东北典型黑土区防护林布局对坡耕地土壤侵蚀的影响研究

东北典型黑土区是我国重要的商品粮生产基地，但近年来，该区独特的自然环境和强烈的人为干扰引起的土壤侵蚀已威胁到国家的粮食安全。尽管各级政府采取了一定的治理措施，但坡耕地水土流失仍然非常严重。根据笔者在研究区几年的调查研究发现，作为该区坡面及小流域的重要组成部分，防护林带自建设以来，持续对坡面的各种自然过程及人为活动产生重要的影响，但相关研究非常少见。本项目旨在应用3S技术进行高精度遥感影像解译，得出该区防护林体系在坡面及小流域的分布规律以及不同的土壤侵蚀方式分布规律，同时整合径流小区试验以及野外实地调查数据，分析防护林对坡耕地土壤侵蚀的影响，进而揭示典型黑土区的土壤侵蚀机理，并在完成小流域防护林数据库、建立典型黑土区不同侵蚀方式解译标志及土壤侵蚀量估算指标体系的基础上，构建以防护林为地块边界的基于地块的小流域土壤侵蚀模型，为典型黑土区今后的防护林体系建设和水土保持规划提供科学依据。

东北典型黑土区是我国重要的商品粮生产基地，但是由于人类长期不合理的开发利用，引起严重的水土流失，严重影响当地的农业生产和经济发展。防护林体系是典型黑土区坡面的一个重要子系统，持续对其自然过程和人类活动产生重要影响。本项目采用RS和GIS技术，基于Quickbird高精度遥感影像和数字高程模型，并结合实地调查和室内实验，建立起东北典型黑土区适用性强的土地利用及土壤侵蚀分类系统和解译标志，为典型黑土区土壤侵蚀类型快速解译提供了有效的工具和方法；同时，揭示了该区防护林带在农业小流域内的分布规律和不同的土壤侵蚀方式分布规律，分析了防护林对坡耕地土壤侵蚀的影响，并着重探讨了防护林带分布对面蚀、浅沟侵蚀和切沟侵蚀的影响，研究结果表明横坡分布的防护林带对坡面的分割改变了系统中的重要土壤侵蚀因子-坡长，从而对坡面的面蚀、浅沟、切沟侵蚀均造成影响。横坡林带能有效减小坡面径流流速和流量，使泥沙在林带上游附近堆积，起到了固土保水的作用；同时坡面的横坡林带，将一整块较大的坡面切割成数块较小的坡面，截短了坡长，从而减弱土壤侵蚀强度；在横坡耕作的坡面上，临界汇水区范围内横坡防护林带的个数与浅沟、切沟临界坡长、临界汇水面积呈显著正相关，即增加林带个数、减小林带间距可以增大临界坡长和临界汇水面积；研究区防护林带间距过大，大于该区浅沟发生的临界坡长，并且防护林带间断会促进浅沟的发育；同时，坡耕地垄向受防护林带分布影响而与其走向一致，使垄沟笔直穿过低洼水线，形成局部顺坡垄，间接诱发浅沟侵蚀；与浅沟不同的是，切沟的临界坡长、临界汇水面积与临界汇水区平均宽度也呈显著相关，主要是由于不同走向的林带会对径流的横向集中产生影响，进而对部分切沟发育所需的临界汇水区平均宽度产生影响；防护林带走向的不同会改变切沟汇水区域内的流路和沟头处的流量过程，进而对切沟发展产生影响。防护林带的带间距和间断都是通过影响浅沟的发展而间接影响到切沟的发生和发育。此外，依据研究区内土壤侵蚀特点以及其与防护林带分布的相关关系，提出针对该区面蚀和沟蚀防治的防护林带分布优化方案。研究为进一步改造和完善农田防护林体系提供科学的理论依据，为典型黑土区土壤养分流失及空间分布研究提供理论支持，从而为典型黑土区水土流失综合治理规划和决策服务。通过三年的研究工作，目前已发表论文8篇，其中SCI引用3篇，已完成待发表论文2篇。合作培养硕士1名。