黑土小流域溝道分布遙感監(jiān)測及主控因素研究

溫艷茹，余強(qiáng)毅，楊揚(yáng)，張斌，吳文斌*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)遙感重點(diǎn)實驗室，北京 100081；2.北京師范大學(xué)地表過程與資源生態(tài)國家重點(diǎn)實驗室，北京 100875）

我國黑土區(qū)生產(chǎn)全國四分之一的糧食和三分之一的商品糧，對保障糧食安全至關(guān)重要。我國黑土區(qū)現(xiàn)有切溝近30萬條，且61%出現(xiàn)在耕地，損毀耕地占0.5%～3%[1]。切溝侵蝕使耕層變薄、地力下降，直接威脅黑土可持續(xù)發(fā)展[2-3]，同時，侵蝕土壤在下游堆積會加劇洪澇災(zāi)害和環(huán)境污染，且侵蝕也會導(dǎo)致碳排放增加，不利于國家“碳中和”目標(biāo)的實現(xiàn)[4-5]。然而，黑土區(qū)地形漫川漫崗、夏季降雨集中、冬春凍融交替、起壟耕作、土壤黏重，加之長期高強(qiáng)度利用，導(dǎo)致切溝分布復(fù)雜，主控因素多變，其他區(qū)域（如黃土高原）溝蝕理論和防治措施無法在此合理應(yīng)用[6-7]。因此，迫切需要系統(tǒng)開展黑土區(qū)切溝分布及其主控因素研究，為明晰黑土溝蝕發(fā)育過程和針對性阻控溝蝕提供科學(xué)支撐。

切溝侵蝕是在水力、風(fēng)力、凍融等作用下，地表徑流集中沖刷形成的永久性溝道[8-9]，與淺溝相比，切溝不能被常規(guī)耕作逾越。水力主導(dǎo)下溝頭沿著坡面匯流通路向坡上溯源前進(jìn)增加切溝的長度，溝壁崩塌向兩側(cè)擴(kuò)張增加切溝的寬度，溝底水力下切增加切溝的深度，使得切溝從坡上向坡下垂直于等高線分布[10]。切溝分布特征反映了降水侵蝕力和匯水面的影響，隨著新的匯流通路形成，產(chǎn)生二級甚至三級切溝，形成復(fù)雜的切溝系統(tǒng)[11]。除了水力外，東北黑土切溝形成還受凍融、特殊的多面向地形以及土壤耕作等因素的影響，切溝形態(tài)呈復(fù)雜的“S”形態(tài)[12]。隨著3S 技術(shù)的發(fā)展，切溝的監(jiān)測和評價手段也由傳統(tǒng)的卷尺、侵蝕基準(zhǔn)針和斷面測定儀等，陸續(xù)發(fā)展到GPS、高分遙感、攝影測量、機(jī)載/地面激光掃描等新技術(shù)[8-14]。其中，遙感影像監(jiān)測，尤其是無人機(jī)攝影監(jiān)測因具有測量快、時空分辨率高和精度高等顯著優(yōu)勢，廣泛用于監(jiān)測切溝形態(tài)、時空分布以及構(gòu)建三維數(shù)字高程模型。

地形是影響切溝發(fā)生發(fā)展的重要因素，可通過匯水面積、坡長、坡度等因子影響下墊面形態(tài)，從而影響徑流沖刷過程。88%的黑土區(qū)為小于5°的長緩坡，坡長可達(dá)幾百米甚至上千米，匯流面積較大，在降雨作用下地表易形成集中匯流，沖刷發(fā)育成切溝[8-10]。有研究表明切溝密度隨著匯水面積和坡長的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，臨界面積約29 hm2[15]。而坡度主要影響地表土壤與雨滴的接觸角、地表徑流流速及徑流對土壤的剪切力，侵蝕速率隨坡度的增加先增加后減少。WANG 等[16]的研究指出，黑土坡面坡度為3°～5°時，坡面溝壑密度最大。此外，切溝密度也表現(xiàn)出隨坡長增加呈先增加后降低的趨勢，匯水區(qū)地形不同，臨界坡長有一定的差異。許曉鴻等[17]在吉林梅河口的研究發(fā)現(xiàn)切溝密度在200～299 m 最大，而顧廣賀等[18]指出溝密度的臨界坡長為900 m。一方面，黑土區(qū)小流域切溝侵蝕發(fā)育與地形因子間的定量關(guān)系表現(xiàn)出一定的空間變異，隨著地形條件不同，定量結(jié)果并不太一致；另一方面，不同匯水條件下地形因子，如匯水面積、坡長、坡度，對切溝發(fā)育的相對重要性尚不明確。因此有必要綜合分析流域尺度上切溝侵蝕的主控因素，這對于開展小流域侵蝕溝綜合治理尤其是有針對性地阻控切溝發(fā)育十分關(guān)鍵。

本研究選取黑龍江省海倫市光榮村小流域264條切溝為研究對象，采用遙感影像和地形圖目視解譯人工判讀，結(jié)合野外詳查、地貌學(xué)分析和統(tǒng)計分析的方法，量化小流域尺度上的匯水面積、坡長、坡度高差等變量，探討機(jī)耕道影響的地表徑流對切溝分布的貢獻(xiàn)，揭示黑土切溝發(fā)育的主控因素，為深入理解溝蝕過程、科學(xué)監(jiān)測和有效阻控黑土耕地切溝發(fā)育提供關(guān)鍵科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究選取典型黑土區(qū)中心區(qū)域——黑龍江省海倫市光榮村小流域（47°23′N，126°51′E）（圖1），面積約為24 km2。研究區(qū)屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。中國科學(xué)院海倫農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站1965—2010 年氣象數(shù)據(jù)顯示，年均降水量為543 mm，降雨集中于6—9月。年均氣溫為1.5 ℃，平均最低氣溫（-21.8 ℃）和最高氣溫（21.7 ℃）分別在1月和7月。研究區(qū)為黑土區(qū)典型漫川漫崗地貌，坡緩坡長（坡度＜7°，坡長200～1 000 m）。土壤類型為典型黑土，土壤質(zhì)地為黏壤土，其表層（0～20 cm）黏粒含量為35%～45%，有機(jī)質(zhì)含量為42.1 g·kg-1[19]，母質(zhì)為黃土狀亞黏土，泥頁巖為第四紀(jì)河湖相沉積物[20]。

圖1 研究區(qū)地理位置Figure 1 The geographical location of the study area

研究區(qū)域原生植被主要為草地和零散分布的落葉林。19 世紀(jì)90 年代后期坡上開始零散開墾耕地，為更好獲取光照，采取南北向順坡壟，這在一定程度上加速了土壤侵蝕。新中國成立后，快速增長的人口對耕地需求增加，至1955 年，研究區(qū)絕大部分坡上已被開墾為耕地，到1982 年前后所有原始林地被開荒殆盡[21]。研究表明，黑土侵蝕溝主要形成于大規(guī)模開墾耕地的20世紀(jì)五六十年代，1968—2018年，研究區(qū)侵蝕溝密度增加1 倍（1.2～2.3 km·km-2），侵蝕溝規(guī)模增大且更加復(fù)雜[7]。

1.2 數(shù)據(jù)與處理

本研究基于2018 年4 月衛(wèi)星影像（地面分辨率0.3 m）和1982 年等高線地形圖（比例尺1∶10 000，等高距1 m）。等高線地形圖數(shù)據(jù)來自黑龍江省測繪地理信息局，在前期使用時已完成拼接和裁剪[21]。衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)來源于谷歌Digital Globe 公司，已完成正射校正。通過高精度控制點(diǎn)對兩期影像進(jìn)行幾何糾正和地理配準(zhǔn)，在ArcGIS 環(huán)境中轉(zhuǎn)換成WGS_1984_UTM 投影。根據(jù)野外實測結(jié)果更新檢驗解譯結(jié)果。

1.3 研究方法

本研究采用遙感目視解譯、地貌學(xué)野外詳查結(jié)合統(tǒng)計分析的方法，量化黑土區(qū)小流域地形地貌特征、高差、坡度、地表徑流和土地利用等對溝道侵蝕發(fā)育的影響。

1.3.1 目視解譯

本研究基于2018 年遙感影像，通過目視解譯獲取2018 年溝道、機(jī)耕道等線狀分布特征。主要沿溝底中心線繪制，復(fù)雜溝道系統(tǒng)中單條溝道獨(dú)立計數(shù)，并單獨(dú)測量長度。切溝的辨認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)為遙感影像上有線狀斑駁、顏色表現(xiàn)為略白，伴隨溝底處有沉積區(qū)、顏色表現(xiàn)為偏深或黑色、形狀多扇形。研究區(qū)土地利用主要以耕地、林地和村級居民點(diǎn)為主，其中耕地約占研究區(qū)總面積85%以上。本研究中土地利用類型主要提取林地，基于2018 年遙感影像目視解譯、人工判讀和繪制林地輪廓，在ArcGIS 中計算各匯水區(qū)的林地面積。

1.3.2 地貌學(xué)分析

基于1982年等高線地形圖在ArcGIS中劃分基本匯水區(qū)范圍，沿等高線彎曲方向，繪制出各個匯水區(qū)之間的分水線。通過遙感影像解譯、地形圖分析、野外詳查，獲取小流域特征、溝道特征和驅(qū)動因素，量化流域尺度貢獻(xiàn)溝道發(fā)育的主控因素。每個匯水區(qū)的變量組包括，①侵蝕溝道形態(tài)組：總溝長、主溝長、溝面積和溝密度；②匯水區(qū)特征組：匯水區(qū)面積、周長和最長距離；③高差和坡度組（地貌特征）：匯水區(qū)高差、主溝高差、匯水區(qū)平均坡度和主溝平均坡度；④土地利用組：匯水區(qū)林地面積，其中切溝特征為y變量，數(shù)據(jù)收集和處理方法見表1。

表1 研究區(qū)內(nèi)匯水區(qū)特征指標(biāo)及其收集方法Table 1 Sub-catchment properties defined based on digital elevation model and ArcGIS

本研究結(jié)合目視解譯和等高線圖地形地貌分析，獲取侵蝕溝道分布、發(fā)育過程及其驅(qū)動因素的關(guān)系，把等高線與侵蝕溝道交匯情況歸類（圖2）。①等高線向高值方向凸出，地形上體現(xiàn)為凹形坡，集中匯聚水流對應(yīng)深度5 m 以上的侵蝕溝；②等高線向低值方向凸出，地形上體現(xiàn)為凸形坡，一般是高地，水流分散。同時，根據(jù)野外詳查經(jīng)驗，將影響溝道發(fā)育因素分為6 類：①管流，主要地下徑流匯聚；②地表徑流主要驅(qū)動，明顯匯聚地形下的侵蝕溝，歸為地表徑流；③地表徑流主要驅(qū)動，結(jié)合機(jī)耕道影響，如機(jī)耕道位于溝道匯水線附近，本研究認(rèn)為其有可能對地表徑流驅(qū)動的溝道發(fā)育有影響，則歸為地表徑流（機(jī)耕道）；④機(jī)耕道明顯引起溝道發(fā)育，溝頭連接機(jī)耕道，經(jīng)過野外確認(rèn)，歸為機(jī)耕道；⑤機(jī)耕道作為主要原因引起地表徑流，如平行坡情況，溝道發(fā)育不受匯聚水流影響，但明顯受到機(jī)耕道的影響，或者溝頭連接機(jī)耕道，歸為機(jī)耕道（地表徑流）；⑥不確定因素，如不是以上5種情況，歸為不確定的其他因素。最后，將特征信息加入ArcGIS屬性表中進(jìn)行下一步分析。

圖2 侵蝕溝道發(fā)育方向與等高線的曲面情況Figure 2 Classification of gully sections and main gully using the contour line

1.3.3 野外詳查

結(jié)合2017 年6 月、8 月的典型侵蝕溝道野外調(diào)查結(jié)果，于2018年4月10—18日對研究區(qū)264條侵蝕溝道、機(jī)耕道、林地等進(jìn)行實地確認(rèn)和野外詳查（圖3）。因調(diào)查時積雪已融化，春播尚未開始，無農(nóng)作物和積雪覆蓋影響，因此詳查以地形圖解析的小流域單元展開，主要內(nèi)容包括溝道是否存在、位置、實際數(shù)量、長度、活躍類型等。具體流程：①攜帶彩色打印的衛(wèi)星影像、侵蝕溝道分布圖、谷歌底圖、地形圖等逐條走訪，完成“侵蝕溝道調(diào)查數(shù)據(jù)表”；②攜帶手持GPS 從溝頭向溝尾測量整條溝長，并在溝頭、溝尾處定點(diǎn)測量，完善數(shù)據(jù)表；③區(qū)分活躍期和非活躍期侵蝕溝道，依據(jù)溝頭、溝壁和溝底植被覆蓋程度，溝頭是否有裂隙和崩塌，溝頭上方是否有匯水痕跡，及溝底是否有短期流水（積雪融水，降水）痕跡，滿足四條中的兩條，即可判斷為活躍溝道[22]；④重點(diǎn)調(diào)查林地內(nèi)侵蝕溝道是否存在、活躍程度和長度等。

圖3 黑土典型切溝侵蝕Figure 3 Typical gullies in the Mollisol region

1.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用SPSS 25.0進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析、多元線性回歸分析和方差分解分析。用Origin 2020b繪制侵蝕溝道與匯水區(qū)特征相關(guān)性矩陣圖、等高線與切溝驅(qū)動因素的相關(guān)性熱圖。利用R studio 和Inkscape 繪制切溝與匯水區(qū)特征方差分析圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 匯水區(qū)特征對切溝分布的影響

研究區(qū)域總面積23.73 km2，2018 年林地面積217.1 hm2，占研究區(qū)面積的9.1%。區(qū)域共有切溝264條，切溝總長度為52.1 km，其中活躍切溝的長度為41.8 km，占總長度的80.2%。林地中活躍溝長約19.3 km，占活躍切溝總長度的46.2%。研究區(qū)分為19 個匯水區(qū)，具體侵蝕溝道形態(tài)和匯水區(qū)特征見表2。不同匯水區(qū)特征差異較大，平均面積為1.25 km2，變化范圍為0.06～4.33 km2；平均最大坡長為1.43 km，平均坡度為3.6°，平均高差為44.0 m。匯水區(qū)內(nèi)的切溝平均總長度2.74 km，平均主溝長0.96 km，平均溝面積3.06 hm2，平均溝密度2.69 km·km-2，變化范圍為0.99～6.68 km·km-2。

表2 研究區(qū)19個匯水區(qū)及切溝特征Table 2 Properties of the sub-catchment and the total gullies in the study area

對19 個匯水區(qū)的切溝特征與匯水區(qū)地形、高差、坡度等進(jìn)行相關(guān)性分析（圖4），結(jié)果表明，切溝總溝長、主溝長、溝面積與匯水區(qū)面積、周長、最長距離均呈顯著正相關(guān)，即匯水面積、周長和坡長越大，切溝長度和面積越大。切溝特征與匯水區(qū)高差無顯著相關(guān)性?？倻祥L、主溝長、溝面積與匯水區(qū)坡度、林地面積占比均呈顯著負(fù)相關(guān)。匯水區(qū)坡度在1.3°～7.9°之間變化，坡度越小，切溝長度和面積越大，緩坡促進(jìn)匯水，使得切溝規(guī)模較大。此外，溝密度與主溝高差、坡度呈顯著正相關(guān)，切溝主溝高差在9.4～44.9 m 之間變化，主溝平均坡度在0.7°～11.2°之間變化，主溝高差和坡度越大，切溝越密集。

圖4 切溝侵蝕特征與匯水區(qū)特征的相關(guān)性矩陣Figure 4 Correlation matrix between the gully networks and sub-catchment properties

2.2 匯水區(qū)地形特征對切溝特征的影響

通過多元線性回歸分析方法，獲取匯水區(qū)內(nèi)的切溝總溝長、主溝長、溝面積、溝密度與匯水區(qū)相關(guān)顯著變量之間的回歸方程（表3），探究影響切溝特征的主要原因。結(jié)果表明，總溝長、主溝長、溝面積與匯水區(qū)特征密切相關(guān)（R2分別為0.928、0.965 和0.929，P＜0.001），溝密度主要與匯水區(qū)高差、坡度相關(guān)（R2為0.443，P＜0.05）。其中，匯水區(qū)最長距離對總溝長、主溝長和溝面積具有顯著的正向影響。最長距離為分水嶺最遠(yuǎn)點(diǎn)和匯水區(qū)的出水口點(diǎn)的距離，即最大坡長，平均值為1.43 km，變化范圍為0.30～3.19 km。

表3 多元線性回歸方程Table 3 Multiple linear regression equation

通過對匯水區(qū)特征進(jìn)行方差分解分析，獲取各變量組對切溝特征的貢獻(xiàn)率（圖5）。匯水區(qū)特征變量組分別解釋了總溝長、主溝長和溝面積的88.2%、95.0%和88.3%，模擬效果較好。其中，匯水區(qū)特征組（面積、周長和最長距離）對總溝長和主溝長的貢獻(xiàn)率分別為32.9%和42.0%，即匯水面積、坡長對切溝長度的影響顯著。土地利用（林地面積占比）對總溝長、主溝長和溝面積的貢獻(xiàn)率較小，分別為0.2%、2.0%和0.6%。

圖5 匯水區(qū)變量組對總溝長（a）、主溝長（b）、溝面積（c）的貢獻(xiàn)率Figure 5 Contribution rates of variable category of sub-catchment on total length of gullies（a），length of main gully（b）and gully area（c）

2.3 地表徑流、機(jī)耕道對切溝分布的影響

結(jié)合切溝分布與等高線交匯劃分的3 類情況（匯聚的凹形坡、平行坡和分散的凸形坡）與地表徑流的6 種情況，獲得切溝侵蝕驅(qū)動因素?zé)釄D（圖6），再結(jié)合研究區(qū)機(jī)耕道和切溝的空間分布圖（圖7），結(jié)果表明，發(fā)育在匯聚凹形坡的切溝長度占總長度的68.1%（深度＜5 m 的坡谷30.7%，深度＞5 m 的谷地37.4%），平行坡占30.3%，分散地形占1.6%。地表徑流驅(qū)動是導(dǎo)致研究區(qū)內(nèi)切溝發(fā)育的最主要因素（長度占總長的63.0%）。除地表徑流外，機(jī)耕道為目前亟需關(guān)注的驅(qū)動因素，黑土切溝多伴生于農(nóng)田道路一側(cè)。研究區(qū)與機(jī)耕道有關(guān)的切溝長度占總長度的23.3%，其中位于農(nóng)田道路旁切溝有11.8%，可能受機(jī)耕道影響的切溝有11.5%。在凹形坡谷（深度＜5 m），地表徑流是最顯著的影響因素（20.4%），機(jī)耕道只占5.0%；在凹形谷地（深度＞5 m），除地表徑流（27.5%）外，機(jī)耕道占9.8%。此外，在平行坡面上，地表徑流的影響占15.1%，機(jī)耕道的影響占7.4%。

圖6 等高線的曲面情況與切溝侵蝕驅(qū)動因素?zé)釄DFigure 6 Heatmap of orientation,curvature types and driving factors in total gully length

圖7 2018年研究區(qū)切溝與道路的空間分布圖Figure 7 Gully and tractor road distribution in the study area in 2018

3 討論

目前東北黑土區(qū)切溝侵蝕唯一權(quán)威數(shù)據(jù)為全國第一次水利普查的侵蝕溝專項調(diào)查公告（2013 年），基于2.5 m 分辨率遙感影像和野外核查的結(jié)果顯示，東北黑土區(qū)有大于100 m 的侵蝕溝29 萬余條。有研究指出實際數(shù)量比公告數(shù)量高1 倍，即實際侵蝕溝數(shù)量約60 萬條[2]。究其原因，一是遙感解譯難以將林下或林邊溝道提取出來；二是2.5 m分辨率的遙感影像難以將伴隨道路的切溝全部解譯[2]。本研究目視解譯結(jié)合野外詳查結(jié)果表明，林下活躍切溝占切溝總長的46.2%，機(jī)耕道旁切溝占總溝長的10%左右。

研究區(qū)林地面積占總面積9.1%，林地中活躍切溝長度占活躍切溝總長的46.2%，同時，林地面積與溝長度、溝密度和溝面積呈顯著負(fù)相關(guān)，但貢獻(xiàn)率小于2%。與研究區(qū)切溝長期發(fā)育特征相比，1968—2018年切溝密度增加了1倍，林地面積增加7%[7]。然而，光榮村農(nóng)田道路變化是切溝密度提高的最主要原因。大量研究表明，退耕還林還草通過增加入滲、減少地表徑流、增加土壤抗蝕能力等作用防治土壤侵蝕，且在一定程度上穩(wěn)定了活躍切溝[23]。然而，增加造林還草面積并不能從根本上解決切溝侵蝕問題。一方面，研究區(qū)林地主要分布在沿海倫河的坡度陡降區(qū)域，該區(qū)域在20 世紀(jì)60 年代和90 年代修建農(nóng)業(yè)梯田，退耕還林還草。已有研究表明海倫市光榮村可見廢置的農(nóng)業(yè)梯田或林地下有活躍切溝發(fā)育[12]。農(nóng)業(yè)梯田廢置后疏于定期檢查與維護(hù)，導(dǎo)致梯田面有傾斜坡度或梯田梗缺失，進(jìn)而改變匯水線或增大匯水面積，這是林地下活躍切溝發(fā)育的主要原因。另一方面，小流域地形起伏，加之切溝形態(tài)復(fù)雜，造林時很少依據(jù)流域景觀格局進(jìn)行科學(xué)設(shè)計，使植樹初期地表覆蓋率低，不能很好地截留水源。黑土侵蝕溝綜合治理仍然缺乏針對切溝的長期定位研究數(shù)據(jù)。

本研究的匯水區(qū)平均面積為1.25 km2，平均最大坡長為1.43 km，平均坡度為3.6°，屬于典型黑土漫川漫崗坡耕地地貌。切溝長度主要受到匯水面積和坡長的影響，其中坡長影響更大，而切溝密度主要受到主溝高差和坡度的影響（圖8）。一般來說，匯水區(qū)面積和坡度越長，區(qū)內(nèi)切溝的總長度越大。以往研究表明流域/匯水區(qū)面積是影響切溝規(guī)模和發(fā)育規(guī)律的重要因素[8]。地形地貌特征是地表徑流過程的主要影響因素，切溝發(fā)生發(fā)育主要由坡面的水文動力過程控制[9-12]。本研究發(fā)現(xiàn)，對于3 hm2左右的匯水區(qū)，匯流面積和長緩坡仍然是未來侵蝕溝治理需要考慮的主要因素。因此，小流域綜合治理侵蝕溝必須考慮攔截長坡，減少長坡導(dǎo)致的地表徑流匯聚，特別是配套排水系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)。

圖8 黑土區(qū)小流域溝道形成和發(fā)育示意圖Figure 8 Gully initiation and development in the catchment scale of Mollisol region

研究區(qū)內(nèi)在匯聚凹形坡下受地表徑流主要影響的溝長度占總長的63.0%，受農(nóng)田機(jī)耕道影響的切溝長度占23.3%。丁超等[24]對東北典型黑土區(qū)1 049 條切溝進(jìn)行遙感解譯和實地詳查，結(jié)果顯示耕地切溝占55%，路邊切溝占34%，林地切溝占10%。研究區(qū)的農(nóng)田機(jī)耕道多位于地塊邊緣，多為土路。農(nóng)用拖拉機(jī)等碾壓后形成車轍，成為暴雨后的水流通道。同時，農(nóng)田道路地表被機(jī)械壓實，研究表明重力機(jī)械的壓實土壤容重可達(dá)1.4 Mg·m-3，孔隙度大幅降低[25-26]。加之黑土黏重，黏粒含量可達(dá)40%，導(dǎo)致入滲速率低至2.5×10-5m·s-1，直接阻礙春季融雪徑流和夏季降雨徑流入滲[17，27-28]。農(nóng)田道路硬化后匯集地表徑流，加速溝頭形成并溯源上行，溝道向下深切，溝壁崩塌增寬。

本研究以東北黑土區(qū)海倫市光榮村內(nèi)264 條切溝為研究對象，基于高分辨率遙感影像和數(shù)字高程模型，結(jié)合實地詳查，分析切溝分布、長度、密度等與地形特征、機(jī)耕道等的關(guān)系。黑土區(qū)切溝長度約100～1 500 m，寬度約10～20 m，深度約5～15 m，受云霧、種植作物以及樹木的影響，基于高分辨率遙感影像繪制切溝存在一定的誤差。此外，本研究基于遙感目視解譯結(jié)合地貌學(xué)方法，將切溝分布與等高線的關(guān)系劃分為3 類：匯聚的凹形坡（切溝深度＞5 m 和＜5 m）、平行坡和分散的凸形坡。同時，結(jié)合地形和土地利用類型，人工判讀影響切溝發(fā)育的6 類因素，包括匯聚地形下地表徑流匯集以及機(jī)耕道等?；谇叭搜芯拷Y(jié)果，為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，切溝的判讀和繪制需要熟悉研究區(qū)域和野外切溝調(diào)查經(jīng)驗豐富的人員進(jìn)行，同時，必須結(jié)合野外詳細(xì)的逐條切溝測量，進(jìn)而確認(rèn)切溝位置和長度等特征[7，12，29]。

本研究結(jié)合以往研究成果，提出以下建議：

（1）將農(nóng)田道路周邊大型活躍切溝防控作為黑土保護(hù)的重中之重。黑土地區(qū)坡耕地土壤侵蝕和大型活躍切溝必須協(xié)同治理，才能更好地發(fā)揮作用。切溝預(yù)防的關(guān)鍵措施在于建設(shè)農(nóng)田道路配套排水管道，為此，需要加快制定黑土區(qū)侵蝕溝治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，特別是黑土坡耕地農(nóng)田道路合理布局和強(qiáng)制性配套排水系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)范。

（2）增加林木種植密度、控制坡面壩埂截水面積可增強(qiáng)水分就地入滲，減少因地表局部匯流而形成切溝。造林保持水土應(yīng)該考慮山水林田湖草綜合因素，結(jié)合小流域設(shè)計進(jìn)行綜合治理，合理布局林草地、耕地和機(jī)耕道。同時，建議增修垂直于梯田埂的截留土壩，以攔截徑流，增加入滲；對于已經(jīng)還林的農(nóng)業(yè)梯田，應(yīng)該給予更多關(guān)注，重點(diǎn)是要定期檢查和維護(hù)。

（3）把黑土區(qū)切溝發(fā)生高風(fēng)險區(qū)域作為黑土地保護(hù)工程重點(diǎn)區(qū)域。根據(jù)地形和地質(zhì)條件確定切溝發(fā)生高風(fēng)險區(qū)域，優(yōu)先納入黑土地保護(hù)工程實施范圍。在黑土區(qū)切溝發(fā)生高風(fēng)險區(qū)域加大農(nóng)田道路排水系統(tǒng)配套建設(shè)和高標(biāo)準(zhǔn)侵蝕溝整治試驗示范力度，為大面積推廣侵蝕溝治理技術(shù)打好基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

（1）黑土區(qū)海倫市小流域匯聚地形下，水力主導(dǎo)切溝溝頭沿著坡面匯流向坡上溯源增加切溝長度，地表徑流直接影響的切溝長度占總長的63.0%。匯水區(qū)面積和坡長是影響切溝長度的最主要因素，其中坡長影響最大，而主溝坡度和高差是影響溝密度的顯著因素。

（2）黑土區(qū)林地下活躍切溝不容忽視，2018 年研究區(qū)林地面積217.1 hm2，占研究區(qū)總面積的9.1%，林地活躍溝長達(dá)19.3 km，占活躍切溝總長的46.2%。對于坡度較陡的匯水區(qū)，林木多分布在切溝兩側(cè)，密度不足，壟作導(dǎo)流，使得林地內(nèi)也會出現(xiàn)地表徑流匯集，形成切溝侵蝕的退化地貌。

（3）目前，機(jī)耕道是黑土切溝不可忽視的影響因素。黑土切溝多伴生于農(nóng)田道路一側(cè)，研究區(qū)農(nóng)田道路旁切溝長度占其總長的23.3%。農(nóng)田道路的地表硬化后匯集地表徑流，加速溝頭形成并溯源上行，溝道向下深切，溝壁崩塌增寬。切溝侵蝕導(dǎo)致耕地破碎，農(nóng)田道路切斷或被迫移位，不僅損毀耕地，而且阻礙現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。侵蝕溝綜合治理必須考慮小流域景觀布局和山水林田湖草綜合治理，合理布設(shè)農(nóng)田道路。