東北地理所在不同土地管理措施調控黑土區(qū)坡面徑流和泥沙以及評估WEPP模型適用性取得進展
土壤侵蝕作為土地退化的核心驅動因素，對全球農業(yè)可持續(xù)發(fā)展構成嚴峻挑戰(zhàn)，尤其在中國東北黑土區(qū)等生態(tài)脆弱的重要糧食生產基地表現(xiàn)尤為突出。然而，針對不同土地管理措施的徑流和產沙的長期監(jiān)測研究很少，更缺乏用于減緩土地退化的模型校準和驗證研究。因此，深入研究不同土地管理措施對東北黑土區(qū)坡面徑流和泥沙的調控作用以及評估WEPP模型適用性具有重要的實踐意義，這對區(qū)域的水土保持措施優(yōu)化和土壤侵蝕預測具有重要作用。
近日，東北地理所黑土退化與修復學科組郭明明研究團隊在不同土地管理措施調控東北黑土區(qū)坡面徑流和泥沙以及評估WEPP模型適用性取得進展。該項成果基于海倫水土保持監(jiān)測研究站（2013-2023年）的長期定位觀測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析了自然降雨條件下六種典型土地管理措施（裸地、自然植被恢復、免耕、傳統(tǒng)耕作、少耕和等高耕作）的水土流失特征，并采用Water Erosion Prediction Project（WEPP）模型對各措施坡面在降雨事件尺度上的徑流泥沙進行模擬驗證。結果表明（圖1），與開墾后的裸地相比，其他5種土地管理措施分別降低徑流和土壤流失量55.8%~92.2%和92.5~99.9%，裸地對短時高頻強降雨的敏感性較強，而短時低頻中周期降雨則對其他管理措施水土流失貢獻最大，從水土保持角度建議實施免耕或等高耕作以減輕土壤侵蝕。植被和壟溝系統(tǒng)顯著改變了徑流和泥沙的空間通量，高侵蝕性降雨是誘發(fā)土壤流失的主要類型，這對優(yōu)化暴雨條件下的壟溝或其他坡面水保工程設計具有重要指導意義。敏感性分析表明，不同管理措施下土壤侵蝕的主導過程存在差異：裸地、少耕和傳統(tǒng)耕作以細溝侵蝕為主，而自然植被恢復、免耕和等高耕作則以細溝間侵蝕為主導過程。采用高分辨率降雨斷點數(shù)據(jù)可有效降低了WEPP模型的氣候輸入誤差，校準后的WEPP模型對各管理措施下的水土流失模擬效果較好，其中對土壤流失量的預測精度優(yōu)于徑流量預測，但等高耕作情景的模擬效果相對較差，需要進一步優(yōu)化模型參數(shù)化方案。研究不僅為黑土區(qū)水土保持措施優(yōu)化提供了科學依據(jù)，也為發(fā)展區(qū)域土壤侵蝕預測模型奠定了重要基礎。
研究成果近期發(fā)表在中國科學院一區(qū)Top期刊《Soil & Tillage Research》上。黑土退化與修復學科組特別研究助理陳卓鑫為論文第一作者，郭明明副研究員為通訊作者。研究得到東北地理所青年科學家小組項目（2023QNXZ03）和中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（XDA28080503）聯(lián)合資助。
論文信息：Zhuoxin Chen,Mingming Guo*,Yuan Chen,Qingsong Shen,Qiang Chen,Xin Liu,Lixin Wang,Xingyi Zhang. Utilizing an 11-year runoff plot dataset to evaluate the regulation of six land management practices on runoff and sediment on Mollisols slopes and the applicability of the WEPP model. Soil and Tillage Research，2005， 252,106601.
論文鏈接：http://doi.org/10.1016/j.still.2025.106601
圖1 不同土地管理措施調控東北黑土區(qū)坡面徑流和泥沙以及評估WEPP模型適用性
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