典型黑土區(qū)侵蝕溝發(fā)展趨勢調(diào)查研究

張延玲，王兆銘，高 燕，鐘云飛，張 鋒

(1.松遼流域水土保持監(jiān)測中心站，吉林 長春 130021；2.吉林省國土資源調(diào)查規(guī)劃研究院，吉林 長春 130024)

典型黑土區(qū)侵蝕溝發(fā)展趨勢調(diào)查研究

張延玲1，王兆銘2，高 燕1，鐘云飛1，張 鋒1

(1.松遼流域水土保持監(jiān)測中心站，吉林 長春 130021；2.吉林省國土資源調(diào)查規(guī)劃研究院，吉林 長春 130024)

黑土區(qū)；侵蝕溝；溝壑密度；變化趨勢；遙感調(diào)查

通過遙感調(diào)查與實地調(diào)查相結(jié)合的方式獲取了典型黑土區(qū)烏裕爾河和訥謨爾河流域1965、2005年的侵蝕溝空間數(shù)據(jù)，并對侵蝕溝特征、變化情況和人為影響因素進行了分析。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：1965—2005年的40年間，侵蝕溝總面積增加了85.28 km2，數(shù)量增加11 966條，總長度增加6 183.70 km，溝壑密度由0.034 km/km2發(fā)展到0.193 km/km2，侵蝕溝數(shù)量、面積和密度均呈快速增加趨勢?？偨Y(jié)了研究區(qū)侵蝕溝現(xiàn)狀，并對黑土區(qū)侵蝕溝的防治提出了建議。

東北黑土區(qū)作為國家重要的商品糧基地，在我國糧食安全體系建設(shè)中具有舉足輕重的作用[1]。近年來，惡劣的自然條件和人為不合理的生產(chǎn)活動導(dǎo)致了嚴(yán)重的黑土流失，引發(fā)了黑土層厚度變薄、土壤肥力下降、物理性狀惡化和侵蝕溝切割地表、蠶食耕地等一系列問題[2]。溝蝕是坡耕地水土流失的主要來源，又是導(dǎo)致生態(tài)進一步惡化的根源，日益嚴(yán)重的溝蝕現(xiàn)象嚴(yán)重制約了黑土區(qū)糧食生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)安全和糧食安全都構(gòu)成了潛在危險。本研究選擇位于典型黑土區(qū)的烏裕爾河和訥謨爾河流域作為研究區(qū)，在對1965、2005年研究區(qū)侵蝕溝狀況調(diào)查的基礎(chǔ)上，分析了侵蝕溝變化情況及人為影響因素，提出了侵蝕溝防治建議，希望能為黑土區(qū)溝蝕防治提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黑龍江省中部，北起五大連池市，南至杜蒙縣，東起北安市，西至泰來縣，是黑龍江省糧食主產(chǎn)區(qū)之一，總面積3.88萬km2，包含烏裕爾河和訥謨爾河流域，其中烏裕爾河流域面積2.49萬km2、訥謨爾河流域面積1.39萬km2。研究區(qū)西南部烏裕爾河下游為平原，中部為臺地，東部兩河源頭地區(qū)為低山丘陵。土壤類型主要有黑土、黑鈣土、暗棕壤和草甸土，地貌類型豐富多樣。

2 調(diào)查方法及數(shù)據(jù)的獲取

2.1 調(diào)查方法

采用遙感調(diào)查與實地調(diào)查相結(jié)合的方法：遙感調(diào)查主要是借助高分辨率遙感影像，獲取區(qū)域侵蝕溝空間位置、溝長、面積和類型特征等指標(biāo)；實地調(diào)查主要是采用現(xiàn)場測量、詢問地方百姓等方式對遙感影像上能夠識別的侵蝕溝開展實地抽樣調(diào)查，獲取侵蝕溝現(xiàn)狀、發(fā)展過程等信息，為遙感調(diào)查提供參考，并驗證遙感調(diào)查結(jié)果的精確性。

2.2 數(shù)據(jù)的獲取

以1965年2.5 m分辨率的Corona黑白影像和2005年同等分辨率的SPOT5彩色影像為主要數(shù)據(jù)源，結(jié)合地形圖數(shù)據(jù)，并參照實地調(diào)查信息和解譯經(jīng)驗，在ArcGIS平臺下解譯了兩個時期研究區(qū)侵蝕溝空間形狀、類型特征等信息，并計算了侵蝕溝的溝長、面積、平均寬度等參數(shù)。解譯初步成果形成后，通過野外抽樣調(diào)查的方式對2005年的侵蝕溝解譯精度進行驗證。

3 研究成果

3.1 侵蝕溝狀況及特征

通過調(diào)查，截至2005年研究區(qū)共有侵蝕溝14 503條，總長度7 501.81 km，吞食土地面積102.04 km2，溝壑密度0.193 km/km2，其中耕地中侵蝕溝14 132條，總長度7 271.14 km，吞食耕地面積98.25 km2，占吞食土地總面積的96.29%。調(diào)查統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，侵蝕溝主要分布在研究區(qū)烏裕爾河流域的中上游和訥謨爾河流域中下游，而烏裕爾河流域下游平原地區(qū)和訥謨爾河流域上游的低山丘陵區(qū)侵蝕溝分布很少。研究區(qū)侵蝕溝多為溝長200～500 m的V形沖溝，在克東、克山、拜泉等地侵蝕溝以大型U形沖溝為主，在嫩江縣、訥河市、北安市等地以小型淺溝和V形沖溝為主。

3.2 侵蝕溝變化趨勢分析

1965—2005年的40年間，侵蝕溝總面積增加了85.28 km2，數(shù)量增加11 966條，總長度增加6 183.70 km，溝壑密度由1965年0.034 km/km2發(fā)展到2005年的0.193 km/km2，侵蝕溝數(shù)量、面積和密度均呈快速增加趨勢。

3.2.1 侵蝕溝數(shù)量變化

(1)不同坡度侵蝕溝變化。溝壑密度是侵蝕溝發(fā)展及切割地表程度的重要參數(shù)之一。1965—2005年研究區(qū)侵蝕溝在不同坡度下的發(fā)展變化情況見圖1—3。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，坡度1.5°～3.0°時，侵蝕溝面積、數(shù)量和長度增長最快；坡度0～1.5°、3.0°～5.0°時，侵蝕溝面積、數(shù)量和長度呈快速增長趨勢；坡度5°～8°時，侵蝕溝面積、數(shù)量和長度增長趨緩；坡度>8°時，由于地類主要為林地，侵蝕溝面積、數(shù)量和長度增長速度最慢。上述數(shù)據(jù)表明，典型黑土區(qū)侵蝕溝主要發(fā)生在0°～5.0°的坡面上，土壤抗蝕能力弱和坡耕地開墾是產(chǎn)生侵蝕溝的主要原因。

圖1 1965、2005年不同坡度侵蝕溝面積對比

圖2 1965、2005年不同坡度侵蝕溝數(shù)量對比

圖3 1965、2005年不同坡度侵蝕溝長度對比

(2)不同地類侵蝕溝變化。調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，1965—2005年耕地上侵蝕溝數(shù)量增加了11 623條，面積增加了81.83 km2，長度增加5 981.23 km，溝壑密度增加0.271 km/km2；林地與其他用地上侵蝕溝增加343條，面積增加3.44 km2，長度增加202.47 km，溝壑密度增加0.02 km/km2?？梢园l(fā)現(xiàn)，典型黑土區(qū)耕地上發(fā)生溝蝕的比例極大，耕地中侵蝕溝數(shù)量占侵蝕溝總數(shù)的97.4%，即40年來侵蝕溝的發(fā)展主要發(fā)生在耕地上。

3.2.2 侵蝕溝空間變化

為了更直觀地對比分析研究區(qū)40年來(1965—2005年)侵蝕溝的空間變化趨勢，我們利用侵蝕溝空間分布數(shù)據(jù)制作了研究區(qū)兩個時期的溝壑密度分布圖(圖4)。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)得出結(jié)論：研究區(qū)1965年溝蝕主要發(fā)生在臺地區(qū)的克山、克東和拜泉，溝壑密度值普遍較小，即使溝蝕嚴(yán)重區(qū)大部分也在0.5 km/km2以下，大于0.9 km/km2的區(qū)域極少；而2005年研究區(qū)溝蝕范圍和溝壑密度值發(fā)生了很大變化，溝蝕范圍已經(jīng)覆蓋到研究區(qū)內(nèi)的臺地區(qū)及低山丘陵區(qū)，尤其以拜泉北部、克東中部、克山中部、五大連池西部、訥河中部等最為嚴(yán)重，溝壑密度達(dá)0.9 km/km2，最嚴(yán)重的達(dá)2.63 km/km2，下游平原區(qū)則溝蝕輕微。

圖4 1965、2005年研究區(qū)溝壑密度分布

3.3 人為因素分析

通過對溝蝕發(fā)展速度快的地區(qū)的實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，人為破壞是導(dǎo)致并加劇侵蝕溝發(fā)展的主要原因，表現(xiàn)在以下兩個方面。一是毀林開荒及亂砍濫伐造成漫崗區(qū)植被破壞嚴(yán)重是淺溝形成的直接原因。坡面上部植被受到破壞，土壤蓄水能力下降，增大了坡面集流，坡面下部的坡耕地易產(chǎn)生溝蝕，且發(fā)展速度極快；坡面植被破壞，土壤涵水能力下降，遇強降雨容易形成徑流，水流沿著集水線在動能的作用下匯集到下部的坡耕地中，在坡耕地中逐漸形成細(xì)溝乃至淺溝。二是傳統(tǒng)的不合理耕作將導(dǎo)致溝蝕加劇。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，國營或者部隊的農(nóng)場一般都采用大型機械耕作，對于耕地中的淺溝在秋收或者春耕的時候用機械進行平整，將溝填平。但是個人承包的農(nóng)場或者百姓的地塊因為經(jīng)營比較分散，對于耕地中形成的淺溝一般只進行簡單的平整，甚至不采取任何措施，在春季融雪或者遇強降雨時，淺溝侵蝕加劇，并逐漸發(fā)展成V形沖溝。V形沖溝形成后，部分群眾考慮短期效益，在已形成的沖溝兩側(cè)繼續(xù)耕作，導(dǎo)致沖溝進一步加劇。

4 治理現(xiàn)狀與建議

研究區(qū)溝蝕發(fā)展劇烈，以耕地上發(fā)育最為嚴(yán)重。2005年耕地中侵蝕溝的數(shù)量是1965年的5.6倍，侵蝕溝面積由1965年的16.42 km2增加到2005年的98.25 km2，按最保守的方法計算，侵蝕溝平均每年吞食耕地面積達(dá)204.58 hm2。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，近年來黑土區(qū)的部分縣市由于毀林開荒、植被破壞嚴(yán)重，侵蝕溝發(fā)展速度十分驚人，急需系統(tǒng)有效地開展治理。通過對研究區(qū)一些侵蝕溝重點治理區(qū)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，采用的柳跌水、植物封溝和秸稈還田復(fù)墾技術(shù)等得到了良好的效果；一些地方水土保持部門在侵蝕溝內(nèi)種植灌木、喬木、經(jīng)果林等，不僅使侵蝕溝的發(fā)展得到控制，周圍的環(huán)境得到改善，而且增加了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟收入，取得了良好的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益。

基于東北黑土區(qū)侵蝕溝發(fā)展迅速的現(xiàn)狀，建議：首先規(guī)范侵蝕溝分類，開展有效評價。目前對侵蝕溝的分類在國內(nèi)還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分類體系，有的按照侵蝕溝發(fā)展階段進行分類，有的按照侵蝕溝發(fā)展?fàn)顟B(tài)進行分類，還有依據(jù)侵蝕溝的溝長、平均寬度等參數(shù)指標(biāo)進行分類，但是這些分類都不能反映黑土區(qū)侵蝕溝整體的發(fā)展程度和階段，因此規(guī)范侵蝕溝分類、建立一套適合黑土區(qū)溝蝕評價的侵蝕溝分類體系，對未來有效地評價各地區(qū)溝蝕危害的嚴(yán)重性，指導(dǎo)黑土區(qū)溝蝕治理工程十分必要。其次，統(tǒng)一規(guī)劃，加快治理。通過部分區(qū)域的侵蝕溝監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，黑土區(qū)侵蝕溝發(fā)展迅速，如不及時有效治理，不僅會加劇面上的水土流失，而且將影響東北黑土區(qū)的糧食生產(chǎn)，危害社會的穩(wěn)定。另外，各地對侵蝕溝的防治多是點狀的、零散的工程，不能充分發(fā)揮溝蝕防治措施的綜合效益。因此，建議流域水土保持管理部門借助水利部組織開展的東北黑土區(qū)侵蝕溝專項調(diào)查成果，在對侵蝕溝的發(fā)展及危害程度進行評價的基礎(chǔ)上，盡快編制黑土區(qū)侵蝕溝專項防治規(guī)劃，因地制宜，加大投入，開展侵蝕溝的分區(qū)防治。再次，加大侵蝕溝形成機理及防治技術(shù)研究力度。積極利用“3S”等技術(shù)手段對侵蝕溝進行深入調(diào)查，研究其在小流域內(nèi)的發(fā)生發(fā)展過程，預(yù)測今后可能發(fā)生的地點。此外，還需要從流域整體上認(rèn)識侵蝕溝的危害程度，以便有針對性地進行治理，研究新的有效的防治模式。

[1] 劉振舉,蔡強國,李國強.東北黑土區(qū)水土流失脅迫下的生態(tài)安全評價指標(biāo)體系的建立[J].水土保持通報,2009,29(6):64-65.

[2] 閻百興,沈波,劉寶元,等.中國水土流失防治與生態(tài)安全:東北黑土區(qū)卷[M].北京: 科學(xué)出版社,2010:236-253.

(責(zé)任編輯 李楊楊)

松遼流域水土保持科研項目(1261005186)

S157.1

A

1000-0941(2015)10-0063-03

張延玲(1983—)，女(滿族)，遼寧本溪縣人，工程師，碩士，主要從事“3S”技術(shù)在水土保持中的應(yīng)用研究。

2015-07-01