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第10章 土壤侵蚀与生态植被(1)

荒漠化被称为“地球之癌症”,其概念最早由A.Aubreville提出,他认为荒漠化是在人为造成土壤侵蚀而破坏土地的情况下,使生产性土地最终变成荒漠的过程。随后有许多学者和联合国相关机构大会下了不大相同的定义。比如1994年在巴黎签署的防治荒漠化公约中的定义为:“荒漠化系指包括气候变化和人类活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱和亚湿润地区的土地退化”。因此,荒漠化主要是指植被退化、生物潜力降低与破坏、生态系统退化、生产力衰退、环境退化、荒漠化环境的蔓延以及土地退化等,其实质都是指由于自然和人为因素导致的土地退化。在这一公约中把荒漠化按照主导营力分为:风力作用下的荒漠化——风蚀荒漠化,水力作用下的荒漠化——水蚀荒漠化,物理化学作用下的荒漠化——土壤盐渍化等类型。黄土高原地区的荒漠化以水蚀荒漠化为主,而水蚀荒漠化是以水力为主导营力。有以下几个特点:在成因上,以流水侵蚀为主导,并与其他一种或几种营力相结合,加上人类的活动,导致土地生产力明显衰退,产生水蚀荒漠化;在内容上,主要的表征就是地表土壤物质大量流失,土层浅薄化,有机质含量减少,养分贫瘠,塬面被蚕食,沟谷面积不断扩大,切割越来越破碎,植被逆向演替,结构单一,植被减少或者出现裸地,土地生产潜力衰退,甚至土地资源丧失、废弃,最后表现出千沟万壑的地表景观。

1黄土高原土壤侵蚀与荒漠化现状

全世界每年有750亿t因水蚀和风蚀造成的土壤侵蚀,其中绝大部分发生在农业用地(包括农田和牧草地)上,原始森林几乎不发生土壤侵蚀。土壤侵蚀降低可耕种土地的肥力并且最终导致绝收。每年,全世界有1200万hm2可耕种土地因不可持续的耕作方式导致肥力衰竭而被抛荒。亚洲是世界上土壤侵蚀最严重的地区之一,1hm2土地平均每年土壤侵蚀量在30t~40t之间,而我国西部地区1hm2土地平均每年土壤侵蚀量则在50~60t之间。我国土壤侵蚀面积达367万km2,占国土面积的38%,每年损失耕地670hm2,流失土壤50亿t。

我国水蚀荒漠化土地集中分布于黄土高原地带,黄土高原几乎为黄土所覆盖,黄土多为风积物,土体疏松、多孔隙,垂直节理发育,干燥时较坚硬,能保持直立陡壁,遇水侵蚀后易崩解,抗蚀力很低。

以陕西、内蒙古、甘肃和山西等省区最为严重:土壤侵蚀面积45.4万km2(其中水蚀面积33.7万km2,风蚀面积11.7万km2),约占总面积的70.9%,多沙粗沙区面积7.86万km2,进入黄河的泥沙主要来自于这一地区。其中,土壤侵蚀模数≥5000t/km2.a的面积为15.6万km2,侵蚀模数≥8000t/km2.a的面积达8.5万km2,占全国同类面积的64%;≥万t/km2.a的面积为7.7万km2,占全国同类面积的78%;年侵蚀模数大于15000t/km2的剧烈水蚀面积达3.7万km2,占全国同类面积的89%,个别支流土壤侵蚀模数高达2万t/km2.a~3万t/km2.a。侵蚀类别以沟蚀为主,黄土高原≥0.5km的沟壑多达27万多条,平均每条沟年均进蚀1m~3m。

土壤侵蚀程度不等,河口镇至龙门区间最为严重,流域面积29万km2,平均含沙量35kg/m3,是黄河中上游地区土壤侵蚀最为严重的区域,黄河在穿越这一段黄土高原的过程中,众多支流汇入,把黄河染成了黄色。据测定,这一河段进入黄河的泥沙占全河沙量的90%。1949年后黄土高原新增坡地667万hm2,每年平均注入黄河的泥沙达16亿t,占黄河年输沙量的93.6%。增加土壤侵蚀量4亿t~5亿t。至1993年,各类经济活动又新增输沙量13.3%~20%。

水蚀荒漠化造成土地利用面积减少、土壤肥力降低、水库淤积等,仅伊克昭盟每年因土壤侵蚀造成损失约相当于氮、磷、钾总量达500万t~600万t之巨。平凉北部、定西市和科尔沁沙地东南的蒙辽交界处等地水蚀荒漠化形势非常严峻,素有陇东粮仓之称的甘肃董志塬,各条沟头年均前进1m,目前,塬区较完整的塬面仅有30%~40%,残塬占10%~20%。

2黄土高原土壤侵蚀区域划分

2.1严重侵蚀区

黄土高原严重土壤侵蚀区包括黄土丘陵沟壑区与黄土高塬沟壑区,面积约25万km2,占黄土高原总面积的38.8%,每年输入黄河泥沙约占黄河总输沙量的90%。(1)黄土丘陵沟壑区面积约21万km2,主要分布于陕北、晋西、晋南、豫西、陇东、陇中、陇南、内蒙古南部以及青海、宁夏东部等地。该类型区丘陵起伏,沟壑纵横,黄土覆盖较薄,地形破碎,植被稀少,面蚀、沟蚀均很严重,年土壤侵蚀模数高达1万t/km2.a~3万t/km2.a。(2)黄土高塬沟壑区,包括陇东的董志塬、旱胜塬、合水塬,渭北的长武塬,陕北的洛川塬,晋南的万荣、乡宁、隰县一带,面积约4万km2。区内塬面平坦,黄土深厚,洛川塬、董志塬的黄土厚度都在170m以上,但沟壑部分,地形破碎,坡陡沟深,相对高差100m~200m,沟壑密度0.5t/km2~2km/km2,土壤侵蚀形态主要是沟头前进,沟岸扩张,沟床下切,年侵蚀模数5000t/km2.a~10000t/km2.a。

2.2局部流失区

该类区域包括土石山区、林区、高地草原区、干旱草原区和风沙区,面积约31.7万km2,占黄土高原总面积的49%。大部分地面有不同程度的林草覆盖,土壤侵蚀轻微,但林草遭到破环的局部地方,流失也很严重,每年输入黄河泥沙约占黄河总沙量的9%,其中土石山区和林区主要分布在山西省的吕梁山、太岳山、中条山,陕、甘两省的秦岭、六盘山、黄龙山、子午岭、兴隆山、马衔山,河南省的伏牛山、太行山,内蒙古的大青山、狼山,宁夏的贺兰山等地。总面积为15万多km2,其中,土石区13.3万km2,林区2.0万km2。土石山区一般多是山脊部分为岩石或岩石的风化碎屑,形成石质山岭,山腰、山麓等部位有小片黄土分布,或是岩屑中混合有大量泥土,形成土石山区。其特点是石厚土薄,植被较好,土壤侵蚀较轻,大暴雨时常有山洪发生,年土壤侵蚀模数1000t/km2.a~5000t/km2.a。林区气候高寒湿润,林草茂密,人口稀少,土壤侵蚀模数100t/km2.a~1000t/km2.a。高地草原区主要分布于甘肃南部和青海省贵德、海晏、门源以西等地,土地面积3.6万km2,区内特点是地势高亢,气候寒冷,植被较好,地广人稀,土壤侵蚀轻微。土壤侵蚀模数在200t/km2.a以下。风沙区和干旱草原区,主要分布于内蒙古的伊克盟和长城沿线等地。风沙区土地面积达7万km2,干旱草原区5.8万km2,这两个区内地面宽阔平缓,有轻度起伏,历史上多为游牧区,特点是地广人稀,气候干旱,植被不良,风蚀剧烈,水蚀轻微,人口密度10人/km2~20人/km2。北部干旱草原区的地形由和缓的波状平原与封闭的风蚀洼地组成,部分地区保留着剥蚀残丘与梁状丘陵,地表多堆积着薄层风沙。南部毛乌素沙漠区堆积了100m厚度的由砂岩风化的第四纪中细沙层,地形主要由固定及半固定沙丘、流动沙丘和水草丰茂的丘间低湿滩地组成。流动沙丘以每年1m~4m的速度向东南移动。无定河、秃尾河、窟野河等河流上游的流沙可直接进入河道,成为这些河道的泥沙来源之一。

2.3轻微流失区

该类区域包括黄土阶地区与冲积平原区,面积7.8万km2,占黄土高原总面积的12%。除阶地上有少量沟蚀外,大部地面平坦,土壤侵蚀轻微,每年输入黄河泥沙约占黄河总输出沙量的1%。黄土阶地区主要分布在山西的汾河、陕西的渭河和河南的伊洛河两岸,面积2.4万km2,介于平原与高原之间,地面广阔与平原相似,但有少量类似高塬地区的侵蚀沟。冲积平原区包括宁夏、内蒙古黄河两岸及渭河、汾河和伊洛河流域的川地,土地面积约5.3万km2,约有50多个县(旗、市、区)。区内特点是地面平坦,土壤肥沃,耕垦历史攸久,人口稠密。宁夏和内蒙古境内黄河两岸平原区,海拔400m~1400m,自古以来就是我国北方有名的灌溉农业区,人口密度100人/km2~500人/km2。汾河、渭河和伊洛河平原区海拔300m~800m,地下水埋藏较浅,一般由数米至10多米不等,潜水蕴藏量丰富,灌溉条件好,农业生产水平高,人口密度400人/km2~600人/km2,这个地区的土壤侵蚀主要形态是暴雨洪水冲塌堤岸。

3黄土高原土壤侵蚀原因

3.1自然因素

3.1.1地貌、地形地貌因素是影响侵蚀的物理本质,制约着土地利用方式和水土流失程度。黄土高原地貌类型主要由塬、梁、峁、沟、谷等组成,沟壑纵横,坡陡沟深。地貌地形特征可以视为各种形态和坡度斜面在空间的组合,也可以把它解析为各种长度、坡度、坡向几何图形的不同组合,作用于各种几何面上不同大小和方向的力的作用过程,以及各种几何面对作用力作用过程的反馈。具体情形因各种降雨强度不同而异。当雨量大于5mm/min时,坡长和冲刷呈正相关。

因此,地面坡度是决定径流冲刷能力的基本因素。地面坡度越陡,地表径流流速越快,对地面物质的冲刷侵蚀力就越强;坡面越长,汇集地表径流量越多、越快,冲刷力也越强。黄土丘陵区缓平地只占土地面积的1/5,15°以上土地占50%~70%,有的达30°以上,坡长一般为100m~200m左右。径流的大小决定于径流的数量、深度和速度,而流速大小又取决于地面坡度,在一定范围内,地面坡度愈大,径流速度愈大,土壤侵蚀也更为严重。另外,土壤的结构与颗粒组成是土壤重要的物理性质,影响土壤抗冲性和抗蚀性,决定土壤侵蚀的程度。

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