黄土塬是黄土高原最为宝贵的土地资源，因其地势平坦，易于耕作，有比黄土墚峁区更为优越的生产和生活条件。当前，黄土塬面临的最大问题是沟谷侵蚀剧烈导致塬面萎缩加快，威胁到黄土塬的生产生活和人居安全。因此，黄土塬区沟谷侵蚀、地貌演化及其引发的一系列地质灾害和生态受损问题受到学术界和政府部门的高度关注。人工植树造林和植被自然恢复，是黄土高原最为重要的两种植被恢复模式。然而，在黄土塬区小流域，人工植树造林和植被自然恢复，其沟谷侵蚀和地貌演化存在何种差异，一直缺乏定量和深入的认识。这方面研究结果对于科学评估黄土塬区退耕还林和还草工程的固沟保塬效果，具有十分重要的指示意义。

基于上述科学问题，中国科学院地球环境研究所地球关键带与生态环境安全团队金钊研究员课题组以甘肃庆阳南小河沟的董庄沟（植被自然恢复）和杨家沟（人工植树造林）为研究对象，利用2019年7月和2022年7月两期高精度的机载激光雷达数据，对两条小流域沟谷侵蚀、沉积及相应的地形地貌变化进行了定量分析和对比。研究结果表明，2019年7月至2022年7月期间，人工植树造林小流域单位面积总侵蚀量约为自然恢复草地小流域的1/5，侵蚀最活跃的区域位于小流域沟缘线附近的陡坡区域。研究期间，两条小流域也发生了大量的泥沙沉积，人工植树造林小流域单位面积总沉积量约为自然恢复草地小流域的1/3。侵蚀量扣除沉积量，人工植树造林小流域净侵蚀量约为自然恢复草地小流域的1/17，表明黄土塬区小流域人工植树造林极大地控制了沟谷侵蚀强度。

地貌演化方面，2019年7月至2022年7月期间，自然恢复草地小流域沟床面积增加了 17.6%，沟坡和沟间地面积减少了 1.4%，沟缘线长度减少了 4.4%；相反，人工植树造林小流域沟床面积减少了 8.8%，沟坡面积增加了 5.3%，沟间地面积减少了 9.9%，沟缘线长度减少了 11.4%（图1）。此外，沟谷侵蚀导致两条小流域地形起伏度显著增加。自然恢复草地小流域侵蚀沉积呈连续状的空间分布特征，而人工造林小流域侵蚀沉积呈分散交织的分布格局（图2）。本文研究结果表明，在全球气候变暖和暴雨频发背景下，黄土塬区将面临较高的侵蚀风险，而在沟谷区域进行人工植树造林，能够有效减弱黄土塬区沟谷侵蚀的强度，起到十分好的固沟保塬效果。

上述研究成果发表在国际地貌学经典期刊Geomorphology。中国科学院地球环境研究所博士研究生郝铭揆为论文第一作者，金钊研究员为论文通讯作者。本研究得到国家自然科学基金项目（批准号：42221003, 41790444）和中国科学院（Ｂ类）战略性先导科技专项项目（批准号：XDB40020301）的共同资助。

论文链接：Mingkui Hao, Zhao Jin, Da Luo, Guofan Cao, Chengcheng Jiang, Hao Han, Siqi Yang, Jing Zhang. Rainstorm erosion difference and topographical changes induced by heavy rainfall between afforestation and grassland restoration catchments on the Chinese Loess Plateau. Geomorphology, 2024, 109243. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2024.109243

图1：（a）沟谷侵蚀发生后沟缘线后退示意图；（b）自然恢复草地小流域沟谷侵蚀发生后沟谷面积缩小和沟床沉积拓宽示意图；（c）人工植树造林小流域沟谷侵蚀发生后沟谷面积扩大和沟床收窄示意图。

图2： 植被自然恢复和人工植树造林小流域沟谷侵蚀和沉积的空间分布特征