馬占岳，劉 迪

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱150080)

水土流失包括水蝕和風(fēng)蝕，指在水、重力、風(fēng)力等作用下，水土資源和土地生產(chǎn)力的破壞和損失。水土流失在國(guó)外稱為土壤侵蝕(soil erosion)，美國(guó)土壤保持學(xué)會(huì)關(guān)于土壤侵蝕的解釋是水、風(fēng)、冰或重力等營(yíng)力對(duì)陸地表面的磨損或造成土壤、巖屑的分散與移動(dòng)。水土流失對(duì)包括林業(yè)和農(nóng)業(yè)在內(nèi)的所有自然和人工生態(tài)系統(tǒng)帶來廣大的不利影響，并且影響范圍大、危害持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。因此，水土流失被認(rèn)為是人類面臨最嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。水土流失從古至今都存在，但是隨著人口增長(zhǎng)、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)影響的不斷加劇，水土流失大幅度增加。大量的水土流失造成草地、農(nóng)田等生態(tài)系統(tǒng)土質(zhì)惡化，生產(chǎn)力也隨之下降，動(dòng)植物和微生物多樣性減少，最終整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到威脅。水土流失也是目前全球森林不斷減少的重要原因。

1 水土流失情況

從整個(gè)地質(zhì)歷程來看，自然生態(tài)系統(tǒng)的水土流失非常緩慢，但是經(jīng)過多年的累積，其危害十分嚴(yán)重，可能使原有的沃土面目全非。2 t/hm2·a的流失率持續(xù)100 a后，流失的土壤可淤積形成厚度為15 cm、面積達(dá)1 hm2的土壤層。尼羅河和密西西比河大面積的三角洲就是經(jīng)過幾百年流失土壤的不斷淤積而成。而研究表明，在自然力的作用下，形成1 cm厚的土壤需要100～400 a的漫長(zhǎng)歲月。

全球水土流失率從平原、灌叢、森林和農(nóng)田到常見植被覆蓋區(qū)，隨植被和地形改善的不同而有所差異。

1.1 農(nóng)田

由于農(nóng)田重復(fù)耕作而更容易發(fā)生水土流失，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使農(nóng)田暴露于雨水的侵蝕，加上幾個(gè)月的耕作期間土壤完全裸露，造成農(nóng)田水土流失非常嚴(yán)重，估計(jì)超過自然林區(qū)的75倍。目前，全球約80%的農(nóng)田存在中度到嚴(yán)重的水土流失10%是輕度流失。全球農(nóng)田平均流失率約為30 t/hm2·a(0.5～400 t/hm2·a)，最近40年間30%的農(nóng)田由于嚴(yán)重的水土流失而被廢棄。

1.2 草地

相對(duì)于農(nóng)田，草地土壤流失率較低，約為6 t/(hm2·a)。但是，過度放牧?xí)鹆魇蕜≡?，全?/2以上的草地存在過牧現(xiàn)象。許多發(fā)展中國(guó)家，過度放牧毀壞了大部分的植被，造成大量水土流失。即使在美國(guó)這樣的發(fā)達(dá)國(guó)家，包括國(guó)有牧場(chǎng)在內(nèi)的54%的草地過度放牧，導(dǎo)致水土流失加劇。我國(guó)草地由于不合理開墾、過度放牧、嚴(yán)重的人為破壞等因素，草地不斷退化、沙化、失去植被保護(hù)的草地土壤流失逐漸加重。

1.3 林地

在穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)中土壤受到植被的保護(hù)，流失率相對(duì)較低，一般僅為0.004～0.05 t/(hm2·a)樹木的枝葉可以削弱風(fēng)雨的沖擊，保護(hù)遮蔭土壤。然而，為了滿足農(nóng)牧業(yè)需求而大量砍伐森林，情況就大不相同。

2 水土流失的原因

水土流失自然現(xiàn)象，其產(chǎn)生的原因既有自然因素，也有人為因素，而且隨著不合理的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)加劇，人為因素造成的水土流失越來越嚴(yán)重。

自然因素包括5個(gè)方面:

2.1 地形

地面坡度越陡，地表徑流的流速越快，對(duì)土壤的沖刷侵蝕力就越強(qiáng);坡面越長(zhǎng)，匯集地表徑流量越多，沖刷力也越強(qiáng)。黃土高原丘陵區(qū)、地面坡度大部在15°以上、有的達(dá)30°，坡長(zhǎng)一般為100～200 m甚至更長(zhǎng)，流失75～150 t/hm2·a泥沙，甚至255 t以上。

2.2 風(fēng)雨的沖蝕

雨水和疾風(fēng)的沖蝕是造成水土流失的直接原因。雨水沖刷造成表層水土侵蝕是水土流失的主要形式，雨水的沖刷在坡地更為嚴(yán)重，大量土壤隨洪流淤積到谷地和河流。疾風(fēng)把土壤微粒吹到空中，并可以隨風(fēng)飄移幾千里，已經(jīng)證實(shí)非洲生態(tài)系統(tǒng)的土壤可以被吹到巴西和美國(guó)的佛羅里達(dá)。

2.3 地面物質(zhì)組成

相對(duì)而言，植被稀少、質(zhì)地松軟、遇水易蝕、抗蝕力很低的土壤，如黃土、粉沙壤土等容易產(chǎn)生大量水土流失。

2.4 植被狀況

達(dá)到一定郁閉度的林草植被有保護(hù)土壤不被侵蝕的作用。郁閉度越高，保持水土的作用越強(qiáng)。由于植被可以削弱風(fēng)雨的沖擊力，因此，覆蓋植被的區(qū)域水土流失明顯減少。林地森林覆蓋率≥60%才能有效地防止水土流失，印度境內(nèi)喜馬拉雅山淺山地區(qū)的密林可以說明這個(gè)問題。隨著人口的增長(zhǎng)，大面積的砍伐隨之而來，現(xiàn)在森林覆蓋只有35%，結(jié)果出現(xiàn)了經(jīng)常性的滑坡和大量的水土流失。黃河中游黃土高原地區(qū)的植被稀少，土壤疏松，暴雨較多，地形破碎，極易發(fā)生大量水土流失。

2.5 人為因素

人類對(duì)土地不合理的利用破壞了植被的穩(wěn)定的地形，造成嚴(yán)重的水土流失。毀林毀草、陡坡開荒，破壞了地面植被就會(huì)加劇水土流失。由于人口劇增，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)加劇而且有許多地區(qū)破壞植被以補(bǔ)充燃料的不足，從而導(dǎo)致土壤更加貧瘠并完全暴露于風(fēng)雨的侵蝕;另外，滑坡和地震都伴隨著水土流失。

3 水土流失的嚴(yán)重危害

水土流失導(dǎo)致水分徑流量增加，滲透減少，儲(chǔ)水能力下降，有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分會(huì)繼續(xù)減少，土壤層變薄，進(jìn)而導(dǎo)致土壤生物多樣性喪失。土壤流失造成的大幅度作物產(chǎn)量下降，在當(dāng)前人口增加而糧食吃緊的歷史時(shí)期顯得更為嚴(yán)峻。

3.1 水分

由于所有植被都需要大量的水分用于生長(zhǎng)、發(fā)育和結(jié)果，所以水是陸地生態(tài)系統(tǒng)制約生產(chǎn)力的一項(xiàng)最主要的限制因素，而水土流失造成徑流量大幅度增加，滲透到土壤的水分減少，植物生長(zhǎng)可利用水也必然減少。中度流失的土地吸收的雨水比未流失的土地少10～300 mm，植物用水減少7%～44%。一般依據(jù)當(dāng)?shù)亟邓畣栴}、土壤類型、坡度和其他因素不同，水土流失造成農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)水分利用率降低20% ～40%時(shí)，植物生產(chǎn)力會(huì)下降10% ～25%。

3.2 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

水土流失也會(huì)引起N、P、K、Ca等植物基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量下降。流失的土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量比流失后留下的土壤高出3倍。1t沃土的表層土壤含有1～6 kg的N、1～3 kg的Ca;而流失后的土壤N含量0.1～0.5 kg/t，如此低的營(yíng)養(yǎng)水平勢(shì)必造成植物生產(chǎn)力大幅度下降。

3.3 土壤有機(jī)質(zhì)

不論是雨水還是疾風(fēng)的侵蝕，都帶走了土壤中肥沃的有機(jī)微粒，留下的則是沙和石。通常1 hm2肥沃的土地約含100 t有機(jī)質(zhì)，由于大部分莖葉腐化形成的有機(jī)質(zhì)靠近土壤表層，所以水土流失的同時(shí)伴隨大量有機(jī)質(zhì)流失。土壤有機(jī)質(zhì)有助于陽離子交換，促進(jìn)根的生長(zhǎng)和主要土壤生物數(shù)量增加。土壤中95%N和25% ～50%的P包含在有機(jī)質(zhì)，土壤有機(jī)質(zhì)被沖蝕，就會(huì)引起土質(zhì)惡化，包含在有機(jī)質(zhì)的養(yǎng)分大量散失，生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力下降。大量養(yǎng)分的散失，引起植物生長(zhǎng)遲緩，生產(chǎn)力降低;水土流失嚴(yán)重的農(nóng)作物產(chǎn)量比未流失的低15%～30%，并且產(chǎn)量低的生態(tài)系統(tǒng)其總生物量和生物多樣性都大幅度下降。

3.4 對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響

水土流失將會(huì)引起生態(tài)系統(tǒng)重要生態(tài)過程的變化。例如，隨著植物多樣性下降，草地穩(wěn)定動(dòng)物多樣性也急劇下降。當(dāng)植物種類從25種減少到5種或更少時(shí)，草地抗干旱能力下降，并且總生物量下降4倍多，結(jié)果草地對(duì)干旱更加敏感，恢復(fù)其原有生產(chǎn)力所需時(shí)間更長(zhǎng)。水土流失引起關(guān)鍵種的消失，關(guān)鍵種包括維持生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和完整性的植物;某些生物對(duì)關(guān)鍵植物的取食壓力的動(dòng)物和寄生物;生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各種關(guān)鍵植物的傳者、種子傳播者以及其他重要物種提供棲息地的動(dòng)植物。因此，關(guān)鍵種的消失可能會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的正常活動(dòng)的衰退甚至消失。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)這方面的影響尤為嚴(yán)重，例如，傳粉者的銳減或消失將大大影響作物產(chǎn)量。

4 我國(guó)的水土流失及退化

中國(guó)水土流失面積為360萬km2，占國(guó)土總面積的38.2%，其中水蝕面積179萬km2，風(fēng)蝕面積188萬km2;年土壤流失量高達(dá)500萬t以上。在部分地區(qū)還有進(jìn)一步加重的趨勢(shì)，水土流失形勢(shì)不容樂觀。其次，從土壤養(yǎng)分狀況來看，我國(guó)耕地的有機(jī)質(zhì)含量普遍較低，水田土壤大多在1% ～3%，而旱田土壤有機(jī)質(zhì)含量較水田低，小于1%的就占31%;全國(guó)耕地中大部分土壤全氮含量都在0.2%以下，缺磷土壤占59.1%，缺鉀土壤占22.9%。就南方地區(qū)紅土壤來講，土壤養(yǎng)分的缺乏更為嚴(yán)重，耕地普遍缺少有機(jī)質(zhì)和氮素，全部旱田和60%的水田缺磷，耕地中58%缺鉀，80%缺硼，64%缺鉬，49%缺鋅，18%缺鎂。此外，其他形式的土壤退化問題也十分嚴(yán)重，如由于污水灌溉和農(nóng)業(yè)農(nóng)藥、化肥的大量施用引起的土壤污染退化、土壤酸化退化以及工礦企業(yè)的廢渣和垃圾擠占大片肥沃耕地造成的土壤退化減少等。

5 我國(guó)的黑土地退化的嚴(yán)重性及表現(xiàn)

我國(guó)黑土與烏克蘭和美國(guó)密西西比河流域的黑土并稱為世界著名的三大黑土帶，主要分布于東北地區(qū)黑龍江和吉林兩省的中部地區(qū)，在三江地區(qū)僅有少許分布。據(jù)第一次土壤普查資料統(tǒng)計(jì)，兩省黑土總計(jì)約10萬km2。黑龍江省相對(duì)較少一些，但亦約占全省耕地的10%。黑土在吉林和黑龍江兩省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著極其重要的地位。同時(shí)，黑土分布區(qū)又是國(guó)家重要的商品糧生產(chǎn)基地。但是，由于長(zhǎng)期對(duì)土地資源的不合理利用，整個(gè)地區(qū)生態(tài)與環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，土壤退化問題極其嚴(yán)重。據(jù)第二次土壤普查資料統(tǒng)計(jì)，目前兩省黑土總面積約為5.82萬km2，其中，黑龍江省黑土面積為4.82萬km2，吉林省黑土面積為1.10萬km2。

6 水土保持刻不容緩

水土流失導(dǎo)致水分量增加，滲透減少，儲(chǔ)水能力下降，有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量減少，土壤層變薄，進(jìn)而導(dǎo)致土壤生物多樣性喪失。水土流失是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)面臨的一個(gè)嚴(yán)重威脅，是一個(gè)緩慢但又潛伏著巨大危機(jī)的過程。未來人類的食物安全及其人類文明的進(jìn)步肯定要很大程度地依賴土壤資源，人類必須采取科學(xué)高效的生產(chǎn)方式，保護(hù)土地資源，否則人類生存將受到嚴(yán)重威脅。所以，人類社會(huì)要大聲疾呼:水土保持刻不容緩。

7 可持續(xù)農(nóng)業(yè)與黑土退化防治

近20年，隨著環(huán)保意識(shí)的逐漸普及，“我們只有一個(gè)地球”的觀念已成為全球共識(shí)。為了解決環(huán)境危機(jī)，節(jié)約資源，維護(hù)自然生態(tài)平衡，有機(jī)農(nóng)業(yè)和古老的傳統(tǒng)耕作方式再度受到重視，在維護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、保護(hù)農(nóng)業(yè)環(huán)境資源的原則下，推行“可持續(xù)農(nóng)業(yè)”，確保農(nóng)業(yè)的持續(xù)生產(chǎn)力。可持續(xù)農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)應(yīng)是高效能、高品質(zhì)和低消耗，且又能維持一定的產(chǎn)量而不衰減。以生產(chǎn)率的持續(xù)增長(zhǎng)，土壤肥力的持續(xù)提高，使農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境得以持續(xù)維持和諧，土壤資源得以扶持持續(xù)利用的目的。

由于自然和人為因素的長(zhǎng)期影響，黑土資源出現(xiàn)了退化性演變，為了保護(hù)寶貴的黑土資源，維護(hù)地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，黑土退化的防治應(yīng)以綜合防治為主。重點(diǎn)進(jìn)行以下3個(gè)方面的工作:

7.1 從黑土地本身的特點(diǎn)與發(fā)生過程，研究土壤退化的機(jī)制與實(shí)質(zhì)

包括:①土壤侵蝕退化機(jī)理研究及土壤可蝕性研究;②黑土養(yǎng)分退化的基本過程的速率;③黑土退化演變趨勢(shì)及規(guī)律;④土壤污染研究;⑤近代和現(xiàn)代人類活動(dòng)對(duì)黑土退化的影響和作用。

7.2 分不同退化類型，綜合治理

把土壤資源、生物資源和環(huán)境條件統(tǒng)一起來，采取綜合治理措施包括:①?gòu)纳鷳B(tài)平衡角度，因地制宜地開發(fā)和利用黑土資源。②以生物種群適應(yīng)生態(tài)環(huán)境合理安排，實(shí)行集約耕作。③實(shí)行農(nóng)林牧全面發(fā)展，搞好農(nóng)田基本建設(shè)，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，逐步建立優(yōu)化的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

7.3 合治理研究基礎(chǔ)上，建立并逐步推廣治理模式，達(dá)到全面防治黑土退化的目的

土壤退化是一個(gè)非常綜合和復(fù)雜的、具有時(shí)間上的動(dòng)態(tài)性和空間上的各異性以及高度非線性特征的過程，不僅涉及到土壤學(xué)、農(nóng)學(xué)、生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)，而且也與社會(huì)科學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)及相關(guān)方針政策密切相關(guān)。因此，關(guān)于水土保持與防退化問題有待于廣大科研工作者、學(xué)者的不斷研究。

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