黃土高原切溝空間分布特征

蘇建華, 王春梅, 龐國(guó)偉, 楊勤科,仲 原, 楊麗娟, 楊安南, 劉寶元

(1.陜西省地表系統(tǒng)與環(huán)境承載力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西安 710127; 2.西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院, 西安710127; 3.北京師范大學(xué)自然科學(xué)高等研究院, 廣東 珠海 519087; 4.北京師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)部地表過(guò)程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100875)

黃土高原是全球土壤侵蝕最為劇烈的地區(qū)之一，切溝是土壤侵蝕發(fā)育到最嚴(yán)重階段的表征，特別是處于發(fā)育活躍期的切溝，是黃土高原重要的產(chǎn)沙來(lái)源，其產(chǎn)沙量占整個(gè)流域的一半及以上[1-2]，對(duì)黃河中游流域生態(tài)治理帶來(lái)了極大的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)[3]。在區(qū)域尺度明確切溝空間分布特征對(duì)黃土高原切溝侵蝕治理具有重要意義。

切溝是不能被普通耕作工具橫跨的侵蝕溝[4]，溝寬和溝深一般都超過(guò)50 cm，其縱剖面與所在坡面基本一致[5]，劉寶元將寬度大于10 m的切溝定義為大切溝，小于10 m的為小切溝[6]，大、小切溝形態(tài)、發(fā)育速率、空間分布差異均較大，小切溝經(jīng)過(guò)溝頭的溯源侵蝕，溝底下切，溝坡沖淘等侵蝕形式[7]可逐漸發(fā)育成為大切溝。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者就切溝區(qū)域尺度空間分布的研究，受限于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與方法鮮有報(bào)道，僅有為數(shù)不多的國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究。國(guó)內(nèi)方面，杜國(guó)明等以黑龍江省賓縣漫崗區(qū)為研究區(qū)，結(jié)合實(shí)地調(diào)查，以SPOT5遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[8]，基于人機(jī)交互方式提取切溝，分析了東北典型黑土漫崗區(qū)切溝的空間分布特征。董一帆等使用Google Earth高清影像結(jié)合ArcGIS的方法[9]，基于可見(jiàn)性的基本原則，對(duì)橫斷山區(qū)開(kāi)展了侵蝕溝抽樣調(diào)查，發(fā)現(xiàn)橫斷山區(qū)切溝和沖溝分布廣泛，發(fā)育活躍。李鎮(zhèn)等基于QuickBird影像選取了陜北黃土區(qū)吳起縣合溝與綏德縣橋溝流域作為研究區(qū)[10]，發(fā)現(xiàn)QuickBird影像目視解譯合溝和橋溝小流域切溝面積、周長(zhǎng)的平均相對(duì)誤差在5%左右，對(duì)于小流域切溝監(jiān)測(cè)具有準(zhǔn)確、便捷的特點(diǎn)。國(guó)外方面，希臘panagos團(tuán)隊(duì)基于Google Earth影像[11]，對(duì)希臘全國(guó)耕地進(jìn)行隨機(jī)抽樣調(diào)查，利用GIS技術(shù)進(jìn)行目視解譯，調(diào)查發(fā)現(xiàn)希臘北部和東部出現(xiàn)了較嚴(yán)重的溝蝕空間集群，對(duì)希臘耕地上發(fā)育的侵蝕溝在國(guó)家尺度有了新的認(rèn)識(shí)。綜上，基于高分辨率遙感影像調(diào)查的方法，為侵蝕溝空間分布特征研究提供了新的機(jī)遇，目前黃土高原切溝區(qū)域尺度空間分布認(rèn)識(shí)不足，尤其是對(duì)大、小切溝空間分布差異性研究缺乏，嚴(yán)重阻礙了黃土高原侵蝕溝的系統(tǒng)治理。

為了在區(qū)域尺度回答黃土高原切溝的空間分布格局問(wèn)題，本研究基于Google Earth高清影像，運(yùn)用GIS空間分析與統(tǒng)計(jì)方法，以小流域?yàn)閱卧M(jìn)行系統(tǒng)抽樣，通過(guò)目視解譯的方式，提取切溝密度、長(zhǎng)度、寬度、距分水嶺距離、切溝發(fā)育所在坡面土地利用類型等。本研究將有助于進(jìn)一步明確黃土高原的切溝空間分布特征，以支持黃土高原的切溝治理，促進(jìn)黃土高原生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

黃土高原位于中國(guó)中部偏北部，區(qū)域范圍：33°41′—41°16′N，100°52′—114°33′E，面積約64.6萬(wàn)km2，屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，是黃河流域的主要產(chǎn)沙區(qū)，黃河中游的主要侵蝕區(qū)，區(qū)域內(nèi)地形破碎，溝壑縱橫[12]，極易發(fā)生切溝侵蝕。本研究通過(guò)系統(tǒng)抽樣方法，在黃土高原均勻布設(shè)256個(gè)抽樣單元，每個(gè)抽樣單元面積約為0.2 km2，對(duì)于地形起伏較為平坦的抽樣單元(如居民用地、生活用地、未發(fā)育切溝的農(nóng)地)，選擇在抽樣單元的中心位置繪制500 m×500 m的矩形區(qū)域，見(jiàn)圖1。

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

本研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要分為影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)地圖數(shù)據(jù)。影像數(shù)據(jù)為Google Earth影像，亞米級(jí)分辨率，影像選取過(guò)程遵循兩個(gè)原則：(1) 選擇近期拍攝且切溝辨識(shí)度較高的影像(多數(shù)影像年份在2019—2021年期間，極少數(shù)區(qū)域近年影像因天氣原因?qū)е虑袦媳孀R(shí)度較低的，選擇2019年以前切溝辨識(shí)度較高的影像)。(2) 為避免植被影響切溝解譯，主要選擇冬春兩季影像；高程數(shù)據(jù)為SRTM數(shù)據(jù)集，空間分辨率為30 m，來(lái)源于網(wǎng)站(http:∥srtm.csi.cgiar.org)，用于提取流域邊界與坡度；標(biāo)準(zhǔn)地圖數(shù)據(jù)包括黃土高原邊界及其邊界內(nèi)省界、省會(huì)城市、地市、主要河流等數(shù)據(jù)，邊界數(shù)據(jù)來(lái)源于黃土高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站(http:∥loess.geodata.cn)，省界、省會(huì)城市、地市、主要河流等數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)自然資源部標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)中心網(wǎng)站(http:∥bzdt.ch.mnr.gov.cn)。

1.3 切溝解譯方法與流程

1.3.1 解譯方法 本研究基于人工目視判讀方式解譯切溝，主要包括確定流域單元、切溝形態(tài)特征、土地利用類型3個(gè)方面的解譯。確定流域單元包括分水嶺、溝沿線解譯。切溝形態(tài)特征解譯包括切溝長(zhǎng)度、寬度、距分水嶺距離等解譯。土地利用類型解譯主要是指切溝發(fā)育所在坡面的土地利用方式。

圖1 研究區(qū)抽樣單元分布及抽樣單元示例

使用SRTM數(shù)據(jù)集生成分水嶺，同時(shí)查看Google Earth遙感影像，沿著流域山脊線進(jìn)行手動(dòng)勾畫可獲得抽樣單元流域邊界，即流域分水嶺。通過(guò)SRTM數(shù)據(jù)集生成的流域坡度，同時(shí)結(jié)合Google Earth影像，沿著溝邊坡度發(fā)生劇烈變化處進(jìn)行手動(dòng)勾畫可獲得流域溝沿線。從切溝溝頭位置出發(fā)，沿切溝匯流路徑進(jìn)行手動(dòng)勾畫，到切溝溝尾處結(jié)束，可獲得切溝的長(zhǎng)度。分別在切溝上部、中部、下部各測(cè)量一次寬度，計(jì)算三次測(cè)量寬度均值作為切溝寬度。從切溝溝頭上方分水嶺出發(fā)，沿垂直等高線方向，從上往下手動(dòng)勾畫至切溝溝頭位置處結(jié)束，可獲取切溝距分水嶺的距離，對(duì)于矩形抽樣單元中的切溝，則按照矩形單元所在的完整流域確定流域的分水嶺進(jìn)而獲取切溝距分水嶺距離。切溝所在坡面的土地利用類型解譯按照GLC-30土地利用解譯方法及標(biāo)準(zhǔn)[13]，以人工目視解譯方式判讀獲取。切溝解譯示意見(jiàn)圖2。

1.3.2 解譯流程與質(zhì)量控制 為保證切溝解譯的精度，本研究采用了嚴(yán)格的解譯流程和質(zhì)量控制。基本流程包括：第一步，基于切溝定義分析[4]及專家論證，制定完整解譯標(biāo)準(zhǔn)。第二步，隨機(jī)篩選30個(gè)流域單元進(jìn)行預(yù)解譯，逐一對(duì)比解譯結(jié)果，進(jìn)一步統(tǒng)一切溝的提取標(biāo)準(zhǔn)，確保不同人員對(duì)切溝抽樣單元的解譯結(jié)果相似度達(dá)到95%以上，同時(shí)依據(jù)解譯過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行解譯標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化。第三步，完成所有抽樣單元的切溝解譯。第四步，對(duì)所有解譯數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)檢，解譯結(jié)果進(jìn)行三層質(zhì)檢后，合格數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫(kù)。三層質(zhì)檢具體指：(1) 解譯人員組內(nèi)互查，發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)誤的解譯數(shù)據(jù)，及時(shí)進(jìn)行修正。(2) 解譯工作小組質(zhì)檢員對(duì)切溝解譯數(shù)據(jù)進(jìn)行100%檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題反饋給解譯人員進(jìn)行修正，并對(duì)修正后數(shù)據(jù)重新進(jìn)行檢查，直至通過(guò)質(zhì)檢員檢查。(3) 組織專家對(duì)解譯數(shù)據(jù)進(jìn)行20%抽查，如錯(cuò)誤率超過(guò)5%，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行逐一修訂并再次進(jìn)行三層質(zhì)檢(圖3)。

注：圖2所示為陜西省榆林市子洲縣王武溝村附近典型切溝小流域(37°43′15.48″N，109°57′44.33″E，海拔1054.32 m)。

1.4 統(tǒng)計(jì)與分析方法

本研究獲取了計(jì)算切溝各空間分布參數(shù)的原始數(shù)據(jù)，聚類和異常值分析(Anselin Local Moran I)方法[14]，可對(duì)給定的一組加權(quán)要素，識(shí)別具有統(tǒng)計(jì)顯著性的熱點(diǎn)、冷點(diǎn)和空間異常值，并劃分為4種空間分布類型，具體如下：

(1)

(2)

式中：n等于要素的總數(shù)目。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的zIi得分的計(jì)算方法如下:

(3)

其中：

(4)

(5)

若zIi得分是較高的正值，則表示周圍要素具有相似的高值或者低值，會(huì)分別將具有統(tǒng)計(jì)顯著性高值、低值聚類表示為HH，LL空間聚類，如果zIi得分是較低的負(fù)值，則表示存在一個(gè)具有統(tǒng)計(jì)顯著性的空間數(shù)據(jù)異常值，當(dāng)?shù)椭当桓咧蛋鼑鷷r(shí)，表示為L(zhǎng)H空間異常，相反，則表示為HL空間異常。

圖3 切溝解譯流程與質(zhì)量控制

2 結(jié)果與分析

2.1 切溝參數(shù)統(tǒng)計(jì)特征

本研究在黃土高原共計(jì)布設(shè)256個(gè)抽樣單元，統(tǒng)計(jì)得出：存在切溝、大切溝、小切溝抽樣單元占比分別為35.94%，9.77%，35.16%。切溝密度主要介于0.01～4 km/km2，整體密度均值為1.47 km/km2，其中存在切溝的92個(gè)流域平均切溝密度為4.08 km/km2，主要為小切溝(表1—2，圖4)。

切溝長(zhǎng)度一般小于60 m，平均長(zhǎng)度43.53 m，小切溝平均長(zhǎng)度與切溝接近，相比小切溝，大切溝長(zhǎng)度更長(zhǎng)，平均值達(dá)70.90 m。超過(guò)一半的切溝，寬度在8 m以內(nèi)，以小切溝為主，絕大部分大切溝寬度介于10～14 m，平均寬度13.49 m。與小切溝相比，大切溝距流域分水嶺更遠(yuǎn)，平均距離達(dá)89.27 m，小切溝則為70.31 m。

表1 切溝密度特征統(tǒng)計(jì)

2.2 切溝空間分布格局

2.2.1 黃土高原土壤侵蝕二級(jí)分區(qū)切溝空間分異分析 黃土高原以水力侵蝕為主，是我國(guó)土壤侵蝕發(fā)生最為嚴(yán)重的地區(qū)，絕大部分屬黃河中游。黃秉維依據(jù)土壤侵蝕營(yíng)力、類型、發(fā)展途徑及治理趨勢(shì)，將黃河中游地區(qū)劃分為9個(gè)二級(jí)侵蝕區(qū)[16]，其中黃土丘陵溝壑區(qū)面積最大，下設(shè)5個(gè)副區(qū)(黃土丘陵I副區(qū)、Ⅱ副區(qū)、Ⅲ副區(qū)、Ⅳ副區(qū)、V副區(qū))，本研究根據(jù)劃分的二級(jí)侵蝕分區(qū)統(tǒng)計(jì)得出：絕大多數(shù)切溝抽樣單元分布在黃土丘陵溝壑區(qū)，該地區(qū)切溝密度均值最大，達(dá)2.67 km/km2。黃土高塬區(qū)切溝長(zhǎng)度最大，均值達(dá)114.23 m。干旱草原區(qū)雖然有較多抽樣單元分布，但是存在切溝抽樣單元較少，主要分布區(qū)靠近黃土丘陵I副區(qū)(榆林—東勝一帶)。具體數(shù)據(jù)參看圖5及表3。

表2 切溝形態(tài)特征統(tǒng)計(jì)

圖4 切溝參數(shù)頻率分布

注：林區(qū)—石質(zhì)山地與林區(qū)—黃土丘陵統(tǒng)一歸為林區(qū)。

2.2.2 密度空間分布 熱點(diǎn)分析結(jié)合反距離插值方法可以快速判斷出黃土高原切溝密度變化較大地區(qū)的空間分布情況。黃土高原切溝主要沿400 mm等降雨量線分布，特別是延安及其以西至固原一帶，榆林及其以北至東勝一帶(圖6)。在95%～99%置信區(qū)間內(nèi)，黃土高原西部(西寧—同仁一帶)、中部(西峰及其以北)、東部(晉陜黃河兩岸延安—東勝一帶)，切溝密度呈現(xiàn)顯著的空間熱點(diǎn)分布，發(fā)生高值聚集現(xiàn)象，且這些地區(qū)切溝密度值大于7 km/km2。在90%～95%置信區(qū)間內(nèi)，西寧及其以南、固原及其以北、延安及其以西，切溝抽樣單元密度也呈現(xiàn)出次熱點(diǎn)空間分布，為切溝密度第二梯度地區(qū)，這些地區(qū)切溝密度介于3～7 km/km2。大切溝分布較為零散，主要的集中區(qū)為天水—定西一帶，在黃土高原東北部及西峰至榆林沿線一帶及西寧、呼和浩特附近也有分布。小切溝主體分布在400 mm等降雨量線兩側(cè)，在95%～99%置信區(qū)間內(nèi)，黃土高原中部(西峰及其以北)、東部(東勝及其以西)，小切溝抽樣單元密度呈現(xiàn)顯著空間熱點(diǎn)分布，且具有中間高四周低的特點(diǎn)，這些地區(qū)小切溝密度值均大于7 km/km2。在90%～95%置信區(qū)間內(nèi)，延安以西的小切溝密度呈現(xiàn)出次熱點(diǎn)空間分布特征，該地區(qū)小切溝密度介于3～7 km/km2。

表3 黃土高原土壤侵蝕二級(jí)分區(qū)切溝參數(shù)統(tǒng)計(jì)值

2.2.3 切溝長(zhǎng)度、寬度、距分水嶺的距離空間格局 聚類與異常值分析結(jié)合反距離插值方法可以快速判斷出黃土高原切溝長(zhǎng)度較大地區(qū)的空間分布。黃土高原中部(西峰及其以南)、東北部(朔州—忻州一帶)、西南部(定西—天水一帶)，切溝長(zhǎng)度在空間上呈現(xiàn)明顯的HH型分布(圖7)，發(fā)生高值聚類現(xiàn)象，且這些地區(qū)的切溝平均長(zhǎng)度值介于50～150 m。黃土高原西南部(天水一帶)，大切溝長(zhǎng)度也呈現(xiàn)明顯的HH型空間分布，該地區(qū)大切溝長(zhǎng)度值介于80～150 m。小切溝長(zhǎng)度較大地區(qū)主要位于黃土高原南部(銅川—寶雞一帶)、東北部(離石—忻州一帶)。

黃土高原西南部(天水及其以南)，切溝寬度最大，其值大于12 m，其次為中部(榆林一帶)、東北部(朔州及其以西)，切溝寬度介于7～10 m，東部(晉陜黃河兩岸延安—東勝一帶)，切溝寬度值也較大(圖8)。大切溝在天水一帶寬度最大。小切溝在東部(晉陜黃河兩岸延安—東勝一帶)、南部(銅川及其以西)寬度值較大且呈現(xiàn)明顯的空間聚集特征，其值介于5～7 m。

黃土高原西南部(定西—天水一帶)，切溝距分水嶺距離呈現(xiàn)明顯的空間聚集現(xiàn)象，且數(shù)值較大，均大于150 m，其次為南部(銅川及其以西)、中部(西峰及其以東)、東南部(朔州西北地區(qū))，其值介于70～150 m，局部地區(qū)大于150 m(圖9)。大切溝距分水嶺距離較大地區(qū)主要集中在黃土高原西南部(定西—天水一帶)，這些地區(qū)值介于100～150 m，局部地區(qū)大于150 m。小切溝距分水嶺距離較大地區(qū)主要位于黃土高原南部(銅川及其以西)、中部(西峰以東與固原以西)、東北部(朔州以西)，其值介于70～100 m。

2.2.4 切溝所在坡面土地利用類型 目前黃土高原土地利用類型主要以草地(41.33%)和耕地(32.60%)為主[17](圖10)。本研究主要探討切溝發(fā)育所在坡面的土地利用類型，按照土地利用一級(jí)分類[18]對(duì)2 154條切溝分析發(fā)現(xiàn)：目前切溝所在坡面主要土地利用類型為草地，對(duì)應(yīng)存在切溝抽樣單元占比接近一半，其次為耕地(29.76%)和林地(17.27%)。

分別對(duì)大、小切溝目前發(fā)育所在坡面土地利用類型按照單溝統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：大、小切溝發(fā)育所在坡面的主要土地利用類型均為草地，其次為耕地與林地。具體統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

本研究基于Google Earth亞米級(jí)影像，采用系統(tǒng)抽樣方法，以256個(gè)小流域?yàn)檎{(diào)查單元對(duì)切溝進(jìn)行目視解譯，得到了區(qū)域尺度黃土高原切溝空間分布，彌補(bǔ)了以往研究認(rèn)識(shí)的不足。在黃土高原區(qū)域尺度，已有研究者對(duì)溝谷密度進(jìn)行過(guò)探討，其主要研究對(duì)象為沖溝、干溝甚至河溝等大型溝谷，溝長(zhǎng)一般大于100 m，與本研究所研究對(duì)象切溝有較大差異。如景可等和田劍等分別得出了黃土高原區(qū)域尺度溝谷密度的空間分布，且整體以晉陜黃河兩岸多沙粗沙區(qū)密度最大，并以此為中心向外圍密度遞減[19-20]。本研究表明切溝主要沿400 mm等降雨量線分布，在晉陜黃河兩岸也是密度高值區(qū)，但不是唯一的高值區(qū)，與溝谷密度空間分布存在一定差異。溝谷密度與土壤侵蝕有一定關(guān)聯(lián)，因?yàn)闇瞎葹橹饕哪嗌齿斶\(yùn)路徑[20]，但切溝是重要的產(chǎn)沙來(lái)源，從侵蝕治理角度，切溝是黃土高原溝道侵蝕防治的重點(diǎn)對(duì)象，是土壤侵蝕達(dá)到嚴(yán)重程度的重要表征[4]，本研究得出的切溝空間分布特征可為后續(xù)黃土高原切溝治理工作提供一定依據(jù)。

圖6 切溝、大切溝、小切溝密度空間分布

400 mm等降雨量線是中國(guó)半濕潤(rùn)與半干旱地區(qū)的分界線[21]，本研究發(fā)現(xiàn)黃土高原切溝主要沿這一等降雨量線分布，可能的原因是在更少的降雨量地區(qū)(如黃土高原西北部)雖然植被覆蓋度更低，但降雨侵蝕力較弱，侵蝕動(dòng)能不足以使這一地區(qū)切溝發(fā)育更廣泛。而在降雨量更大的地區(qū)(如黃土高原東南部)植被覆蓋度增加，很大程度上抑制切溝發(fā)育[22]。因此，切溝的分布是降雨侵蝕動(dòng)能與地表抵御侵蝕雙重影響下的結(jié)果。

極端降雨事件增加[23]可直接影響切溝的產(chǎn)生及發(fā)育空間分布格局，其產(chǎn)生的大量地表徑流迅速匯集使得侵蝕動(dòng)能快速增大[24]，會(huì)引起已發(fā)育切溝的溝頭溯源、溝底下切等侵蝕形式的快速擴(kuò)張。本研究中位于黃土高原南部(定西—天水一帶)、中部(西峰以東)的切溝，其溝頭距分水嶺距離較遠(yuǎn)，溝頭上方匯水面積較大，地表徑流到達(dá)切溝溝頭的侵蝕動(dòng)能較強(qiáng)，若后續(xù)該地區(qū)降雨增大或遭遇暴雨等極端天氣時(shí)，勢(shì)必會(huì)引起切溝發(fā)育的強(qiáng)烈響應(yīng)[25]，為防止極端天氣使得切溝發(fā)育增強(qiáng)，黃土高原切溝防治監(jiān)測(cè)過(guò)程應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注該地區(qū)。

圖7 切溝、大切溝、小切溝長(zhǎng)度空間分布

圖8 切溝、大切溝、小切溝寬度空間分布

本研究發(fā)現(xiàn)，在退耕還林(草)工程實(shí)施背景下，目前黃土高原切溝所在坡面土地利用類型主要為草地，但仍有近30%的切溝發(fā)育在耕地上。前人研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)植被覆蓋度大于60%時(shí)[26-27]。發(fā)育在林地與草地坡面上的切溝受到植被抑制作用明顯，大部分較為穩(wěn)定，而耕地上的切溝因翻耕、缺少有效植被保護(hù)等，土壤侵蝕更為劇烈，切溝發(fā)育危險(xiǎn)性更大[28-29]。因此后續(xù)治理過(guò)程應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注發(fā)育在耕地上的切溝。

圖9 切溝、大切溝、小切溝距分水嶺距離空間分布

黃土高原區(qū)域面積廣大，基于無(wú)人機(jī)、衛(wèi)星、航空獲取的遙感影像，由于數(shù)據(jù)源成本和調(diào)查方法的限制，黃土高原區(qū)域尺度的切溝空間分布研究較少，但近十幾年來(lái)隨著Google Earth亞米級(jí)遙感影像基本覆蓋全球，為區(qū)域尺度切溝空間分布研究提供了重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。很多學(xué)者也基于此數(shù)據(jù)基礎(chǔ)展開(kāi)了大尺度切溝研究，如董一帆等調(diào)查了橫斷山區(qū)侵蝕溝空間分布[9], Karydas C等對(duì)希臘全國(guó)侵蝕溝進(jìn)行了調(diào)查[11]。從方法上來(lái)看，人工目視解譯是目前較為可信的調(diào)查方法，但也有其他方法需要在進(jìn)一步研究中深入探討與應(yīng)用，如近年來(lái)機(jī)器學(xué)習(xí)算法在切溝空間分布研究中取得了較大進(jìn)展[30]，外國(guó)學(xué)者的研究區(qū)域雖不是黃土高原，但是其思路與方法可以較好的推廣至黃土高原地區(qū)，今后通過(guò)充分運(yùn)用切溝自動(dòng)化提取算法可以快捷、便利的獲取黃土高原的切溝空間分布特征，而本研究的相關(guān)結(jié)果也將為下一步切溝自動(dòng)化算法研究模型的構(gòu)建和驗(yàn)證提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2 結(jié) 論

(1) 目前黃土高原切溝密度均值為4.08 km/km2，切溝長(zhǎng)度、寬度、距分水嶺距離均值分別為43.53 m，6.30 m，71.19 m。

注：灌叢、濕地、水體、不透水層等土地利用類型共計(jì)占比10.71%。

表4 切溝、大切溝、小切溝發(fā)育所在坡面土地利用類型

(2) 黃土高原切溝主要沿400 mm等降雨量線分布，尤其是延安及其以西至固原一帶，榆林及其以北至東勝一帶。小切溝主體分布與切溝總體基本一致。大切溝分布較為零散，主要分布在天水至定西一帶。

(3) 黃土高原切溝目前分布坡面主要為草地，耕地和林地也有較多分布。