黑龍江省土壤風(fēng)蝕研究現(xiàn)狀與方向

景國(guó)臣，李英杰，劉艷輝，劉丙友

(黑龍江省水土保持科學(xué)研究所 齊齊哈爾實(shí)驗(yàn)站，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

[基金項(xiàng)目] 黑龍江省科技攻關(guān)項(xiàng)目(GC09C108)

風(fēng)蝕是三大土壤侵蝕類型之一，土壤風(fēng)蝕是造成干旱、半干旱及半濕潤(rùn)地區(qū)土地荒漠化的主要因素，是全球性的環(huán)境問(wèn)題。根據(jù)黑龍江省第二次遙感調(diào)查，全省有風(fēng)蝕面積8 906.95 km2，包括安達(dá)、肇源、大慶、杜蒙、林甸、齊齊哈爾、甘南、富裕、龍江、訥河、依安、泰來(lái)等縣(市)，尤其是在西部的松嫩沙地，風(fēng)沙化土地面積已達(dá)5 960 km2，且每年還在以100 km2的速度擴(kuò)展[1]，嚴(yán)重威脅我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)——黑土農(nóng)業(yè)區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境。許多學(xué)者對(duì)東北黑土區(qū)的土壤風(fēng)蝕問(wèn)題進(jìn)行了研究，比如楊新等[2]根據(jù)近50年的氣象資料對(duì)典型黑土區(qū)風(fēng)蝕環(huán)境進(jìn)行了調(diào)查，認(rèn)為其風(fēng)蝕環(huán)境在整個(gè)東北地區(qū)屬于中等水平；劉鐵軍等[3]通過(guò)野外調(diào)研及實(shí)地觀測(cè)，對(duì)黑土區(qū)風(fēng)蝕區(qū)域、風(fēng)蝕因子、風(fēng)蝕發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了系統(tǒng)分析。20世紀(jì)80年代以來(lái)，黑龍江省加強(qiáng)了對(duì)土壤風(fēng)蝕規(guī)律和防治技術(shù)的研究，并取得了顯著成果。

1 土壤風(fēng)蝕理論研究

土壤風(fēng)蝕研究是伴隨著干旱、半干旱地區(qū)土地沙漠化研究發(fā)展起來(lái)的。近幾十年來(lái)，黑龍江省水土保持科學(xué)研究所(以下簡(jiǎn)稱研究所)針對(duì)土壤風(fēng)蝕問(wèn)題開展了大量研究工作，在黑龍江土壤風(fēng)蝕規(guī)律研究等方面取得了較大突破。

1.1 土壤風(fēng)蝕區(qū)域特征研究

根據(jù)土壤風(fēng)蝕造成土地沙漠化的自然因素、人為因素、地面景觀和沙漠化程度，20世紀(jì)80年代研究所組織科技人員對(duì)松嫩沙地進(jìn)行了科學(xué)考察，摸清了松嫩沙地的區(qū)域特征，為土壤風(fēng)蝕類型區(qū)劃分和沙地治理開發(fā)打下了基礎(chǔ)。趙興實(shí)等[4]對(duì)嫩江沙地進(jìn)行考察，認(rèn)為沙地分布稀疏零散，多呈斑塊狀或條塊狀，集中分布的沙地只占27%左右；沙地起伏普遍較小，其中平緩沙地占13%、低矮和中等起伏沙地占73%、較高沙地占12%、高大沙地占2%，大面積的平緩起伏沙地構(gòu)成了松嫩沙地獨(dú)特的地理景觀。榮建東等[5]根據(jù)沙地密度及流動(dòng)程度將松嫩沙地分為固定沙地、半固定沙地及流動(dòng)沙地3種類型，其中固定沙地較多，約占2/3，其余多為半固定沙地，流動(dòng)沙地很少。

1.2 土壤風(fēng)蝕程度研究

確定土壤風(fēng)蝕程度是評(píng)價(jià)土壤風(fēng)蝕現(xiàn)狀、開展風(fēng)蝕區(qū)劃、制定土壤風(fēng)蝕防治措施、合理開發(fā)土地資源的重要依據(jù)。在風(fēng)蝕過(guò)程中，風(fēng)剝和風(fēng)積同時(shí)存在，但又是兩個(gè)不同的侵蝕危害形式，不能用同一指標(biāo)衡量其侵蝕程度。根據(jù)土壤風(fēng)剝厚度、表土層殘留厚度、土地沙埋厚度等，研究所提出了土壤風(fēng)蝕程度和沙化程度分級(jí)表。這些指標(biāo)的確定，為土壤風(fēng)蝕區(qū)域劃分和防治措施布局提供了科學(xué)依據(jù)。

1.3 風(fēng)沙流主要特征研究

當(dāng)風(fēng)力大于等于土壤起沙風(fēng)速時(shí)，沙質(zhì)地表在氣流運(yùn)動(dòng)沖擊力作用下，沙粒脫離地表進(jìn)入氣流被搬運(yùn)前進(jìn)，即形成風(fēng)沙流。據(jù)調(diào)查，黑龍江省風(fēng)蝕區(qū)風(fēng)沙流的移動(dòng)路徑大都是由西北(北)向東南(南)或由西南向東北移動(dòng)，這與起沙風(fēng)的風(fēng)向、頻率密切相關(guān)。

研究所通過(guò)長(zhǎng)期觀測(cè)研究松嫩沙地風(fēng)沙流的垂直分布得出結(jié)論，在距地面1 m高的范圍內(nèi)，距地表10 cm以下的占73.5%、10 cm以上的占26.5%，說(shuō)明風(fēng)沙物質(zhì)主要分布在距地表10 cm以下，造成沙塵暴的可能性較?。环治鲲L(fēng)沙土和風(fēng)沙流中風(fēng)沙物質(zhì)的機(jī)械組成，認(rèn)為風(fēng)沙物質(zhì)多來(lái)源于本地區(qū)地表物質(zhì)，基本上屬于就地起沙；在風(fēng)沙物質(zhì)中，<0.01 mm的物理性黏粒隨距地高度增加逐漸增多，>0.01 mm的物理性沙粒隨距地高度增加逐漸減少，這些顆粒在隨風(fēng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中逐漸沉積，容易造成土壤沙化，加劇土地荒漠化。

1.4 土壤風(fēng)蝕影響因素研究

起沙風(fēng)速的研究。風(fēng)是造成土壤風(fēng)蝕的外營(yíng)力，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到使地面土壤顆粒發(fā)生移動(dòng)時(shí)才會(huì)產(chǎn)生風(fēng)蝕。因此，研究土壤風(fēng)蝕規(guī)律首先要根據(jù)不同地面土壤組成情況，確定土壤顆粒開始起動(dòng)的臨界風(fēng)速值。郭世武[6]1982年在齊齊哈爾市大民屯對(duì)風(fēng)沙土中沙粒開始起動(dòng)的臨界風(fēng)速進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明：當(dāng)風(fēng)速≥8 m/s(五級(jí)風(fēng))時(shí)，土壤沙粒被吹揚(yáng)搬運(yùn)乃至形成風(fēng)沙流，造成土壤的風(fēng)蝕和沙化；沙粒粒徑越大，所需的起動(dòng)風(fēng)速也就越大。王宇等[7]對(duì)嫩江沙地的沙質(zhì)黏壤土、沙質(zhì)壤土、風(fēng)沙土3種土壤起沙風(fēng)速進(jìn)行了研究，結(jié)果表明在這3種土壤類型分布的區(qū)域若能將風(fēng)速分別控制在6.3、6.4和7.2 m/s以下，即可有效防止風(fēng)沙流的產(chǎn)生。

水分對(duì)土壤風(fēng)蝕影響的研究。水分是影響土壤風(fēng)蝕的一個(gè)重要因子，在濕潤(rùn)條件下土壤的黏滯性和團(tuán)聚作用加強(qiáng)，提高了土壤的起動(dòng)風(fēng)速，即使風(fēng)力達(dá)到起沙風(fēng)速以上也不會(huì)發(fā)生土壤顆粒移動(dòng)。趙興實(shí)等[4]在泰來(lái)縣的研究成果表明，通過(guò)提高土壤濕度、增加土壤含水率，能夠有效預(yù)防松嫩沙地土壤風(fēng)蝕的發(fā)生。

地面粗糙度對(duì)土壤風(fēng)蝕的影響研究。地表的下墊面條件也會(huì)影響到起沙風(fēng)速。受地面的摩擦效應(yīng)影響，風(fēng)速的空間垂直分布是不同的，地表越粗糙，摩擦效應(yīng)越顯著，同樣的沙粒所需起沙風(fēng)速就越大。據(jù)郭世武[6]的試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果，不同耕作形態(tài)和植被覆蓋的地面粗糙度不同，起沙風(fēng)速也不同，比如采取作物高留茬、秸稈覆蓋、耕作管理等可以提高地面粗糙度，有助于減輕土壤風(fēng)蝕的程度。

1.5 松嫩沙地植被演替研究

在自然界，由于自然因素變化和人為活動(dòng)影響，植被群落始終處于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中，演替是植物群落動(dòng)態(tài)變化的基本形式之一，它貫穿于整個(gè)群落發(fā)展的始終。植被是影響土壤風(fēng)蝕的重要因素，地表植被種類、覆蓋度大小、覆蓋時(shí)間的長(zhǎng)短等都會(huì)影響植被的抗風(fēng)蝕作用。龐立鐵等[8]對(duì)嫩江沙地植被情況進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)刈匀恢脖蝗郝渲饕獮槭枇植菰?、草甸草原、草甸、沼澤等，過(guò)度放牧、開荒墾田、割草、水分狀況變化等都會(huì)引起植被群落演替，而這些演替大都與人類活動(dòng)有關(guān)，結(jié)果造成植被種類減少、覆蓋度降低、草質(zhì)退化、群落破壞，進(jìn)而加劇了土壤風(fēng)蝕。

1.6 土地荒漠化研究

土壤風(fēng)蝕是干旱、半干旱及半濕潤(rùn)地區(qū)土地荒漠化的主要過(guò)程，隨著土壤風(fēng)蝕的加劇，土地沙化面積增加，荒漠化程度加重。

(1)荒漠化區(qū)域、類型及程度。確定荒漠化區(qū)域及類型是開展荒漠化防治和開發(fā)利用沙地資源的基礎(chǔ)。高峰等[9]以干燥度指標(biāo)確定黑龍江省荒漠化面積主要分布在西部的大慶、齊齊哈爾等地，荒漠化區(qū)域面積54 079.27 km2，占全省總面積的11.76%，其中荒漠化核心區(qū)域面積14 781.76 km2、潛在荒漠化區(qū)域面積39 297.51 km2。荒漠化類型主要有風(fēng)蝕荒漠化、水蝕荒漠化和鹽漬荒漠化。風(fēng)蝕荒漠化面積 8 705.04 km2，占荒漠化核心區(qū)域總面積的58.89%，根據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—96)中風(fēng)蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中輕度荒漠化2 800 km2、中度1 145.77 km2、強(qiáng)度3 013.29 km2、極強(qiáng)度1 745.98 km2。

(2)荒漠化發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)。李英杰等[10]通過(guò)對(duì)降水和氣溫變化、干旱發(fā)生頻率、植被群落演替的分析，發(fā)現(xiàn)黑龍江省西部地區(qū)存在固定沙地活化、耕地風(fēng)蝕嚴(yán)重、復(fù)活沙丘增多、草場(chǎng)嚴(yán)重退化、風(fēng)蝕沙漠化土地面積擴(kuò)大的現(xiàn)象。黑龍江省荒漠化出現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢(shì)會(huì)造成黑土區(qū)荒漠化，并加速黑土退化速度。

2 土壤風(fēng)蝕防治技術(shù)研究

土壤風(fēng)蝕和荒漠化作為突出的環(huán)境問(wèn)題，已經(jīng)嚴(yán)重影響和制約了黑龍江省農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。風(fēng)蝕擴(kuò)張和荒漠化的加速發(fā)展嚴(yán)重威脅著黑土農(nóng)業(yè)區(qū)資源、環(huán)境、糧食生產(chǎn)的穩(wěn)定和安全。多年來(lái)，黑龍江省在土壤風(fēng)蝕和荒漠化治理與開發(fā)方面投入了大量人力、物力，研究所探索了防治開發(fā)的技術(shù)措施并加以實(shí)際運(yùn)用，取得了良好的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

(1)植物措施主要有植樹造林、種草、保護(hù)和恢復(fù)天然植被等。目前黑龍江省已經(jīng)完成了“三北”防護(hù)林建設(shè)一、二、三期工程，截至2008年底全省累計(jì)造林保存面積已達(dá)192.6萬(wàn)hm2，西部平原區(qū)森林覆蓋率由工程建設(shè)初期的4.3%提高到12.48%，保護(hù)耕地面積499.2萬(wàn)hm2，為全省土壤風(fēng)蝕防治和促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展發(fā)揮了積極的作用。

(2)工程措施與植物措施有機(jī)結(jié)合是治理流動(dòng)沙地的重要手段。在松嫩沙地采用沙障、草方格與灌木植被相結(jié)合的方式固定流動(dòng)沙丘，再栽植喬木防風(fēng)林，使流動(dòng)沙地得到永久治理，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，得到了廣泛推廣和應(yīng)用。

(3)土地管理方面，一是加強(qiáng)土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整。不合理的土地利用結(jié)構(gòu)是造成土壤風(fēng)蝕的重要原因，防治土壤風(fēng)蝕首先要對(duì)區(qū)域的自然條件和土地利用進(jìn)行科學(xué)分析，多目標(biāo)優(yōu)化土地利用格局，做到土壤風(fēng)蝕防治與經(jīng)濟(jì)發(fā)展雙贏。二是采取合理的土地利用方式，即對(duì)不同類型的土地采取不同的抗風(fēng)蝕措施。對(duì)于耕地采取留茬、免耕、作物條帶種植、輪作、保護(hù)性耕作等措施，可以有效防治土壤風(fēng)蝕；對(duì)于草原采取林網(wǎng)防護(hù)、輪牧、割草舍飼等措施，保持地表具有較高的覆蓋度，可以有效控制草原風(fēng)蝕的發(fā)生。研究所在松嫩沙地治理實(shí)踐中，針對(duì)固定沙地、半固定沙地和流動(dòng)沙地，提出固定沙地以菜為主，菜、草、糧相結(jié)合，半固定沙地以糧、果為主，糧、果、林相結(jié)合，流動(dòng)沙地以林為主，林、草、糧相結(jié)合的模式[1]，取得了良好的治理開發(fā)效果。在固沙植物研究方面，20世紀(jì)80年代研究所對(duì)松嫩沙地野生固沙植物進(jìn)行了調(diào)查，選擇固沙效果好、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的杠柳、沙蓬、山竹子、衛(wèi)矛、接骨木等品種進(jìn)行了人工繁育，結(jié)果表明這些植物具有生長(zhǎng)快、枝葉繁茂、根系發(fā)達(dá)、固沙效果好、抗風(fēng)蝕力強(qiáng)、人工繁育栽培方法簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[8，11]。研究所引進(jìn)優(yōu)良的固沙植物，不僅提高了風(fēng)沙防治效果而且創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)比較優(yōu)選，引進(jìn)俄羅斯大果沙棘進(jìn)行栽培試驗(yàn)，通過(guò)人工雜交，選育出耐干旱、耐瘠薄、具有良好適生性、高抗干縮病的沙棘品種，其鮮果產(chǎn)量高、經(jīng)濟(jì)效益好、防風(fēng)固沙能力強(qiáng)[12-13]。此外，選擇優(yōu)良牧草作為牧區(qū)草場(chǎng)改良的先鋒，20世紀(jì)90年代研究所從遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院引進(jìn)沙打旺品種進(jìn)行風(fēng)土馴化和60Co-γ輻射育種，培育出齊92-4-01、齊92-1兩個(gè)沙打旺早熟品系，具有抗寒、耐旱、耐堿、飼草和種子產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)，在黑龍江省可以大面積推廣應(yīng)用。

3 存在的問(wèn)題及重點(diǎn)研究方向

目前黑龍江省土壤風(fēng)蝕研究成果主要集中在風(fēng)沙土的侵蝕規(guī)律、防治和開發(fā)技術(shù)的研究方面，但在不同類型土壤風(fēng)蝕規(guī)律、土壤風(fēng)蝕允許值的確定、土壤風(fēng)蝕防治技術(shù)體系的構(gòu)建和土壤風(fēng)蝕防治效益指標(biāo)量化等方面還存在不足。

3.1 不同類型土壤風(fēng)蝕影響因子閾值

土壤風(fēng)蝕受氣候、水分、植被、地面粗糙度等多種因素影響，確定土壤風(fēng)蝕各影響因子閾值對(duì)于土壤風(fēng)蝕防治至關(guān)重要。多年來(lái)，對(duì)風(fēng)沙土起沙風(fēng)速、土壤濕度、地面粗糙度等影響因子的閾值研究取得了一定的成果，但其他類型土壤的研究成果較少。在明確不同類型土壤風(fēng)蝕影響因子閾值的前提下，通過(guò)對(duì)各影響因子的人工干預(yù)和調(diào)節(jié)控制土壤風(fēng)蝕，對(duì)于建立土壤風(fēng)蝕防治體系具有重要的指導(dǎo)作用。

3.2 土壤風(fēng)蝕容忍量的確定

土壤風(fēng)蝕容忍量是指在土壤經(jīng)濟(jì)而永久地維持高水平生產(chǎn)力前提下的最大風(fēng)蝕速率[14]。容忍量是土壤侵蝕防治的一個(gè)重要指標(biāo)。確定土壤風(fēng)蝕容忍量，首先要查清造成土壤風(fēng)蝕的主要因素，包括自然因素和人為因素，它們對(duì)土壤風(fēng)蝕既可能有加速作用也可能有減緩作用，重點(diǎn)要解決的是人為加速土壤風(fēng)蝕的問(wèn)題。其次是考慮土壤形成速率。自然因素和人為因素都有加速土壤熟化的過(guò)程，關(guān)鍵是建立土壤熟化速率與土壤風(fēng)蝕速率之間的平衡，使土地生產(chǎn)力得到可持續(xù)發(fā)展。

3.3 土壤風(fēng)蝕防治技術(shù)體系構(gòu)建

根據(jù)土壤風(fēng)蝕防治原理，許多專家學(xué)者總結(jié)出了適用不同地區(qū)的土壤風(fēng)蝕防治模式，對(duì)風(fēng)蝕區(qū)土壤保護(hù)發(fā)揮了重要的作用。但是，隨著社會(huì)的發(fā)展和環(huán)境的變化，土壤風(fēng)蝕防治領(lǐng)域出現(xiàn)了許多新的問(wèn)題，當(dāng)前尤其需要重點(diǎn)解決：一是轉(zhuǎn)變土壤風(fēng)蝕防治思路，由治轉(zhuǎn)為防，以防為主，防治結(jié)合；二是在保證糧食安全和生態(tài)安全前提下的土地生產(chǎn)力可持續(xù)發(fā)展；三是工程措施、植物措施、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施的科學(xué)配置，針對(duì)不同區(qū)域的土壤風(fēng)蝕特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，建立行之有效的防治模式，發(fā)揮各項(xiàng)措施的整體防護(hù)功能；四是正確對(duì)待土壤風(fēng)蝕防治與經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的關(guān)系，要做到治理與開發(fā)同步、環(huán)境改善與資源保護(hù)同步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步同步。

3.4 土壤風(fēng)蝕防治效益指標(biāo)量化

土壤風(fēng)蝕防治效益指標(biāo)是評(píng)價(jià)各項(xiàng)治理措施防治效果的重要依據(jù)。土壤風(fēng)蝕防治效益指標(biāo)主要有減少土壤風(fēng)蝕指標(biāo)、改善生態(tài)環(huán)境指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)、社會(huì)效益指標(biāo)、土地可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)等。對(duì)這些指標(biāo)的量化可以直觀說(shuō)明土壤風(fēng)蝕防治效果，有利于土壤風(fēng)蝕防治技術(shù)的推廣和應(yīng)用，加快風(fēng)蝕區(qū)治理開發(fā)的步伐，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善。

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