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东北黑土区在我国的国民经济发展中具有重要的战略地位,目前却正面临着由“北大仓”向“北大荒”转变的危险,其根源就在于严重的水土流失,侵蚀沟的恶性扩张是造成该区土地资源减少和破坏的主要原因之一。对黑土区切沟侵蚀规律定量研究,不仅可以对发展土壤侵蚀理论提供借鉴,更具有重要的现实意义。
本文在综述前人切沟侵蚀定量研究成果和研究方法的基础上,通过按季(黑土区切沟侵蚀分春季冻融侵蚀和雨季降雨侵蚀)连续跟踪监测黑龙江省鹤山农场的“六队沟”、“四队沟”、“二号流域沟”以及讷河市的“丰产沟”在2002年秋~2005年秋的形态及其影响因素变化特征,对短期黑土区切沟侵蚀进行研究。研究内容包括:黑土区切沟侵蚀特征分析;切沟侵蚀及其影响因子的量化算法,从定量的角度阐释切沟侵蚀与其影响因子之间的关系,初步建立黑土区切沟侵蚀经验方程;用Logistic回归模型对黑土区切沟扩张的主要过程之一——崩塌侵蚀进行预报。本文的主要结论如下:
(1)根据切沟的规模,形态变化特征等可以对切沟的发育阶段进行初步判断。几条沟中,二号流域沟和六队沟还处于发育的早期阶段,四队沟中上游活跃而下游已经基本稳定,处于发育的中期阶段,丰产沟则处于其生命史比较靠后的时期,但是距离完全稳定还需要相当时间。就切沟体积变化趋势而言,二号流域沟呈指数增加,六队沟呈直线增加,而丰产沟和四队沟则是对数增加。
(2)除了沟头雨季侵蚀外,沟头年侵蚀、春季侵蚀和切沟总体年侵蚀、春季侵蚀和雨季侵蚀可以通过与地形和降水相关的一系列关系式来描述,地形因子,尤其是汇水坡长是描述黑土区切沟侵蚀的重要指标。
(3)黑土区切沟侵蚀季节变化在沟头处表现尤为明显。在侵蚀量上,沟头春季侵蚀远远大于雨季侵蚀,沟头春季冻融侵蚀与底层土壤关系密切,底土层粘粒(粒径<0.002mm)和粉粒(粒径0.002~0.05mm)的含量越高,越容易遭受侵蚀,表明春季冻融过程以及融雪径流渐变的产流过程有利于土壤颗粒的分离,但不利于土壤颗粒搬运。而雨季沟头后退与表土层之间关系密切,与粘粒、粉粒含量之间存在显著负相关关系,而与砂砾(粒径0.05~2mm)之间存在显著正相关,表明暴雨径流有利于粗颗粒的搬运,但由于暴雨历时短不利于土壤颗粒的分离。
(4)切沟形态会影响切沟侵蚀,总体上,切沟规模越大,泥沙输移比越小,切沟侵蚀以沟体内部的自协调消化过程为主,切沟规模越小,越处于发育的早期阶段,产沙能力越强。
(5)对崩塌过程进行分析,利用Logistic回归模型对沟壁崩塌发生位置进行预报,结果表明,凸岸且湿度指数大的地方容易发生崩塌。