杜鵬飛,劉孝盈
(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京100048;2.國(guó)際泥沙研究培訓(xùn)中心,北京100048)
土壤風(fēng)蝕是干旱半干旱地區(qū)及部分半濕潤(rùn)地區(qū)土地沙漠化過程的首要環(huán)節(jié)[1],是侵蝕區(qū)土地沙漠化和下風(fēng)向地區(qū)沙塵暴災(zāi)害的根源[2],也是引起土壤退化的主要途徑。從國(guó)外目前已有的研究來看,在風(fēng)蝕過程、機(jī)制、影響因子、評(píng)價(jià)、防治及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面,已得到普遍的重視,并取得了顯著的成就。我國(guó)的風(fēng)蝕研究工作也已逐步從定性研究轉(zhuǎn)向半定量和定量的實(shí)驗(yàn)研究[3],并在風(fēng)沙地貌與沙漠化、風(fēng)蝕動(dòng)力學(xué)、風(fēng)蝕影響因子、風(fēng)蝕評(píng)估模型、土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度分級(jí)以及風(fēng)蝕防治技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域取得了一系列的成果[4],其中,定量研究主要集中在風(fēng)洞模擬試驗(yàn)或某一特定時(shí)段內(nèi)的野外觀測(cè),或通過遙感普查和GIS技術(shù)從宏觀上研究風(fēng)蝕的時(shí)空演變動(dòng)態(tài)。由于風(fēng)蝕過程不易捕捉,風(fēng)蝕速率難以測(cè)定[5],尚缺乏長(zhǎng)時(shí)間序列的土壤風(fēng)蝕實(shí)際觀測(cè)記錄[6],而作為土壤風(fēng)蝕防治的科學(xué)依據(jù),土壤風(fēng)蝕速率的測(cè)定不僅是劃分土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度的主要指標(biāo),而且也是與風(fēng)蝕相關(guān)的研究領(lǐng)域迫切需要解決的一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題[4],是風(fēng)蝕評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)必不可少的重要環(huán)節(jié),對(duì)制定科學(xué)的風(fēng)蝕控制計(jì)劃大有裨益。在這種情況下,總結(jié)我國(guó)土壤風(fēng)蝕的已有實(shí)測(cè)結(jié)果,分析不同區(qū)域、不同土地利用方式下土壤風(fēng)蝕速率的分布特點(diǎn)和影響因素,對(duì)于我國(guó)土壤風(fēng)蝕的定量評(píng)價(jià)和風(fēng)蝕預(yù)報(bào)系統(tǒng)的建立有著重要的意義。
迄今為止,我國(guó)共進(jìn)行過三次全國(guó)土壤侵蝕遙感普查。分別是1989—1990年,以1985—1986年的TM影像進(jìn)行的第一次遙感普查;1999—2000年,以1995—1996年的TM影像進(jìn)行的第二次遙感普查;以及21世紀(jì)初,采用2000—2001年的TM影像并結(jié)合土地利用圖進(jìn)行的第三次遙感普查。結(jié)果顯示,全國(guó)的風(fēng)力侵蝕面積呈持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì),從1985—1986年的187.61萬km2增長(zhǎng)到2000—2001年的195.70萬km2,15a間共增加了8.09萬km2,年均增長(zhǎng)0.54萬km2。強(qiáng)度以上風(fēng)蝕面積由占風(fēng)蝕總面積的34.98%增加到44.32%,增加了近10個(gè)百分點(diǎn)(表1)。受其影響因子的約束,風(fēng)蝕在空間的分布上具有很強(qiáng)的地帶性。第三次全國(guó)土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度遙感調(diào)查結(jié)果表明,我國(guó)土壤風(fēng)蝕災(zāi)害的范圍主要分布在西部地區(qū)的新疆、內(nèi)蒙古、青海、甘肅和西藏五省區(qū)[7]。其中強(qiáng)度以上的侵蝕區(qū)主要分布在塔克拉瑪干沙漠、古爾班通古特沙漠、騰格里沙漠、巴丹吉林沙漠以及柴達(dá)木盆地,中度以下的侵蝕則主要分布于上述沙漠的邊緣、渾善達(dá)克沙地、科爾沁沙地、青藏高原北部、四川省北部、以及零星分布于南方的濱海濱湖風(fēng)沙區(qū)[8]。
表1 全國(guó)三次土壤風(fēng)蝕遙感調(diào)查結(jié)果對(duì)比
在室內(nèi),風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)軌蜉p松實(shí)現(xiàn)對(duì)各風(fēng)蝕因子的控制,但由于其模擬的時(shí)間短、土粒之間缺乏磨損、邊界效應(yīng)顯著,不能完全真實(shí)再現(xiàn)自然狀態(tài)下的風(fēng)蝕過程,因而在計(jì)算實(shí)際風(fēng)蝕量方面仍存在著一定的局限性[9];遙感和GIS技術(shù)滿足了對(duì)區(qū)域大尺度風(fēng)蝕速率的快速估算,實(shí)現(xiàn)了風(fēng)蝕研究在宏觀空間尺度上的擴(kuò)展,但利用該方法研究土壤風(fēng)蝕,是在假定區(qū)域相同土地利用類型內(nèi),風(fēng)蝕速率相同這一前提條件進(jìn)行的[10],忽略了地塊尺度上,由于坡度、植被覆蓋等條件的不同而引起的侵蝕變化,從而在這一空間尺度上,降低了土壤風(fēng)蝕速率的計(jì)算精度;而代表著土壤風(fēng)蝕科學(xué)研究水平的土壤風(fēng)蝕預(yù)報(bào)模型雖已在國(guó)外取得顯著的成就(如 WEQ、Pasak、Bocharov、TEAM、WEPS、RWEQ、WEAM等),但國(guó)內(nèi)相關(guān)研究由于起步晚,基礎(chǔ)薄弱,仍然缺乏長(zhǎng)期系統(tǒng)的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),到目前為止,還沒有建立起適合我國(guó)國(guó)情的風(fēng)蝕預(yù)報(bào)模型[11]。因此,在野外實(shí)驗(yàn)場(chǎng),通過布設(shè)相關(guān)儀器,對(duì)風(fēng)沙進(jìn)行實(shí)際監(jiān)測(cè),從而獲得土壤風(fēng)蝕起沙、輸移、沉降等各個(gè)過程的觀測(cè)數(shù)據(jù),或?qū)悠愤M(jìn)行采集和處理后,通過一系列相應(yīng)的實(shí)驗(yàn),運(yùn)用模型計(jì)算出土壤風(fēng)蝕速率,對(duì)于模擬風(fēng)蝕過程的整體動(dòng)態(tài)、并實(shí)現(xiàn)風(fēng)蝕研究從局部到整體的尺度轉(zhuǎn)換仍具有十分重要的意義[6]。目前,通過布設(shè)相關(guān)設(shè)備和樣品采集分析,用來測(cè)定土壤風(fēng)蝕速率的方法主要有以下幾種:
插釬法。通過插釬,根據(jù)吹蝕或累積的土壤高度,估算次大風(fēng)或多年的侵蝕速率或堆積速率。由于插釬容易出現(xiàn)沉降和外力擾動(dòng),導(dǎo)致這種方法的實(shí)際測(cè)定存在著一定的誤差,較適用于風(fēng)蝕強(qiáng)烈的地區(qū)。
調(diào)查法。通過野外調(diào)查相關(guān)地形和風(fēng)蝕景觀,如風(fēng)蝕土墩、風(fēng)蝕坑、建筑物基部風(fēng)蝕出露狀況、風(fēng)沙堆積物形態(tài)和尺寸、雅丹地貌的深度和高度等,估算土壤風(fēng)蝕速率。這種方法較為粗略,很難用來估算短時(shí)間的中輕度風(fēng)蝕,對(duì)單次風(fēng)蝕劇烈或中長(zhǎng)時(shí)間尺度的強(qiáng)度風(fēng)蝕較為適用。
掃描法。使用三維激光掃描儀、粒子圖像測(cè)速儀等儀器,利用攝像技術(shù),對(duì)地表進(jìn)行掃描,通過對(duì)地表高程變化的實(shí)際測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤風(fēng)蝕情況的監(jiān)測(cè)。這種方法可以基本實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和處理,可以用來研究風(fēng)蝕引起的地貌演化特征及風(fēng)沙流的規(guī)律,但鑒于儀器的分辨率,對(duì)中輕度的土壤風(fēng)蝕速率計(jì)算時(shí)會(huì)存在著較大的誤差。
風(fēng)蝕盤法。通過在盤狀容器中放置已知質(zhì)量的土樣測(cè)定土壤風(fēng)蝕量。由于這種方法已知土壤風(fēng)蝕面積,所以容易得出侵蝕量和侵蝕速率的關(guān)系。但受容器材質(zhì)的影響,導(dǎo)致盤中土壤與自然狀態(tài)下的環(huán)境土壤被隔離,很難形成通氣透水的自然環(huán)境,盤中土樣的水分蒸發(fā)較快,使得影響風(fēng)蝕的因子發(fā)生變化,會(huì)導(dǎo)致風(fēng)蝕測(cè)定量比實(shí)際侵蝕量大。因此,這種方法比較適合于監(jiān)測(cè)單個(gè)風(fēng)蝕事件中的風(fēng)蝕量。
集沙儀法。按排氣方式的不同,集沙儀分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。由于被動(dòng)式集沙儀易于制作且使用方便,所以使用較廣。按旋轉(zhuǎn)與否,集沙儀分為旋轉(zhuǎn)式和固定式兩種。旋轉(zhuǎn)式集沙儀會(huì)隨著風(fēng)向的變化而自動(dòng)調(diào)整方向,可收集多個(gè)方向、任意角度的輸沙通量,但不能確定來沙面積,無法推知區(qū)域單位面積上的風(fēng)蝕量。相比而言,固定式集沙儀雖然只能收集某一方向的輸沙量,但通過在上下風(fēng)向的合理布設(shè),可以明確特定區(qū)域面積的風(fēng)蝕量。集沙儀可對(duì)風(fēng)蝕實(shí)現(xiàn)任一時(shí)間尺度的觀測(cè),觀測(cè)時(shí)間越長(zhǎng),成本越高。在明確集沙效率的前提下,可以獲得較為準(zhǔn)確的風(fēng)蝕速率數(shù)據(jù)。
集沙盤法(沉塵缸法)。通過在風(fēng)蝕區(qū)布設(shè)集沙盤,來監(jiān)測(cè)單位面積土壤的沉積量。當(dāng)集沙盤全部布設(shè)于地表以下時(shí),可“誘捕”土壤吹蝕過程中的蠕移量和沉降量,當(dāng)集沙盤布設(shè)于地表以上時(shí),收集的只是大氣輸移過程中的浮塵沉降量。由于大氣中的浮塵來源具有不確定性,因此用這種方法很難確定單位土地面積上的土壤風(fēng)蝕量。
粒度對(duì)比分析法。該方法通過確定風(fēng)蝕粗化層的厚度、土體容重和風(fēng)蝕前后粗化層下部及粗化層中不可蝕顆粒的百分含量,實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤風(fēng)蝕量的估算。利用該方法時(shí)基于以下三個(gè)假設(shè)條件[12]:① 在地表物質(zhì)的粒配組成中,既含有可蝕顆粒,又含有不可蝕顆粒;② 未經(jīng)風(fēng)蝕時(shí),物質(zhì)的粒配組成在計(jì)算所涉及深度內(nèi)的垂向變化是可以忽略的;③ 與風(fēng)蝕過程相比,引起地表粒配變化的其它因子忽略不計(jì)。由于該方法沒有考慮流水侵蝕和凍融侵蝕,使得該方法不能在風(fēng)水復(fù)合侵蝕區(qū)和青藏高原區(qū)進(jìn)行有效的利用,而粗化層深度和不可蝕顆粒的界定標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一,也在一定程度上影響了該方法的推廣。
核素示蹤法。利用在水蝕研究方面已逐漸成熟的137Cs核素示蹤技術(shù),通過確定區(qū)域的137Cs背景值,利用相關(guān)模型可間接計(jì)算出中等時(shí)間尺度上(近50~60a來)的平均土壤風(fēng)蝕速率。應(yīng)用137Cs核素示蹤法,需要在研究區(qū)或附近找到一個(gè)既未發(fā)生過侵蝕,也未發(fā)生過堆積,且未被擾動(dòng)過的背景值采樣點(diǎn),這在很多地區(qū)難以實(shí)現(xiàn)。此外,利用該方法得到的是風(fēng)水復(fù)合侵蝕速率,很難從中甄別出具體的風(fēng)蝕速率,因此在風(fēng)蝕研究應(yīng)用上具有一定的局限性,但利用該方法得出的計(jì)算結(jié)果,由于無須考慮風(fēng)沙活動(dòng)的時(shí)空變化特征,因而具有很好的可比性。
綜合已發(fā)表的有關(guān)中國(guó)土壤風(fēng)蝕速率實(shí)測(cè)研究的相關(guān)文獻(xiàn),在測(cè)定地點(diǎn)、測(cè)定方法、氣候類型、土地利用類型等方面對(duì)這些文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)歸納,得出我國(guó)若干地區(qū)年度平均土壤風(fēng)蝕速率實(shí)測(cè)值,具體結(jié)果如表2所示。
除表2中列出的基于較長(zhǎng)時(shí)間尺度計(jì)算得出的年度平均土壤風(fēng)蝕速率研究,還有一些學(xué)者在不同地點(diǎn)對(duì)從次大風(fēng)到幾個(gè)月不等的較短時(shí)間尺度上的土壤風(fēng)蝕速率進(jìn)行了測(cè)定。如:李忠輝等[33]采用粒度對(duì)比分析法和風(fēng)蝕盤法,對(duì)內(nèi)蒙古武川縣旱農(nóng)試驗(yàn)站一個(gè)東西走向的丘陵進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)坡頂風(fēng)蝕量最大,北坡次之,南坡最??;孫興邦等[34]通過布設(shè)集沙儀,對(duì)山西省右玉縣的風(fēng)沙量進(jìn)行了監(jiān)測(cè),得出了3a的集沙量,距地面0,0.5,1.5,4,8m 五個(gè)不同高度收集的沙量分別為112.9,11.7,1.7,0.8,0.7g;海春興[35]采用土壤表面形態(tài)變化測(cè)量?jī)x,用7級(jí)風(fēng)的強(qiáng)度對(duì)河北壩上不同土地利用類型的土壤進(jìn)行了吹蝕,發(fā)現(xiàn)草地、林地、耕地和交通用地的吹蝕深度分別為1.51,1.61,13.82,38mm;樊自立[36]對(duì)阿克蘇農(nóng)墾三團(tuán)場(chǎng)三連二斗東條田的風(fēng)蝕情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)1977年4月14日—21日連續(xù)幾次大風(fēng)刮走的表土達(dá)16cm之厚;馮曉靜等[37]在內(nèi)蒙古正藍(lán)旗,利用集沙儀,對(duì)小麥秸稈殘茬覆蓋保護(hù)性耕作農(nóng)田和傳統(tǒng)翻耕耙碎農(nóng)田進(jìn)行了監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,小麥秸稈殘茬覆蓋保護(hù)性耕作農(nóng)田中的集沙量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)翻耕耙碎農(nóng)田的集沙量等。但這些研究沒有得出單位面積地塊具體的土壤風(fēng)蝕量,從而無法計(jì)算出準(zhǔn)確的土壤風(fēng)蝕速率。還有一些學(xué)者,通過對(duì)一定面積上的土壤風(fēng)蝕進(jìn)行短時(shí)間的觀測(cè),得出了基于這一時(shí)間尺度的土壤風(fēng)蝕速率,具體研究結(jié)果見表3。
由表2—3可見,我國(guó)已有土壤風(fēng)蝕速率的實(shí)測(cè)研究主要分布在半干旱區(qū),總體上涵蓋了干旱、半干旱、半濕潤(rùn)三個(gè)主要?dú)夂蝾愋蛥^(qū)。具體集中在內(nèi)蒙古地區(qū)、西北的青藏高原和新疆地區(qū)、東北的松遼流域、華北半濕潤(rùn)區(qū)、海南濱海以及位于風(fēng)力水力交錯(cuò)侵蝕區(qū)內(nèi)的其它地區(qū)。測(cè)定方法除了插釬法、陷阱誘捕法、集沙儀法等傳統(tǒng)方法以外,剛剛在風(fēng)蝕研究領(lǐng)域興起的137Cs法逐漸成為近10a風(fēng)蝕速率研究的主要方法。
各種測(cè)定方法在風(fēng)蝕量的測(cè)定和風(fēng)蝕速率的計(jì)算上各有優(yōu)勢(shì),但具體到每一種測(cè)定方法,其測(cè)定結(jié)果的精準(zhǔn)性難以得到有效地厘定。即使對(duì)同一區(qū)域的土壤風(fēng)蝕速率進(jìn)行研究,采用不同的方法,也可能得出相異的結(jié)果,對(duì)這些結(jié)果的橫向比較也難以得到有效的確定。而由于風(fēng)沙環(huán)境的演變和春季降水量的波動(dòng)制約,最近50a來,中國(guó)北方干旱、半干旱地區(qū)的風(fēng)沙活動(dòng)呈現(xiàn)出由強(qiáng)烈到減弱的顯著變化,20世紀(jì)80年代以來,部分地區(qū)的輸沙能力僅為1960s—1970s的20%~50%[43-45]。因此,在不同時(shí)間測(cè)定的風(fēng)蝕速率也很難進(jìn)行縱向的比較?;谝陨蟽牲c(diǎn)考慮,本文只對(duì)表2中所列的基于同一方法研究的相近地區(qū)、相似時(shí)間尺度的土壤風(fēng)蝕速率,從區(qū)域和土地利用方式兩個(gè)方面進(jìn)行分析。
表2 年度平均土壤風(fēng)蝕速率結(jié)果及測(cè)定方法
表3 不同時(shí)段內(nèi)的土壤風(fēng)蝕速率結(jié)果及測(cè)定方法
內(nèi)蒙古是我國(guó)研究風(fēng)蝕速率研究最為集中的地區(qū),從表2可見,對(duì)內(nèi)蒙古風(fēng)蝕速率實(shí)測(cè)研究的主要方法是插釬法和粒度對(duì)比分析法,實(shí)測(cè)結(jié)果在0.03~3 931.50t/(hm2·a),隨著土地利用類型的不同而有明顯的不同,變化幅度極大。根據(jù)水利部土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[46],位于內(nèi)蒙古中部的多倫縣、武川縣、四子王旗,以及商都、化德地區(qū)的土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度均在中度以下,而20世紀(jì)90年代中期以前研究的同在中部的烏蘭察布后山地區(qū),以及位于內(nèi)蒙古東部的呼倫貝爾、奈曼旗、科爾沁的農(nóng)田和沙地的風(fēng)蝕強(qiáng)度均達(dá)到了劇烈的標(biāo)準(zhǔn)。
同樣用插釬法研究的山東夏津、北京永定河和山西右玉縣的風(fēng)蝕速率也存在一定的差別。同在上世紀(jì)90年代初測(cè)定的位于夏津的沙地和右玉縣的林地風(fēng)蝕強(qiáng)度相當(dāng),均為中度侵蝕,遠(yuǎn)小于右玉縣農(nóng)田的風(fēng)蝕速率。一方面,這些結(jié)果從區(qū)域上反映了不同氣候類型對(duì)風(fēng)蝕的重要影響,另一方面,也在區(qū)域內(nèi)部揭示了由土地利用方式的不同而引起的土壤風(fēng)蝕量的差異。
基于137Cs法計(jì)算的半干旱地區(qū)近50a以來的平均土壤風(fēng)蝕速率顯示,海南濱海區(qū)風(fēng)蝕強(qiáng)度最高,年均風(fēng)積厚度達(dá)到了12.50mm,與河北壩上地區(qū)的林地(12mm)相當(dāng)。西北地區(qū)中,新疆、青海、西藏地區(qū)的風(fēng)蝕速率實(shí)測(cè)值,除灌叢和沙地的個(gè)別點(diǎn)外,多集中在10~60t/(hm2·a),與河北壩上豐寧的草地27.6~43.5t/(hm2·a)相當(dāng)。集沙儀法測(cè)定的晉陜蒙接壤地區(qū)的沙地,風(fēng)蝕速率在2.30~43.60t/(hm2·a),屬于輕、中度侵蝕。此外,用粒度對(duì)比分析法對(duì)內(nèi)蒙古中部地區(qū)農(nóng)田的研究結(jié)果顯示,隨著研究時(shí)間的后移,風(fēng)蝕速率呈減小的趨勢(shì),這可能也是對(duì)20世紀(jì)80年代以來這一地區(qū)風(fēng)力輸沙能力逐漸降低的一種響應(yīng)。
對(duì)于較短時(shí)段內(nèi)風(fēng)蝕速率實(shí)測(cè)研究,表3表明,對(duì)內(nèi)蒙古科爾沁的沙地、農(nóng)田和草地的研究較多,由于沙地類型不同,風(fēng)蝕速率相差也較大。受這些研究所選擇的時(shí)段和具體的觀測(cè)時(shí)間所限,研究結(jié)果間不具可比性。但值得注意的是,對(duì)山西半濕潤(rùn)區(qū)和內(nèi)蒙古半干旱區(qū)農(nóng)田的研究均表明,風(fēng)蝕強(qiáng)度均較大,尤其是對(duì)錫林郭勒的研究,短短兩個(gè)月間,每公頃農(nóng)田土壤的風(fēng)蝕量就達(dá)到了323t,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了年均土壤風(fēng)蝕的劇烈標(biāo)準(zhǔn)。
土地利用方式不同,土壤特性以及土壤對(duì)外界環(huán)境變化的抵抗力也會(huì)不同[47],影響土壤風(fēng)蝕的主要因子就會(huì)存在著一定的差別,從而引起土壤風(fēng)蝕速率的變化。已有研究中,主要對(duì)農(nóng)田、沙地、草地、灌叢和林地五種土地利用方式下的土壤風(fēng)蝕速率進(jìn)行了實(shí)測(cè)和計(jì)算,從結(jié)果來看,土壤風(fēng)蝕速率隨土地利用方式的不同而顯著不同。內(nèi)蒙古奈曼旗新墾農(nóng)田的土壤風(fēng)蝕速率最大,為464.20~3 931.50t/(hm2·a),多倫縣林地的土壤風(fēng)蝕速率最小,僅為0.03t/(hm2·a)。在同用插釬法對(duì)同一地區(qū)不同土地利用方式下的風(fēng)蝕研究中,稀疏荒草地的侵蝕速率大于荒草地(永定河)、農(nóng)田的侵蝕速率大于林地(右玉縣),而在農(nóng)田中,新墾農(nóng)田的侵蝕速率則又遠(yuǎn)大于留茬農(nóng)田(奈曼旗),這些結(jié)果都突出地體現(xiàn)了植被覆蓋度在抵抗風(fēng)蝕過程中的重要作用。
由表2可見,在河北壩上地區(qū),用137Cs法計(jì)算的農(nóng)田土壤風(fēng)蝕速率幾乎是草地的兩倍。而在西北地區(qū),不同土地利用方式下的土壤風(fēng)蝕速率相差遠(yuǎn)沒有其它地區(qū)懸殊。以新疆庫爾勒地區(qū)為例,荒地、草地和農(nóng)田的風(fēng)蝕速率相近,最大值都在50~60t/(hm2·a)左右,農(nóng)田風(fēng)蝕速率的最小值甚至低于荒地和草地。在對(duì)青海共和盆地和青藏高原的研究中,草地和農(nóng)田的風(fēng)蝕速率結(jié)果也基本相同,灌叢和沙地的風(fēng)蝕速率則較大,達(dá)到劇烈侵蝕標(biāo)準(zhǔn)。
土壤風(fēng)蝕作為一個(gè)復(fù)雜的風(fēng)沙物理過程,是在特定環(huán)境條件下,自然、人為因素及其相互作用的綜合表現(xiàn)。在大尺度上,氣候格局決定了土壤風(fēng)蝕的范圍和程度,在地形、土壤類型、土地利用方式等因素的綜合影響下,侵蝕強(qiáng)度又因土壤風(fēng)蝕發(fā)生的方式和過程的不同而有所不同。
總體來看,達(dá)到強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)以上的侵蝕區(qū)降雨幾乎都在200mm年降雨量線以下。在上述風(fēng)蝕研究區(qū)中,內(nèi)蒙古的土壤風(fēng)蝕量最大,除農(nóng)業(yè)土壤外,風(fēng)沙土和沙質(zhì)土壤等非農(nóng)業(yè)土壤也受到強(qiáng)烈侵蝕。究其原因,除了與內(nèi)蒙古的高原地形有關(guān)外,稀疏低矮的植被,在冬春大風(fēng)季節(jié),也未起到很好的保護(hù)作用,強(qiáng)烈的風(fēng)蝕在很大程度上抵消了成土作用,致使土層淺薄,而降雨少、風(fēng)速大、大風(fēng)日數(shù)多等氣候條件的影響則進(jìn)一步加速了土壤風(fēng)蝕過程,加劇了土壤風(fēng)蝕程度;西北地區(qū)中,研究區(qū)庫爾勒位于天山南麓、塔里木盆地東北部,深處大陸腹地,暖溫帶荒漠性氣候決定了其降雨量少、大風(fēng)日數(shù)多的基本特點(diǎn),冬春季節(jié)的強(qiáng)風(fēng)易于引起表土的風(fēng)蝕,其中,草地土壤風(fēng)蝕量之所以與農(nóng)田相當(dāng),主要是由于研究樣點(diǎn)位于農(nóng)區(qū)的邊緣,且與戈壁相連,盛行風(fēng)向引起嚴(yán)重的侵蝕所致。與庫爾勒有所不同,根據(jù)嚴(yán)平的研究結(jié)果,在青藏高原,沙地和灌叢的風(fēng)蝕災(zāi)害嚴(yán)重,草地和農(nóng)田的風(fēng)蝕量略小,危害稍輕。在此過程中,植被覆蓋起了關(guān)鍵作用;風(fēng)水交錯(cuò)侵蝕區(qū),分布范圍雖廣,但作物一年一熟的共同特點(diǎn),卻為春季風(fēng)蝕災(zāi)害的發(fā)生提供了條件,不僅農(nóng)田風(fēng)蝕相當(dāng)嚴(yán)重,而且由于在冬春季節(jié),多數(shù)林木落葉、草地枯黃,防護(hù)作用差,致使林草地的風(fēng)蝕危害不容小覷;而華北半濕潤(rùn)區(qū)的土壤風(fēng)蝕則主要受土地利用類型的影響,在覆蓋度較低的河灘地和稀疏荒草地,風(fēng)蝕程度比覆蓋度相對(duì)較好的荒草地大;東北地區(qū)中,松遼流域地處溫帶、寒溫帶大陸季風(fēng)氣候區(qū),由于草甸草原、落葉林區(qū)、針闊混交林的廣泛存在,遏制了風(fēng)蝕災(zāi)害的進(jìn)一步發(fā)展,因此,風(fēng)蝕災(zāi)害相對(duì)較輕??傊?,土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度的空間格局不僅與研究區(qū)的風(fēng)力強(qiáng)度、降水量等氣候因子有關(guān),還受土壤質(zhì)地、植被覆蓋度以及土地利用方式的影響。
縱觀國(guó)內(nèi)已有的相關(guān)研究可以發(fā)現(xiàn),我國(guó)所開展的土壤風(fēng)蝕速率實(shí)測(cè)研究已取得了一系列重要成果。研究結(jié)果表明,在區(qū)域尺度上,內(nèi)蒙古東部的土壤風(fēng)蝕最為嚴(yán)重,次之為海南濱海地區(qū),再次為內(nèi)蒙古中部、西北、華北和北方的風(fēng)水交錯(cuò)侵蝕區(qū),風(fēng)蝕最輕的為東北地區(qū)。由于抗風(fēng)蝕能力不同,缺少覆蓋的農(nóng)田土壤更易于受到近地表氣流的動(dòng)量傳輸而引起侵蝕。
土地利用類型不同,土壤風(fēng)蝕速率也存在著一定的差異,但因研究地區(qū)不同,規(guī)律也有所不同。在內(nèi)蒙古和其它中東部地區(qū),土壤風(fēng)蝕量基本呈現(xiàn)出按農(nóng)田、沙地、草地、林地依次減小的規(guī)律。在西北地區(qū)中,灌叢和沙地的風(fēng)蝕速率較大,農(nóng)田和草地的風(fēng)蝕速率則相對(duì)較輕。
各種測(cè)定方法在風(fēng)蝕速率的計(jì)算和風(fēng)蝕量的評(píng)估上各具優(yōu)勢(shì),但具體到每一種測(cè)定方法,其測(cè)定結(jié)果的精準(zhǔn)性難以確定,長(zhǎng)期系統(tǒng)的定位觀測(cè)仍很缺乏。由于已有研究的實(shí)驗(yàn)條件不同,采用的方法不同,即使對(duì)同一區(qū)域的土壤風(fēng)蝕速率進(jìn)行研究,也可能得出不同的結(jié)果,因此各方法的相互印證工作需要得到進(jìn)一步的研究與重視。由于137Cs法計(jì)算得出的結(jié)果是近50~60a以來的平均土壤風(fēng)蝕速率,可以方便地對(duì)不同地區(qū)或同一地區(qū)不同時(shí)段內(nèi)的平均土壤風(fēng)蝕速率進(jìn)行比較,即便在外界條件(如土地利用方式、氣候因子)發(fā)生變化的條件下,也能夠得出風(fēng)蝕速率的變化趨勢(shì),因此在背景值點(diǎn)能夠確定的前提下,有著廣闊的應(yīng)用前景。
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