楊繼榮
(山西省第三地質(zhì)工程勘察院,山西晉中 030620)
荒漠化是指包括氣候變化和人類活動(dòng)等在內(nèi)的種種因素造成的干旱、半干旱和亞濕潤(rùn)干旱地區(qū)的土地退化[1]?;哪云鋵?duì)環(huán)境生態(tài)的巨大破壞和人類活動(dòng)的嚴(yán)重影響成為全球最突出的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題之一,我國(guó)也深受其害,特別是近年來(lái)春季沙塵暴在北方的頻繁發(fā)生,再一次引起了黨和政府的高度重視[2]。據(jù)第三次荒漠化調(diào)查結(jié)果[3],山西省荒漠化土地面積為70.542 9×104hm2,占全省國(guó)土總面積的4.5%,直接經(jīng)濟(jì)損失約為389.89億元,是我國(guó)荒漠化問(wèn)題較嚴(yán)重的省份之一。
馬義娟[4]通過(guò)對(duì)晉西北和大同地區(qū)荒漠化監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析,對(duì)山西省土地沙質(zhì)荒漠化特征進(jìn)行了研究;張成梁[5]在分析山西省煤礦區(qū)荒漠化數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,對(duì)山西省采煤型荒漠化的程度和成因進(jìn)行了探討;車日桃[6]則闡述了大同地區(qū)荒漠化治理工作的進(jìn)展。然而,由于歷史因素,荒漠化的有關(guān)工作主要由林業(yè)、水利和農(nóng)業(yè)等部門負(fù)責(zé),地質(zhì)部門的參與較少,地質(zhì)環(huán)境對(duì)土地荒漠化的控制作用認(rèn)識(shí)不夠,直接影響了土地、水資源可持續(xù)發(fā)展利用戰(zhàn)略方面的制定,荒漠化的地質(zhì)環(huán)境工作亟待加強(qiáng)[7]。而山西省荒漠化地質(zhì)環(huán)境方面的工作也相對(duì)較少,僅于2005年對(duì)山西省荒漠化地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了初步分析綜合評(píng)價(jià),本文即是基于此認(rèn)識(shí),嘗試對(duì)山西省荒漠化地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)。
根據(jù)造成荒漠化的主要地質(zhì)營(yíng)力,山西省荒漠化的主要類型可劃分為:水蝕—風(fēng)蝕荒漠化、流水侵蝕荒漠化、物理化學(xué)作用下的荒漠化(鹽漬化)及工礦型荒漠化。結(jié)合地域分布分述為:晉西北、晉北水蝕—風(fēng)蝕沙土,晉西強(qiáng)烈侵蝕黃土、五大盆地鹽漬土及六大煤田退化棄耕土。
其分布于河曲、保德、偏關(guān)、神池、五寨、右玉—左云、朔州、山陰、懷仁、大同、陽(yáng)高、應(yīng)縣、渾源一帶。西部地貌為黃土梁峁區(qū),東部為土石丘陵,地形切割強(qiáng)烈,流水侵蝕作用較為強(qiáng)烈,以面蝕、溝蝕、潛蝕作用為主,在溝谷凹岸常產(chǎn)生滑坡、崩塌,加劇了水土流失,年侵蝕模數(shù)5 000 t/(km2·年)~10 000 t/(km2·年)。
本帶處于省境北部,受西伯利亞冷高壓控制,冬春干燥季風(fēng)盛行,多年平均風(fēng)速2 m/s~6 m/s,最大風(fēng)速24 m/s,大風(fēng)日數(shù)多達(dá)52 d;沙塵、沙暴每年都有發(fā)生。風(fēng)蝕作用在西北迎風(fēng)坡,土壤粘粒不斷被吹揚(yáng)帶走,而產(chǎn)生土壤沙化,土地肥力下降,在背風(fēng)坡堆積固定、半固定呈斷續(xù)分布的沙丘雛形,厚度一般較小,在偏關(guān)馬家垣東部最大厚度達(dá)4 m,呈松散狀態(tài),其粗砂顆粒(大于0.05 mm)占 53%。
根據(jù)土地沙漠化程度可劃分為嚴(yán)重沙漠化區(qū)、強(qiáng)烈發(fā)展的沙漠化區(qū)及中度發(fā)展的沙漠化區(qū)。前者分布于左云、右玉西北部,面積約1 770 km2。據(jù)右玉風(fēng)沙觀測(cè)站測(cè)定,本區(qū)風(fēng)蝕臨界風(fēng)速為4.90 m/s,平均空間過(guò)沙量為 4.5 g/(m2·h)(近地面 200 m 空間)。根據(jù)風(fēng)沙顆分資料,大于0.5 mm的粗顆粒占83%,年風(fēng)蝕模數(shù)在8 000 t/(km2·年)~10 000 t/(km2·年)。區(qū)內(nèi)每遇大風(fēng),塵沙彌漫,沙丘南移,每年沙丘南移速度達(dá)5 m~10 m,有些地方可大于20 m;中者分布于河曲、偏關(guān)、保德一帶,面積約2 100 km2,分布有一定數(shù)量的固定、半固定沙丘雛形及規(guī)模較小的松散風(fēng)沙土,風(fēng)蝕模數(shù)5 000 t/(km2·年)~8 000 t/(km2·年);后者以河西、保德、偏關(guān)及大同盆地西部邊緣較為典型,面積20 070 km2,風(fēng)蝕模數(shù)2 000 t/(km2·年)~5 000 t/(km2·年)。
其分布于興縣、臨縣、離石、柳林、石樓、永和、大寧、吉縣、鄉(xiāng)寧一帶,面積約9 250 km2。區(qū)內(nèi)黃土分布廣,厚度大,近代地質(zhì)作用十分活躍。地形差異明顯,梁峁起伏,溝壑縱橫,侵蝕作用不斷加劇。水蝕、重力侵蝕強(qiáng)烈,各種侵蝕地貌形態(tài)發(fā)育,是多沙粗沙的重要區(qū)域。由于受黃土巖性、黃土下墊地層巖性以及地貌、氣候等因素影響,在地域上具有明顯差異。
大致以晉西永和縣為界,北部為黃土梁峁溝壑區(qū),黃土較厚,馬蘭黃土為沙黃土,大多已遭侵蝕。黃土下墊層多為風(fēng)化較強(qiáng)的中生界砂泥巖,構(gòu)成河流中、下部谷坡。水力、重力侵蝕均顯強(qiáng)烈,尤其是基巖谷坡瀉溜、崩塌普遍發(fā)育,近分水嶺溝頭地帶滑坡也較發(fā)育。在支溝的各地段第三系紅土普遍裸露,成為重要侵蝕活躍的因素之一。一般溝道無(wú)長(zhǎng)流水,地表水與地下水資源貧乏,汛期降水來(lái)勢(shì)兇猛,往往形成高含沙洪水。溝壑密度一般可達(dá)5 km/km2~7 km/km2。
晉西永和縣以南以黃土殘塬溝壑為主,黃土厚度大,地面呈寬梁殘塬深溝景觀。溝深坡陡,塬坡近代沖溝發(fā)育,溝壑密度一般小于3 km/km2。區(qū)內(nèi)以水力侵蝕為主,重力侵蝕次之,溝蝕異?;钴S。谷坡切溝、懸溝、沖溝及崩塌等侵蝕方式均有發(fā)生。溝谷中普遍發(fā)育紅粘土,且厚度較大。
黃河沿岸地帶為黃土蓋頂石質(zhì)梁狀溝壑地貌,溝深坡陡,多呈窄“V”形谷,切割深度200 m~300 m,溝壑密度5 km/km2~6 km/km2。黃土大部分已被侵蝕,僅在梁頂或斜坡低洼處有少量保留,基巖裸露。黃土梁坡有淺溝、切溝發(fā)育,砂泥巖谷坡瀉溜、崩塌等重力侵蝕時(shí)有發(fā)生。因黃土保留不多,基巖風(fēng)化程度弱,溝谷深切于基巖,故現(xiàn)代巖土侵蝕相對(duì)較弱。
其主要分布于較大河流的近河床兩岸,河澗洼地,山前交接洼地,湖灘地等地形低洼地帶,即大同盆地的應(yīng)縣、山陰、朔州、懷仁、陽(yáng)高、大同、天鎮(zhèn)及運(yùn)城盆地的運(yùn)城、永濟(jì)等市縣,在忻定盆地的代縣、原平、忻州、定襄、太原盆地的汾河及主要支流沿岸及臨汾盆地的洪洞、臨汾等市縣也有一定范圍的分布。據(jù)1990年統(tǒng)計(jì)資料全省鹽堿地面積859 408.4畝(見表1),其中大同市、朔州市、運(yùn)城地區(qū)鹽堿地面積分別為130 134.4畝,48 603.2畝和92 145.8畝,分別占全省鹽堿地總面積的15.14%,56.55%(大同盆地合計(jì)為71.69%),10.72%,可見山西省鹽漬土具有集中分布的特點(diǎn)。
表1 山西省鹽堿地分區(qū)統(tǒng)計(jì)表[8]
工礦型退化棄耕土,主要分布于山西六大煤田已有采空區(qū),特別是大同煤田、太原西山煤田的古交礦區(qū)、太原西山礦區(qū)、霍西煤田的汾西礦區(qū)、沁水煤田的陽(yáng)泉、長(zhǎng)治、晉城、陽(yáng)城、高平礦區(qū)及河?xùn)|煤田的柳林、離石、鄉(xiāng)寧礦區(qū)等表現(xiàn)的尤為突出。由于煤層分布廣,厚度大,埋藏淺,產(chǎn)狀平緩,煤層頂板力學(xué)性質(zhì)又較差,因而在采空區(qū)及其鄰近周邊產(chǎn)生地面裂縫、下沉、塌陷,造成含水層疏干,引發(fā)滑坡、崩塌,大量棄石、棄土為泥石流的形成提供物質(zhì)來(lái)源,地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生,使原有良田的種植條件不斷惡化,生產(chǎn)能力明顯下降,甚至棄耕。據(jù)初步統(tǒng)計(jì),山西省六大煤田含煤面積約54 000 km2,其中大同、陽(yáng)泉、西山、汾西、潞安、晉城、軒崗、霍縣八大礦區(qū)面積約8 000 km2,其他礦區(qū)面積累計(jì)約5 000 km2。目前已有采空區(qū)1 200 km2,且以每年約100 km2的速度擴(kuò)大,土地棄耕面積約86萬(wàn)畝。
隨著煤炭生產(chǎn)的發(fā)展,采空區(qū)不斷擴(kuò)大,在今后100年內(nèi)將有約10 000 km2土地存在潛在退化或棄耕。由于重開采,輕復(fù)墾,重眼前經(jīng)濟(jì)效益、輕生態(tài)環(huán)境保護(hù),使工礦型退化棄耕土的范圍不斷擴(kuò)大,煤田分布區(qū)的生態(tài)環(huán)境趨于惡化。
山西省地質(zhì)調(diào)查院對(duì)全省重點(diǎn)礦區(qū)采煤破壞土地面積的調(diào)查結(jié)果[9]表明:全省重點(diǎn)礦區(qū)煤層開采面積、土地塌陷面積、耕地塌陷面積均以大同礦區(qū)所占比重最大,分別占到31.1%,29.0%,24.1%,平朔礦區(qū)所占比重最小,分別占 3.4%,4.1%,3.5%。從煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)類型劃分,開采面積以鄉(xiāng)鎮(zhèn)及其他煤礦所占比重最大,占47.5%。采煤引起的土地破壞和耕地破壞,以國(guó)有重點(diǎn)煤礦比重較大,分別占到78.3%和74.9%,土地破壞程度也最為嚴(yán)重。
土地荒漠化受多種因素的影響和控制。水文氣象、地形地貌、地表巖性、土壤類型、水文地質(zhì)條件等是影響土地荒漠化的自然因素,而人類工程活動(dòng)則是影響土地荒漠化的直接和誘發(fā)因素。
山西省山地、丘陵面積約占全省土地總面積的80%,山高坡陡,溝谷較為發(fā)育,特別是晉西北、晉西一帶,地貌上屬梁峁?fàn)铧S土丘陵,地形破碎,溝壑縱橫,坡陡溝深,源短流急,構(gòu)成了水土流失的前提條件;地表多為上~中更新統(tǒng)黃土,粘粒及有機(jī)質(zhì)含量低,抗蝕力差,結(jié)構(gòu)疏松,垂直節(jié)理發(fā)育,遇水易崩解,成為水土流失的物質(zhì)來(lái)源;降水在汛期集中,且暴雨多發(fā)是造成水土流失的主要?jiǎng)恿σ蛩?,種植結(jié)構(gòu)不合理,林草覆蓋率低,重工輕農(nóng),重用輕養(yǎng),粗獷經(jīng)營(yíng)是形成水土流失的誘發(fā)因素。晉西北、晉北一帶,春、冬季節(jié)氣候干燥,盛行西風(fēng)及西北風(fēng),年大風(fēng)日數(shù)多達(dá)40 d~60 d,且近鄰內(nèi)蒙庫(kù)布齊沙漠及陜蒙毛烏素沙漠,大風(fēng)將攜帶的沙粒及迎風(fēng)坡吹揚(yáng)的土顆粒堆積在背風(fēng)坡或局部低凹地帶,形成了小范圍的半固地沙丘雛形。
五大盆地地形相對(duì)較低,特別是流經(jīng)盆地的較大河流的河床兩側(cè)和湖泊周圍,地形低洼,地下水位埋藏淺,排泄不暢,氣候干旱,蒸發(fā)強(qiáng)烈是形成土地鹽漬化的主要因素,同時(shí)地下水開發(fā)利用不合理,大水漫灌,只灌不排是形成土地鹽堿化的人為因素。
工礦型退化棄耕土的形成,主要是人類工程活動(dòng)的結(jié)果。煤炭生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)土地資源的破壞主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面:1)井下開采引起地表下沉、裂縫、塌陷、含水層疏干,破壞土地;2)露天開采剝離上覆巖土層,對(duì)地表挖損破壞土地;3)煤礦開采過(guò)程中排出的廢石和夾矸壓占土地。
采煤塌陷破壞土地與礦區(qū)地形、地質(zhì)、覆巖性質(zhì)、煤層。
土地沙化首先表現(xiàn)為土壤被風(fēng)蝕,可利用耕地逐漸粗化,肥力下降,造成土地生物生產(chǎn)量的降低,由潛在沙化類型逐漸向嚴(yán)重沙化土地類型發(fā)展。據(jù)調(diào)查,山西受風(fēng)沙危害較嚴(yán)重的農(nóng)田有936萬(wàn)畝。每年春季耕地被風(fēng)蝕0.5 cm~1.2 cm,大風(fēng)能刮走種子,沙塵暴能打死和掩埋幼苗。這是風(fēng)蝕區(qū)長(zhǎng)期以來(lái)糧食產(chǎn)量低而不穩(wěn)定的主要因素。同時(shí)風(fēng)沙使道路和水渠受到壓埋的威脅。據(jù)記載,解放前,我省晉北、晉西北所有的過(guò)境公路、鐵路都受到風(fēng)沙危害:沙土壓埋路面;沙塵暴在公路附近障礙物的影響下,沙粒沉降在路基,形成片狀、舌狀沙堆,影響公路的暢通和排水。如在朔州沙塄河鄉(xiāng)一帶,1931年一場(chǎng)大風(fēng)過(guò)后,竟找不出原來(lái)的鄉(xiāng)村道路痕跡,全部被沙土掩埋。據(jù)1992年統(tǒng)計(jì),該區(qū)受害鐵路255 km,公路277 km,水渠4 528 km。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),晉北一帶土地沙化每年造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1.43億元。另外,土地沙化反過(guò)來(lái)又影響氣候,促使沙塵暴的形成,造成環(huán)境問(wèn)題,影響人們正常的生產(chǎn)、生活秩序。
山西省北部、西北部地區(qū)土地沙化現(xiàn)象在解放前及解放初期十分嚴(yán)重,許多地方多出現(xiàn)固定、半固定沙丘雛形,每遇大風(fēng),耕田風(fēng)蝕嚴(yán)重,沙丘南移速度較快。解放后在黨和政府的帶領(lǐng)下,當(dāng)?shù)厝罕姶蟾阒矘湓炝?,退耕還草及“三北”防護(hù)林建設(shè),使這一帶土地沙化現(xiàn)象得到了一定程度的控制,局部造成了良好的生態(tài)環(huán)境。但因氣候趨于干熱化,季風(fēng)盛行等原因,土地沙化還沒有得到徹底根治,沙化仍在擴(kuò)展,局部亂采濫伐和不合理的耕作現(xiàn)象依然存在。
水土流失嚴(yán)重危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn),使土地趨于貧瘠化,土地面積逐年減少。據(jù)省水保所測(cè)驗(yàn),每年每畝坡耕地平均流失表土4.5 t,每噸土壤含氮 0.8 kg ~1.5 kg,鉀 2.0 kg,全省每年流失土壤所帶走的肥料約1 000萬(wàn)t,相當(dāng)于1994年全省化肥施用量的3.3倍。由于徑流沖刷、溯源侵蝕、溝壁崩塌等,使塬面不斷縮小,梁峁不斷被切割,土地面積越來(lái)越少。
據(jù)調(diào)查,左云縣曹家溝東山2 600畝7°以上坡耕地,經(jīng)過(guò)70年的侵蝕,已有600多畝地變成巖石裸露的不毛之地。水土流失還會(huì)造成水庫(kù)及河道淤積、生態(tài)環(huán)境失調(diào)等。據(jù)初步統(tǒng)計(jì),因水土流失每年造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)4億元。
晉西呂梁山西側(cè)的黃河沿岸,為我省水土侵蝕強(qiáng)~極強(qiáng)區(qū),該地區(qū)人口相對(duì)稠密,經(jīng)濟(jì)比較落后,表土疏松,植被稀疏,抗蝕力差,地形破碎,溝壑發(fā)育,溝深、源短、流急,汛期暴雨集中,長(zhǎng)期以來(lái)水土流失十分嚴(yán)重,近年來(lái)雖然展開了一些治理荒山、荒坡及小流域治理工程,但目前還沒有收到明顯的效果,種植結(jié)構(gòu)不合理的現(xiàn)象仍普遍存在,人口增加和土地減少的矛盾仍比較突出,水土流失仍在發(fā)展。
土地鹽漬化的危害主要表現(xiàn)為土壤中過(guò)多的易溶鹽對(duì)農(nóng)作物的危害。由于多量鹽分的存在,土壤溶液的滲透壓力增高,使植物生長(zhǎng)極為困難,甚至不能生長(zhǎng)。
一般來(lái)說(shuō),當(dāng)土壤含易溶性鹽類達(dá)到0.1%時(shí),一般植物的生長(zhǎng)已受到危害;達(dá)到0.2%~0.3%時(shí)影響較為明顯;達(dá)到0.3%~0.6%時(shí),大部分植物不能生長(zhǎng);其含鹽量達(dá)到1.0%,則任何植物不能生長(zhǎng)。山西的鹽漬土主要分布于五大盆地,由于土地鹽漬化,使原本平坦肥沃的土地成為低產(chǎn)田,甚至不毛之地。初步統(tǒng)計(jì),因鹽漬化造成的直接經(jīng)濟(jì)損失近億元。
鹽漬土在山西省的分布范圍明顯減少或減輕。20世紀(jì)80年代以來(lái),由于降雨量趨于減少,地下水開采量相對(duì)增加,在一些地區(qū)又采取了有效的排鹽改堿措施,目前,各大盆地的鹽堿地面積均有明顯的減少,特別是太原盆地、忻定盆地和臨汾盆地,鹽堿地面積減少了3/5以上,大同、運(yùn)城盆地也減少了近2/5。各盆地鹽堿化的程度都有明顯減輕。
工礦型荒漠化的危害主要表現(xiàn)在:一方面由于采煤引起較大范圍的地面變形,淺層地下水疏干,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件不斷惡化,甚至使土地棄耕;另一方面,由于采煤導(dǎo)致地面變形、滑坡、崩塌、泥石流等多種地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生,而出現(xiàn)房屋裂縫、倒塌、水源枯竭、輸電中斷、交通阻塞。煤礦開采排出大量污水,煤焦加工業(yè)產(chǎn)生大量有害氣體,造成環(huán)境污染,破壞生態(tài)平衡。采空區(qū)因地面塌陷及各種地質(zhì)災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)數(shù)千萬(wàn)元。
工礦型退化棄耕土在山西六大煤田蔓延很快。20世紀(jì)80年代以來(lái),國(guó)有、地方國(guó)營(yíng)煤礦生產(chǎn)技術(shù)不斷更新,生產(chǎn)能力不斷擴(kuò)大,鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦及私營(yíng)煤礦迅猛增加,原煤產(chǎn)量大幅度提高,采空區(qū)面積以每年約100 km2的速度擴(kuò)大,土地退化和棄耕范圍擴(kuò)展很快,若不采取相應(yīng)的措施,采空區(qū)居民的生存和生活條件將受到嚴(yán)重威脅。
1)根據(jù)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查,顆分實(shí)驗(yàn)和巖石化學(xué)分析,查明土地沙化的物源、分布范圍和發(fā)展變化趨勢(shì),有針對(duì)性選擇適合林種,開展育林防沙工作;2)合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),雁北大同地區(qū)草地覆蓋率在全省最低,但蓄牧業(yè)相對(duì)興旺,應(yīng)根據(jù)不同母巖的化學(xué)成分,選擇合適的草種,封山育草,減少地表?yè)P(yáng)沙;3)土地沙化嚴(yán)重的雁北地區(qū)全省降雨量最低,蒸發(fā)量大,大風(fēng)天氣多,干旱嚴(yán)重。隨著萬(wàn)家寨引黃工程的建成和投產(chǎn),應(yīng)因地制宜增加水利配套設(shè)備,采用噴、滴灌等節(jié)水技術(shù),改變耕作方式,改善生態(tài)環(huán)境。
1)根據(jù)地形特點(diǎn),山坡修建隔坡水平溝,改變地表產(chǎn)流和徑流沖刷強(qiáng)度,山溝修建多級(jí)堤壩,攔截洪水,攔蓄泥沙;2)合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),對(duì)坡角在20°以上的坡耕地,應(yīng)逐步退耕還林,植樹種草,對(duì)坡角小于20°的坡耕地,修建梯田,集中連片治理;3)嚴(yán)禁毀林毀草開墾。
1)在查明區(qū)域環(huán)境水文地質(zhì)條件基礎(chǔ)上,因地制宜,注意不同深度含水層的調(diào)配開采利用,改變地下水流場(chǎng),加快地下水徑流的交換;2)及時(shí)疏通河道或改變地形條件,減少地表水體的淤積;3)有條件時(shí)實(shí)行草田輪作,地表水和地下水配額灌溉;4)渠堤、河岸重視植樹造林,增強(qiáng)防滲和減少地面蒸發(fā)。
1)選擇合適的開采方式,盡量減少對(duì)表層土壤的破壞和塌陷的穩(wěn)定時(shí)間;2)出現(xiàn)地表變形后要及時(shí)復(fù)墾;3)合理開發(fā)和利用礦產(chǎn)資料和土地資源。
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