受全球变化和季风气候影响，黄土高原暴雨频率和强度呈增强趋势，高强度降雨事件造成了严重的土壤侵蚀和水土流失。黄土高原暴雨侵蚀及其引发的一系列地质灾害、土地破坏和生态受损问题受到学术界和政府部门的高度关注。然而，黄土高原人工植树造林和植被自然恢复，其抵抗暴雨侵蚀的能力如何，存在何种差异，一直缺乏定量和深入的认识。尤其在小流域尺度，人工植树造林和植被自然恢复模式下暴雨侵蚀、沉积及相应的地形地貌变化，相关研究十分鲜见。这方面研究结果对于科学评估黄土高原退耕还林和还草工程抵抗暴雨侵蚀的能力，具有十分重要的指示意义。

基于上述科学问题，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，利用先进的机载激光雷达技术，对两条小流域暴雨侵蚀、沉积及相应的地形地貌变化进行了高精度的定量分析和对比。研究表明，自然恢复草地小流域单位面积暴雨侵蚀量为 233908 m3 km-2，人工植树造林小流域为49768 m3 km-2，草地小流域暴雨侵蚀强度是森林小流域的4.7 倍。暴雨侵蚀后，草地小流域沟床面积扩大，沟谷地和沟间地面积缩小，而森林小流域沟床和沟间地面积缩小，沟谷地面积扩大（图1）。此外，暴雨侵蚀导致两条小流域沟缘线长度减小，地形起伏度显著增加。草地和森林小流域，沟谷侵蚀量占总侵蚀量的 90% 以上，暴雨侵蚀最活跃的区域位于小流域沟缘线附近的陡坡区域，占沟谷侵蚀面积的 15%以上。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，在全球气候变化的影响下，黄土高塬沟壑区将面临很高的暴雨侵蚀风险，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，起到较强的固沟保塬效果。

上述研究成果发表在国际地貌学经典期刊Geomorphology。博士研究生郝铭揆为论文第一作者，中国科学院地球环境研究所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）小流域暴雨侵蚀沟缘线后退示意图；（b）自然恢复草地小流域暴雨侵蚀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暴雨侵蚀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暴雨侵蚀和沉积的空间分布特征