東北三省土壤風蝕天數時空變化及分區(qū)評述*

楊婉蓉，劉志娟**，蘇正娥，高偉達，任圖生，楊曉光

（1.中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京 100193；2.中國農業(yè)大學土地科學與技術學院，北京 100193）

東北三省是中國重要糧食生產基地，糧食產量約占全國的1/5，在保障糧食生產中具有重要地位[1]。東北黑土區(qū)土壤有機質及養(yǎng)分含量較高，而近年來表層土壤流失嚴重，有機質含量下降，已對當地生態(tài)環(huán)境及農業(yè)生產帶來不利影響[2]。其中風蝕是東北黑土區(qū)土壤有機質下降的主要因素之一，第三次水土流失普查數據顯示，東北地區(qū)現有風蝕面積達3.4萬km2，占黑土區(qū)總土地面積的12.3%[3]。旱風同期的氣候特點使東北地區(qū)春冬季大風頻發(fā)，同時近幾十年來，農業(yè)生產強度增強，農田保護措施不足，導致土壤風蝕更加嚴重[4]。

影響東北地區(qū)農田土壤風蝕的因子包括風速、降水、土壤含水量、土壤質地、植被覆蓋以及耕作方式等[5]。風是土壤風蝕產生的動力，風蝕速率與風速成正相關關系[6]。風蝕程度與近地層風速有著密切的關聯(lián)，沙粒脫離靜止狀態(tài)開始運動的最小臨界風速，即起動風速的研究對風蝕的研究很有意義[7]。王仁德等研究表明，農田土壤風蝕量隨風速增加呈指數規(guī)律變化[8]。降水量也是影響風蝕的一個重要氣象因素[9]。土壤的基本理化性質不同，也會對風蝕特征產生較大影響[10]。黑土有機質含量比風沙土高，有利于土壤團聚體的形成，從而土壤穩(wěn)定性及抗風蝕能力較高[11]。董苗等研究表明，CaCO3含量為5%時，栗鈣土和暗栗鈣土的起動風速最大[12]。植被覆蓋也能影響土壤風蝕的發(fā)生，研究表明，在其他條件相同時，裸地的風蝕強度最大[13]。除以上自然條件影響土壤風蝕外，人為的耕作措施對農田土壤風蝕亦產生影響。秸稈覆蓋能夠降低風蝕速率，在不同風速下，達到理想的防風效果所需要的秸稈覆蓋度不同[14]。

東北地區(qū)的風速呈現出季節(jié)性變化規(guī)律，春季風速大，冬季小[15]。楊新等根據1951-2000年氣象資料對典型黑土區(qū)6個站點的風蝕環(huán)境進行了分析，得出東北地區(qū)氣候條件造成的土壤風蝕較嚴重，特別是春季，降水少，植被覆蓋度低，土壤疏松，是全年最容易發(fā)生風蝕的時期[16]。在全球氣候變化背景下，北半球大部分地區(qū)地面風速總體呈下降趨勢[17]，中國風速以減少趨勢為主[18]，且存在很強的季節(jié)性。范帥邦等[19]研究表明，1964-2019年遼寧省平均風速呈顯著降低趨勢，春季下降趨勢最大。地表風速的改變將影響土壤風蝕發(fā)生的時空分布特征。現階段關于風蝕的研究主要集中于干旱和半干旱地區(qū)的風蝕因子對風蝕量的影響[20]，而針對氣候變化對土壤風蝕的影響研究較少，特別是綜合考慮風速和降水變化對風蝕發(fā)生天數的影響研究報道較少。本研究擬基于東北地區(qū)的實測風速資料，綜合考慮風速和降水兩個氣象因素，解析東北三省不同區(qū)域不同耕作階段日最大風速的變化規(guī)律，以及土壤風蝕發(fā)生天數的時空分布特征，以期為東北三省黑土地保護提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 數據及其來源

研究區(qū)域為東北三省即黑龍江、吉林和遼寧省。參照《中國農業(yè)自然資源和農業(yè)區(qū)劃》可以分為遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）、長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）、松嫩平原區(qū)（Ⅲ區(qū)）、三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)）和小興安嶺區(qū)（Ⅴ區(qū)）[21]。各區(qū)域站點分布見表1和圖1。

圖1 東北三省5個分區(qū)和氣象站點的分布Fig.1 Distribution of five regions and meteorological stations in the three provinces of Northeast China

表1 東北三省5個分區(qū)及各區(qū)域氣象站點分布Table 1 Regionalization of five regions and meteorological stations in each region in the three provinces of Northeast China

遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）位于遼寧省西部，包括以遼河流域為主體的中部沖擊平原，屬于溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫為7.0～11.0℃，年降水量在600～1100mm。主要種植玉米、水稻和大豆等作物[22]。

長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）包括吉林省東部、遼寧省東部和黑龍江省東南部，以山地丘陵為主，屬于溫帶濕潤性季風氣候，年平均氣溫為2.5～3.6℃，年降水量在757～930mm。主要種植玉米、大豆和小麥等作物[23]。

松嫩平原區(qū)（Ⅲ區(qū)）位于黑龍江省西南部和吉林省西部，屬溫帶大陸性半濕潤、半干旱季風氣候，年平均氣溫0.5～6.1℃，年降水量在400～600mm。主要種植玉米、大豆、小麥、馬鈴薯等作物[24]。三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)）位于黑龍江省東北部，屬于寒溫帶濕潤-半濕潤大陸性季風氣候，年平均氣溫為1.0～4.0℃，年平均降水量為384～886mm。主要種植玉米、水稻和大豆等作物[25]。

小興安嶺區(qū)（Ⅴ區(qū)）位于黑龍江省東北部，屬于北溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫為-1.0～1.0℃，年降水量為550～670mm。主要種植作物為大豆[26]。

1981-2017年各氣象站點逐日降水量和日最大風速（10min平均最大值）來源于中國氣象科學數據共享服務網（http://data.cma.cn）。由于日平均風速是指某一段時間內各次觀測風速的算術平均值，無法體現當日的瞬時風速，使用日平均風速數據會低估風蝕的發(fā)生情況，故風速數據取日最大風速（10min平均最大值）。

1.2 風蝕起動風速

要使靜止的土壤顆粒開始運動，需要一定的風力條件，當風速增大到某一臨界值時，地表土壤顆粒開始運動，這個臨界風速稱為起動風速[27]。

風速和降水是影響風蝕發(fā)生的兩個重要的氣象因子[28]。降水能夠改變沙粒的運動特性，并顯著提高風蝕的起動風速。因此，綜合考慮風速和降水量，確定不同降水情景下的起動風速指標，以判斷風蝕是否發(fā)生。當日無降水時，采用5.7m·s-1作為風蝕發(fā)生的起動風速[29]。當降水量為0.1mm、0.2mm和0.3mm時，起動風速分別增至10.1m·s-1、16.9m·s-1和25.6m·s-1。當降水量超過0.3mm時，很難發(fā)生土壤風蝕。因此，參照文獻[30]，將10.1m·s-1、16.9m·s-1和25.6m·s-1分別定義為降水0.1mm、0.2mm和0.3mm當日的風蝕起動風速。

1.3 風蝕發(fā)生天數

在考慮每日降水量的情況下，確定每日起動風速，將日最大風速與起動風速進行比較，認為在日最大風速大于起動風速的情況下，該日存在風蝕的發(fā)生。

分階段統(tǒng)計全年（即1-12月）、休耕期（10月-翌年3月）和播前1個月（4月）各等級日最大風速發(fā)生天數和風蝕發(fā)生天數。在作物生長季內，地表覆蓋減小了地表風速[31]，降低了風蝕，且在植被蓋度超過70%時，基本不產生風蝕[32]，故作物生長季（5-9月）暫不考慮。

1.4 數據處理

采用最小二乘法計算日最大風速和風蝕發(fā)生天數的時間變化趨勢，要素的變化用一次線性方程表示[18]，即

式中，y為樣本，t為時間，b為線性回歸系數，b＞0表示y隨時間變化呈增加趨勢，b＜0表示呈減少趨勢。

基于式（2）計算每個分區(qū)的站點各時期風蝕發(fā)生天數占相應時期總天數的百分比，并基于各年代（即1981-1990年、1991-2000年、2001-2010年和2011-2017年）進行分析。

式中，P表示某個時期風蝕發(fā)生天數占相應時期總天數的百分比，dwe表示某個時期風蝕發(fā)生天數，dn表示該時期總天數。

2 結果與分析

2.1 不同耕作階段日最大風速的時空變化

2.1.1 日最大風速分布

從全年（1-12月）來看（圖2a1、a2、a3），按中國氣象局風速與風力等級劃分標準，東北三省日最大風速一般在0-6級范圍內，僅個別站點個別年份出現了7級及以上風速。1981-2017年，整個研究區(qū)域全年日最大風速在0-3級（風速為0～5.4m·s-1）、4-6級（風速為5.5～13.8m·s-1）和7級及以上（風速為13.9m·s-1以上）平均出現天數分別為177d、184d和4d，占全年總天數的48.5%、50.4%和1.1%。全區(qū)各等級風速出現天數空間差異大，0-3級日最大風出現天數為84～298d（占23.0%～81.6%），日最大風速出現最多的站點為位于長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）的吉林省臨江站，最少的站點為位于松嫩平原區(qū)（Ⅲ區(qū)）的黑龍江省通河站。4-6級日最大風出現天數為66～267d（18.1%～73.2%），日最大風速出現最多的站點為位于松嫩平原區(qū)（Ⅲ區(qū)）的黑龍江省通河站，最少的站點為位于長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）的吉林省臨江站。7級及以上日最大風出現天數為0～31d（占0～8.5%），日最大風速出現最多的站點為位于三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)）的黑龍江省依蘭站。可見，從全年來看，全年出現0-3級小風天數與4-6級大風天數占比相當，7級及以上大風僅個別年份出現。

從休耕期（10月-翌年3月）來看（圖2b1、b2、b3），1981-2017年，整個研究區(qū)域休耕期日最大風速在0-3級、4-6級和7級及以上平均出現天數分別為92d、89d和2d，占整個休耕期的50.3%、48.6%和1.1%。全區(qū)各等級風速出現天數空間差異大，0-3級日最大風出現天數在34～158d（占18.7%～86.8%），日最大風速出現最多的站點為位于長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）的吉林省臨江站，最少的站點為松嫩平原區(qū)（Ⅲ區(qū)）的黑龍江省通河站和三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)）的依蘭站。4-6級日最大風出現天數在24～141d（13.2%～77.5%），日最大風速出現最多的站點為位于松嫩平原區(qū)（Ⅲ區(qū)）的黑龍江省通河站，最少的站點為位于長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）的吉林省臨江站。7級及以上日最大風出現天數在0～22d（占0～12.1%），日最大風速出現最多的站點為位于三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)）的黑龍江省依蘭站?？梢?，從休耕期來看，休耕期出現0-3級小風天數與4-6級大風天數占比相當，7級及以上大風僅個別站點個別年份出現。

從播前1個月（4月）來看（圖2c1、c2、c3），東北三省播前日最大風速4-6級風發(fā)生明顯多于0-3級風。1981-2017年，整個研究區(qū)域播前1個月日最大風速在0-3級、4-6級和7級及以上平均出現天數分別為7d、22d和1d，占整個播前1個月的23.4%、73.3%和3.3%。全區(qū)各等級風速出現天數空間差異大，0-3級日最大風出現天數為3～15d（占10.0%～50.0%），日最大風速出現最多的站點為位于長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）的吉林省臨江站。4-6級日最大風出現天數為15～26d（50.0%～86.7%），日最大風速出現最多的站點均在遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）的遼寧省，最少的站點為位于長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）的吉林省臨江站。7級及以上日最大風出現天數為0～4d（占0～13.3%），日最大風速出現最多的站點為位于三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)）的黑龍江省依蘭站。可見，從播前1個月來看，播前1個月出現4-6級大風天數明顯多于0-3級小風天數，7級及以上大風僅個別站點個別年份出現。

2.1.2 日最大風速變化趨勢

從全年（1-12月）來看（圖3a1、a2、a3），1981-2017年，整個研究區(qū)全年0-3級日最大風速出現天數呈增加趨勢，平均每10年增加20.5d，4-6級和7級及以上日最大風速出現天數呈減少趨勢，平均每10年分別減少18.1d和2.2d。0-3級、4-6級和7級及以上日最大風速線性變化趨勢的變化范圍在全區(qū)內差異較大，分別為-26.3～53.0、-49.5～26.2和-17.0～1.4d·10a-1?？梢?，對于東北三省大部分站點，0-3級日最大風的發(fā)生天數呈增加趨勢，4-6級和7級及以上的日最大風呈減少趨勢。而遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）的阜新站、長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）的雞西站出現0-3級風速發(fā)生天數顯著減少，4-6級風速發(fā)生天數呈顯著增加的趨勢。

從休耕期（10月-翌年3月）來看（圖3b1、b2、b3），1981-2017年，整個研究區(qū)休耕期0-3級日最大風速呈增加趨勢，平均每10年增加10.3d，4-6級和7級及以上日最大風速出現天數呈減少趨勢，平均每10年分別減少9.3d和0.9d。0-3級、4-6級和7級及以上日最大風速線性變化趨勢的變化范圍在全區(qū)內差異較大，分別為-12.7～25.7、-24.9～12.5和-11.4～0.9d·10a-1?？梢?，東北三省大多數站點0-3級日最大風速發(fā)生天數呈增加趨勢，但遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）的阜新站、長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）的雞西站出現0-3級風速發(fā)生天數呈顯著減少趨勢。4-6級和7級及以上呈減少趨勢，而遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）的阜新、長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）的雞西、三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)）的富錦和依蘭等站點4-6級風速發(fā)生天數呈顯著增加趨勢。

圖3 1981-2017年東北三省不同階段不同等級風速發(fā)生天數的平均線性變化趨勢Fig.3 Linear trends of occurrence days of wind speed at different levels in different periods(1981-2017) in the three provinces of Northeast China

從播前1個月（4月）來看（圖3c1、c2、c3），1981-2017年，整個研究區(qū)播前一個月0-3級日最大風速呈增加趨勢，平均每10年增加1.3d，4-6級和7級及以上日最大風速出現天數呈減少趨勢，平均每10年分別減少0.8d和0.6d。0-3級、4-6級和7級及以上日最大風速線性變化趨勢的變化范圍在全區(qū)內差異較大，分別為-2.1～4.9、-4.8～2.0和-2.0～0d·10a-1?？梢?，對于東北三省大部分地區(qū)站點，0-3級日最大風的發(fā)生天數呈增加趨勢，4-6級和7級及以上的日最大風呈減少趨勢。而遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）的阜新站、長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）的雞西站出現0-3級風速發(fā)生天數顯著減少，4-6級風速發(fā)生天數呈顯著增加趨勢。

2.1.3 日最大風速出現天數占比

經統(tǒng)計，1981-2017年各區(qū)不同階段不同等級風速發(fā)生天數所占百分比見表2。由表中可見，從全年（1-12月）尺度來看，5個分區(qū)日最大風速在0-3級、4-6級和7級及以上的平均出現天數差異很大，表現出明顯的區(qū)域特點。0-3級日最大風速出現天數最多為小興安嶺區(qū)（Ⅴ區(qū)），最少的為三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)）；4-6級日最大風速出現天數最多的為三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)），最少的為小興安嶺區(qū)（Ⅴ區(qū)）。遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）和三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)）0-3級日最大風速出現天數大于4-6級，7級及以上日最大風速出現天數各區(qū)域差異較小?？梢姡瑥娜陙砜?，長白山區(qū)（II區(qū)）和小興安嶺區(qū)（Ⅴ區(qū)）發(fā)生0-3級小風的天數相對較多、4-6級大風天數相對較少；遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）和三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)）則相反，發(fā)生0-3級小風天相對較少、4-6級大風天相對較多；松嫩平原區(qū)（III區(qū)）0-3級和4-6級發(fā)生天數占比相當。各區(qū)發(fā)生7級及以上大風發(fā)生天數的差異不大，相對而言，三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)，2.7%）和遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)，1.3%）發(fā)生的天數較多。

表2 各區(qū)不同階段不同等級風速發(fā)生天數占比(%，1981-2017年統(tǒng)計)Table 2 Proportion of occurrence days of wind speed at different levels in five regions (%，1981-2017 statistics)

從休耕期（10月-翌年3月）來看，1981-2017年5個分區(qū)0-3級日最大風速出現天數最多的為小興安嶺區(qū)（Ⅴ區(qū)），最少的為三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)）。4-6級日最大風速出現天數最多的為三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)），最少的為小興安嶺區(qū)（Ⅴ區(qū)）。其中遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）和三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)）0-3級日最大風速出現天數大于4-6級風，7級及以上日最大風速出現天數各區(qū)域差異較小?？梢?，從休耕期來看，日最大風發(fā)生天數在5個分區(qū)與全年表現出相似的規(guī)律，即長白山區(qū)（II區(qū)）和小興安嶺區(qū)（Ⅴ區(qū)）發(fā)生0-3級小風的天數相對較多、4-6級大風天數相對較少；遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）和三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)）則相反，發(fā)生0-3級小風天相對較少、4-6級大風天相對較多；松嫩平原區(qū)（III區(qū)）0-3級和4-6級發(fā)生天數占比相當。各區(qū)發(fā)生7級及以上大風發(fā)生天數的差異不大，相對而言，三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)，3.4%）發(fā)生的天數較多。

從播前1個月（4月）來看，1981-2017年5個分區(qū)0-3級日最大風速出現天數最多的分區(qū)為小興安嶺區(qū)（Ⅴ區(qū)），最少的分區(qū)為遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）。4-6級日最大風速出現天數最多的分區(qū)為遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)），最少的分區(qū)為小興安嶺區(qū)（Ⅴ區(qū)）。5個分區(qū)播前1個月0-3級日最大風速出現天數均明顯小于4-6級風，7級及以上日最大風速出現天數各區(qū)域差異較小，可見，從播前1個月來看，5個分區(qū)均發(fā)生0-3級小風天數相對較少、4-6級大風天相對較多。各區(qū)發(fā)生7級及以上大風發(fā)生天數的差異不大，相對而言，三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)，5.3%）發(fā)生的天數較多。

2.2 不同耕作階段風蝕發(fā)生天數時空變化

2.2.1 風蝕發(fā)生天數分布

在綜合考慮風速和降水量兩個氣象因子變化條件下，從全年（1-12月）來看（圖4a），1981-2017年整個研究區(qū)風蝕發(fā)生天數平均為128d，占全年的35%，全區(qū)變化范圍為32～212d，高值區(qū)（大于200d）集中在遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）的遼寧省黑山、瓦房店和大連站。低值區(qū)（低于40d）位于長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）的吉林省臨江站。從休耕期（10月-翌年3月）來看（圖4b），整個研究區(qū)休耕期風蝕平均發(fā)生天數為70d，占休耕期的38%，全區(qū)變化范圍為12～122d，高值區(qū)（大于120d）位于三江平原區(qū)（IV區(qū)）的黑龍江省依蘭站和遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）的遼寧省大連站。低值區(qū)（低于12d）位于長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）的吉林省臨江站。從播前1個月（4月）來看（圖4c），整個研究區(qū)播前風蝕平均發(fā)生天數為17d，占播前的57%，全區(qū)變化范圍為9～22d，高值區(qū)（大于22d）位于遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)），包括遼寧省的彰武、朝陽、黑山、錦州、熊岳和瓦房店站，風蝕平均發(fā)生天數為22d。低值區(qū)（低于9d）位于長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）的吉林省臨江站。可見，東北三省在全年和休耕期風蝕發(fā)生情況相當，但播前1個月的風蝕發(fā)生相對較多。

圖4 1981-2017年東北三省不同階段平均土壤風蝕發(fā)生天數Fig.4 Average occurrence days of wind erosion in different periods (1981-2017) in the three provinces of Northeast China

2.2.2 風蝕發(fā)生天數變化趨勢

在綜合考慮日最大風速及降水量兩個氣象因子條件下，從全年（1-12月）來看（圖5a），1981-2017年整個研究區(qū)大部分站點全年風蝕發(fā)生天數呈減少趨勢，除遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）的阜新和長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）的雞西呈顯著增加趨勢。全區(qū)平均每10年減少16d，區(qū)域內在-43～22d·10a-1范圍變化。從休耕期（10月-翌年3月）來看（圖5b），1981-2017年整個研究區(qū)大部分站點休耕期風蝕發(fā)生天數呈減少趨勢。全區(qū)平均每10年減少10d，區(qū)域內在-24～4d·10a-1范圍變化。從播前1個月（4月）來看（圖5c），1981-2017年整個研究區(qū)大部分站點播前1個月風蝕發(fā)生天數呈減少趨勢，除遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）的阜新和長白山區(qū)（Ⅱ區(qū)）的雞西呈顯著增加趨勢。全區(qū)平均每10年減少1.1d，區(qū)域內在-4～2d·10a-1范圍變化?？梢?，東北三省各個耕作階段風蝕的發(fā)生都呈現出減少的趨勢。

圖5 1981-2017年東北三省不同階段土壤風蝕發(fā)生天數的線性變化趨勢Fig.5 Linear trends of occurrence days of soil wind erosion in different periods (1981-2017) in the three provinces of Northeast China

2.2.3 風蝕發(fā)生天數占比

圖6為東北三省5個分區(qū)1981-2017年各年代受風速和降水綜合影響的土壤風蝕發(fā)生天數占比，表3為各年代平均占比?？梢钥闯觯S著年代際變化，5個分區(qū)全年、休耕期和播前1個月各區(qū)域土壤風蝕發(fā)生天數均呈減少趨勢。對比不同的耕作階段，每個分區(qū)播前1個月的風蝕發(fā)生天數占比最大。但每個年代風蝕發(fā)生較多的地區(qū)存在差異。5個分區(qū)全年風蝕發(fā)生天數由多到少的排序為，遼河平原區(qū)（45.8%）、三江平原區(qū)（41.1%）、松嫩平原區(qū)（34.3%）、長白山區(qū)（29.2%）和小興安嶺區(qū)（26.7%）。休耕期風蝕發(fā)生天數由多到少的排序為，遼河平原區(qū)（50.5%）、三江平原區(qū)（49.9%）、長白山區(qū)（34.4%）、松嫩平原區(qū)（34.3%）和小興安嶺區(qū)（26.3%）。播前1個月風蝕發(fā)生天數由多到少的排序為，遼河平原區(qū)（66.0%）、松嫩平原區(qū)（59.8%）、三江平原區(qū)（56.7%）、長白山區(qū)（50.1%）和小興安嶺區(qū)（46.7%）。5個分區(qū)中，遼河平原區(qū)在不同耕作階段風蝕發(fā)生天數均為最大。松嫩平原區(qū)雖然休耕期土壤風蝕發(fā)生頻率較低，但播前1個月土壤風蝕發(fā)生嚴重。

表3 各區(qū)不同階段土壤風蝕發(fā)生天數的年代占比(%,1981-2017年統(tǒng)計)Table 3 Decadal average proportion of occurrence days of soil wind erosion in five regions (%，1981-2017 statistics)

圖6 1981-2017年東北三省5個分區(qū)各年代不同時期土壤風蝕發(fā)生天數占比Fig.6 Proportion of occurrence days of soil wind erosion in five regions of the three provinces of Northeast China in 1981-2017

3 結論與討論

3.1 結論

東北三省全年0-3級、4-6級和7級及以上日最大風速年均發(fā)生天數分別占全年的48.5%、50.4%和1.1%，休耕期分別為50.3%、48.6%和1.1%，播前1個月分別為23.4%、73.3%和3.3%，全年與休耕期出現0-3級小風天數與4-6級大風天數占比相當，播前1個月出現4-6級大風天數明顯多于0-3級小風天數。從1981-2017年時間變化趨勢上來看，東北三省大部分區(qū)域0-3級日最大風速呈增加趨勢，4級和4級以上的日最大風速呈減少趨勢，各耕作階段不同風速的變化頻率基本保持一致。從5個分區(qū)來看，全年和休耕期表現出長白山區(qū)（II區(qū)）和小興安嶺區(qū)（Ⅴ區(qū)）發(fā)生0-3級小風的天數相對較多、4-6級大風天數相對較少；遼河平原區(qū)（Ⅰ區(qū)）和三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)）相反；松嫩平原區(qū)（III區(qū)）0-3級和4-6級發(fā)生天數占比相當。播前1個月，5個分區(qū)均發(fā)生0-3級小風天數相對較少、4-6級大風天相對較多。各耕作階段5個分區(qū)發(fā)生7級及以上大風發(fā)生天數的差異不大，相對而言，三江平原區(qū)（Ⅳ區(qū)）發(fā)生的天數較多。

綜合考慮日最大風速及降水量兩個氣象因子條件下，研究區(qū)域全年風蝕發(fā)生天數為35%，休耕期發(fā)生風蝕天數占該時期總天數的38%，播前1個月發(fā)生風蝕天數占該時期總天數的56.7%。播前1個月風蝕發(fā)生較為嚴重。研究期內東北三省大部分地區(qū)各個耕作階段風蝕發(fā)生天數均呈減少趨勢。其中，遼河平原區(qū)在不同耕作階段風蝕發(fā)生天數均最大，因此，該地區(qū)應更加重視土壤保護性耕作措施的推廣應用。松嫩平原地區(qū)雖然休耕期土壤風蝕發(fā)生頻率較低，但播前1個月土壤風蝕發(fā)生嚴重，因此，在該地區(qū)播前1個月應盡量減少土壤擾動，降低土壤風蝕以保護黑土地。

3.2 討論

東北三省全年日最大風速整體呈現減少趨勢，其中日最大風速3級及以下風速呈增加趨勢，4級及以上風速呈減少趨勢，該結果與前人關于隨著全球氣候變暖平均風速下降的結論相一致[33]，同時，亦與任景全研究的吉林省大風日數呈下降趨勢的結果一致[34]，即5m·s-1以下風速呈增加趨勢。5m·s-1以上風速呈減少趨勢。對比休耕期（10月-翌年3月），播前1個月（4月）4級及以上日最大風速發(fā)生較多，風速相對較大。

東北地區(qū)播前1個月（4月）風蝕發(fā)生較為嚴重，這與賈蓮蓮等關于北方風蝕氣候因子指數最大值出現最多的月份為4月的結果相吻合[35]。同時發(fā)現遼河平原區(qū)和三江平原區(qū)是風蝕發(fā)生較為嚴重的地區(qū)，除此之外，松嫩平原區(qū)在播前1個月風蝕發(fā)生較為嚴重，因此，在未來農業(yè)生產中應該引起高度重視，通過改進耕作方式，如采取免耕減少土壤擾動，促進土地資源利用的可持續(xù)發(fā)展。

影響土壤風蝕的因素包括風速、降水、土壤含水量、土壤質地以及耕作方式。劉鐵軍等研究發(fā)現風蝕量與土壤表層質量含水量的關系符合對數分布[36]。李勝龍等研究表明，同高度下黑土壟作措施輸沙量較免耕高。相同耕作條件下，地表覆蓋對農田土壤侵蝕也存在差異性，即無覆蓋輸沙量最高，留茬次之，覆蓋最低[37]。除此之外，東北地區(qū)的凍融作用會改變土壤理化性質，從而影響土壤風蝕的發(fā)生[38]。本研究重點探究在氣候變化背景下，風速變化對土壤風蝕發(fā)生天數的可能影響，未考慮其他因素對土壤風蝕的影響，未來將結合土壤類型及農田耕作措施，深入探討氣候變化背景下東北地區(qū)土壤風蝕的發(fā)生發(fā)展規(guī)律及風蝕量的變化。

當前保護性耕作的土壤保護措施已經在東北地區(qū)廣泛采用，該措施分為免耕、深松、壟作和覆蓋等，這些措施通過減少對土壤的擾動，增加土壤表面的作物殘茬覆蓋，起到降低風蝕、保護黑土地的作用[39]。然而由于東北不同氣候區(qū)土壤現狀、風蝕發(fā)生特點以及種植模式存在差異，導致不同的保護性耕作措施在不同區(qū)域的適用性存在差異[40]。未來還需要綜合考慮東北三省各區(qū)域氣候及氣候變化、土壤和農業(yè)生產現狀，篩選并提出適合于東北三省不同區(qū)域的保護性耕作措施。