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黑土区是我国的重要商品粮生产基地,黑土区的粮食生产总数量可以说关系到中华人民共和国(全中国)尺度粮食市场供应的动态平稳运行,因此,该区在保障国家粮食安全、落实国家粮食安全战略方面具有不可替代的作用,素有中国粮食生产“稳压器”的美称。东北黑土地区较为适宜的温带大陆性气候、充沛的降水量、足够的光温生产潜力使得表层20cm范围内土壤有机质含量高、土质较为肥沃、适合农业发展。然而,一直以来较为粗放的生产经营模式、注重产量忽视投入成本、重利用轻培肥等掠夺式经营导致单位面积耕地有机质含量、土壤微生物活性不断降低,加之黑土区范围内城市化与工业化的快速发展、人口规模的不断增加、居民生活质量的不断提升和城市功能品味的不断抬升等因素,使得建设用地不断扩张,耕地资源流失严重,区域气候环境与生态功能受到人为干扰不断增加,进一步导致黑土区自然植被覆盖降低,土壤生长环境日渐下降,部分耕地区甚至出现退耕现象,黑土资源的可持续性受到严峻挑战。 在黑龙江省,黑土区分布广泛,单位面积较高的粮食产量对巩固和提升该省粮食战略具有战略性意义。而侵蚀沟作为一种影响耕地质量的重要因素,其迅速发展剥夺地表、蚕食耕地,严重降低耕地的品质。明晰黑土区侵蚀沟总量与空间分布格局,理清侵蚀沟变化与高程、坡度等自然状况的关系,对于了解侵蚀沟发展过程,制定有效的治理措施,提升黑土地区耕地资源的土壤禀赋,持续稳定全国尺度粮食供给量具有重要作用。 黑龙江省——拜泉县地理位置位于小兴安岭与松嫩平原的交汇区,地势东北高西南地,位于黑土区土质肥沃地带,其耕地侵蚀沟发展历经了自然发育阶段、人为干扰恶化阶段、侵蚀沟整治阶段,具有鲜明的阶段性,这对于研究黑土区侵蚀沟的发生、发展及其对生态环境的影响具有代表性。本文以东北地区黑龙江省境内,东北部的拜泉县为研究范围,基于RS和GIS技术手段,采用SPOT、高分一号等高分辨率卫星遥感数据源,开展侵蚀沟的动态变化定量分析,从侵蚀沟空间格局变化、地形分异规律以及影响因素分析方面进行初步探讨,以期为后续该区域相关研究奠定基础。本文主要内容及结论如下: (1)从2008年到2013年研究区侵蚀沟数量增加显著,由2502条增加到3712条,年均增幅约为15条,总长度由6.42×106m增加到8.59×106m,平均沟长由2565.2m减小到2314.62m。但各乡镇侵蚀沟数量具有差异性,兴农镇的侵蚀沟数量增幅最大,其次是兴华乡,丰产乡、大众乡、上升乡,与之形成鲜明对比,三道镇、爱农乡、富强镇、新生乡、兴国乡侵蚀沟数量降低;从侵蚀沟密度变化看,各乡镇略有差异,侵蚀沟密度变化最大的是兴农镇,其次是兴华乡,与之相反,国富镇与兴国乡具有减小趋势,侵蚀沟密度基本恒定的为爱农乡、富强镇、三道镇;侵蚀沟吞噬耕地面积变化(1442.61hm2-1502.45hm2),损毁耕地面积变化(2320.33hm2-3132.19hm2),二者具有同向增长情形,然区域差异明显,吞噬耕地最为严重的是拜泉县兴华乡,损毁耕地最为严重的是兴农镇,吞噬耕地增加比率为0.42%,损毁耕地增加比率为1.15%,国富镇吞噬耕地损害最小,吞噬耕地减小比率为0.74%,损毁耕地减小比率为0.33%;侵蚀沟在耕地之中分布居多,对耕地的损害尤为严重。通过时间节点界定2008年和2013年,侵蚀密度分别为1486.94m/km2和2150.81m/km2(耕地),侵蚀密度分别为165.96m/km2和173.83m/km2(草地),侵蚀沟密度都有减小趋势(其他地类)。土地利用结构对侵蚀强度有明显的影响,伴随耕地面积的增加和林地、草地面积的减少加速了侵蚀沟的发育。 (2)根据本文研究,侵蚀沟的水平与垂直分异特征与坡向、高度、坡度有关。2008-2013年,侵蚀沟在垂直方向上具有层状分布规律,同时,侵蚀沟的密度具有同向变化趋势,即;随海拔高度的增加均呈现先增大后减小的“V”型趋势,在高度值介于250-260m时,侵蚀沟的密度变化出现最大峰值,说明在这一海拔区域土壤的敏感程度达到最大值,环境比较脆弱,该高度作为侵蚀强弱的一个转折点,在这一海拔区域,生态保护需受重视。从时间序列变化中,海拔低于230m侵蚀沟密度基本保持不变,高于230m随海拔高度的增加,两条曲线距离越来越远,密度变化不断增大;2008-2013年,侵蚀沟密度具有同向变化特征,随坡度的增加表现为先增后减的变化走向,以抛物线形式存在。在3°-4°坡上出现峰值,密度分别为370.64m/km2和572.80m/km2。在0°-4°坡度区间,侵蚀沟密度增长速度2013年大于2008年,在4°-6°坡度区间,侵蚀沟密度减小速度2013年大于2008年,在>6°坡度区间,2008年与2013年侵蚀沟密度变化基本相同。在>5°的坡度区间,侵蚀沟密度逐渐减小,两条曲线相近,侵蚀沟密度变化趋近于0,表明此海拔区间侵蚀沟的形成与变化更多的受到坡长、汇水面积、坡面形态的影响,而不是坡度;2008-2013年,侵蚀沟密度在八个坡向上变化的差异明显。除东坡与东北坡外,其余坡向侵蚀沟都有明显增加的趋势,西坡与西南坡增幅更为显著。侵蚀沟密度具有由东部向西部转移的趋势,而且阳坡大于阴坡,南坡大于北坡,西南坡大于西北坡。 (3)文中利用SPSS20平台,对高程、坡度等地形指数进行相关性分析,结合土地利用数据探究单一地形因素对侵蚀沟密度变化的影响。结果表明,侵蚀沟密度变化与海拔高度、地面坡度密切相关。2008年和2013年侵蚀沟密度出现峰值的海拔高度区间均为250-260m,以此为分界点,在分界点以下,海拔高度与侵蚀沟密度呈现正相关;在分界点以上,为负相关,R2分别为0.87152和0.79201;时间序列为文中研究的起始点(2008年)和终点(2013年)时,在3°-4°坡度上侵蚀沟密度出现峰值,因而,坡度3°-4°可以作为对侵蚀沟密度影响的分水岭,这之下,坡度与侵蚀沟密度呈现正相关;这之上,为负相关,R2分别为0.9325和0.82101;土地利用结构调整对侵蚀沟密度变化有显著的影响,耕地增加、林地与草地减少使得侵蚀沟密度随之上升。