《Soil and Tillage Research》：Gully head activity: Concepts, assessment, and an integrated framework for stabilization process modelling
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景觀不穩定性和土壤侵蝕的關鍵指標溝頭活動（GHA）存在時空尺度上的概念碎片化與評估方法割裂問題。本文提出整合地貌閾值與海拔積分（SI）的時空動態框架，量化溝頭發育階段（T）與剩余發展潛力（D），揭示溝頭活動從活躍發育到終極穩定的連續演變過程。通過中國東北平原和黃土高原的驗證，該框架可區分不同地質地貌與土地利用條件下的溝頭發育軌跡，為侵蝕易發區劃與精準治理提供動態評估依據。
Jiaxi Wang|Juying Jiao|Junyang Lu|Hanyuan Sheng|Kunheng Li
中國西北農林大學水土保持科學與工程學院（水土保持研究所）水土保持與荒漠化控制國家重點實驗室，楊陵712100
摘要
溝頭活動（GHA）是景觀不穩定性和土壤侵蝕的關鍵指標，然而現有的概念和評估方法在不同時間尺度上仍然存在碎片化現象，并且缺乏對長期穩定過程的明確表述。本綜述綜合了溝頭形態、地形閾值、溝頭退縮速率、侵蝕敏感性以及短期侵蝕子過程的最新研究成果，同時指出了關鍵的概念和方法論空白。現有的長期（如高程積分分析、基于閾值的穩定性評估）、中期（退縮速率和敏感性評估）和短期（基于過程和證據的現場標準）方法雖然能夠捕捉到GHA的互補方面，但未能描述從活躍發展到最終穩定的連續過渡過程。為了解決這一空白，我們提出了一個綜合的時空框架，將地形閾值與高程積分（SSI）相結合，以共同量化溝頭的時間發展階段（T）和剩余發展潛力（D）。在中國東北平原和黃土高原的應用表明，該框架能夠揭示溝頭活動的階段依賴性變化，并區分不同地貌和土地利用條件下的發展軌跡。通過將GHA評估從靜態分類轉變為動態演化解釋，該框架為診斷溝頭不穩定性、確定易侵蝕地點以及針對溝頭發展不同階段制定管理策略提供了過程導向的基礎。此外，它還為探索溝頭對環境變化的響應以及支持在氣候變化和土地利用條件變化下的針對性侵蝕減緩提供了概念基礎。
引言
土壤侵蝕對全球土地退化構成了重大威脅（Borrelli等人，2020年）。作為最嚴重的形式之一，溝蝕會導致顯著的現場和場外影響。現場影響包括直接的土地流失、耕地面積和土壤質量下降、地下水位降低以及基礎設施損壞。場外影響則涉及集水區水文變化的潛在影響、從坡地上游到流域出口的徑流和沉積物連通性的變化，以及由于沉積物堆積導致的下游水庫容量減少（Vanmaercke等人，2021年）。降水尤其是極端降雨事件期間的降水是溝蝕的主要驅動因素（Poesen等人，2003年；Vanmaercke等人，2016年）。此外，鑒于全球氣候變化下極端降雨的加劇（Yin等人，2018年；Moustakis等人，2021年），溝蝕的風險預計會增加（Valentin等人，2005年；Li和Fang，2016年；Vanmaercke等人，2016年；Zhang等人，2019a年）。
溝頭活動在不同時空尺度上的概念有所不同。在地質時間尺度上，溝頭活動與地貌演化階段密切相關（Strahler，1952年）。在中期尺度（數年至數十年）上，溝頭活動表現為當前的溝頭切割退縮和相關的沉積物產生（Poesen等人，2003年；Vanmaercke等人，2016年；Garosi等人，2019年）。在短期尺度（降雨事件到季節周期）上，溝頭活動通過特定環境條件下的水力機械控制來體現溝頭切割的穩定性。這種觀點基于邊坡穩定性的巖土工程原理，通常采用耦合的水力機械方法進行框架構建，例如安全系數（FS）分析（Collison，2001年；Allen等人，2017年）。
目前評估溝頭活動的方法仍受到不同方面和概念碎片化的限制。地貌演化指數和地形閾值傾向于描述溝頭活動的長期階段，但缺乏與詳細溝蝕子過程的機制聯系（Strahler，1952年；Montgomery和Dietrich，1994年）。溝頭退縮速率或敏感性制圖可以量化中期的溝頭活動，但常常忽略溝頭發展階段和穩定過程（Sidorchuk等人，2003年；Vanmaercke等人，2016年；Belayneh等人，2023年）。短期方法通過物理建模或基于現場的標準來解決子過程的機制問題，但難以與長期的溝頭動態聯系起來（Oostwoud Wijdenes等人，2000年；Alonso等人，2002年；Istanbulluoglu，2005年）。這種概念和方法上的碎片化阻礙了對溝頭活動的系統描述，妨礙了從溝頭形成到穩定的整個穩定過程的理解，最終阻礙了對溝頭活動作為動態演化過程的理解。
基于對概念和評估方法的最新綜述，我們提出了一個描述溝頭穩定過程的框架，并通過兩個案例研究展示了其適用性。具體來說，第2節回顧了不同研究方面下溝頭活動的概念基礎。第3節評估了不同時間尺度上評估溝頭活動的方法，包括溝頭形態、地形閾值、溝頭退縮、侵蝕敏感性和溝蝕子過程。在此基礎上，第4節進一步介紹并展示了一個綜合的溝頭活動過程評估框架。第5節總結了本文。
部分內容摘錄
長期尺度評估
關于溝頭形態和地形的研究為從地貌演化角度評估溝頭活動提供了理論基礎。因此，評估方法主要源于長期尺度上的地貌演化理論，如高程積分（Strahler，1952年）、地理相似性量化（Ai，1987年）和基于A-S的地形閾值（Torri和Poesen，2014年）。
這些理論方法得到了先進的地貌測量技術和數字地形分析（DTA）技術的補充...
溝頭穩定過程的綜合建模框架
盡管在溝頭研究方面取得了顯著進展，但現有的評估方法在不同時間尺度上仍然存在碎片化現象。因此，當前的方法很少能夠以綜合的方式描述溝頭的穩定過程。為了解決這一空白，我們提出了一個時空框架，該框架能夠同時量化溝頭的空間剩余發展潛力和時間發展階段，從而實現對溝頭穩定過程的明確建模。
結論
本綜述綜合了溝頭活動（GHA）的概念和方法論基礎，涵蓋了溝頭形態、地形閾值、溝頭退縮、溝頭敏感性和溝蝕子過程。現有方法涵蓋了多個時間尺度：長期方法（如高程積分、地形閾值和基于DEM的地形分析）側重于地貌演化；中期評估依賴于退縮速率和敏感性；而短期...
作者貢獻聲明
Junyang Lu：撰寫——審稿與編輯、可視化、驗證、軟件開發、調查、數據分析。Juying Jiao：撰寫——審稿與編輯、初稿撰寫、監督、資金獲取、概念構思。Jiaxi Wang：撰寫——審稿與編輯、初稿撰寫、方法論設計、資金獲取、數據分析、數據管理、概念構思。Kunheng Li：軟件開發、調查、數據分析。Hanyuan Sheng：驗證、調查、數據分析、數據整理。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的競爭性財務利益或個人關系可能影響本文的研究工作。
致謝
本工作得到了國家自然科學基金（項目編號：42407461、U2243213）、中國高校科研基金（項目編號：2452024019、2452023071）以及河南省水資源科學技術研究項目（項目編號：GG202416）的支持。作者感謝張艷教授在東北地區賓縣流域的野外調查和數據處理方面的協助。
