陈家宙，何阳波，高钰淏，陈俊熹，黄怡婷，朱贻凡，宋冯豪

（华中农业大学资源与环境学院，武汉 430070）

0 引言

东北黑土性状好、肥力高、适宜农耕，广义的黑土地分布在东北三省和内蒙东四盟等246个县（市、旗），总面积109 万 km2，80%的耕地位于坡度小于3°的地带[1]。典型黑土则主要分布在中部的松嫩平原，面积为33.3 万km2，其中坡度大于0.25°的耕地面积7.8 万km2[2]。典型黑土区耕地虽然坡度小，但是坡长普遍超过300 m，个别超过3 000 m，田块面积大，耕层表土在降水集中期极易被冲刷，是水土流失的优先防治对象。

典型黑土区耕地水土流失严重，且大部分地区出现了侵蚀沟，这不仅直接损毁耕地，影响机械耕种，还促进坡面侵蚀，降低沟边土壤质量，是耕地产能降低的重要原因。中国于2010—2012 年间开展了一次黑土区侵蚀沟全域普查，通过卫星影像资料测量长100～5 000 m 的大型侵蚀沟，2013 年水利部[3]公布的结果显示黑土区有侵蚀沟29.566 3 万条，侵蚀沟面积占黑土区国土面积的1.9%。后来一些研究认为，普查的侵蚀沟数量数据偏小，实际侵蚀沟可能超过60 万条[4-5]，原因是普查没有全部识别卫星遥感影像中路边、林边及林下的侵蚀沟，同时忽略了长度小于100 m 的侵蚀沟。这些小的侵蚀沟数量多，发育速度快，潜在危害大，不应被忽视。

在侵蚀沟普查的同时，有研究陆续报道了黑土不同区域侵蚀沟的发育状况[6-7]。闫业超等[8]利用1965 年美国Corona 卫星影像和 2005 年法国Spot-5 卫星影像，研究克拜东部黑土区侵蚀沟变化，表明40 a 来区域内侵蚀沟从1 682 条增加到2 561 条。同样1965—2005 年乌裕尔河和讷谟尔河两流域侵蚀沟密度剧增[9]，侵蚀沟在水平和垂直方向上呈现分异特征[10]，并且沟蚀重心向西北移动，其趋势与耕地重心的移动方向一致[11]。整个东北黑土区的人类活动强度与单位面积侵蚀沟数量、长度、面积显著相关[12]。此后，一些研究利用分辨率更高的遥感影像结合地面测量和土壤测试，建立了侵蚀沟数量和尺寸指标间的定量经验关系[13-14]，详细剖析了典型侵蚀沟的历史发育速率[15]和耕地浅沟短期发展速度[16-17]及影响因子。但黑土区沟蚀发育历史、速度、控制因素和关键过程尚存在争议，侵蚀沟发展态势有何变化仍不清楚。

在量化侵蚀沟发育状况时，以往研究往往针对的是一个较大区域整体（如乌裕尔河流域）估算侵蚀沟发育速度[8-9,18-20]，不区分区域内山地、林地与耕地，没有准确估算侵蚀沟对耕地的损毁，难以辨析影响农田侵蚀沟发育的关键因子；而一些小流域或者典型侵蚀沟的研究[14-15]，难以体现区域间自然和人为影响因子的差异。为区分典型黑土区不同侵蚀沟的发育阶段，本研究针对侵蚀沟损毁耕地速度，以典型黑土区3个纬度带的9个农田单元内的侵蚀沟为对象，通过人工解译1970、2011 和2021年3个时间点的卫星影像和现场核验测量，研究50 a 来侵蚀沟发育速度和损毁耕地的特征，探讨侵蚀沟发育阶段的变化，以期为农田侵蚀沟发展趋势和机理探究提供数据支持，也为控制耕地侵蚀沟发育和保护黑土地提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域

研究区位于典型黑土核心区，从北往南选择嫩江市九三农场管理区（49°10′55″N）、海伦市（47°27′5″N）、巴彦县（46°5′9″N）3个纬度的典型农田为研究对象。3个纬度研究区沿着“新月形”核心黑土带南北跨度300 km，分别代表了黑龙江省内典型黑土区的北部、中部和南部，平均海拔分别为320、230 和170 m，是典型的漫岗地形，土地利用以耕地为主，种植制度相同（玉米—大豆轮作），处在同一降水梯度带（年降水量400～681 mm）。每个纬度带内选取地形坡度分别约为1%、2%和3%的3个代表性农田小流域单元，以其村庄命名，它们的地形和耕作代表了该地区坡耕地的情况，为典型农田小流域单元。研究区的9个农田小流域根据卫星影像裁剪为规则的几何形状，9个单元总面积378.02 km2，每个平均42.0 km2，基本情况见表1。2008 年起，在黑龙江农垦总局30个县开展了水土保持治理工作，对坡耕地侵蚀沟进行了整治。在收集卫星影像的同时，通过每个地区的水土保持工作汇报分别收集了上述3个纬度区的嫩江农场史、海伦县志和海伦农场志、巴彦县志等地方历史记录资料，根据各个地区黑土沟蚀文献查阅了有关黑土开垦历史的内容，作为侵蚀沟发育历史的辅助判别资料。

表1 研究区域和农田小流域单元概况Table 1 Generalization of the study region and farmland watershed unit

1.2 影像数据源和侵蚀沟目视解译

为了反映侵蚀沟的历史变化，收集了研究区3个历史时期的卫星影像。对1965—1972 年间的美国Corona卫星影像，通过影像质量对比筛查，挑选了覆盖研究区域并且清晰度较高的1970 年5 月28 日和8 月6 日的影像为本研究最早的数据源，分辨率为Stereo high（最佳2.5 m）。然后收集了2011 年和2021 年2个时期的法国Pleiades 卫星影像，拍摄日期为4—5 月和9—10 月，分辨率为0.7 m。3 期卫星影像通过几何校正，统一在ArcGIS10.4 中建立图层，目视解译和测量。因为研究单元内主要为耕地，即使在作物生长期切沟在影像上也能清晰反映出来，虽然部分浅沟也能识别，但本文仅测量切沟，不包括浅沟。目视解译法尽管效率较低，但操作容易且精度高，而自动提取侵蚀沟误差很大[21]，目视解译仍是提取侵蚀沟的常用方法。

为了保证测量准确，对每条侵蚀沟采用目视识别和人机交互的方法测量其长度、宽度和面积，并进行了野外实地踏查和核验。于2022 年4—5 月在全部9个研究单元开展了实地核查和侵蚀沟地面测量，在每个单元的核心区（占整个单元面积的1/3～1/2）采用大疆无人机（精灵Phantom 4RTK）飞行拍摄，飞行高度120 m，影像水平精度2.7 cm，作为人机交互识别侵蚀沟的核对依据，确保每条侵蚀沟解译和测量正确。同时在地面采用激光测距仪（Bosch GLM250 VF）测量了研究单元内部分侵蚀沟的长宽深等数据，用于核验目视解译卫星影像测量结果。

1.3 人机交互测量侵蚀沟与统计方法

在研究过程中发现，由于人为治理填埋侵蚀沟，在3个历史时期，有些侵蚀沟变大了，有些侵蚀沟消失了或者缩小了，有些侵蚀沟则是新出现的，简单地以2个时期的侵蚀沟长度或者面积进行对比，得到的是表观的侵蚀沟发育速度（掩盖了侵蚀沟实际发育部分），不是真正的侵蚀沟发育的速度。因此，本文追踪每条侵蚀沟，在测量时把不同历史时期的影像进行叠加，记录每条侵蚀沟在3个历史时期的长度、宽度和面积，并勾绘其轮廓，从而对新增和治理消失的侵蚀沟加以区分，分别计算了表观发育速度（即净速度，包含了因治理而缩小或消失的侵蚀沟）和实际发育速度（即侵蚀沟自身发育速度，剔除了因治理而缩小或消失的侵蚀沟），前者反映了研究单元内侵蚀沟净增减速度，后者反映了侵蚀沟本身实际的发育速度。

1.4 侵蚀沟起始年份估算方法

文献 [15,23]使用典型侵蚀沟的面积增长速率推算起始发育时间，但单条沟难以代表区域侵蚀沟起始时间。如果知道区域内2个年份（T1和T2）的侵蚀沟的发育规模（G1和G2），则可用式（1）推算该区域侵蚀沟的起始发育年份X：

式（1）中侵蚀沟规模可以为数量、长度、面积或体积指标，从而得到不同发育规模指标估算的起始年份相互佐证。式（1）假定侵蚀沟匀速发育并且没有人为填埋治理，但由于本研究区已经治理的侵蚀沟较多，人为影响下侵蚀沟长度和面积变化复杂，因此只采用新增侵蚀沟数量估算区域的侵蚀沟起始发育年份。

2 结果与分析

2.1 侵蚀沟数量

研究单元内1970、2011 和2021 年3个历史时期的侵蚀沟数量分别是502、771 和1,149 条（表2），50 a来净增加647 条，而且近10 a（2011—2021 年）净增加数量（378 条）大于更早的40 a（1970—2011 年）净增加数量（269 条）。一些规模较大的侵蚀沟在此期间得到了治理而消失，净增加数量不能反映侵蚀沟真实发育速度，剔除消失的311 条侵蚀沟之后，50 a 来实际增加了958 条新侵蚀沟，相当于数量密度增加了2.4 条/km2，年均实际增加速率为0.048 条/km2，且近10 年年均实际增加速率是更早40 a 的4.29 倍，呈加速趋势。

表2 1970—2021 年3个历史时期不同区域侵蚀沟数量Table 2 The number of gully in different regions during three historical times of 1970-2021条

侵蚀沟的治理速度也在加快。1970—2011 年期间共治理193 条，相当于每年治理4.8 条；而近10 年共治理118 条，相当于每年治理11.8 条，但是治理的速度明显低于新侵蚀沟数量增加的速度（49.6 条/a），净增加数量为正值。3个纬度区的侵蚀沟数量增减差异明显，南部巴彦县50 a 来侵蚀沟数量净增加和实际增加分别是3 和164 条，中部的海伦是272 和375 条，而北部的嫩江则是372 和419 条，说明北部侵蚀沟数量加速趋势更明显。

2.2 侵蚀沟长度和面积

侵蚀沟长度与数量净增减趋势在3个历史时期基本一致（图1），表现为50 a 来南部巴彦县表观长度（即考虑了因治理而减少后的净长度）略微减少而中部海伦和北部嫩江则持续增加，以最北部的嫩江增加幅度最大；实际长度（剔除了因治理而减少的长度，只统计侵蚀沟增加的长度）在3个纬度区均大幅度增加。同一纬度区内，大坡度的农田单元（即坡度为3%的前冯炉、大成、尖山）的侵蚀沟数量和长度最大，而且近10 年增加速度也最大；而小坡度（1%和2%）农田单元内侵蚀沟数量和长度均较小，50 a 来不同地形农田单元的侵蚀沟的发育差异格局未变而且有扩大的趋势。

图1 3个历史时期3个纬度区的侵蚀沟的数量、长度和面积Fig.1 Gully numbers,lengths and areas in three latitude regions in three historical periods

表观侵蚀沟面积50 a 来总体减少（图1c）（但嫩江增加），减少主要发生在1970—2011 年时期，而2011—2021 期间又开始增加。注意到侵蚀沟面积变化趋势与长度变化趋势不完全一致，其原因是治理的多是规模大的侵蚀沟，新增的小规模侵蚀沟长度较长但面积并不大。表3 所示的不同历史时期侵蚀沟的平均宽度可以佐证，2021 年的侵蚀沟宽度明显小于1970 年的宽度，说明宽大的侵蚀沟得到了治理；同时看到，2021 年的侵蚀沟宽度较2011 年要大，说明老沟仍处在沟岸扩张的活跃期。

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表3 1970—2021 年3个历史时期9个农田单元的侵蚀沟的平均宽度Table 3 The average width of gully at nine farmland units in three periods during 1970-2021 m

剔除人为治理面积之后，50 a 来因侵蚀沟发育而实际损毁耕地的面积一直在增加（图1c）。近10 年新增损毁耕地的面积（3.04 km2）大于更早的40 a 的损毁面积（1.52 km2），年均损毁耕地的速度为0.10%（占研究单元内国土面积百分比），是过去40 a 平均值（0.01%）的10 倍。3个纬度区，近10 年损毁耕地面积速度基本接近（0.082%～0.107%）。同一纬度区，巴彦和海伦损毁耕地更快的是大坡度农田单元，而北部的嫩江是小坡度农田单元，这种差异与开垦历史和侵蚀沟发育阶段不同有关。巴彦和海伦的侵蚀沟起始发育早于嫩江，侵蚀沟发育强度和发育规模更大，出现了较多大坡度的坡面沟。而北部的嫩江地区侵蚀沟发育时间较短，大部分为小坡度的谷底沟。

2.3 侵蚀沟起始发育年代

以1970—2011 年间实际增加新侵蚀沟数量规模估算了3个纬度区的侵蚀沟起始发育年代，同时用文献提供的数据按照式（1）估算了典型黑土其他区域的侵蚀沟起始年代，一并列入表4。

表4 根据典型黑土区侵蚀沟不同指标估算的起始发育年份Table 4 Initial year of development estimated from different indicators of gully in typical black soil region

可以看到（表4），从南往北，巴彦、海伦、嫩江侵蚀沟起始年代分别是1848、1942 和1957 年。其中巴彦可能因为黑土开垦利用早，侵蚀沟发育更早，人为影响更大（侵蚀沟治理规模比其他地方更大，低估了实际发育速度），估算的年份不合理（因此采用松嫩平原侵蚀沟数量计算的1921 年），其余两地的起始年代与表4 中文献采用数量、长度、面积估算的结果接近，有一定的参考价值，表明用数量规模估算区域侵蚀沟起始年代是可行的。

2.4 侵蚀沟沟系发育形态

单条侵蚀沟的发育一般按细沟、浅沟、切沟的顺序逐渐变大，形态特征和损毁耕地的方式也发生变化，而区域内的多条侵蚀沟构成的沟系形态变化更能反映区域侵蚀沟发育特征。3个纬度区侵蚀沟起始发育时期和所处阶段不同，其发育和损毁耕地的特点有差异。选取各区域发育完整的侵蚀沟沟系来代表该区域的侵蚀沟发育特征，图2 是代表性侵蚀沟系在3个历史时期的平面轮廓，表现出以下特征：1）3个纬度区侵蚀沟的形态差异大。南部的巴彦侵蚀沟发育最早，而北部的嫩江发育最晚，从北往南侵蚀沟变大，沟系更复杂（支沟增多），3个地区的侵蚀沟处在不同的发育阶段。2）50 a 来3个纬度区都没有发育新的谷底沟，而坡面沟数量和长度发育速度非常快。嫩江在1970—2011 年期间，谷底沟明显溯源延长，而近10 年则发育了更多的新的坡面沟（图2a）；海伦和巴彦的谷底沟不再溯源侵蚀（没有延长），其中海伦发育了较多的新的坡面沟（图2b），表明侵蚀沟发育热点区已经从谷底上升到海拔更高的漫岗。3）次生沟发育。1970 年之前发育的大规模谷底沟多得到了治理（主要方式为填埋），沟道消失或者缩小（图2b 和图2c），但是近10 年，海伦和巴彦经过治理的侵蚀沟在原来的位置再次发育侵蚀沟（称为次生沟）。次生沟的发育表明，已有的侵蚀沟治理措施并没有从根本上阻控侵蚀沟发育，侵蚀沟发育的条件依然存在。

图2 典型侵蚀沟系在3个历史时期的形态特征（沟缘轮廓）Fig.2 Morphology (edge outline) of the typical gully system in three historical times

3 讨论

3.1 侵蚀沟损毁耕地的速度与方式

以侵蚀沟面积占研究单元内的国土面积百分比为侵蚀沟损毁耕地指标，2010—2021 年典型黑土区损毁耕地的速度为年均0.1%，是1970—2010 年平均值的10 倍。闫业超等[8]利用卫星遥感得到黑龙江省典型黑土的克拜东部地区1965—2005 年期间侵蚀沟面积增加13.93 km2，损毁国土面积年均0.019%（根据其论文数据重新计算），该值落在本研究结果区间0.01%～0.10%内；张延玲等[19]用相同的方法得到黑龙江省乌裕尔河和讷谟尔河流域1965—2005 年期间新增侵蚀沟面积85.28 km2，年均损毁国土面积0.006%（根据其论文数据重新计算），低于本研究区间的下限。虽然研究区域和时段不同侵蚀沟损毁耕地速度不同，但是速度估算方法差异是造成结果差异的主要原因，文献的结果偏小可能是因为没有考虑侵蚀沟因治理而消失或面积缩小，得到的是侵蚀沟表观发育速度而不是侵蚀沟实际发育速度。黑土区侵蚀沟治理从20 世纪70 年代开始[4]，2005 年前后国家启动了黑土区水土流失综合治理试点工程，这是本研究1970—2011 年期间侵蚀沟面积下降的原因。因此，直接以前后2个时间点侵蚀沟面积差值来计算侵蚀沟损毁速率，会低估侵蚀沟实际发育速度。此外，本研究单元主要为农田，选用经过筛选的卫星影像，解译了长度大于5 m 的全部可以识别的侵蚀沟（本次实际测量的最短的侵蚀沟长度为23 m），这比以往文献中针对整个区域不区分林地和山地的大面积测量更加精细，通过区分消失的和新增的侵蚀沟，能够准确反映侵蚀沟发育的时空动态特征。

侵蚀沟发育和损毁耕地表现出明显的区域差异。在3个纬度带区域尺度上，从北往南单个侵蚀沟系规模更大（图2），南部区域的侵蚀沟发育更早，因治理而消失的侵蚀沟面积也更大；但新发育侵蚀沟数量却是北部大于南部，表明北部侵蚀沟加速发育的趋势危险更大，这与王文娟等[11]报道的黑土区侵蚀沟发育重心向西北方向移动的结果一致。这种区域差异的原因，既与不同纬度区域侵蚀沟发育的条件有关（如气候、地形、人为），也与侵蚀沟所处发育阶段和存量面积有关。在同一纬度带区域，坡度3%的单元内侵蚀沟数量显著大于坡度1%和2%的单元，而后二者相差较小（图1），这种坡度差异造成的侵蚀沟发育的差异格局在50 a 依然维持不变。

黑土区侵蚀沟处在快速发育期，并且表现出多样化的损毁耕地的态势。既有侵蚀沟因治理而消失，也有已经治理的侵蚀沟再次发育次生沟；既有老侵蚀沟继续发育，也有新侵蚀沟涌现。任宪平等[25]也报道黑龙江克山几个农田小流域在2004 和2008 年治理5 a 之后就再次出现了侵蚀沟，等同于本文的次生侵蚀沟。次生沟发育速度快是南部巴彦和中部海伦侵蚀沟发育的特征，而北部嫩江新侵蚀沟发育速度快。新侵蚀沟均为坡面沟而没有谷底沟，但北部的嫩江谷底沟仍在溯源侵蚀，而南部巴彦和中部海伦已经完成了谷底沟溯源侵蚀阶段。侵蚀沟多样化发育是当前典型黑土区侵蚀沟损毁耕地的重要特征。

3.2 典型黑土区侵蚀沟发育历史

当前侵蚀沟多样化的发展态势实际上是不同区域起始发育年代不同的反映。黑土区侵蚀沟主要起始发育年代一直有争议，究竟是清末放垦时期、民国时期、伪满时期还是新中国大规模开垦以后，目前没有定论，有人认为当前侵蚀沟绝大多数发育形成于 20 世纪五六十年代[4,15]，有人认为更早一些[8]。闫业超等[26]利用黑龙江省中部黑土区的1945 年航测地形图绘制的侵蚀沟分布图表明，拜泉县和明水县（与海伦同一纬度带）在1945 年就已经有大面积高密度的侵蚀沟分布。水利部1950 年松嫩平原调查有侵蚀沟5.272 1 万条[24]。这些结果表明，虽然1950s 中期是黑土区大规模开垦的起始时间，但典型黑土区侵蚀沟起始发育时间早于这一时期。

WEN等[15]通过对海伦光荣村1968 年和2018 年的4 条侵蚀沟的详细考证，根据沟口沉积物层次特性判断沉积年份，综合得出其起始发育时间是20 世纪五六十年代。本文注意到作者选择的这4 条沟在该研究区规模较小，其他一些更大的侵蚀沟发育年代更早，因此可以推断海伦侵蚀沟起始发育时间早于20 世纪五六十年代。

3个纬度带区的侵蚀沟当前所处的发育阶段和沟系形态不同（图2），反映其起始发育年代也不一样，北部嫩江要晚于中部的海伦和南部的巴彦（表4）。自1861 年清政府弛禁放恳后，最早的垦荒从南部开始。巴彦县在1862 年招垦，1954 年就开始使用拖拉机（巴彦县志）；而海伦县晚一些，1898 年开禁，1955 年建农场大规模开垦（海伦农场志，海伦县志）；嫩江则更晚，1931 年日本开拓团开垦，1955 年建立农场大规模开垦（嫩江农场史）。可见不同区域开垦时间前后相差70 a，如果以巴彦作为松嫩平原侵蚀沟最早发育地区之一，则从表4 结果可以基本确定巴彦、海伦和嫩江起始发育时间分别是1920s 早期、1940s 早期和1950s 晚期，这与其开垦时间先后顺序一致。

3.3 典型黑土区侵蚀沟发育阶段

侵蚀沟发育阶段与起始发育年代有关。南部巴彦1970 年侵蚀沟平均宽度已经超过20 m（表3），并且发育了规模巨大的侵蚀沟系（图2），距1862 年开始招垦已经过去了108 a；而北部的嫩江此时（1970 年）因为距开垦时间（1931 年）只有40 a，区域内侵蚀沟基本为线型的谷底沟（没有发育支沟），直到2021 年（距离开垦90 a）典型的侵蚀沟系规模还赶不上1970 年的巴彦的规模。中部的海伦侵蚀沟规模居中，发育阶段居中。当前3个纬度区侵蚀沟发育阶段与其开垦时间先后顺序一致，但开垦时间并不是影响侵蚀沟发育阶段的唯一因子，地形和人为作用对侵蚀沟发育阶段有重要影响。

地形对侵蚀沟发育阶段也有影响，典型黑土区的缓坡漫岗地形决定了谷底沟早于坡面沟发育，从而可以分区为谷底沟发育和沟系形成2个阶段。漫岗区整体地形坡度小，自然条件下并不容易发育侵蚀沟，但在2个或多个漫岗坡（山坡）围成的谷底区域，虽然坡度（S,m/m）也小但汇水面积（A,hm2）极大，根据侵蚀沟起始发育的地形阈值理论，即满足AbS≥k可以发育沟头[27](b和k为回归系数，无量纲)，可以确定谷底最先发育侵蚀沟[27-28]。谷底沟出现之后，由初期的单条孤沟逐渐发育支沟而形成沟系。沟系的形成有2 种可能的方式，其一是几条单独的谷底沟延长而连接和汇合，其二是谷底沟出现后促进了其支沟发育。支沟即为谷底沟两侧漫岗的坡面沟，谷底沟出现促使坡面沟发育的机理可能是，谷底沟两侧坡面的径流汇水从沟缘进入沟内，虽然坡面A没有变大，但S变大了（即谷底沟边岸陡坡比原地面坡度大很多），就有可能达到了沟头起始发育的地形阈值k从而在侧面径流汇入的部位发育支沟沟头，一旦沟头出现，沟头溯源形成坡面侵蚀沟。当然，不排除有些条件下坡面沟可以独立发育，例如高强度耕作促进坡耕地浅沟发育，一些浅沟会进一步发育为坡面沟，然后汇入谷底沟形成沟系。基于坡面沟和谷底沟的这种关系，黑土区侵蚀沟可以区分为2个关键发育阶段，第一阶段为谷底沟发育，即起始发育阶段，谷底沟率先发育和发展为坡面沟出现创造了局部地形条件；第二阶段为沟系形成，即谷底沟两侧发育坡面沟，与谷底沟一起形成沟系。

人类活动也影响侵蚀沟发育阶段，人与自然共同作用下侵蚀沟发育呈现多样化的特点。沟系形成之后，侵蚀沟将不断加深变宽，一方面谷底沟峰值径流增加，另一方面重力在坡面沟发育中的作用越来越大，导致沟壁崩塌和沟头溯源，可能使黑土区成为类似沟壑密布的黄土高原，但黑土区因为垦殖和侵蚀沟发育时间短，当前并没有成为第二个黄土高原。在人为正反两方面影响下，一边治理而阻止侵蚀沟发育，一边高强度耕种加快坡面沟发育并导致耕地中浅沟涌现，这些浅沟可能发育为坡面沟。同时，没有治理的老沟也继续发育，已经治理的侵蚀沟再次发育次生沟，这些次生沟发育速度比原生沟发育速度更快。这是典型黑土区侵蚀沟发育的第三阶段，即多样化发育阶段，是人与自然共同作用下侵蚀沟特殊的发育阶段，其表现特征是老沟继续发育、次生沟发育、耕地浅沟涌现、新坡面沟出现。

至此，可以初步勾绘典型黑土区侵蚀沟发育的历史与阶段（图3）。在区域自然条件和开垦历时长短共同影响下，南部巴彦侵蚀沟起始发育于1920s，经过了第一阶段（谷底沟发育）和第二阶段（沟系形成），2005年前后进入第三阶段（多样化发育）。北部的嫩江侵蚀沟起始于1950s 末期，完成了第一阶段，直至2021 年尚没有完成第二阶段，但在人为耕种影响下浅沟大量涌现并进一步发育为新坡面沟，沟系正在加快形成。中部的海伦侵蚀沟发育阶段则处在二者之间但更接近南部的巴彦，也处在第三阶段。当前侵蚀沟发育处在一个关键的转折期或十字路口，人为治理延缓侵蚀沟发育以及人为加速侵蚀沟发育正在开展一场拉锯战，二者较量的结果，决定典型黑土区侵蚀沟未来的发育走势。

图3 嫩江和巴彦典型黑土区侵蚀沟发育的历史阶段与对应的沟系平面特征示意图Fig.3 The historical stages and the corresponding sketches of the gully systems in typical black soil regions of Nenjiang and Bayan

4 结论

在典型黑土区3个纬度带的9个农田小流域单元，采用3个历史时期的卫星影像通过人机交互解译和测量了侵蚀沟的形态变化，定量分析了侵蚀沟发育和损毁耕地的速度，初步勾绘了典型黑土区侵蚀沟发育历史与阶段的轮廓，得到以下主要结论：

1）50 a 来研究区侵蚀沟数量实际增加了958 条新沟，呈加速发育趋势。侵蚀沟损毁耕地面积呈现1970—2011年降低而2011—2021 年再增加的V 型走势，但剔除人为治理而减少的侵蚀沟面积之后，侵蚀沟自身发育而损毁耕地面积一直在扩大，其中近10 年侵蚀沟实际年均损毁了研究区内国土面积0.10%，是更早的40 a（1970—2010 年）间的10 倍。

2）3个纬度区的侵蚀沟所处发育阶段不同导致侵蚀沟数量、长度和面积增长特征有差异。侵蚀沟数量和长度发育速度快于面积增长速度，北部的嫩江表现得更明显，表明侵蚀沟仍然处于发育早期。同一纬度区内坡度大的农田单元侵蚀沟发育速度大于坡度小的农田单元，这种差异格局50 a 没有发生改变。

3）从南往北，巴彦、海伦和嫩江侵蚀沟起始发育时间分别是1920s 早期、1940s 早期和1950s 晚期，与开垦时间先后顺序一致。北部的嫩江侵蚀沟已经完成了第一阶段（谷底沟发育），当前处在第二阶段（沟系形成），南部的巴彦和中部的海伦则已经完成了第一和第二阶段，当前处在第三阶段（多样化发育）。侵蚀沟多样化发育表现为浅沟大量涌现和新坡面沟出现，老的侵蚀沟继续发育，已经治理的侵蚀沟再次发育为次生沟。