Gully Erosion Regionalization of Black Soil Area in Northeastern China

Gully erosion is the frequent and main form of soil erosion in the black soil area of the northeastern China, which is one of the most important commodity grain production bases in China. It is encroaching upon the fertile farmland there. Regionalization of gully erosion can reveal the spatial distribution and regularity of the development of gully erosion. Based on the eco-geographical regional background features of the black soil area, this study combined the regionalization with influencing factors of the development of gully erosion. GIS spatial analysis, geostatistical analysis, spatial statistics, reclassification, debris polygon processing and map algebra methods were employed. As a result, the black soil area was divided into 12 subregions. The field survey data on type, length, volume and other characteristics indicators of gully erosion were used to calibrate the results. Then the features of every subregion, such as where the gully erosion is, how serious it is, and why it happens and develops, were expounded. The result is not only an essential prerequisite for gully erosion surveys and monitoring, but also an important basis for gully erosion prevention.

Study on Relative Soil and Water Conservation Benefits of Ridge Tillage in Different Terrain Conditions in the Black Soil Area of Northeast China

Ridge tillage, which is a very common and important tillage measure in the black soil area of northeast China, has some soil and water conservation bene- fits, but has little attention. It is very important to explore the spatial distribution of the ridge direction of the arable land and its soil and water conservation benefits in different terrain conditions in the black soil area. So Binxian County of Heilongjiang Province was selected as the study area, and 168 field investigation units were ex- tracted by stratified sampling method and investigated. According to equations of slope gradient factor and slope gradient in ridge direction, and based on the soft- ware of Arcmap, SPSS and Excel, the investigation data of soil and water loss in Binxian County were analyzed and counted, The results show that in plain, hilly and mountainous areas, the average ground slope gradients are 1.92°, 6.20° and 8.27° respectively, and the average slope gradients along ridge direction are 1.33°, 4.52°and 6.45° respectively, which account for about 70%, 73% and 78% of the average ground slope gradients in the same terrain condition; the relative quantities of soil erosion in the present ridge tillage condition account for about 55%, 69% and 67% respectively of that in down-slope ridge tillage conditions, so the present ridge tillage has obviously relative soil and water conservation benefits. Based on these results, the reasons of the present ridge tillage status were analyzed, and some reform measures were proposed. The results could not only help to comprehend the spatial distribution and soil and water conservation benefits of ridge tillage in the black soil area of Northeast China, but also provide scientific references for the layout of local soil and water conservation measures.

Soil Degradation and Food Security Coupled with Global Climate Change in Northeastern China

The northeastern China is an important commodity grain region in China,as well as a notable corn belt and major soybean producing area.It thus plays a significant role in the national food security system.However,large-scale land reclamation and non-optimum farming practices give rise to soil degradation in the region.This study analyzed the food security issues coupled with global climate change in the northeastern China during 1980–2000,which is the period of modern agriculture.The results of statistical data show that the arable land area shrank markedly in 1992,and then increased slowly,while food production generally continually increased.The stable grain yield was due to the increase of applied fertilizer and irrigated areas.Soil degradation in the northeastern China includes severe soil erosion,reduced soil nutrients,a thinner black soil layer,and deterioration of soil physical properties.The sustainable development of the northeastern China is influenced by natural-artificial binary disturbance factors which consist of meteorological conditions,climate changes,and terrain factors as well as soil physical and chemical properties.Interactions between the increasing temperature and decreasing precipitation in the region led to reduced accumulation of soil organic matter,which results in poor soil fertility.Human-induced factors,such as large-scale land reclamation and non-optimum farming practices,unsuitable cultivation systems,dredging,road building,illegal land occupation,and extensive use of fertilizers and pesticides,have led to increasingly severe soil erosion and destruction.Solutions to several problems of soil degradation in this region requiring urgent settlement are proposed.A need for clear and systematic recognition and recording of land use changes,land degradation,food production and climate change conditions is suggested,which would provide a reference for food security studies in the northeastern China.

“双碳”目标下东北黑土区耕地利用生态效率时空格局与演变趋势

[目的]探究东北黑土区耕地利用生态效率的时空格局和演变趋势,将碳源与碳汇融入耕地利用过程,这对于实现黑土减排增效和“双碳”目标至关重要。[方法]基于超效率SBM模型、核密度估计、探索性空间数据分析和空间插值工具等方法,系统考察了2006—2020年东北黑土区耕地利用生态效率的时空特征与演进规律。[结果]黑土区耕地利用生态效率历经波动上升、显著下降和迅速回升3个阶段,总体处于较高发展水平,北部边缘城市的效率值明显高于中南部地区,基期和末期区间两极分化局势尤为显著,整体发展严重失衡;黑土区耕地利用生态效率全局空间相关特性并不明显,大致呈现“边缘—中心”空间扩散格局,由南北两端高值集聚向内及四周递减,而后形成多个块状高值区和低值分布带,规模集聚优势未能得到充分发挥;多数城市均存在不同程度的投入与产出冗余,劳动力和化肥冗余问题较为严重,碳排放冗余是造成黑土区耕地利用生态效率损失的普遍因素。[结论]优化要素配置和污染减排治理成为黑土利用重点改善方向,也是提升黑土区耕地利用生态效率的关键路径。

东北黑土区沟蚀研究进展与热点——基于CiteSpace计量分析

[目的]直观把握东北黑土区沟蚀研究进展与热点,推进东北黑土区沟蚀研究领域的发展。[方法]以CNKI与Web of Siencec数据库中245篇相关文献为对象,利用文献计量的方法,使用CiteSacep软件绘制东北黑土区沟蚀研究知识图谱。[结果]结果表明:(1)黑土区沟蚀研究起步较晚,近十年发文量显著增加,但国际期刊发表成果较少,仅占26%。(2)该领域研究力量主要分布在我国东北,其中水利部松辽流域委员会、北京师范大学、中国科学院东北地理与农业生态研究所、东北农业大学、沈阳农业大学等机构贡献突出、影响较大;张树文是该领域中文发文量最多的学者,刘宝元和伍永秋是英文发文量最多的学者。(3)关键词共现表明,目前对东北黑土区沟蚀的关注重点主要集中在侵蚀沟发育特征、影响因素和沟蚀防治措施等方面。[结论]东北黑土区沟蚀尚未形成完整的研究框架和全面的认识,在未来的研究中,需进一步注重东北黑土区沟蚀形成和发育过程及机理研究,并深入分析地质、地形、水文、人类活动等因素的影响。

基于遥感技术的东北黑土区水土流失动态监测研究

东北黑土区是我国重要的商品粮基地,近年来面临水土流失严重、面积减小、土壤质量下降等问题,已成为目前土壤保护工作中亟待解决的重要问题。以东北黑土区2018年和2022年两期遥感影像与水土保持措施的实地调查数据作为数据源,利用目视识别法开展影像解译,并通过中国土壤流失方程CSLE进行土壤侵蚀模数的计算,对东北黑土区的水土流失变化情况及原因进行分析,结果表明:耕地、草地、建设用地、其他土地面积减少,园地、林地、交通运输用地、水域及水利设施用地面积增加,造林、种草、封育、地埂、水平阶/反坡梯田等面积共增加0.84万km^(2);对比2018—2022年东北黑土区的水土流失情况,整体呈向好趋势,土壤侵蚀面积共减少约1.01万km^(2);从侵蚀强度来看,除轻度侵蚀面积增加约0.45万km^(2)外,中度、强烈、极强烈、剧烈侵蚀面积分别减少约0.43万、0.24万、0.28万、0.51万km^(2);从不同省份侵蚀面积变化情况分析,内蒙古自治区东四盟的侵蚀面积减少最多,共减少约0.37万km^(2),辽宁省侵蚀面积变化最小,共减少约0.06万km^(2);耕地、建设用地等土地利用类型面积的减少,以及林地、交通运输用地等土地利用类型面积的增加,均可大幅减少土壤侵蚀面积,同时水土保持措施面积的增加也可有效阻止土壤侵蚀的发生。总体来看,东北黑土区水土流失治理效果显著,生态环境得到改善,持续进行东北黑土区水土流失治理对环境保护具有重要意义。

东北黑土区农地水土流失现状与综合治理对策

东北黑土区是我国重要的粮食产区和商品粮基地，对稳定粮食市场、保障国家粮食安全具有重要作用，但长期的重开垦轻保护导致了严重的水土流失，已经影响到了粮食生产的地位。以东北松嫩黑土区面积约2080万hm^2的区域为研究对象，根据950个野外调查点资料，推算研究区农地面积为1727．40万hm^2。通过径流小区和137Cs监测资料，估算该地区农地水土流失强度。东北黑土区农地土壤流失量与坡度的关系为A=0．7379θ。利用美国SRTM90m×90m地面高程资料，得出研究区总体地形平缓，坡度1°以下面积占72．25％，1°-5°面积占27．05％，5°以上面积仅占0．70％；但由于坡面较长，观测与计算结果表明，水土流失面积已达到1339．45万hm^2，占研究区总土地面积的64．40％，占研究区农地面积的77．54％。东北黑土区水土流失已经十分严重，开展针对该地区水土流失特点的水土保持措施建设已刻不容缓。同时，为全面了解东北地区水土流失状况，需要进一步加强对整个东北地区水土流失监测与土壤侵蚀规律的研究。

1982—2016年东北黑土区植被NDVI动态及其对气候变化的响应

植被是陆地生态系统的重要组成部分,在调节气候、水土保持等方面具有重要作用,因此,监测植被生长变化并探讨其与气候变化之间的关系,在全球变化研究中具有重要意义。基于MODIS NDVI和GIMMS NDVI数据集,并通过一致性检验,在区域和像元两个空间尺度上,利用一元线性回归模型,研究东北黑土区1982—2016年植被生长动态,分析植被生长对气温和降水量的响应程度。结果表明:区域尺度上,1982—2016年东北黑土区植被生长季NDVI变化分为3个阶段(先增加继而减少最后再增加),区域植被的生长在气温、降水量的共同作用下,呈现出明显季节差异;像元尺度上,1982—2016年东北黑土区NDVI总体趋势为改善状态,主要改善植被类型为草原、森林和农业植被,鹤岗市、绥化市和长春市改善面积较大;多年平均NDVI值与同期气温和降水量具有一定的相关关系,平原地区植被NDVI与气温主要呈显著正相关关系,植被类型主要为耕地;平原地区边缘和山地地区的植被NDVI与降水量以显著正相关关系为主,主要植被类型为森林和草地。

我国东北黑土区侵蚀沟道的普查方法与成果

东北黑土区侵蚀沟道普查是第一次全国水利普查中水土保持情况普查的重要组成部分,也是我国对该区侵蚀沟道开展的首次全面调查。本文全面介绍了本次普查的对象、范围、内容、技术方法、质量控制和成果,对进一步规范和完善侵蚀沟道调查方法、分级分类标准以及开展东北黑土区侵蚀沟道治理意义重大。东北黑土区侵蚀沟道普查以2.5 m分辨率遥感影像和1∶5万数字线划图为主要信息源,采取人机交互的方式辨识50 km2小流域内长度在100 m和5 000 m之间的侵蚀沟道,提取沟道面积、长度、纵比和起讫经纬度等指标。在沟道提取、数据填报和成果审核汇总等阶段,县级、省级和流域等各级普查机构通过野外核查、室内检查和数据比对等严格的质量控制方法,对侵蚀沟道的遥感解译与识别、沟道勾绘精度、图形数据接边进行审核,保证普查结果的全面性和准确性。经调查东北黑土区共有侵蚀沟道29万5 663条。

东北漫岗黑土区切沟侵蚀发育特征

随着人们对土壤侵蚀空间尺度认识的加深,发育在更大空间尺度上的切沟愈来愈受到重视。切沟是土壤侵蚀的重要组成部分,但现有的土壤侵蚀模型尚未包括切沟侵蚀部分。本研究利用高精度差分GPS,在对东北典型漫岗黑土区切沟监测的基础上,借助GIS平台生成DEM,通过DEM的叠加分析,探讨了沟内蚀积变化特征。并在此基础上,提出了东北切沟侵蚀的概念模型,认为冬春季冻融侵蚀产生沟内堆积—雨季径流产生侵蚀的过程可能是该区切沟发育的一种重要模式。

东北典型黑土区土壤风蚀环境分析

根据1951～2000年的日平均风速、气温和降水数据以及1980～2000年的沙尘暴资料，分析东北典型黑土区的风蚀环境。结果表明，东北典型黑土区6个气象站点1～5月平均气温50年来显著升高，1～5月总降水量没有明显变化趋势。嫩江年大风日数1980年以来比1950～1960年多，年沙尘暴日数也有所上升，土壤风蚀环境趋于严重；哈尔滨等5地风蚀环境减弱。典型黑土区土壤风蚀环境在整个东北地区处于中等状态。

东北漫岗黑土区地形因子对浅沟侵蚀的影响分析

浅沟侵蚀是坡耕地上重要的产沙方式之一,地形是控制其发生及发展的关键因素。通过对东北漫岗黑土区两个小流域的地形因子和浅沟侵蚀进行相关分析发现,浅沟长度、侵蚀体积与坡面长度呈显著相关,与汇水面积也有较好的相关。根据地形临界理论,确定了研究区浅沟和切沟侵蚀发生的地形临界(S-A)关系:SEG=0.052A-E 0G.148和SG=0.072 A-G 0.141,可以用来预测小流域内可能发生浅沟侵蚀以及浅沟向切沟侵蚀转变的部位。在地形分析的基础上,建立了预测浅沟长度的回归模型,交叉验证表明模型对单条浅沟长度的预测误差较大,平均误差37%;而预测浅沟总长度效果较好,预测浅沟总侵蚀量与实测值的误差也只有6%。

DEM分辨率对地形因子提取精度的影响

为揭示DEM分辨率对地形因子（LS）提取精度的影响,本研究将30 m分辨率DEM数据进行重采样,分别计算30、60、90、120、250、500和1 000 m 7个不同分辨率下我国黑土区、黄土区和红壤区的LS因子值,分析3个土壤类型区LS因子随着DEM分辨率变化的特点,并进一步研究LS因子与坡度和坡长的相关性及其空间分布情况。结果表明：黑土区LS因子值最小、黄土区次之,红壤区LS因子值最大;坡度因子比坡长因子对DEM分辨率的变化更为敏感,随着分辨率的降低,L因子值整体变化不大,有轻微先增大后减小趋势,S因子值和LS因子标准差均呈现降低态势;随着DEM分辨率降低,3个土壤类型区的LS因子值均逐渐减小,当分辨率由30 m下降到1 000 m时,LS因子值可降至原来的1/6~1/3;DEM分辨率为30 m时,LS与坡度的相关系数在0.78~0.86之间（P〈0.05）,与坡长的相关系数在0.34~0.46之间（P〈0.05）,随着DEM分辨率的降低,LS因子与坡长和坡度的相关系数均有明显的降低趋势。在应用土壤流失模型过程中,DEM分辨率对LS因子值的影响不可忽视,研究结果对于大中尺度研究中DEM分辨率选取和参数修正具有一定的参考和借鉴价值。

东北黑土区地域界定及其水土保持区划探析

关于东北黑土区的地域界定长期以来众说纷纭,莫衷一是。而这一概念的悬疑又直接影响到《东北黑土区水土流失防治工程》的地理界定和措施选取,从土壤、地貌和经济结构三个角度论述了广义东北黑土区的地域范围,并结合该区水土保持区划成果对黑土区水土保持生态建设提出了建设性建议。

东北黑土区侵蚀沟治理对策

从发生规律和防治措施两方面梳理了我国东北侵蚀沟治理的研究现状及存在的主要不足。在此基础上,提出了综合治理与分类治理相结合的防治思路,总结了适用于分类治理的6项特色治沟技术,并指出了4方面东北侵蚀沟防治的科研重点。

东北黑土区水土保持林降雨截留特征分析

为了解林冠截留对东北黑土区水土保持林水分循环、分配及利用率的影响，以落叶松和落叶松蒙古栎混交林为研究对象，在吉林省东辽县杏木小流域布设野外观测试验，对两种不同林分降雨截留特征进行分析。在15次降雨观测中，落叶松与落叶松蒙古栎混交林的林下穿透雨分别占总降雨量的72．02％和67．42％，树干流占2．62％和2．74％，截留量占25．32％和29．80％，两种林分林冠截留率为8．93％～73．50％，落叶松蒙古栎混交林对降雨的截留作用较佳。落叶松与落叶松蒙古栎混交林产生地表径流各8次，共计产流3．52和3．40mm。不同林分林下穿透雨和截留量随月份变化表现为8月〉7月〉6月〉5月〉9月，树干流为7月〉8月〉6月〉5月〉9月，9月截留率最高，分别为44．49％和49．02％，7月份截留率最低，分别为20．40％和25．17％。不同林种林下穿透雨、树干流及截留量均与降雨量呈显著线性相关（P〈0．05），且当降雨量〈30mm时，树干流增幅较小，降雨量〉30mm时，树干流迅速增加并逐渐趋于平稳。截留率随着降雨量的增加则逐渐降低，当降雨量较小时（〈30mm），林冠截留率由73．50％降低到21．90％，随着降雨量的增大，截留率变化幅度较小，并趋于稳定。两林分林下穿透雨与降雨强度呈显著线性相关（P〈O．05），树干流与降雨强度以对数拟合较好（P〈O．05），降雨强度与林冠截留量和截留率相关性不显著。当降雨强度≤2．65mm／h时，两林分林冠截留率均大于50％。

东北水保工程项目区水土保持效益评价

在国家农业综合开发东北黑土区水土流失治理一期工程区内,选取新型大垄、垄向区田(3°和5°)、3°垄沟深松、改垄、梯田、地埂、草地、林地共8个不同的水土保持措施地块作为试验小区,以传统3°和5°顺坡垄作为对照小区,开展全年水土保持监测,并以此进行了田块尺度上的各项水土保持措施的效益分析。研究结果表明,水保工程措施总体优于水保耕作措施,在耕作措施中新型大垄密植水保效果最佳。各项措施水土保持效益排序为:草地>林地>新型大垄>改隆>梯田>地埂>深松>3°区田>5°区田。新型大垄、区田和深松措施水保作用具有时效性。

东北黑土区发展保护性耕作可行性分析

阐述了东北黑土区的资源概况与发展保护性耕作的意义,分析了黑土区现行耕作存在的问题及要解决的关键技术,提出了东北黑土区发展保护性耕作的目标及模式。

东北黑土区沟蚀现状及其与景观格局的关系

调整土地利用结构改善景观要素的数量比重,以及优化景观斑块的空间配置是控制土壤侵蚀的有效措施之一,该文选择典型黑土区内的克东县为研究区,以SPOT5影像为基础数据源,获取了研究区的沟蚀现状及景观格局分布现状。运用ArcGIS的水文分析模块提取研究区55个子流域作为基本分析单元,运用GIS空间分析能力和FRAGSTAT软件获取了不同子流域的侵蚀沟密度及其对应的景观格局指数值,通过相关性分析探讨和研究侵蚀沟与景观格局之间的关系,据此为当地或同类地区农业景观的土地利用规划和侵蚀治理提供科学参考。结果表明研究区结构性侵蚀沟条数为2246条,最短侵蚀沟为19.7m,最长侵蚀沟为12499.43m,侵蚀沟密度为479.15m/km2,吞噬耕地面积为1734.05hm2,破坏耕地面积为8067.5hm2;研究区为典型的基质-斑块-廊道农业景观,旱地较高的人工化是侵蚀产生的重要原因;侵蚀沟密度与旱地和林地的面积百分比、分维数、聚集度和多样性指数的相关性分析表明,合理的调整旱地、林地和草地的比例,优化景观斑块空间配置,对于抑制侵蚀具有重要性;侵蚀沟密度与景观指数的多因子相关性分析表明,各子流域之间的景观格局差异不是引起沟蚀差异的主要原因,探讨沟蚀形成因素需要将多种因子综合进行分析。

东北黑土区TDR测定农田土壤含水量的室内标定

土壤水分标定是利用TDR监测农田土壤水分过程中的必要环节。以东北黑土区农田土壤剖面深度上的4种典型介质(黑土层、母质层、过渡层、砂砾层)为试验对象,利用"由湿到干"的土柱试验方法,用烘干法对TDR进行室内标定研究。结果表明:1)TDR内置土壤标定曲线测定的含水量明显低于烘干法测量的含水量。在TDR法土壤含水量标定时,指数关系比线性关系具有更高的标定精度。2)单一介质的TDR法土壤含水量标定曲线对自身介质的标定精度高(最大绝对误差3.2%)。3)混合介质的TDR法土壤含水量标定曲线的标定精度较高(最大绝对误差6.6%),可用于不同介质TDR法土壤含水量标定。本研究结果可用于研究区及类似区域修订TDR法含水量测定结果。