沟总面积增加了85.28 km2,数量增加11 966条,总长度增加6 183.70 km,沟壑密度由0.034 km/km2发展到0.193 km/km2,侵蚀沟数量、面积和密度均呈快速增加趋势。总结了研究区侵蚀沟现状,并对黑土区侵蚀沟的防治提出了建议。     

典型黑土区村级尺度侵蚀沟演变

侵蚀沟的演变是东北水土流失过程的重要方面.利用1968和2009年亚米级遥感影像,获取典型黑土区村级尺度的侵蚀沟分布、耕地垄向和土地利用数据,基于1∶1万地形图获取等高线、坡度、坡长和垄向坡度数据,在地理信息系统和遥感技术的支持下,分析典型黑土区41 a村级尺度侵蚀沟的动态变化及其影响因素.结果表明:1)41 a间,典型黑土区侵蚀沟密度有明显增加的趋势,基于分辨率为亚米级遥感影像解译的侵蚀沟密度较以往研究结果大幅增加;2)自然坡度0.25°～1.5°范围内为该区域侵蚀沟密度变化最大的区域,8°以上区域由于实施退耕还林措施,侵蚀沟密度降低;3)300～500 m坡长区域侵蚀沟密度出现极值;4)由于实施改垄措施,41 a后垄向坡度在0～0.25°范围内耕地面积增加,大于0.25°范围内耕地面积均减少.     

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.     

东北黑土区土壤侵蚀现状与演变趋势

通过分析东北黑土区水土流失面积和强度、侵蚀沟的数量和密度、黑土层厚度和有机质含量以及河流输沙量和含沙量的变化,对黑土区土壤侵蚀的现状和发展演变进行了全面系统的研究。结果显示,东北黑土区水土流失仍在发展之中,侵蚀面积不断扩大,但增加速度减缓,侵蚀强度在增加,黑土层不断变薄,以面蚀为主;侵蚀沟的数量在增加,沟道继续扩展,向大沟方向发展;土壤养分下降;河流泥沙缓慢增加。协调粮食生产与水土保持的关系是今后防治黑土区土壤侵蚀的关键。     

云南省高速公路弃渣场土壤流失特征研究——以昆明—石林高速公路为例

为探求云南省高速公路建设过程中弃渣场的土壤流失特征,以昆明—石林高速公路弃渣场为研究对象,在弃渣场边坡上布设观测小区进行了定位监测,分析了渣体粒径、降雨、堆渣坡度对弃渣场土壤流失的影响以及渣体坡面土壤流失的特点。结果表明:在不考虑其他影响渣体坡面侵蚀因素的情况下,弃渣场渣体的土壤颗粒粒径越大、砾石含量越高,土壤流失量就越大;降雨量越大,土壤流失量就越大;坡度越大,土壤流失量也越大;在渣体坡面侵蚀中,沟蚀现象比较严重,有的流失强度高达37656 t/km2,且以细沟、浅沟侵蚀为主,细沟、浅沟侵蚀量占沟蚀总量的60%以上。     

东北典型黑土区农耕土壤团聚体流失特征

通过野外原位模拟降雨试验,研究了东北典型黑土区3种降雨强度(30、60和90 mm h-1)下农耕地坡面侵蚀过程的土壤团聚体流失特征,分析了流失团聚体特征指标(平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(D)、平均重量比表面积(MWSSA)、≥1 mm粒级团聚体比例(PA1)、≥2 mm粒级团聚体比例(PA2)、≥0.25 mm粒级团聚体比例(PA0.25))的变化规律。结果表明:降雨强度对典型黑土区农耕地坡面侵蚀有显著影响;次降雨初期侵蚀量占整个降雨过程总侵蚀量的比例随着降雨强度的增加而增大。在30 mm h-1降雨强度下,团聚体流失以0.25 mm粒级团聚体为主,其占团聚体流失总量的90.0%;在60 mm h-1降雨强度下,团聚体流失以0.25和0.5~1 mm粒级团聚体为主,二者占团聚体流失总量的63.7%;而90 mm h-1降雨强度下,团聚体流失以0.25和2~5 mm粒级团聚体为主,二者分别占团聚体流失总量的31.7%和31.2%。PA0.25、PA1、PA2、MWD和GMD与降雨强度和含沙量之间均呈现极显著正相关关系;MWSSA和D与降雨强度和含沙量之间呈现极显著负相关关系。研究结果还表明,PA1、MWD和GMD皆能较好地表征典型黑土区农耕土壤的团聚体流失特征。     

东北黑土区坡耕地侵蚀沟发育机理初探

沟蚀及其导致的土壤质量退化正在成为影响我国东北黑土区粮食生产和环境质量的重要问题,通过对东北黑土区侵蚀沟的分布和形态特性分析,探明东北黑土区的侵蚀沟近年来迅速发育的原因.从而为东北黑土区的水土流失防治工作提供指导和参考.研究基于野外调查,地形图和卫星照片资料对比分析计算,对一个研究点和4个对比研究点的侵蚀沟进行测量统计,发现造成侵蚀沟日益严重的一个重要原因是由于农民在坡耕地的水平改垄.使得坡面汇流条件改变,从而加速了坡耕地侵蚀沟的发育.将水平垄这种改变坡面汇流条件并加速侵蚀沟发育的现象称作"渠系效应"为了防止"渠系效应"对侵蚀沟发育的影响,在东北黑土区坡耕地应该避免采取单一的水平改垄措施,必须采取综合防治措施才能防治黑土区侵蚀沟的快速发展.     

东北黑土区顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀过程对比

[目的]以无垄作坡面侵蚀过程为对照,研究顺坡垄作坡面土壤侵蚀过程及机理,为东北黑土区坡耕地土壤侵蚀防治提供科学依据。[方法]基于人工模拟降雨试验,设计了3个降雨强度(50,75和100mm/h)以及1个坡度(即顺坡垄作改横坡垄作的临界坡度5°),进行顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀过程的对比研究。[结果]顺坡垄作坡面径流量和侵蚀量分别较无垄作坡面增加了1.2~1.7和1.3~2.1倍,径流和侵蚀过程也发生了变化。与无垄作坡面相比,顺坡垄沟的集中汇流作用使坡面水流流速增加了1.0~2.3倍,径流剪切力增加了0.7~1.2倍,其坡面侵蚀方式也由片蚀为主转变为以细沟侵蚀为主,细沟侵蚀量可占总侵蚀量的55.3%~65.6%。[结论]坡面水流流速增加和细沟侵蚀发生是导致顺坡垄作坡面土壤侵蚀增加的主要原因。     

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。     

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。     

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。     

Characteristics and factors controlling the development of ephemeral gullies in cultivated catchments of black soil region, Northeast China

Ephemeral gully erosion is an important process in the black soil region, Northeast China and can be responsible for severe damage to agricultural lands. However, little research on gully formation in this area has been published. The study described in this paper attempted to quantify soil losses, the spatial distribution and morphology of the gullies, and the factors that control their development. Ephemeral gullies were measured in spring and summer of 2005 in two small catchments. The critical periods for ephemeral gully formation were late spring and summer in the study area. Mean soil losses due to ephemeral gully erosion were 0.40 and 0.43 kg m⁻² year⁻¹ for only croplands despite low slope gradients, and this loss is above the tolerable erosion rates of 0.20 kg m⁻² year⁻¹. The erosion rates were greater in spring because the topsoil thawed before deeper layers, reducing infiltration into the soil, and the bare vegetation cover provided no barriers to surface flow. In contrast, summer erosion occurred primarily in response to intense rain events. Development of the gullies was promoted by freeze-thaw cycles in spring and was affected by the type of agricultural operations and crops in summer. A linear regression model for the prediction of ephemeral gully length at the catchment level was established using field data, and although it did not successfully predict the length of individual gullies, it explained 55% of the variation in ephemeral gully length.     

东北黑土区沟道侵蚀现状及其防治对策

沟道侵蚀是土地退化最严重的表现形式,东北黑土区是中国除黄土高原外沟道侵蚀最为严重的区域,沟道侵蚀严重威胁东北区域农业生产和生态环境。该研究基于多年的研究积累,结合国家侵蚀沟治理专项调查和国家重点研发计划项目研究成果以及已有文献,系统总结归纳了东北黑土区沟道侵蚀特征、发展演变趋势及其危害;梳理出现有侵蚀沟治理措施的成功经验及失败教训,凝练提出区域侵蚀沟防治目标及4种主要侵蚀沟治理模式,并给出了适用范围及条件;同时提出了新时代东北黑土区侵蚀沟防治对策建议。该研究为区域现代农业发展和生态文明建设决策以及沟道侵蚀治理工程的实施提供了科技支撑。     

中国省域耕地生态破坏与农业经济增长的脱钩效应

[目的]研究中国省域耕地生态破坏与农业经济增长的脱钩效应,为深入了解耕地生态与农业经济的协调发展状况奠定基础。[方法]运用2011—2020年中国31个省份的面板数据,从耕地生态破坏程度入手,采用熵权法、TOPSIS法对各省域耕地生态破坏程度进行评价分析。并在此基础上引入Tapio脱钩模型,深入研究中国省域耕地生态破坏与农业经济增长的脱钩效应。[结果]在初期,中国各省域农业经济增长多以牺牲耕地生态健康为代价。不同地区之间的耕地生态破坏与农业经济增长之间变化存在一定的差异。上海、浙江、西藏、重庆、福建等地区耕地生态破坏与农业经济增长发展协调性较高,其中上海一直以来均处于强脱钩理想状态,西藏、重庆、福建、浙江一直处于脱钩状态未出现负脱钩效应。就整体而言,绝大部分省域耕地破坏与农业经济增长的协调性逐渐增强,但部分地区不协调问题较为突出,需要尽快整顿。青海、湖南、新疆5次出现负脱钩状态,云南、河南、甘肃3次出现负脱钩状态。[结论]未来需要进一步促进耕地生态与农业经济的协调发展,牢牢守住耕地生态红线,扎实有效推进耕地保护工作。     

东北黑土区土壤侵蚀研究进展与展望

东北黑土区是我国重要的商品粮生产基地,强烈水土流失导致的黑土厚度下降及土壤质量退化,直接威胁国家粮食安全.系统分析黑土区土壤侵蚀研究成果,对阻控黑土退化、维持土地生产力、保障国家粮食安全具有重要意义,论述了黑土区土壤侵蚀环境与侵蚀环境效应、土壤侵蚀过程与机理、土壤侵蚀时空变化和未来研究展望.多营力复合、缓坡长坡是黑土区...     

利用高分立体影像构建东北黑土山地丘陵区切沟体积估算模型

分析侵蚀沟形态特征并构建体积估算模型,对大空间尺度探究切沟侵蚀具有重要意义。该研究选取位于东北黑土山地丘陵区穆棱市的典型样区,基于WorldView-2高分立体像对影像(0.5m分辨率),利用ENVI5.3提取同分辨率DEM,选择45条切沟,在ArcGIS10.3中提取并计算切沟顶宽(TW)、底宽(BW)、沟深(D)、断面面积(CSA)、沟长(L)、面积(A)及体积(V)等参数,分析形态特征及相互关系,构建切沟体积估算模型。结果表明:1)切沟TW、BW、D、CSA、L、A及V均值分别为5.63 m、2.82 m、1.05 m、4.94 m~2、81.90 m、470.54 m~2、428.53 m~3。断面BW/TW均值为0.48,切沟以V～U型为主。TW/D全部大于1,均值为5.95,表明沟道横向侵蚀较下切侵蚀速率更快;2)切沟体积与沟长(V-L)、面积(V-A)间均有极显著幂函数关系,相比V-L关系模型,V-A关系模型具有更小的平均相对误差和更大的纳什系数,可更准确有效预测切沟体积,建议将其作为东北山地丘陵区切沟体积估算模型;3)与黄土高原及干热河谷地区相比,东北黑土区切沟体积与面积幂函数关系的指数更小,而区内山地丘陵区较漫川漫岗区更大,反映出山地丘陵区更加强烈的切沟发育状况;切沟形态特征影响V-A模型构建的精度,建议将狭长度(L/TW)作为切沟分类指标构建切沟体估算模型。研究结果可为东北黑土山地丘陵区大空间尺度切沟侵蚀的定量模拟提供方法和依据。     

黄土高原沟壑丘陵区沟道侵蚀与洞穴侵蚀特征

[目的]通过对黄土高原沟壑丘陵区内的沟道侵蚀和洞穴侵蚀进行特征分析,为该地区开展水土保持工作提供数据支持和决策依据。[方法]以王家沟流域为研究对象,通过资料收集、卫星影像识别和现场调查等方法对流域内沟道侵蚀和洞穴侵蚀状况进行分析。[结果](1)流域内共分布718条沟道和948个洞穴。(2)根据空间位置和地形特点将所有沟道分为冲沟、切沟、干沟、河沟。这4类沟道由于受土壤岩性组成、坡度及人为活动等因素影响,空间分布存在巨大差异。(3)43%的洞穴分布在冲沟中,51%分布在切沟中,6%分布在干沟中。河沟中没有洞穴存在。冲沟和切沟是洞穴形成和发育的主要区域。(4)洞穴沟道的沟长、面积、切深、产流及产沙量都明显大于非洞穴沟道。[结论]在黄土高原丘陵沟壑区,洞穴侵蚀是土壤侵蚀的重要组成部分,并对沟道的发育和扩展起着至关重要的作用。