黑土区坡耕地侵蚀沟发育及其形态特征研究

Gully development results in severe soil loss at slope croplands. Gully morphology formed by gully development has important influence on topography evolution, flow hydraulic and hydrodynamic characteristics, which inversely affects the soil erosion process. Therefore, studies on gully development and its morphological characteristics are of great importance in revealing the hillslope soil erosion mechanism. This study will select slope croplands dominantly affected by water erosion in the Chinese Mollisol region as the research object. The research methods will cover field investigation and indoor/outdoor condition-controlled simulation experiments. The gully (from rill to small gully) development processes of slope croplands in different seasons (winter-spring, summer, autumn), topographies (slope gradient, slope length), rainfall and inflow conditions will be studied. The gully morphological characteristics will be quantified. The results will not only deep studies of soil erosion mechanism but also provide theoretical guidance for soil erosion control and sustainable development of Mollisol resources.

坡耕地侵蚀沟发育不但造成严重的土壤流失，其塑造的侵蚀形态对坡面地形地貌演变和径流侵蚀动力机制均有重要影响，反过来又对坡面侵蚀过程产生影响。因此，研究坡耕地侵蚀沟发育与形态特征对揭示坡面土壤侵蚀本质有重要意义。本项目以东北黑土水蚀区坡耕地为研究对象，基于田间定位汇流试验、室内模拟降雨和汇流试验，以及野外动态监测相结合的方法，研究不同季节（冬春季、夏季、秋季）、地形（坡度、坡长）、降雨、汇流条件下坡耕地侵蚀沟（由细沟到小切沟）发育过程，并量化侵蚀沟形态特征。研究结果将深化土壤侵蚀机理研究，为黑土区坡耕地土壤侵蚀防治和黑土资源持续利用提供理论指导。

东北黑土区在我国粮食安全与可持续发展中占据重要地位。然而，侵蚀沟是该区土壤侵蚀最严重的表现形式，在坡耕地上分布广泛；且关于黑土区侵蚀沟发育过程的研究大都简化了其发育过程，缺少对侵蚀沟形成演变过程的定量研究。鉴于此，本项目以东北黑土水蚀区坡耕地为研究对象，基于田间定位汇流试验、室内模拟降雨和汇流试验，以及野外动态监测相结合的方法，研究了不同季节、地形、降雨、汇流条件下坡耕地侵蚀沟发育过程及其形态特征。具体为：（1）分析了坡面细沟发育过程、细沟形态特征及二者耦合关系的研究进展；（2）探究了降雨和汇流作用对以片蚀或细沟侵蚀为主黑土坡面土壤侵蚀的影响，对于5°和10°坡面，以细沟侵蚀为主坡面侵蚀量分别是以片蚀为主坡面侵蚀量的1.7~2.2倍和2.5~6.9倍；（3）明晰了黑土坡面侵蚀沟沟壁坡度的演变特征，发现黑土坡面沟壁坡度主要为32.0°~86.2°，其值随着地面坡度的增加而增大；（4）阐明了黑土区坡耕地土壤侵蚀及侵蚀沟发育的时间演变特征，发现休耕地的径流调节作用较玉米地发挥得更早，玉米地土壤侵蚀量和侵蚀沟发育程度明显高于休耕地，前者土壤侵蚀量是后者的1.4~79.3倍，尤其在植被生长初期和旺盛期，此外，玉米地和休耕地的土壤侵蚀量和侵蚀沟发育程度均随着年内植被生长阶段的变化而减小；（5）剖析了降雨强度和坡度对黑土区土质道路路面侵蚀特征的影响，发现路面侵蚀速率随降雨强度和坡度的增加分别增大1.8~11.0倍和1.2~10.0倍。研究结果有助于深化土壤侵蚀机理研究，可为黑土区坡耕地土壤侵蚀防治和黑土资源持续利用提供科学依据，进而维持乃至提高土地生产力、调节小气候、改善生态环境、促进经济发展，具有显著的生态、经济和社会效益。