黃土高原淺溝空間分異特征

仲 原,王春梅,3,*,龐國(guó)偉,3,楊勤科,3,郭紫甜,劉 欣,*,蘇建華

1 陜西省地表與環(huán)境承載力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西安 710127 2 西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院, 西安 710127 3 旱區(qū)生態(tài)水文與災(zāi)害防治國(guó)家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西安 710048

黃土高原是世界上水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)之一[1],是黃河泥沙的主要來(lái)源區(qū)[2—3],其中淺溝侵蝕是土壤侵蝕的重要類(lèi)型[4—5],其侵蝕量通常占坡面總侵蝕量的26.6%—59.2%[4]。退耕還林(草)工程實(shí)施二十多年來(lái)黃土高原土壤侵蝕得到有效控制[6—7],但部分地區(qū)淺溝侵蝕問(wèn)題仍需重視。從區(qū)域尺度闡明目前淺溝空間分布特點(diǎn)和防治重點(diǎn)是進(jìn)一步優(yōu)化黃土高原水土保持措施布設(shè)的重要基礎(chǔ)。

淺溝是指能被普通耕作工具跨過(guò)和填充但不能被其完全消除的侵蝕溝[8—9],也被稱(chēng)作臨時(shí)性切溝(ephemeral gully),其寬度和深度介于細(xì)溝與切溝之間[10],一般深入犁底層(20 cm),寬約30—50cm[9]。已有研究表明,淺溝的發(fā)生與耕作有關(guān)[8—9,11—13]。在黃土高原,淺溝發(fā)生一般伴隨著瓦背狀地形的形成,淺溝槽形部位的橫斷面因再侵蝕和再耕作呈弧形擴(kuò)展,形成瓦背狀地形[9],耕作過(guò)后,淺溝地勢(shì)看似與周?chē)R平,但是在下一次侵蝕事件中,淺溝還會(huì)在瓦背狀的槽底部相同位置再次發(fā)育[8—9,12]。因淺溝發(fā)生的臨時(shí)性,一般淺溝調(diào)查多針對(duì)瓦背狀地形底部開(kāi)展[14—15]。已有報(bào)道對(duì)淺溝分布特征[14,16—18]、淺溝發(fā)育過(guò)程[4,15,19—20]、淺溝侵蝕發(fā)生的臨界地形條件[21—26]等問(wèn)題進(jìn)行了研究,其中對(duì)黃土高原淺溝侵蝕分布特征的研究多集中于流域尺度,區(qū)域尺度的研究仍較為缺乏。同時(shí),對(duì)于退耕二十年后淺溝目前分布的土地利用,尤其是仍分布在耕地上的淺溝空間分布認(rèn)識(shí)也亟需加強(qiáng)。

近十幾年來(lái)高分辨率遙感影像的發(fā)展為淺溝的區(qū)域尺度調(diào)查提供了新的思路和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[27]。本研究在黃土高原選取137個(gè)小流域調(diào)查單元,基于亞米級(jí)Google Earth遙感影像并綜合運(yùn)用GIS方法對(duì)淺溝以及各調(diào)查單元土地利用進(jìn)行人工目視解譯和空間分析,在區(qū)域尺度調(diào)查和分析黃土高原淺溝分布特征及淺溝所在坡面土地利用分布,并明確目前仍處在耕地上的淺溝空間分布格局,以期為黃土高原侵蝕治理和黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究在黃土高原開(kāi)展,黃土高原范圍參考陳永宗1988年劃定的范圍[28](圖1),即從小浪底沿沁河西分水嶺,接汾河?xùn)|分水嶺,向北連清水河分水嶺,向西經(jīng)托克托過(guò)黃河,由內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗東部轉(zhuǎn)向西南沿長(zhǎng)城至中寧,再沿黃河至蘭州北,經(jīng)烏鞘嶺至日月山東坡,由貴德轉(zhuǎn)洮河分水嶺,然后向東沿秦嶺北坡直至伊、洛河的北分水嶺于小浪底閉合,總面積約38萬(wàn)km2,屬于季風(fēng)氣候區(qū),多年平均氣溫在3.6—14.3℃,年降雨量在700 mm左右,降雨年際變化較大,降雨的區(qū)域分布不均勻。

采用系統(tǒng)抽樣方法,緯度和經(jīng)度均取0.5°為間隔,選取了137個(gè)調(diào)查單元?；?弧秒分辨率SRTM(Shuttle Radar Topography Mission)數(shù)據(jù)計(jì)算調(diào)查單元平均坡度,如大于2°,地形起伏相對(duì)較大,調(diào)查單元為面積0.3 km2左右的小流域；否則,地形相對(duì)平坦,調(diào)查單元為0.5 km×0.5 km左右的矩形范圍(圖1)。其中63個(gè)調(diào)查單元分布在黃土高塬溝壑區(qū),41個(gè)分布在黃土丘陵溝壑區(qū),24個(gè)分布在河谷平原區(qū),6個(gè)分布在土石山區(qū),3個(gè)位于其它區(qū)域。同時(shí)選取無(wú)定河中游典型小流域(圖1,面積0.44 km2)作為野外實(shí)測(cè)樣區(qū),對(duì)45條淺溝進(jìn)行野外實(shí)測(cè),進(jìn)行淺溝解譯精度驗(yàn)證。

圖1 研究區(qū)

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)名稱(chēng)、來(lái)源、分辨率、獲取時(shí)間及主要用途見(jiàn)表1。

表1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.3 淺溝解譯方法與質(zhì)量控制

淺溝調(diào)查于2020年5月開(kāi)始,至9月底完成?；跍\溝的定義、發(fā)育過(guò)程、影像特征等進(jìn)行分析及專(zhuān)家論證,制定淺溝解譯標(biāo)準(zhǔn),由解譯人員分組進(jìn)行解譯；解譯完成后進(jìn)行兩層質(zhì)檢:由解譯小組負(fù)責(zé)人進(jìn)行100%復(fù)檢,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后由解譯人員進(jìn)行全面修改；由侵蝕溝研究領(lǐng)域?qū)＜?對(duì)通過(guò)復(fù)檢的解譯數(shù)據(jù)進(jìn)行20%抽檢,正確率在95%以上為合格,抽檢合格后入庫(kù),如不合格則重復(fù)進(jìn)行第一步質(zhì)檢。

圖2 淺溝解譯示意

流域邊界獲取方法:基于1弧秒分辨率SRTM數(shù)據(jù),利用ArcGIS水文分析模塊進(jìn)行大于0.1 km2的小流域邊界粗提取,以此為參考,基于亞米級(jí)影像進(jìn)行人工修訂。

淺溝所在坡面土地利用解譯:基于Google Earth影像,對(duì)每條淺溝發(fā)育所在坡面土地利用進(jìn)行人工目視解譯,按1:10000解譯精度要求進(jìn)行,并基于野外考察對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行了修訂[30]。

1.4 解譯精度驗(yàn)證

采用GNSS RTK對(duì)所選典型小流域內(nèi)的所有淺溝進(jìn)行實(shí)地測(cè)量,按平均0.5 m的間距測(cè)量淺溝各點(diǎn)的三維坐標(biāo),同時(shí)在地形突變處適當(dāng)增加測(cè)量點(diǎn),得到淺溝實(shí)測(cè)長(zhǎng)度?；贕oogle Earth影像解譯淺溝,并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作對(duì)比。利用SPSS軟件進(jìn)行配對(duì)樣本T檢驗(yàn),判斷實(shí)測(cè)淺溝長(zhǎng)度、解譯淺溝長(zhǎng)度是否有顯著性差異。為評(píng)估Google Earth影像解譯淺溝的精度,計(jì)算單條淺溝長(zhǎng)度相對(duì)誤差(式1)、淺溝長(zhǎng)度相對(duì)誤差的平均值(式2)、淺溝密度相對(duì)誤差(式3)。

(1)

(2)

(3)

式中,RLi為單條淺溝長(zhǎng)度相對(duì)誤差,RL為淺溝長(zhǎng)度相對(duì)誤差的平均值,Rρ為淺溝密度相對(duì)誤差,LGEi、LRTKi分別為基于Google Earth影像解譯和基于實(shí)測(cè)得到的單條淺溝長(zhǎng)度(m)。ρGE、ρRTK分別為解譯和實(shí)測(cè)得到的淺溝密度(km/km2)。

1.5 空間統(tǒng)計(jì)與分析方法

調(diào)查單元基本特征統(tǒng)計(jì):計(jì)算每個(gè)調(diào)查單元的淺溝密度(單位面積溝長(zhǎng)度,km/km2)、淺溝溝數(shù)密度(單位面積溝條數(shù),條/km2)[31]、淺溝平均長(zhǎng)度(m)。參考土壤侵蝕分類(lèi)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[32],進(jìn)行淺溝侵蝕強(qiáng)度分級(jí)。

空間格局統(tǒng)計(jì)方法:利用ArcGIS 10.2對(duì)淺溝密度、淺溝平均長(zhǎng)度、臨界坡長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行制圖,得到黃土高原整體淺溝密度、平均長(zhǎng)度、臨界坡長(zhǎng)的空間分布。使用莫蘭指數(shù)(Moran′s I)、熱點(diǎn)分析(Getis-Ord Gi*)分析淺溝密度的空間分布特征。莫蘭指數(shù)(Moran′s I)用于分析空間分布的相關(guān)性,其值介于-1和1之間,Moran′s I > 0表示數(shù)據(jù)的空間整體分布呈現(xiàn)正相關(guān),其值越大代表空間上的相似性越明顯；Moran′s I<0表示數(shù)據(jù)呈現(xiàn)高低間隔分布的狀態(tài),其絕對(duì)值越大代表空間差異性越大；Moran′s I=0,表示數(shù)據(jù)的空間分布呈隨機(jī)性[33]；熱點(diǎn)分析中熱點(diǎn)是指以特定指標(biāo)的高密度簇為特征的區(qū)域,冷點(diǎn)是周?chē)h(huán)繞著同一指標(biāo)的低密度簇[34]。通過(guò)熱點(diǎn)分析可以呈現(xiàn)出淺溝密度高值的集中區(qū)域。

2 結(jié)果與分析

2.1 淺溝解譯精度驗(yàn)證

對(duì)驗(yàn)證小流域的45條淺溝通過(guò)野外實(shí)測(cè),得到淺溝總長(zhǎng)度為1067.87 m,平均溝長(zhǎng)23.73 m,密度為2.43 km/km2。將實(shí)測(cè)淺溝長(zhǎng)度與基于Google Earth影像解譯的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比(圖3),兩種方法得到的淺溝長(zhǎng)度基本分布在1:1線附近,單條淺溝長(zhǎng)度相對(duì)誤差RLi介于0.07%至11.66%之間,占總數(shù)量約58%的淺溝RLi在5%以下,僅有不到7%的淺溝RLi大于10%；其均值RL為4.99%；淺溝密度相對(duì)誤差Rρ為1.23%；在0.05的置信水平上,兩種方法所得到的淺溝長(zhǎng)度無(wú)顯著性差異(P>0.05)。

試驗(yàn)地點(diǎn)安排在三合鎮(zhèn)仲家村嚴(yán)孝的承包地，經(jīng)度101°56′31.5″，緯度36°24′31.3″，海拔2680 m，土壤養(yǎng)分情況：有機(jī)質(zhì)21.92 g/kg、全氮1.48 g/kg、速效氮134 mg/kg、全磷1.74 g/kg、有效磷14 mg/kg、全鉀25.74 g/kg、速效鉀378 g/kg，pH值7.98。

圖3 基于Google Earth影像解譯淺溝長(zhǎng)度與實(shí)測(cè)值對(duì)比

2.2 黃土高原淺溝特征統(tǒng)計(jì)

在黃土高原137個(gè)調(diào)查單元中,有46個(gè)調(diào)查單元出現(xiàn)淺溝,占總調(diào)查單元的33.6%。出現(xiàn)淺溝的調(diào)查單元中,解譯得到淺溝587條,表2統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,平均淺溝密度為3.41 km/km2,最大為21.92 km/km2,最小為0.07 km/km2；溝數(shù)密度介于2—311條/km2之間,平均為65條/km2；變異系數(shù)均大于100%。黃土高原淺溝的長(zhǎng)度、臨界坡長(zhǎng)的范圍分別為7.71—237.15 m和0—285.29 m。淺溝長(zhǎng)度平均值為63.31 m,中值為51.64 m；臨界坡長(zhǎng)平均值為56.20 m,中值為47.59 m；變異系數(shù)均大于60%。

表2 淺溝參數(shù)統(tǒng)計(jì)值

圖4顯示了淺溝侵蝕達(dá)到中度及以上(淺溝密度>2 km/km2)的調(diào)查單元占45.6%；約87%的調(diào)查單元溝數(shù)密度小于150條/km2；約80%的淺溝長(zhǎng)度和臨界坡長(zhǎng)介于0—80 m；淺溝長(zhǎng)度主要分布在20—60 m之間,約占55%；臨界坡長(zhǎng)分布在40—60 m的最多,約占29%。

圖4 淺溝參數(shù)頻率曲線

2.3 淺溝分布的空間格局

從淺溝密度的空間分布上看(圖5),出現(xiàn)淺溝的調(diào)查單元主要位于黃土高原的中北部(陜西延安市、榆林市,山西呂梁市等)和西部(甘肅慶陽(yáng)市、定西市、白銀市會(huì)寧等),由東北向西南呈現(xiàn)條帶狀分布。其中淺溝密度較大的區(qū)域主要有3個(gè),陜西延安市西北部吳起、志丹、榆林市靖邊交界處,延安市甘泉、安塞一帶,其中吳起、志丹及靖邊一帶的淺溝密度高達(dá)21.92 km/km2,甘泉附近的淺溝密度為15.82 km/km2,安塞附近的淺溝密度為15.54 km/km2；山西呂梁、陜西榆林市綏德縣一帶黃河兩岸淺溝密度也較大,為4—8 km/km2；甘肅定西市、白銀市會(huì)寧一帶以及慶陽(yáng)市,淺溝密度為5—7 km/km2。淺溝密度莫蘭指數(shù)為0.37,由熱點(diǎn)分析可以看出,淺溝密度的熱點(diǎn)區(qū)主要為延安市西北部,呈現(xiàn)聚集分布(圖6)。

圖5 淺溝密度空間分布

圖6 淺溝密度熱點(diǎn)分析

淺溝平均長(zhǎng)度較大的區(qū)域在延安市富縣、甘泉縣、安塞區(qū)一帶,淺溝平均長(zhǎng)度可達(dá)85—105 m；銅川市宜君縣、白銀市會(huì)寧一帶也較長(zhǎng),淺溝平均長(zhǎng)度在80—85 m之間,其余地區(qū)淺溝一般在80 m以?xún)?nèi),其中無(wú)定河及晉陜黃河兩岸主要在40—60 m,寧夏東南部和甘肅蘭州一帶主要在20—40 m(圖7)。淺溝臨界坡長(zhǎng)反映了淺溝溝頭距分水嶺沿流水線的距離,在延安西北部、晉陜黃河兩岸呈聚焦性低值,主要在20—60 m,定西到天水沿渭河一帶出現(xiàn)淺溝的調(diào)查單元臨界坡長(zhǎng)較長(zhǎng),一般在100 m以上,寧夏固原、陜西銅川及延安南部一帶臨界坡長(zhǎng)一般也在100 m以上(圖8)。

圖7 淺溝平均長(zhǎng)度空間分布

圖8 淺溝臨界坡長(zhǎng)平均值空間分布

各治理分區(qū)淺溝參數(shù)有較大差異(表3)。河谷平原區(qū)未發(fā)現(xiàn)淺溝,黃土高塬溝壑區(qū)24個(gè)調(diào)查單元出現(xiàn)淺溝,約占該區(qū)總調(diào)查單元的38%,平均淺溝密度為2.07 km/km2,屬于淺溝侵蝕中度(2—3 km/km2)范疇。黃土丘陵溝壑區(qū)20個(gè)調(diào)查單元出現(xiàn)淺溝,約占該區(qū)總調(diào)查單元的49%,平均淺溝密度為5.32 km/km2,屬于淺溝侵蝕極強(qiáng)烈(5—7 km/km2)范疇。黃土丘陵溝壑區(qū)平均淺溝密度最大,其次是黃土高塬溝壑區(qū)；同時(shí)黃土丘陵溝壑區(qū)淺溝長(zhǎng)度平均值最大,為65.74 m,其次是黃土高塬溝壑區(qū),為60.11 m；土石山區(qū)(此區(qū)僅發(fā)現(xiàn)一條淺溝)臨界坡長(zhǎng)最大,為69.86 m,其次是黃土高塬溝壑區(qū),為67.24 m。黃土丘陵溝壑區(qū)臨界坡長(zhǎng)平均值最小,為46.58 m,這在一定程度上反映了該區(qū)發(fā)生淺溝侵蝕所需坡長(zhǎng)較短。

表3 不同治理分區(qū)的淺溝參數(shù)

黃土高塬溝壑區(qū)、黃土丘陵溝壑區(qū)淺溝密度較大,對(duì)其出現(xiàn)淺溝的調(diào)查單元進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)得到(圖9):黃土高塬溝壑區(qū)淺溝密度小于2 km/km2約占70%,未發(fā)現(xiàn)淺溝侵蝕劇烈(>7 km/km2)的單元。黃土丘陵溝壑區(qū)淺溝侵蝕達(dá)到強(qiáng)烈及以上(>3 km/km2)的約占55%,淺溝侵蝕極強(qiáng)烈(5—7 km/km2)的調(diào)查單元最多,約占30%。黃土高塬溝壑區(qū)溝數(shù)密度小于20條/km2的約占63%,黃土丘陵溝壑區(qū)溝數(shù)密度主要集中在50—150條/km2,約占55%。

圖9 不同治理分區(qū)淺溝參數(shù)頻率曲線

黃土高塬溝壑區(qū)約70%的淺溝長(zhǎng)度介于0—80 m,淺溝長(zhǎng)度為20—40 m的最多,約占37%；黃土丘陵溝壑區(qū)約80%的淺溝長(zhǎng)度介于0—80 m,淺溝長(zhǎng)度為40—60 m的最多,約占28%。黃土丘陵溝壑區(qū)長(zhǎng)度大于140 m的淺溝均多于黃土高塬溝壑區(qū)。黃土高塬溝壑區(qū)約70%的淺溝臨界坡長(zhǎng)介于0—80 m,臨界坡長(zhǎng)為40—60 m的最多,約占27%；黃土丘陵溝壑區(qū)90%以上的淺溝臨界坡長(zhǎng)介于0—80 m,臨界坡長(zhǎng)為40—60 m的最多,約占32%,此區(qū)未發(fā)現(xiàn)臨界坡長(zhǎng)為140 m以上的淺溝。

2.4 淺溝所在坡面土地利用分析

通過(guò)統(tǒng)計(jì)每條淺溝所在坡面土地利用可以看出,目前黃土高原38.3%的淺溝分布在耕地,35.3%分布在草地,22.8%分布在林地(圖10)。其中耕地上淺溝平均密度最大,為5.46 km/km2；其次是草地,為5.32 km/km2；林地為4.99 km/km2。

圖10 淺溝所在坡面土地利用

在黃土高原所有調(diào)查單元耕地上共發(fā)現(xiàn)淺溝225條,圖11為耕地上淺溝密度的分布,其中密度較大的區(qū)域?yàn)楸甭搴又猩嫌窝影彩兄胁恳约拔鞅辈?其中延安市中部耕地淺溝密度達(dá)到20 km/km2以上,延安市西北部耕地淺溝密度約為7 km/km2；定西、白銀市會(huì)寧交界處耕地淺溝密度也較大,達(dá)14 km/km2；無(wú)定河下游黃河兩岸榆林市綏德、呂梁市一帶也是重要的耕地淺溝分布區(qū)域,密度為10 km/km2左右。以上三個(gè)區(qū)域?yàn)槟壳包S土高原耕地淺溝需重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)域。

圖11 耕地淺溝密度

3 討論

本研究基于遙感、GIS方法,以小流域?yàn)槌闃诱{(diào)查單元,結(jié)合野外實(shí)測(cè)方法,回答了黃土高原區(qū)域尺度淺溝統(tǒng)計(jì)特征和空間格局特征,指出淺溝目前所在坡面的土地利用,并重點(diǎn)分析了仍處在耕地上的淺溝空間分布格局,對(duì)于進(jìn)一步淺溝的治理決策有重要意義。

近年來(lái)高分辨率Google Earth影像在溝道侵蝕調(diào)查中應(yīng)用越來(lái)越多,為大尺度侵蝕溝制圖提供了重要數(shù)據(jù)支撐。本研究結(jié)果也說(shuō)明基于Google Earth影像的淺溝調(diào)查結(jié)果與野外高精度實(shí)測(cè)結(jié)果無(wú)顯著性差異,前者對(duì)于淺溝調(diào)查應(yīng)用是適用的。在一些研究中,如在Karydas 和Panagos[27]對(duì)希臘全國(guó)尺度淺溝調(diào)查中應(yīng)用了這一數(shù)據(jù)源。但這一數(shù)據(jù)源目前常用于對(duì)淺溝位置的調(diào)查,本研究中淺溝也特指了瓦背狀地形底部這一地貌特征,而對(duì)于淺溝發(fā)育動(dòng)態(tài)的調(diào)查研究工作中滿足需求的影像分辨率水平和大尺度調(diào)查方法尚需進(jìn)一步探索。

本研究對(duì)黃土高原淺溝的調(diào)查結(jié)果與已有研究在某些小流域上的研究結(jié)論基本一致。20世紀(jì)80年代,劉元保[35]基于野外調(diào)查得到志丹杏河廟坬淺溝密度19.80 km/km2、志丹杏河米老家莊20.00 km/km2、安塞茶坊13.98 km/km2,其密度較大的可能原因?yàn)橹镜ぁ踩靥廃S土丘陵溝壑區(qū),退耕之前的耕地分布也較廣[36—37],加上降水、植被等條件共同作用導(dǎo)致淺溝密度較大[38]。張巖等[15]基于QuickBird影像得到吳起縣合溝小流域淺溝密度為36.21 km/km2,而本文調(diào)查出吳起附近淺溝密度最大值為21.92 km/km2,可能的原因?yàn)楹蠝闲×饔驗(yàn)楫?dāng)?shù)販\溝典型分布的小流域,而本研究采用系統(tǒng)抽樣調(diào)查,但這一區(qū)域整體淺溝密度較大的結(jié)論是一致的。

在各治理分區(qū)中,黃土丘陵溝壑區(qū)的淺溝長(zhǎng)度平均值最長(zhǎng),本文得到黃土丘陵溝壑區(qū)的淺溝長(zhǎng)度平均值為65.74 m,與姜永清等[17]利用航空影像分析黃土丘陵溝壑區(qū)瓦背狀淺溝分布特征得到淺溝平均長(zhǎng)度為64.7 m的結(jié)果較接近。黃土丘陵溝壑區(qū)以峁?fàn)?、梁狀丘陵為?地形起伏大,植被蓋度低,耕作方式落后,為淺溝的發(fā)育提供了條件,導(dǎo)致該區(qū)的淺溝長(zhǎng)度較大。

本研究表明黃土高原淺溝臨界坡長(zhǎng)多介于40—60 m,與劉元保等[5]基于野外調(diào)查得到的黃土高原淺溝侵蝕凸形坡上臨界坡長(zhǎng)為58.70 m、直線坡為44.30 m、凹形坡為32.24 m,張科利等[11]基于野外調(diào)查得到的黃土高原淺溝侵蝕臨界坡長(zhǎng)平均為40 m左右均較接近。在不同治理分區(qū)中,黃土丘陵溝壑區(qū)淺溝密度最大且臨界坡長(zhǎng)平均值最小,為46.58 m,此結(jié)果在一定程度上反映了該區(qū)發(fā)生淺溝侵蝕所需坡長(zhǎng)較短,淺溝發(fā)育所需匯水條件較其它治理區(qū)低,這與其地形較陡、土壤性質(zhì)易蝕、植被覆蓋條件較差有關(guān)。

淺溝是長(zhǎng)期耕作-侵蝕的結(jié)果[8—9,11—13],理論上發(fā)育于耕地坡面。黃土高原自上世紀(jì)末開(kāi)始的大規(guī)模退耕還林(草)工程,對(duì)淺溝的治理起到了重要作用,目前有60%以上的淺溝已不在耕地坡面上,但仍有38.3%的淺溝仍在耕地坡面上,這部分淺溝在暴雨條件下仍可能發(fā)生侵蝕-耕作填充-再侵蝕的過(guò)程,極易繼續(xù)發(fā)展從而造成較大侵蝕量,并有可能進(jìn)一步成為切溝[8],造成更嚴(yán)重的土壤侵蝕,因此目前仍分布在耕地上的淺溝具有進(jìn)一步發(fā)展的潛力,對(duì)于耕地上淺溝密度較大的區(qū)域需重點(diǎn)關(guān)注。

在進(jìn)一步研究中,亟需對(duì)黃土高原區(qū)域尺度淺溝分布的差異性原因進(jìn)行更為深入的分析,對(duì)淺溝主要分布區(qū)及耕地上淺溝密度較大的區(qū)域降雨、地形、土壤、土地利用、水土保持措施等影響因素的進(jìn)一步研究亟待開(kāi)展。同時(shí)綜合分析多空間尺度淺溝相關(guān)研究,從機(jī)理、模擬、格局多角度綜合開(kāi)展黃土高原淺溝研究也將促進(jìn)淺溝科學(xué)治理。

4 結(jié)論

本文以亞米級(jí)遙感影像為數(shù)據(jù)基礎(chǔ),綜合運(yùn)用遙感和GIS技術(shù),基于137個(gè)調(diào)查單元對(duì)退耕背景下黃土高原的淺溝分布及其特征以及防治重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行研究。主要結(jié)論如下:

(1)亞米級(jí)Google Earth影像可以用于淺溝(本文特指瓦背狀地形底部)解譯,解譯結(jié)果與GNSS RTK野外實(shí)測(cè)結(jié)果無(wú)顯著性差異。

(2)黃土高原33.6%的調(diào)查單元存在淺溝,出現(xiàn)淺溝的調(diào)查單元中,平均淺溝密度為3.41 km/km2,最大為21.92 km/km2,平均溝數(shù)密度為65條/km2。淺溝長(zhǎng)度多介于20—60 m,臨界坡長(zhǎng)多介于40—60 m。淺溝密度較大的區(qū)域?yàn)檠影彩形鞅辈繀瞧?、志丹、榆林市靖邊一帶以及延安市甘泉、安?榆林市綏德縣、呂梁市一帶,定西市、白銀市會(huì)寧一帶以及慶陽(yáng)市。不同治理分區(qū)中,黃土丘陵溝壑區(qū)平均淺溝密度最大,其次是黃土高塬溝壑區(qū)。

(3)目前黃土高原38.3%的淺溝分布在耕地,35.3%分布在草地,22.8%分布在林地。其中耕地上淺溝平均密度最大,其次是草地、林地。耕地淺溝密度較大的區(qū)域有北洛河中上游延安市中部與西北部,定西市、白銀市會(huì)寧交界處,無(wú)定河下游黃河兩岸榆林市綏德、呂梁市一帶。