1970—2021 年典型黑土區侵蝕溝損毀耕地速度與發育階段

陳家宙，何陽波，高鈺淏，陳俊熹，黃怡婷，朱貽凡，宋馮豪

（華中農業大學資源與環境學院，武漢 430070）

0 引言

東北黑土性狀好、肥力高、適宜農耕，廣義的黑土地分布在東北三省和內蒙東四盟等246個縣（市、旗），總面積109 萬 km2，80%的耕地位于坡度小于3°的地帶[1]。典型黑土則主要分布在中部的松嫩平原，面積為33.3 萬km2，其中坡度大于0.25°的耕地面積7.8 萬km2[2]。典型黑土區耕地雖然坡度小，但是坡長普遍超過300 m，個別超過3 000 m，田塊面積大，耕層表土在降水集中期極易被沖刷，是水土流失的優先防治對象。

典型黑土區耕地水土流失嚴重，且大部分地區出現了侵蝕溝，這不僅直接損毀耕地，影響機械耕種，還促進坡面侵蝕，降低溝邊土壤質量，是耕地產能降低的重要原因。中國于2010—2012 年間開展了一次黑土區侵蝕溝全域普查，通過衛星影像資料測量長100～5 000 m 的大型侵蝕溝，2013 年水利部[3]公布的結果顯示黑土區有侵蝕溝29.566 3 萬條，侵蝕溝面積占黑土區國土面積的1.9%。后來一些研究認為，普查的侵蝕溝數量數據偏小，實際侵蝕溝可能超過60 萬條[4-5]，原因是普查沒有全部識別衛星遙感影像中路邊、林邊及林下的侵蝕溝，同時忽略了長度小于100 m 的侵蝕溝。這些小的侵蝕溝數量多，發育速度快，潛在危害大，不應被忽視。

在侵蝕溝普查的同時，有研究陸續報道了黑土不同區域侵蝕溝的發育狀況[6-7]。閆業超等[8]利用1965 年美國Corona 衛星影像和 2005 年法國Spot-5 衛星影像，研究克拜東部黑土區侵蝕溝變化，表明40 a 來區域內侵蝕溝從1 682 條增加到2 561 條。同樣1965—2005 年烏裕爾河和訥謨爾河兩流域侵蝕溝密度劇增[9]，侵蝕溝在水平和垂直方向上呈現分異特征[10]，并且溝蝕重心向西北移動，其趨勢與耕地重心的移動方向一致[11]。整個東北黑土區的人類活動強度與單位面積侵蝕溝數量、長度、面積顯著相關[12]。此后，一些研究利用分辨率更高的遙感影像結合地面測量和土壤測試，建立了侵蝕溝數量和尺寸指標間的定量經驗關系[13-14]，詳細剖析了典型侵蝕溝的歷史發育速率[15]和耕地淺溝短期發展速度[16-17]及影響因子。但黑土區溝蝕發育歷史、速度、控制因素和關鍵過程尚存在爭議，侵蝕溝發展態勢有何變化仍不清楚。

在量化侵蝕溝發育狀況時，以往研究往往針對的是一個較大區域整體（如烏裕爾河流域）估算侵蝕溝發育速度[8-9,18-20]，不區分區域內山地、林地與耕地，沒有準確估算侵蝕溝對耕地的損毀，難以辨析影響農田侵蝕溝發育的關鍵因子；而一些小流域或者典型侵蝕溝的研究[14-15]，難以體現區域間自然和人為影響因子的差異。為區分典型黑土區不同侵蝕溝的發育階段，本研究針對侵蝕溝損毀耕地速度，以典型黑土區3個緯度帶的9個農田單元內的侵蝕溝為對象，通過人工解譯1970、2011 和2021年3個時間點的衛星影像和現場核驗測量，研究50 a 來侵蝕溝發育速度和損毀耕地的特征，探討侵蝕溝發育階段的變化，以期為農田侵蝕溝發展趨勢和機理探究提供數據支持，也為控制耕地侵蝕溝發育和保護黑土地提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域

研究區位于典型黑土核心區，從北往南選擇嫩江市九三農場管理區（49°10′55″N）、海倫市（47°27′5″N）、巴彥縣（46°5′9″N）3個緯度的典型農田為研究對象。3個緯度研究區沿著“新月形”核心黑土帶南北跨度300 km，分別代表了黑龍江省內典型黑土區的北部、中部和南部，平均海拔分別為320、230 和170 m，是典型的漫崗地形，土地利用以耕地為主，種植制度相同（玉米—大豆輪作），處在同一降水梯度帶（年降水量400～681 mm）。每個緯度帶內選取地形坡度分別約為1%、2%和3%的3個代表性農田小流域單元，以其村莊命名，它們的地形和耕作代表了該地區坡耕地的情況，為典型農田小流域單元。研究區的9個農田小流域根據衛星影像裁剪為規則的幾何形狀，9個單元總面積378.02 km2，每個平均42.0 km2，基本情況見表1。2008 年起，在黑龍江農墾總局30個縣開展了水土保持治理工作，對坡耕地侵蝕溝進行了整治。在收集衛星影像的同時，通過每個地區的水土保持工作匯報分別收集了上述3個緯度區的嫩江農場史、海倫縣志和海倫農場志、巴彥縣志等地方歷史記錄資料，根據各個地區黑土溝蝕文獻查閱了有關黑土開墾歷史的內容，作為侵蝕溝發育歷史的輔助判別資料。

表1 研究區域和農田小流域單元概況Table 1 Generalization of the study region and farmland watershed unit

1.2 影像數據源和侵蝕溝目視解譯

為了反映侵蝕溝的歷史變化，收集了研究區3個歷史時期的衛星影像。對1965—1972 年間的美國Corona衛星影像，通過影像質量對比篩查，挑選了覆蓋研究區域并且清晰度較高的1970 年5 月28 日和8 月6 日的影像為本研究最早的數據源，分辨率為Stereo high（最佳2.5 m）。然后收集了2011 年和2021 年2個時期的法國Pleiades 衛星影像，拍攝日期為4—5 月和9—10 月，分辨率為0.7 m。3 期衛星影像通過幾何校正，統一在ArcGIS10.4 中建立圖層，目視解譯和測量。因為研究單元內主要為耕地，即使在作物生長期切溝在影像上也能清晰反映出來，雖然部分淺溝也能識別，但本文僅測量切溝，不包括淺溝。目視解譯法盡管效率較低，但操作容易且精度高，而自動提取侵蝕溝誤差很大[21]，目視解譯仍是提取侵蝕溝的常用方法。

為了保證測量準確，對每條侵蝕溝采用目視識別和人機交互的方法測量其長度、寬度和面積，并進行了野外實地踏查和核驗。于2022 年4—5 月在全部9個研究單元開展了實地核查和侵蝕溝地面測量，在每個單元的核心區（占整個單元面積的1/3～1/2）采用大疆無人機（精靈Phantom 4RTK）飛行拍攝，飛行高度120 m，影像水平精度2.7 cm，作為人機交互識別侵蝕溝的核對依據，確保每條侵蝕溝解譯和測量正確。同時在地面采用激光測距儀（Bosch GLM250 VF）測量了研究單元內部分侵蝕溝的長寬深等數據，用于核驗目視解譯衛星影像測量結果。

1.3 人機交互測量侵蝕溝與統計方法

在研究過程中發現，由于人為治理填埋侵蝕溝，在3個歷史時期，有些侵蝕溝變大了，有些侵蝕溝消失了或者縮小了，有些侵蝕溝則是新出現的，簡單地以2個時期的侵蝕溝長度或者面積進行對比，得到的是表觀的侵蝕溝發育速度（掩蓋了侵蝕溝實際發育部分），不是真正的侵蝕溝發育的速度。因此，本文追蹤每條侵蝕溝，在測量時把不同歷史時期的影像進行疊加，記錄每條侵蝕溝在3個歷史時期的長度、寬度和面積，并勾繪其輪廓，從而對新增和治理消失的侵蝕溝加以區分，分別計算了表觀發育速度（即凈速度，包含了因治理而縮小或消失的侵蝕溝）和實際發育速度（即侵蝕溝自身發育速度，剔除了因治理而縮小或消失的侵蝕溝），前者反映了研究單元內侵蝕溝凈增減速度，后者反映了侵蝕溝本身實際的發育速度。

1.4 侵蝕溝起始年份估算方法

文獻 [15,23]使用典型侵蝕溝的面積增長速率推算起始發育時間，但單條溝難以代表區域侵蝕溝起始時間。如果知道區域內2個年份（T1和T2）的侵蝕溝的發育規模（G1和G2），則可用式（1）推算該區域侵蝕溝的起始發育年份X：

式（1）中侵蝕溝規模可以為數量、長度、面積或體積指標，從而得到不同發育規模指標估算的起始年份相互佐證。式（1）假定侵蝕溝勻速發育并且沒有人為填埋治理，但由于本研究區已經治理的侵蝕溝較多，人為影響下侵蝕溝長度和面積變化復雜，因此只采用新增侵蝕溝數量估算區域的侵蝕溝起始發育年份。

2 結果與分析

2.1 侵蝕溝數量

研究單元內1970、2011 和2021 年3個歷史時期的侵蝕溝數量分別是502、771 和1,149 條（表2），50 a來凈增加647 條，而且近10 a（2011—2021 年）凈增加數量（378 條）大于更早的40 a（1970—2011 年）凈增加數量（269 條）。一些規模較大的侵蝕溝在此期間得到了治理而消失，凈增加數量不能反映侵蝕溝真實發育速度，剔除消失的311 條侵蝕溝之后，50 a 來實際增加了958 條新侵蝕溝，相當于數量密度增加了2.4 條/km2，年均實際增加速率為0.048 條/km2，且近10 年年均實際增加速率是更早40 a 的4.29 倍，呈加速趨勢。

表2 1970—2021 年3個歷史時期不同區域侵蝕溝數量Table 2 The number of gully in different regions during three historical times of 1970-2021條

侵蝕溝的治理速度也在加快。1970—2011 年期間共治理193 條，相當于每年治理4.8 條；而近10 年共治理118 條，相當于每年治理11.8 條，但是治理的速度明顯低于新侵蝕溝數量增加的速度（49.6 條/a），凈增加數量為正值。3個緯度區的侵蝕溝數量增減差異明顯，南部巴彥縣50 a 來侵蝕溝數量凈增加和實際增加分別是3 和164 條，中部的海倫是272 和375 條，而北部的嫩江則是372 和419 條，說明北部侵蝕溝數量加速趨勢更明顯。

2.2 侵蝕溝長度和面積

侵蝕溝長度與數量凈增減趨勢在3個歷史時期基本一致（圖1），表現為50 a 來南部巴彥縣表觀長度（即考慮了因治理而減少后的凈長度）略微減少而中部海倫和北部嫩江則持續增加，以最北部的嫩江增加幅度最大；實際長度（剔除了因治理而減少的長度，只統計侵蝕溝增加的長度）在3個緯度區均大幅度增加。同一緯度區內，大坡度的農田單元（即坡度為3%的前馮爐、大成、尖山）的侵蝕溝數量和長度最大，而且近10 年增加速度也最大；而小坡度（1%和2%）農田單元內侵蝕溝數量和長度均較小，50 a 來不同地形農田單元的侵蝕溝的發育差異格局未變而且有擴大的趨勢。

圖1 3個歷史時期3個緯度區的侵蝕溝的數量、長度和面積Fig.1 Gully numbers,lengths and areas in three latitude regions in three historical periods

表觀侵蝕溝面積50 a 來總體減少（圖1c）（但嫩江增加），減少主要發生在1970—2011 年時期，而2011—2021 期間又開始增加。注意到侵蝕溝面積變化趨勢與長度變化趨勢不完全一致，其原因是治理的多是規模大的侵蝕溝，新增的小規模侵蝕溝長度較長但面積并不大。表3 所示的不同歷史時期侵蝕溝的平均寬度可以佐證，2021 年的侵蝕溝寬度明顯小于1970 年的寬度，說明寬大的侵蝕溝得到了治理；同時看到，2021 年的侵蝕溝寬度較2011 年要大，說明老溝仍處在溝岸擴張的活躍期。

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表3 1970—2021 年3個歷史時期9個農田單元的侵蝕溝的平均寬度Table 3 The average width of gully at nine farmland units in three periods during 1970-2021 m

剔除人為治理面積之后，50 a 來因侵蝕溝發育而實際損毀耕地的面積一直在增加（圖1c）。近10 年新增損毀耕地的面積（3.04 km2）大于更早的40 a 的損毀面積（1.52 km2），年均損毀耕地的速度為0.10%（占研究單元內國土面積百分比），是過去40 a 平均值（0.01%）的10 倍。3個緯度區，近10 年損毀耕地面積速度基本接近（0.082%～0.107%）。同一緯度區，巴彥和海倫損毀耕地更快的是大坡度農田單元，而北部的嫩江是小坡度農田單元，這種差異與開墾歷史和侵蝕溝發育階段不同有關。巴彥和海倫的侵蝕溝起始發育早于嫩江，侵蝕溝發育強度和發育規模更大，出現了較多大坡度的坡面溝。而北部的嫩江地區侵蝕溝發育時間較短，大部分為小坡度的谷底溝。

2.3 侵蝕溝起始發育年代

以1970—2011 年間實際增加新侵蝕溝數量規模估算了3個緯度區的侵蝕溝起始發育年代，同時用文獻提供的數據按照式（1）估算了典型黑土其他區域的侵蝕溝起始年代，一并列入表4。

表4 根據典型黑土區侵蝕溝不同指標估算的起始發育年份Table 4 Initial year of development estimated from different indicators of gully in typical black soil region

可以看到（表4），從南往北，巴彥、海倫、嫩江侵蝕溝起始年代分別是1848、1942 和1957 年。其中巴彥可能因為黑土開墾利用早，侵蝕溝發育更早，人為影響更大（侵蝕溝治理規模比其他地方更大，低估了實際發育速度），估算的年份不合理（因此采用松嫩平原侵蝕溝數量計算的1921 年），其余兩地的起始年代與表4 中文獻采用數量、長度、面積估算的結果接近，有一定的參考價值，表明用數量規模估算區域侵蝕溝起始年代是可行的。

2.4 侵蝕溝溝系發育形態

單條侵蝕溝的發育一般按細溝、淺溝、切溝的順序逐漸變大，形態特征和損毀耕地的方式也發生變化，而區域內的多條侵蝕溝構成的溝系形態變化更能反映區域侵蝕溝發育特征。3個緯度區侵蝕溝起始發育時期和所處階段不同，其發育和損毀耕地的特點有差異。選取各區域發育完整的侵蝕溝溝系來代表該區域的侵蝕溝發育特征，圖2 是代表性侵蝕溝系在3個歷史時期的平面輪廓，表現出以下特征：1）3個緯度區侵蝕溝的形態差異大。南部的巴彥侵蝕溝發育最早，而北部的嫩江發育最晚，從北往南侵蝕溝變大，溝系更復雜（支溝增多），3個地區的侵蝕溝處在不同的發育階段。2）50 a 來3個緯度區都沒有發育新的谷底溝，而坡面溝數量和長度發育速度非常快。嫩江在1970—2011 年期間，谷底溝明顯溯源延長，而近10 年則發育了更多的新的坡面溝（圖2a）；海倫和巴彥的谷底溝不再溯源侵蝕（沒有延長），其中海倫發育了較多的新的坡面溝（圖2b），表明侵蝕溝發育熱點區已經從谷底上升到海拔更高的漫崗。3）次生溝發育。1970 年之前發育的大規模谷底溝多得到了治理（主要方式為填埋），溝道消失或者縮小（圖2b 和圖2c），但是近10 年，海倫和巴彥經過治理的侵蝕溝在原來的位置再次發育侵蝕溝（稱為次生溝）。次生溝的發育表明，已有的侵蝕溝治理措施并沒有從根本上阻控侵蝕溝發育，侵蝕溝發育的條件依然存在。

圖2 典型侵蝕溝系在3個歷史時期的形態特征（溝緣輪廓）Fig.2 Morphology (edge outline) of the typical gully system in three historical times

3 討論

3.1 侵蝕溝損毀耕地的速度與方式

以侵蝕溝面積占研究單元內的國土面積百分比為侵蝕溝損毀耕地指標，2010—2021 年典型黑土區損毀耕地的速度為年均0.1%，是1970—2010 年平均值的10 倍。閆業超等[8]利用衛星遙感得到黑龍江省典型黑土的克拜東部地區1965—2005 年期間侵蝕溝面積增加13.93 km2，損毀國土面積年均0.019%（根據其論文數據重新計算），該值落在本研究結果區間0.01%～0.10%內；張延玲等[19]用相同的方法得到黑龍江省烏裕爾河和訥謨爾河流域1965—2005 年期間新增侵蝕溝面積85.28 km2，年均損毀國土面積0.006%（根據其論文數據重新計算），低于本研究區間的下限。雖然研究區域和時段不同侵蝕溝損毀耕地速度不同，但是速度估算方法差異是造成結果差異的主要原因，文獻的結果偏小可能是因為沒有考慮侵蝕溝因治理而消失或面積縮小，得到的是侵蝕溝表觀發育速度而不是侵蝕溝實際發育速度。黑土區侵蝕溝治理從20 世紀70 年代開始[4]，2005 年前后國家啟動了黑土區水土流失綜合治理試點工程，這是本研究1970—2011 年期間侵蝕溝面積下降的原因。因此，直接以前后2個時間點侵蝕溝面積差值來計算侵蝕溝損毀速率，會低估侵蝕溝實際發育速度。此外，本研究單元主要為農田，選用經過篩選的衛星影像，解譯了長度大于5 m 的全部可以識別的侵蝕溝（本次實際測量的最短的侵蝕溝長度為23 m），這比以往文獻中針對整個區域不區分林地和山地的大面積測量更加精細，通過區分消失的和新增的侵蝕溝，能夠準確反映侵蝕溝發育的時空動態特征。

侵蝕溝發育和損毀耕地表現出明顯的區域差異。在3個緯度帶區域尺度上，從北往南單個侵蝕溝系規模更大（圖2），南部區域的侵蝕溝發育更早，因治理而消失的侵蝕溝面積也更大；但新發育侵蝕溝數量卻是北部大于南部，表明北部侵蝕溝加速發育的趨勢危險更大，這與王文娟等[11]報道的黑土區侵蝕溝發育重心向西北方向移動的結果一致。這種區域差異的原因，既與不同緯度區域侵蝕溝發育的條件有關（如氣候、地形、人為），也與侵蝕溝所處發育階段和存量面積有關。在同一緯度帶區域，坡度3%的單元內侵蝕溝數量顯著大于坡度1%和2%的單元，而后二者相差較小（圖1），這種坡度差異造成的侵蝕溝發育的差異格局在50 a 依然維持不變。

黑土區侵蝕溝處在快速發育期，并且表現出多樣化的損毀耕地的態勢。既有侵蝕溝因治理而消失，也有已經治理的侵蝕溝再次發育次生溝；既有老侵蝕溝繼續發育，也有新侵蝕溝涌現。任憲平等[25]也報道黑龍江克山幾個農田小流域在2004 和2008 年治理5 a 之后就再次出現了侵蝕溝，等同于本文的次生侵蝕溝。次生溝發育速度快是南部巴彥和中部海倫侵蝕溝發育的特征，而北部嫩江新侵蝕溝發育速度快。新侵蝕溝均為坡面溝而沒有谷底溝，但北部的嫩江谷底溝仍在溯源侵蝕，而南部巴彥和中部海倫已經完成了谷底溝溯源侵蝕階段。侵蝕溝多樣化發育是當前典型黑土區侵蝕溝損毀耕地的重要特征。

3.2 典型黑土區侵蝕溝發育歷史

當前侵蝕溝多樣化的發展態勢實際上是不同區域起始發育年代不同的反映。黑土區侵蝕溝主要起始發育年代一直有爭議，究竟是清末放墾時期、民國時期、偽滿時期還是新中國大規模開墾以后，目前沒有定論，有人認為當前侵蝕溝絕大多數發育形成于 20 世紀五六十年代[4,15]，有人認為更早一些[8]。閆業超等[26]利用黑龍江省中部黑土區的1945 年航測地形圖繪制的侵蝕溝分布圖表明，拜泉縣和明水縣（與海倫同一緯度帶）在1945 年就已經有大面積高密度的侵蝕溝分布。水利部1950 年松嫩平原調查有侵蝕溝5.272 1 萬條[24]。這些結果表明，雖然1950s 中期是黑土區大規模開墾的起始時間，但典型黑土區侵蝕溝起始發育時間早于這一時期。

WEN等[15]通過對海倫光榮村1968 年和2018 年的4 條侵蝕溝的詳細考證，根據溝口沉積物層次特性判斷沉積年份，綜合得出其起始發育時間是20 世紀五六十年代。本文注意到作者選擇的這4 條溝在該研究區規模較小，其他一些更大的侵蝕溝發育年代更早，因此可以推斷海倫侵蝕溝起始發育時間早于20 世紀五六十年代。

3個緯度帶區的侵蝕溝當前所處的發育階段和溝系形態不同（圖2），反映其起始發育年代也不一樣，北部嫩江要晚于中部的海倫和南部的巴彥（表4）。自1861 年清政府弛禁放懇后，最早的墾荒從南部開始。巴彥縣在1862 年招墾，1954 年就開始使用拖拉機（巴彥縣志）；而海倫縣晚一些，1898 年開禁，1955 年建農場大規模開墾（海倫農場志，海倫縣志）；嫩江則更晚，1931 年日本開拓團開墾，1955 年建立農場大規模開墾（嫩江農場史）。可見不同區域開墾時間前后相差70 a，如果以巴彥作為松嫩平原侵蝕溝最早發育地區之一，則從表4 結果可以基本確定巴彥、海倫和嫩江起始發育時間分別是1920s 早期、1940s 早期和1950s 晚期，這與其開墾時間先后順序一致。

3.3 典型黑土區侵蝕溝發育階段

侵蝕溝發育階段與起始發育年代有關。南部巴彥1970 年侵蝕溝平均寬度已經超過20 m（表3），并且發育了規模巨大的侵蝕溝系（圖2），距1862 年開始招墾已經過去了108 a；而北部的嫩江此時（1970 年）因為距開墾時間（1931 年）只有40 a，區域內侵蝕溝基本為線型的谷底溝（沒有發育支溝），直到2021 年（距離開墾90 a）典型的侵蝕溝系規模還趕不上1970 年的巴彥的規模。中部的海倫侵蝕溝規模居中，發育階段居中。當前3個緯度區侵蝕溝發育階段與其開墾時間先后順序一致，但開墾時間并不是影響侵蝕溝發育階段的唯一因子，地形和人為作用對侵蝕溝發育階段有重要影響。

地形對侵蝕溝發育階段也有影響，典型黑土區的緩坡漫崗地形決定了谷底溝早于坡面溝發育，從而可以分區為谷底溝發育和溝系形成2個階段。漫崗區整體地形坡度小，自然條件下并不容易發育侵蝕溝，但在2個或多個漫崗坡（山坡）圍成的谷底區域，雖然坡度（S,m/m）也小但匯水面積（A,hm2）極大，根據侵蝕溝起始發育的地形閾值理論，即滿足AbS≥k可以發育溝頭[27](b和k為回歸系數，無量綱)，可以確定谷底最先發育侵蝕溝[27-28]。谷底溝出現之后，由初期的單條孤溝逐漸發育支溝而形成溝系。溝系的形成有2 種可能的方式，其一是幾條單獨的谷底溝延長而連接和匯合，其二是谷底溝出現后促進了其支溝發育。支溝即為谷底溝兩側漫崗的坡面溝，谷底溝出現促使坡面溝發育的機理可能是，谷底溝兩側坡面的徑流匯水從溝緣進入溝內，雖然坡面A沒有變大，但S變大了（即谷底溝邊岸陡坡比原地面坡度大很多），就有可能達到了溝頭起始發育的地形閾值k從而在側面徑流匯入的部位發育支溝溝頭，一旦溝頭出現，溝頭溯源形成坡面侵蝕溝。當然，不排除有些條件下坡面溝可以獨立發育，例如高強度耕作促進坡耕地淺溝發育，一些淺溝會進一步發育為坡面溝，然后匯入谷底溝形成溝系。基于坡面溝和谷底溝的這種關系，黑土區侵蝕溝可以區分為2個關鍵發育階段，第一階段為谷底溝發育，即起始發育階段，谷底溝率先發育和發展為坡面溝出現創造了局部地形條件；第二階段為溝系形成，即谷底溝兩側發育坡面溝，與谷底溝一起形成溝系。

人類活動也影響侵蝕溝發育階段，人與自然共同作用下侵蝕溝發育呈現多樣化的特點。溝系形成之后，侵蝕溝將不斷加深變寬，一方面谷底溝峰值徑流增加，另一方面重力在坡面溝發育中的作用越來越大，導致溝壁崩塌和溝頭溯源，可能使黑土區成為類似溝壑密布的黃土高原，但黑土區因為墾殖和侵蝕溝發育時間短，當前并沒有成為第二個黃土高原。在人為正反兩方面影響下，一邊治理而阻止侵蝕溝發育，一邊高強度耕種加快坡面溝發育并導致耕地中淺溝涌現，這些淺溝可能發育為坡面溝。同時，沒有治理的老溝也繼續發育，已經治理的侵蝕溝再次發育次生溝，這些次生溝發育速度比原生溝發育速度更快。這是典型黑土區侵蝕溝發育的第三階段，即多樣化發育階段，是人與自然共同作用下侵蝕溝特殊的發育階段，其表現特征是老溝繼續發育、次生溝發育、耕地淺溝涌現、新坡面溝出現。

至此，可以初步勾繪典型黑土區侵蝕溝發育的歷史與階段（圖3）。在區域自然條件和開墾歷時長短共同影響下，南部巴彥侵蝕溝起始發育于1920s，經過了第一階段（谷底溝發育）和第二階段（溝系形成），2005年前后進入第三階段（多樣化發育）。北部的嫩江侵蝕溝起始于1950s 末期，完成了第一階段，直至2021 年尚沒有完成第二階段，但在人為耕種影響下淺溝大量涌現并進一步發育為新坡面溝，溝系正在加快形成。中部的海倫侵蝕溝發育階段則處在二者之間但更接近南部的巴彥，也處在第三階段。當前侵蝕溝發育處在一個關鍵的轉折期或十字路口，人為治理延緩侵蝕溝發育以及人為加速侵蝕溝發育正在開展一場拉鋸戰，二者較量的結果，決定典型黑土區侵蝕溝未來的發育走勢。

圖3 嫩江和巴彥典型黑土區侵蝕溝發育的歷史階段與對應的溝系平面特征示意圖Fig.3 The historical stages and the corresponding sketches of the gully systems in typical black soil regions of Nenjiang and Bayan

4 結論

在典型黑土區3個緯度帶的9個農田小流域單元，采用3個歷史時期的衛星影像通過人機交互解譯和測量了侵蝕溝的形態變化，定量分析了侵蝕溝發育和損毀耕地的速度，初步勾繪了典型黑土區侵蝕溝發育歷史與階段的輪廓，得到以下主要結論：

1）50 a 來研究區侵蝕溝數量實際增加了958 條新溝，呈加速發育趨勢。侵蝕溝損毀耕地面積呈現1970—2011年降低而2011—2021 年再增加的V 型走勢，但剔除人為治理而減少的侵蝕溝面積之后，侵蝕溝自身發育而損毀耕地面積一直在擴大，其中近10 年侵蝕溝實際年均損毀了研究區內國土面積0.10%，是更早的40 a（1970—2010 年）間的10 倍。

2）3個緯度區的侵蝕溝所處發育階段不同導致侵蝕溝數量、長度和面積增長特征有差異。侵蝕溝數量和長度發育速度快于面積增長速度，北部的嫩江表現得更明顯，表明侵蝕溝仍然處于發育早期。同一緯度區內坡度大的農田單元侵蝕溝發育速度大于坡度小的農田單元，這種差異格局50 a 沒有發生改變。

3）從南往北，巴彥、海倫和嫩江侵蝕溝起始發育時間分別是1920s 早期、1940s 早期和1950s 晚期，與開墾時間先后順序一致。北部的嫩江侵蝕溝已經完成了第一階段（谷底溝發育），當前處在第二階段（溝系形成），南部的巴彥和中部的海倫則已經完成了第一和第二階段，當前處在第三階段（多樣化發育）。侵蝕溝多樣化發育表現為淺溝大量涌現和新坡面溝出現，老的侵蝕溝繼續發育，已經治理的侵蝕溝再次發育為次生溝。