陡坡黄土区侵蚀-耕作-侵蚀循环中暂态沟谷演化与形态变化研究

针对暂态沟谷(EGs)在侵蚀-耕作-侵蚀循环中的完整演化机制不明问题，研究人员通过0.01 m分辨率地面激光扫描(TLS)获取数字高程模型(DEMs)，定量揭示EG形态参数(W/D/α等)与汇水面积、侧向流的关联性，提出新形态指数α·tan(β)预测沟谷横截面形态，为构建侵蚀预测模型提供科学依据。

　　

黄土高原的陡坡农田上，一种名为暂态沟谷(Ephemeral Gullies, EGs)的侵蚀沟道如同大地的"伤疤"，在降雨冲刷与人类耕作的反复作用下周期性消长。这些沟谷虽可被耕作暂时填平，却总在后续暴雨中"死灰复燃"，导致黄土高原每年流失的土壤中超过70%与其相关。更令人担忧的是，传统研究多聚焦单一侵蚀阶段，对"侵蚀-耕作-侵蚀"这一完整循环中沟谷如何变形、哪些因素主导其演化等核心问题仍缺乏系统认知。

为破解这一难题，中国某研究团队在陕西富县瓦窑沟流域建立观测场，采用分辨率达0.01米的地面激光扫描仪(Terrestrial Laser Scanner, TLS)获取高精度数字高程模型(DEMs)，对3条EG的107个横断面进行长达一年的追踪监测。通过提取沟宽(W)、沟深(D)、横截面积(A)、侧向排水角(α)、沟底倾角(β)等6项形态指标，首次完整记录了EG从2014年雨季后→耕作后→2015年雨季后的形态剧变。

关键技术包括：1) TLS扫描生成厘米级DEMs；2) 基于DEMs提取EG三维形态参数；3) 建立汇水面积-坡度-形态参数的数学模型；4) 创新性提出融合侧向流贡献的形态指数α·tan(β)。

【Ephemeral gully evolution in the erosion-tillage-erosion cycle】
研究揭示耕作竟成EG扩张"帮凶"：2014-2015年间，3条EG的W、D、A分别增长8%-25%、20%-45%、35%-69%，其中EG1因汇水面积最大导致D增幅达30%。而α、β等角度参数保持稳定，暗示沟谷横截面呈现"等比例放大"特征。

【Impact of rainfall characteristics on ephemeral gully evolution】
对比2014年(533 mm)与2015年(346 mm)雨季发现，强降雨年EG扩张更显著，但2015年单次最大降雨事件(81.5 mm)仍引发局部D突增40 cm，证实降雨强度比总量对EG发育更具决定性。

【Morphological relationships in ephemeral gullies】
创新提出的α·tan(β)指数与汇水面积×坡度平方的乘积呈线性相关(R²>0.8)，该指数成功量化了长期被忽视的侧向流贡献，为预测EG横截面形态提供新工具。

这项发表于《CATENA》的研究颠覆了传统认知：1) 证实耕作扰动会加速后续侵蚀循环中EG的扩张；2) 揭示汇水面积与坡度共同控制EG空间分异规律；3) 创建首个融合侧向流作用的形态预测模型。Wenqian Liang等学者指出，该成果不仅为黄土高原水土保持提供理论支撑，其高精度监测方法更可推广至全球类似生态脆弱区的侵蚀防治实践。尤其值得注意的是，α·tan(β)指数的提出填补了EG形态定量预测的技术空白，对发展新一代侵蚀预警系统具有里程碑意义。