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        晉北地區(qū)環(huán)境特征及其土地沙化機(jī)制研究

        2011-05-07 11:00:14薛占金秦作棟孟憲文
        水土保持研究 2011年2期

        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)展趨勢和危害評價(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。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。這對晉北地區(qū)深入開展防沙治沙工作,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),國土總面積約2.80萬km2,總?cè)丝诩s426.43萬人。本區(qū)是黃土高原的重要組成部分,是一個(gè)相對獨(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,相對濕度50%~60%,≥8級的大風(fēng)日數(shù)平均20~40d,無霜期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??臻g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)過渡性。晉北地區(qū)的過渡特征是區(qū)域環(huán)境表現(xiàn)出脆弱性的基本原因。氣候上,由半濕潤向半干旱過渡,晉北地區(qū)干燥度介于1.30~2.15之間,屬于半濕潤、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)出氣候上的過渡特征;植被上,由灌叢草原向典型草原過渡。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)出植被的過渡性[9];土地經(jīng)營上,由農(nóng)業(yè)向牧業(yè)過渡,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)土地沙化等級評價(jià)

        2.1 調(diào)查方法

        我國首次沙漠化普查采用現(xiàn)場地形圖(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)測采用樣線調(diào)查法,并對重點(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)測資料(主要包括:沙化土地分布圖、土地利用評價(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 等級劃分

        沙化土地程度的劃分依據(jù),許多國家的學(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,還沒有一個(gè)公認(rèn)的、被廣泛接受和推廣使用的沙化評價(jià)指標(biāo)體系。大部分研究者試圖從不同角度對沙化進(jìn)行全面揭示和綜合評定,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)合國糧農(nóng)組織(FAO)和聯(lián)合國環(huán)境署(UNEP)[13]制定的《荒漠化評價(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)方面提出了評價(jià)指標(biāo)和評價(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。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。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。1994年,因履行荒漠化國際公約的需要,我國第一次在全國范圍內(nèi)組織開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。

        晉北地區(qū)沙化土地的等級劃分,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)級別(見表1)。

        2.3 評價(jià)結(jié)果

        依據(jù)以上評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),以調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),對晉北地區(qū)土地沙化現(xiàn)狀及等級進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表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,新中國成立60年來,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,由于人為過度活動(dòng)(如濫墾、過牧、樵采等),或自然災(zāi)害(如干旱、鼠害、蟲害等)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程(見圖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、植物生長不穩(wěn)定,≥8級的大風(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、增長快,而且文化低、素質(zhì)差,導(dǎo)致土地承受的壓力過大,人們對事物認(rèn)識的準(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土地資源掠奪式開發(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→過度開發(fā)→經(jīng)營粗放→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,這些因素反過來都會(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)。在中國北方沙化地區(qū),人類對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,而且對耕地、草地和水資源造成了極大地浪費(fèi)和破壞,使本來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)沙危害的過程。從成因上來看,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)地處我國北方農(nóng)牧交錯(cuò)地帶,自然環(huán)境的脆弱性和過渡性,造成本區(qū)沙化土地所占比重大,形勢嚴(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。

        (2)從植被退化、土層厚度和風(fēng)蝕強(qiáng)度等方面,提出評價(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)級別。通過實(shí)地調(diào)查的結(jié)果測算,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,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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