晉北地區(qū)環(huán)境特征及其土地沙化機(jī)制研究

薛占金，秦作棟，孟憲文

（1.山西大學(xué) 黃土高原研究所，太原030006；2.大同大學(xué) 渾源師范分校，山西 渾源037400；3.山西大學(xué) 生物工程學(xué)院，太原030006）

土地沙化是土地退化的重要類型之一。晉北地區(qū)地處我國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)地帶（包括內(nèi)蒙古、遼寧、河北、山西和陜西等省、自治區(qū)的205個(gè)縣、旗［1］），生態(tài)環(huán)境脆弱，沙化土地面積分布大，土地沙化形勢(shì)十分嚴(yán)峻。秦作棟等［2－4］研究了晉西北地區(qū)土地荒漠化的人為因素、發(fā)展趨勢(shì)和危害評(píng)價(jià)。蘇志珠等［5－6］研究了山西省土地荒漠化的特征、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。本文重點(diǎn)分析了晉北地區(qū)環(huán)境特征和土地沙化等級(jí)劃分，進(jìn)而從自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人類活動(dòng)等方面分析了晉北地區(qū)土地沙化的成因機(jī)制。這對(duì)晉北地區(qū)深入開(kāi)展防沙治沙工作，具有極大的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況及環(huán)境特征

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)晉北地區(qū)位于山西省北部，在內(nèi)、外長(zhǎng)城之間，是山西省能源、礦產(chǎn)等資源的集中分布區(qū)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)110°56′－114°32′，北緯38°39′－40°43′。行政范圍包括大同市的南郊區(qū)、新榮區(qū)、大同縣、天鎮(zhèn)縣、陽(yáng)高縣、左云縣、渾源縣，朔州市的朔城區(qū)、平魯區(qū)、右玉縣、懷仁縣、應(yīng)縣、山陰縣，忻州市的偏關(guān)縣、河曲縣、保德縣、神池縣、五寨縣，共18個(gè)縣區(qū)，國(guó)土總面積約2.80萬(wàn)km2，總?cè)丝诩s426.43萬(wàn)人。本區(qū)是黃土高原的重要組成部分，是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的自然地理單元，氣候?qū)贉貛Ш浒敫珊禋夂?，溫差大、干旱且多風(fēng)沙，年均溫4.6～6.8℃，年降水量380～460 mm，年蒸發(fā)量1 700～2 300mm，相對(duì)濕度50%～60%，≥8級(jí)的大風(fēng)日數(shù)平均20～40d，無(wú)霜期100～130d。地形以恒山－洪濤山為界，以西為地形起伏和緩的覆沙黃土丘陵區(qū)，呈現(xiàn)高原形態(tài)；以東是構(gòu)造下陷的大同盆地，桑干河由西南向東北折向東流經(jīng)大同盆地［6］，區(qū)內(nèi)黃土廣泛分布，地貌類型復(fù)雜多樣，土壤侵蝕模數(shù)一般為2 000～8 000t／（km2·a），西部嚴(yán)重侵蝕區(qū)高達(dá)12 000t／（km2·a）。地帶性植被已被破壞殆盡，現(xiàn)存的植被多數(shù)為次生灌木和草類組成，人工林及天然灌木林面積較小。主要土壤類型為栗鈣土、風(fēng)沙土、栗褐土，粒度組成以細(xì)沙和極細(xì)沙為主［7］。

1.2 研究區(qū)環(huán)境特征

（1）脆弱性。晉北地區(qū)作為我國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)地帶的一個(gè)組成部分，自然環(huán)境具有明顯的脆弱性。本區(qū)的脆弱性表現(xiàn)為以下3個(gè)方面：第一，自然條件在時(shí)空方面表現(xiàn)出的顯著易變性決定了生態(tài)環(huán)境的脆弱性。空間易變性主要體現(xiàn)為區(qū)內(nèi)東、西兩部分降水及植被狀況的差異上；時(shí)間易變性主要表現(xiàn)為各自然因子的頻繁波動(dòng)，例如區(qū)內(nèi)降水量的年變率一般可達(dá)20%～50%，降水年內(nèi)分配極為不均，高度集中于夏季［8］。第二，砂黃土廣泛分布從根本上決定了本區(qū)自然環(huán)境的脆弱特征。砂黃土作為本區(qū)最主要的成土母質(zhì)決定了土壤質(zhì)地較粗、性狀較差、滲透性強(qiáng)、肥力低下，進(jìn)而影響到地表水文循環(huán)、物質(zhì)侵蝕速率、植被生長(zhǎng)狀況等諸多方面。第三，自然災(zāi)害頻繁發(fā)生是本區(qū)脆弱性的基本體現(xiàn)。本區(qū)干燥度大，大風(fēng)日數(shù)多，降水集中，旱災(zāi)、洪災(zāi)、霜凍、沙塵暴、雹災(zāi)等連年發(fā)生，災(zāi)害性天氣頻繁從根本上決定了晉北地區(qū)土地沙化的發(fā)展。

（2）過(guò)渡性。晉北地區(qū)的過(guò)渡特征是區(qū)域環(huán)境表現(xiàn)出脆弱性的基本原因。氣候上，由半濕潤(rùn)向半干旱過(guò)渡，晉北地區(qū)干燥度介于1.30～2.15之間，屬于半濕潤(rùn)、半干旱地區(qū)。再加上區(qū)域內(nèi)不同地貌類型條件下降水量與蒸發(fā)量的對(duì)比關(guān)系，這種干濕狀況的區(qū)內(nèi)差異是十分明顯的，充分體現(xiàn)出氣候上的過(guò)渡特征；植被上，由灌叢草原向典型草原過(guò)渡。晉北地區(qū)屬溫帶草原地帶，以不同類型的草原植被為主要特征，西部為灌叢草原，東部為干草原，與南部的森林草原區(qū)相毗鄰。植被類型的交錯(cuò)分布及其與相鄰地區(qū)的聯(lián)系特征充分體現(xiàn)出植被的過(guò)渡性［9］；土地經(jīng)營(yíng)上，由農(nóng)業(yè)向牧業(yè)過(guò)渡，晉北地區(qū)在空間上，是雨養(yǎng)耕地與草地的鑲嵌體［10］，目前屬于半農(nóng)半牧而以農(nóng)為主的地區(qū)，干燥期以牧業(yè)為主發(fā)展，具牧農(nóng)交錯(cuò)特征；濕潤(rùn)期則以農(nóng)業(yè)（種植業(yè)）為主發(fā)展，具農(nóng)牧交錯(cuò)特征［11］。

2 晉北地區(qū)土地沙化等級(jí)評(píng)價(jià)

2.1 調(diào)查方法

我國(guó)首次沙漠化普查采用現(xiàn)場(chǎng)地形圖（1∶50 000）調(diào)繪的方法，在地類劃分和地塊區(qū)劃的基礎(chǔ)上，填寫小班卡片，進(jìn)行室內(nèi)面積計(jì)算統(tǒng)計(jì)和結(jié)果分析；第二次荒漠化（沙漠化）土地監(jiān)測(cè)采用樣線調(diào)查法，并對(duì)重點(diǎn)沙漠化縣進(jìn)行普遍調(diào)查；第三次荒漠化和沙漠化土地監(jiān)測(cè)采用遙感與地面調(diào)查相結(jié)合的方法進(jìn)行普遍調(diào)查。

筆者曾于2008年5－7月深入晉北地區(qū)進(jìn)行土地沙化實(shí)地調(diào)查。參考山西省最新1∶50 000和1∶100 000地形圖、沙化監(jiān)測(cè)資料（主要包括：沙化土地分布圖、土地利用評(píng)價(jià)圖、土地資源圖、植被分布圖及土壤分布圖），以縣為區(qū)域采用實(shí)地調(diào)查的方法，獲取晉北地區(qū)沙化土地的面積及其他相關(guān)信息，依據(jù)資料和調(diào)查結(jié)果分析影響晉北地區(qū)土地沙化的主要因素。

2.2 等級(jí)劃分

沙化土地程度的劃分依據(jù)，許多國(guó)家的學(xué)者從不同的角度和深度提出了各種各樣的標(biāo)準(zhǔn)，但迄今為止，還沒(méi)有一個(gè)公認(rèn)的、被廣泛接受和推廣使用的沙化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。大部分研究者試圖從不同角度對(duì)沙化進(jìn)行全面揭示和綜合評(píng)定，但是由于影響因素的復(fù)雜性，使選取的指標(biāo)在內(nèi)容上往往相互交叉，同時(shí)也缺乏可操作性［12］。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）和聯(lián)合國(guó)環(huán)境署（UNEP）［13］制定的《荒漠化評(píng)價(jià)和制圖暫行辦法》從植被退化、荒漠化土地發(fā)展速度及內(nèi)在危險(xiǎn)性等3個(gè)方面提出了評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法，將土地沙化分為：輕度（slight）、中度（moderate）、重度（severe）和極重度（very severe）4個(gè)等級(jí)。朱震達(dá)［14］根據(jù)沙化程度指征（沙化土地每年擴(kuò)大面積比、流沙面積比、形態(tài)組合特征）和輔助指征（植被覆蓋率、土地滋生潛力、農(nóng)用系統(tǒng)的能量產(chǎn)投比、生物生產(chǎn)量）將其分為潛在的、正在發(fā)展中的、強(qiáng)烈發(fā)展中的、嚴(yán)重的4個(gè)等級(jí)。吳正［15］以流沙所占面積、植被狀況、地貌形態(tài)組合特征為沙化指征，劃分為潛在、輕度、中度、重度4個(gè)等級(jí)。1994年，因履行荒漠化國(guó)際公約的需要，我國(guó)第一次在全國(guó)范圍內(nèi)組織開(kāi)展了荒漠化和沙化普查工作，以5a為一個(gè)周期，目前己進(jìn)行了3次，也采用“四分”的方法，將沙化土地程度分為輕度、中度、重度和極重度4個(gè)級(jí)別。高尚武等［16］以裸沙地百分比、植被覆蓋度、土壤質(zhì)地分別賦予權(quán)重的方法，將沙化土地程度分為輕度、中度、強(qiáng)度和極強(qiáng)4個(gè)等級(jí)。

晉北地區(qū)沙化土地的等級(jí)劃分，以實(shí)地調(diào)查為基礎(chǔ)，參考朱震達(dá)先生提出的從地理景觀及土地沙漠化的發(fā)展、生態(tài)學(xué)角度和地表形態(tài)發(fā)展階段3方面來(lái)判斷沙化程度［17－18］，結(jié)合本區(qū)的自然狀況、環(huán)境特征等實(shí)際情況，從植被退化、土層厚度、風(fēng)蝕強(qiáng)度和土地利用等方面，提出評(píng)價(jià)晉北地區(qū)土地沙化程度的綜合指標(biāo)，并劃分為輕度、中度、重度3個(gè)級(jí)別（見(jiàn)表1）。

2.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

依據(jù)以上評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)晉北地區(qū)土地沙化現(xiàn)狀及等級(jí)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 晉北地區(qū)沙化土地調(diào)查統(tǒng)計(jì)

從表2可以看出，位于晉北地區(qū)東部縣區(qū)的土地沙化以輕度沙化為主，其中輕度沙化土地面積最大者為陽(yáng)高縣，達(dá)708.80km2，約占該縣土地總面積的42.53%。位于晉北地區(qū)西部縣區(qū)的土地沙化以中度沙化為主，且重度沙化占一定比例，其中中度沙化和重度沙化土地面積最大者為偏關(guān)縣，分別達(dá)781.20 km2和189.30km2，約占該縣土地總面積的46.45%和11.25%。在晉北地區(qū)出現(xiàn)土地沙化“東輕西重”現(xiàn)象的主要原因是地理位置、自然條件和不合理的人類活動(dòng)。但從晉北地區(qū)整體來(lái)看，沙化土地面積最小的縣區(qū)是右玉縣，為166.67km2，占全縣土地總面積的23.18%。右玉縣位于晉北地區(qū)中部偏北，毗連毛烏素沙漠邊緣，生態(tài)環(huán)境惡劣，卻成為晉北地區(qū)18個(gè)縣區(qū)中沙化土地面積最小的縣區(qū)，究其原因，新中國(guó)成立60年來(lái)，右玉縣歷屆縣委、縣政府團(tuán)結(jié)帶領(lǐng)全縣黨員干部群眾，堅(jiān)持不懈植樹(shù)造林，堅(jiān)忍不拔改善生態(tài)環(huán)境，全縣森林覆蓋率由不到0.3%提高到52%以上，創(chuàng)造了令人驚嘆奇跡的“右玉精神”。這種精神值得晉北地區(qū)其他縣區(qū)學(xué)習(xí)借鑒并發(fā)揚(yáng)光大。

3 晉北地區(qū)土地沙化成因分析

晉北地區(qū)處于黃土高原東緣的沙黃土帶內(nèi)，土地沙化的形成主要是發(fā)生在脆弱生態(tài)環(huán)境（如多風(fēng)、植被稀少、沙質(zhì)豐富等）下，由于人為過(guò)度活動(dòng)（如濫墾、過(guò)牧、樵采等），或自然災(zāi)害（如干旱、鼠害、蟲(chóng)害等）所造成的原生植被破壞、衰退甚至喪失，從而引起沙質(zhì)地表、沙丘活化，導(dǎo)致生物多樣性減少、生物生產(chǎn)力下降、土地生產(chǎn)潛力衰退以及土地資源喪失的過(guò)程（見(jiàn)圖1）?？梢哉J(rèn)為，土地沙化是特定環(huán)境下自然因素與人類活動(dòng)共同作用而形成的生態(tài)災(zāi)難。土地沙化的形成和發(fā)展主要影響因素有：

（1）脆弱的自然條件。降水少、土質(zhì)差、風(fēng)大、植被蓋度低是自然條件脆弱的主要體現(xiàn)。與土地沙化有關(guān)的自然條件主要有氣候、植被、土壤母質(zhì)、土壤質(zhì)地、土壤結(jié)構(gòu)等，它們是土地沙化發(fā)生的基礎(chǔ)［19］。晉北地區(qū)地處內(nèi)外長(zhǎng)城沿線和鄂爾多斯高原外緣，地表不同地貌部位分布有不同厚度的第四紀(jì)松散沉積物，地表物質(zhì)的機(jī)械組成在本區(qū)西部以細(xì)沙成分為主、東部以極細(xì)沙成分為主，物理性黏粒含量低、土層薄，有機(jī)質(zhì)含量低，保水保肥能力和抗沖刷力差；冬春季盛行偏西的北風(fēng)，氣候寒冷干燥，風(fēng)旱同季，降水季節(jié)分配不均且變率大，蒸發(fā)量大等氣候特點(diǎn)，致使植被蓋度小、植物生長(zhǎng)不穩(wěn)定，≥8級(jí)的大風(fēng)日數(shù)年平均在20d以上，風(fēng)速可達(dá)17～21m／s，頻繁的大風(fēng)天氣，使少有或沒(méi)有植被保護(hù)的疏松土壤經(jīng)常處于遭受侵蝕或接受風(fēng)沙沉積的狀態(tài)，土壤中較為細(xì)小的成分逐漸被吹蝕后，土壤顆粒變大，質(zhì)地不斷粗化，有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量持續(xù)減少，致使土壤保水保肥性能衰退，土地生產(chǎn)能力喪失。

（2）落后的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件。落后的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件是土地沙化的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力，它包括人口壓力大、文化水平低、經(jīng)濟(jì)發(fā)展慢、人均收入少、科技不發(fā)達(dá)、政策不合理等因素。晉北地區(qū)是山西省老少邊窮最典型的地區(qū)，不僅人口數(shù)量多、增長(zhǎng)快，而且文化低、素質(zhì)差，導(dǎo)致土地承受的壓力過(guò)大，人們對(duì)事物認(rèn)識(shí)的準(zhǔn)確性及其行為的合理性較差。經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢、人均收入偏少迫使人們對(duì)土地資源掠奪式開(kāi)發(fā)和不合理利用，造成晉北地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展后勁不足，最終陷入“人口增加→生活貧困→過(guò)度開(kāi)發(fā)→經(jīng)營(yíng)粗放→土地沙化→生產(chǎn)力低下→經(jīng)濟(jì)更加貧困”的怪圈之中。晉北地區(qū)第一產(chǎn)業(yè)占主導(dǎo)地位，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，落后的地區(qū)經(jīng)濟(jì)致使對(duì)教育、科研、人才吸引、沙化治理等許多方面的投人嚴(yán)重不足，這些因素反過(guò)來(lái)都會(huì)促進(jìn)沙化的發(fā)展。晉北沙化地區(qū)，科技人才缺、科技投人少、科技水平低，對(duì)沙化防治的科技支持力度明顯不足。政策的影響范圍和影響能力是巨大的，科學(xué)而合理的政策需要從人口、經(jīng)濟(jì)、資源、科學(xué)、教育等不同方面配套制定和實(shí)施?，F(xiàn)實(shí)表明，當(dāng)政策出現(xiàn)失誤時(shí)，沙化空前發(fā)展，當(dāng)政策較為合理時(shí)，沙化趨于穩(wěn)定并逆轉(zhuǎn)［20］。

（3）不合理的人類活動(dòng)。在中國(guó)北方沙化地區(qū)，人類對(duì)土地資源及水資源的不合理利用，導(dǎo)致沙化空前發(fā)展［21－22］。晉北地區(qū)落后的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素導(dǎo)致了不合理的人類活動(dòng)，主要表現(xiàn)在土地利用結(jié)構(gòu)不合理和土地利用強(qiáng)度太大兩個(gè)方面。除了過(guò)度墾荒、超載放牧、濫砍濫伐、濫挖野生中藥材以及水資源利用不合理等，晉北地區(qū)不合理的人類活動(dòng)突出表現(xiàn)在資源開(kāi)采和工程建設(shè)，不僅破壞了土壤結(jié)構(gòu)、減小了植被蓋度，而且對(duì)耕地、草地和水資源造成了極大地浪費(fèi)和破壞，使本來(lái)松散干燥的地表大面積裸露，這些裸露、松散的地表在自然條件的作用下最容易產(chǎn)生風(fēng)蝕，淪為不同程度的沙化土地。

通過(guò)以上分析可以看出，土地沙化可以理解為在脆弱的自然條件基礎(chǔ)上，由于落后的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件導(dǎo)致的不合理人類活動(dòng)而產(chǎn)生的強(qiáng)烈風(fēng)沙活動(dòng)，進(jìn)而引起風(fēng)沙危害的過(guò)程。從成因上來(lái)看，脆弱的自然條件是晉北地區(qū)土地沙化發(fā)生、發(fā)展的基礎(chǔ)，落后的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件是晉北地區(qū)土地沙化發(fā)生、發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力，不合理的人類活動(dòng)是晉北地區(qū)土地沙化發(fā)生、發(fā)展的根源。晉北地區(qū)土地沙化的發(fā)生和發(fā)展又進(jìn)一步加劇了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的落后程度，形成了一個(gè)以土地沙化發(fā)展過(guò)程為主線的，相輔相成、相互作用、互為因果的自然－社會(huì)－經(jīng)濟(jì)的非良性循環(huán)系統(tǒng)。

4 結(jié)論

（1）晉北地區(qū)地處我國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)地帶，自然環(huán)境的脆弱性和過(guò)渡性，造成本區(qū)沙化土地所占比重大，形勢(shì)嚴(yán)峻。實(shí)地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)由于自然條件的制約，加上人為活動(dòng)的干預(yù)，晉北地區(qū)土地沙化呈現(xiàn)總體好轉(zhuǎn)、局部惡化的態(tài)勢(shì)。

（2）從植被退化、土層厚度和風(fēng)蝕強(qiáng)度等方面，提出評(píng)價(jià)晉北地區(qū)土地沙化程度的綜合指標(biāo)，并劃分出輕度、中度、重度3個(gè)級(jí)別。通過(guò)實(shí)地調(diào)查的結(jié)果測(cè)算，晉北地區(qū)輕度、中度、重度沙化土地分別為8 208.59，4 391.50，827.90km2。

圖1 晉北地區(qū)土地沙化成因與過(guò)程圖

（3）晉北地區(qū)土地沙化的影響因子從脆弱的自然條件、不合理人類活動(dòng)拓展到落后的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，使晉北地區(qū)土地沙化的成因研究更進(jìn)一步。脆弱的自然條件是晉北地區(qū)土地沙化發(fā)生、發(fā)展的基礎(chǔ)，落后的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件是晉北地區(qū)土地沙化發(fā)生、發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力，不合理的人類活動(dòng)是晉北地區(qū)土地沙化發(fā)生、發(fā)展的根源。

（4）弄清晉北地區(qū)土地沙化的成因機(jī)制是防治土地沙化的前提，也是防治土地沙化的關(guān)鍵。結(jié)合工程措施、生物措施、農(nóng)業(yè)措施等技術(shù)，采取措施從根本上遏制土地沙化發(fā)展的趨勢(shì)，加大生態(tài)建設(shè)力度，以期在減緩風(fēng)蝕強(qiáng)度的同時(shí)逐步恢復(fù)土地生產(chǎn)力，特別是要改善社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，調(diào)整以往的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，規(guī)范區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和人類行為，以此建立高效、強(qiáng)有力的防沙治沙體系。

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