張?zhí)煊? 郝燕芳

(1.東北師范大學(xué) 泥炭沼澤研究所, 長(zhǎng)春 130024; 2.東北師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院,長(zhǎng)春 130024; 3.黑龍江省水土保持科學(xué)研究院, 哈爾濱 150070)

坡地上不合理的耕作活動(dòng)可以導(dǎo)致嚴(yán)重的土壤侵蝕，引發(fā)土層變薄和土壤結(jié)構(gòu)惡化，最終導(dǎo)致糧食減產(chǎn)[1-2]。東北地區(qū)雖然以平原聞名，但也擁有相當(dāng)數(shù)量的坡耕地。而且由于耕作方式粗放，這些坡耕地普遍存在土壤侵蝕問(wèn)題，威脅國(guó)家糧食安全[3-4]。即使在坡度<3°的坡耕地，也存在超出容許土壤流失量的侵蝕[5]。盡管如此，目前對(duì)東北地區(qū)坡耕地的宏觀認(rèn)識(shí)還很有限，其面積、坡度和空間分布均不明晰。已有認(rèn)識(shí)主要來(lái)自土地調(diào)查成果[6]。但是這些成果雖給出不同坡度分級(jí)的耕地面積，但不能完全反映坡耕地。例如：<2°的耕地可能是坡耕地，也可能不是。此外，這些成果一般未按地貌分區(qū)、土壤類(lèi)型、流域和縣級(jí)行政區(qū)進(jìn)行細(xì)化，對(duì)坡耕地治理工作的指導(dǎo)意義有限。因此，本文旨在利用高精度的空間數(shù)據(jù)，查明整個(gè)東北地區(qū)及其各地貌分區(qū)、土壤類(lèi)型、流域和行政區(qū)中坡耕地的面積和坡度特征。在此基礎(chǔ)上，定量評(píng)估治理工作的重要性，并在措施選擇、布局和實(shí)施等方面提供建議。

1　數(shù)據(jù)與方法

1.1　研究區(qū)概況

研究區(qū)包括黑龍江、吉林、遼寧以及內(nèi)蒙古自治區(qū)的呼倫貝爾市、通遼市、赤峰市和興安盟，陸地總面積約124萬(wàn)km2，占全國(guó)陸地總面積的18%。氣候?yàn)榇箨懶约撅L(fēng)氣候。降水量從東南向西北遞減，年降水量為300～950 mm。地貌類(lèi)型包括平原(30%)、臺(tái)地(24%)、丘陵(28%)和山地(18%)。平原主要分布在松嫩平原西部、遼河平原和三江平原(附圖6)。臺(tái)地主要分布在松嫩平原東部和內(nèi)蒙古高原。山地和丘陵主要分布在大小興安嶺山地、長(zhǎng)白山地和遼西山地。坡耕地的主要土壤類(lèi)型為黑土、暗棕壤、棕壤、黑鈣土、白漿土和褐土。土地利用以林地和耕地為主。林地集中在山地和丘陵地區(qū)。耕地集中在平原和臺(tái)地，但丘陵和山地中也有大量分布。根據(jù)第二次全國(guó)土地調(diào)查數(shù)據(jù)，東北地區(qū)耕地總面積約33.2萬(wàn)km2，占全國(guó)總量的25%。主要作物為玉米、大豆、春小麥和水稻，熟制為一年一熟。坡耕地幾乎全部為旱田，普遍采用壟作，普遍缺乏水土保持措施。除作物自身提供一定生物措施之外，其他水土保持措施很少。工程措施面積不足耕地面積的3%，且并非全部位于耕地[7]。耕作措施面積也很小。許多耕地的壟向近似平行于等高線，但并非嚴(yán)格意義上的等高溝垅種植[8]。

1.2　數(shù)據(jù)來(lái)源

土地利用數(shù)據(jù)為2010年的GlobeLand 30[9]和FROM-GLC[10]，分辨率均為30 m，分別來(lái)源于國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心和清華大學(xué)。經(jīng)與實(shí)際情況比較，主要采用前者，但在長(zhǎng)白山地南部的個(gè)別縣市采用后者。地貌數(shù)據(jù)為2009年中國(guó)1∶100萬(wàn)地貌圖[11]。它包含有地貌類(lèi)型信息(如平原等)和地貌分區(qū)信息(長(zhǎng)白山地等)。地貌分區(qū)命名遵循主導(dǎo)性原則，一個(gè)地貌分區(qū)可以包含多個(gè)地貌類(lèi)型。地形數(shù)據(jù)為2001年SRTM，分別率為90 m。土壤數(shù)據(jù)為1996年中國(guó)1∶100萬(wàn)土壤圖。行政區(qū)數(shù)據(jù)為2016年數(shù)據(jù)。由于缺乏市轄區(qū)的邊界數(shù)據(jù)，且多數(shù)市轄區(qū)面積很小，因此將隸屬于同一市的市轄區(qū)進(jìn)行合并，并視為一個(gè)縣級(jí)行政單位，共獲得216個(gè)縣級(jí)行政單位。所有數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理后，轉(zhuǎn)為30 m分辨率的柵格數(shù)據(jù)，坐標(biāo)系為WGS1 984，投影為Albers。其中，地形數(shù)據(jù)(SRTM)原有分辨率為90 m，通過(guò)雙線性內(nèi)插法重采樣為分辨率為30 m的數(shù)據(jù)。分析工具主要為ArcGIS 10。

1.3　坡耕地的提取和面積計(jì)算

首先，用地貌數(shù)據(jù)提取出臺(tái)地、丘陵和山地，并將它們視為坡地。其次，用土地利用數(shù)據(jù)提取出耕地。最后，提取出坡地中的耕地，即坡耕地。由于土地利用數(shù)據(jù)源于衛(wèi)星影像解譯，存在一定誤差。因此，在計(jì)算耕地面積時(shí)參照東北地區(qū)相關(guān)研究進(jìn)行了訂正[12]。

2　結(jié)果與分析

2.1　坡耕地的面積和坡度特征

東北地區(qū)坡耕地總面積為19.5萬(wàn)km2，占全區(qū)耕地總面積的58.7%，占全國(guó)耕地總面積的14.4%。東北地區(qū)僅坡耕地面積就超過(guò)了西北5省耕地總面積(16.4萬(wàn)km2)，接近西南5省耕地總面積(20.4萬(wàn)km2)。年鑒數(shù)據(jù)顯示，東北地區(qū)糧食產(chǎn)量約占全國(guó)的總數(shù)近的20%[13]。假設(shè)坡耕地與平原耕地的糧食單產(chǎn)相同，則東北地區(qū)坡耕地糧食產(chǎn)量占到全國(guó)總產(chǎn)量的12%。因此，治理好這些坡耕地對(duì)于保障國(guó)家糧食安全具有重要意義。

東北地區(qū)坡耕地的平均坡度為3.4°(表1)。<5°，5°～10°，10°～15°和>15°的坡耕地面積分別占總數(shù)的78.5%，15.8%，4.2%和1.5%。與我國(guó)其他地區(qū)相比，東北地區(qū)耕地坡度偏小。其中，<6°的耕地較多，>6°的耕地較少(圖1)[6]。

注：東北地區(qū)數(shù)據(jù)源于本研究，其他地區(qū)數(shù)據(jù)參照參考文獻(xiàn)[6]。

圖1中國(guó)不同地區(qū)耕地的坡度分布

2.2　坡耕地空間分布

2.2.1不同地貌分區(qū)在東北地區(qū)10個(gè)地貌分區(qū)中，長(zhǎng)白山地的坡耕地最多，占總數(shù)的28%(表2)。其次是松嫩平原東部(23%)、大興安嶺山地(17%)和遼西山地(11%)。其余6個(gè)地貌分區(qū)僅占總數(shù)的21%。>5°坡耕地也以長(zhǎng)白山地最多，占總數(shù)的52%，其后依次是大興安嶺山地(23%)和遼西山地(18%)。其余7個(gè)地貌分區(qū)僅占總數(shù)的7%。

2.2.2不同土壤類(lèi)型東北地區(qū)坡耕地主要涉及8個(gè)土類(lèi)。這8個(gè)土類(lèi)的坡耕地占總數(shù)的97%(表3)。其中暗棕壤的坡耕地最多，占總數(shù)的24%。其次是黑土(23%)、棕壤(13%)、黑鈣土(11%)、白漿土(9%)、褐土(7%)和栗鈣土(7%)。>5°坡耕地也以暗棕壤最多，占總數(shù)的41%。其次是棕壤(23%)、褐土(10%)和白漿土(6%)。

2.2.3不同流域在東北地區(qū)11個(gè)流域中，松花江流域的坡耕地最多，占總數(shù)的58%(表4)。其后依次是遼河流域(19%)、遼西諸河流域(6%)和烏蘇里江流域(5%)。>5°坡耕地也以松花江流域最多，占總數(shù)的41%，其后依次是遼河流域(21%)、遼西諸河流域(12%)、遼東諸河流域(7%)和烏蘇里江流域(6%)。

表2　東北地區(qū)各地貌分區(qū)坡耕地的面積　萬(wàn)km2

表3　東北地區(qū)坡地主要土類(lèi)坡耕地的面積　萬(wàn)km2

表4　東北地區(qū)各流域坡耕地的面積 萬(wàn)km2

2.2.4不同行政區(qū)黑龍江省坡耕地最多，占總數(shù)的40%(表5)。其后依次是內(nèi)蒙古(24%)、吉林(19%)和遼寧(17%)?？h坡耕地面積的最小值為0 km2(大洼縣等)，最大值為5 482 km2(嫩江縣)，平均值為905 km2(附圖7)。坡耕地較多的縣集中在大興安嶺山地東緣、松嫩平原東部和遼西山地。造成各縣坡耕地面積差異的原因涉及氣候、地貌和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素等。一些縣由于水熱條件較差或坡度較大，不適合耕種，坡耕地較少，如漠河縣等。一些縣由于地勢(shì)低洼，坡地很少，坡耕地較少，如大洼縣等。一些縣地處自然保護(hù)區(qū)，雖有較好的氣候和地形條件，但墾殖率低，坡耕地較少，如撫松縣等。

表5　東北地區(qū)各省坡耕地的面積　萬(wàn)km2

>5°坡耕地在各省的分配相對(duì)比較均勻。遼寧省最多，占總數(shù)的29%。其后依次是內(nèi)蒙古(28%)、黑龍江(24%)和吉林(19%)?？h>5°坡耕地面積的最大值為1 227 km2(林口縣)，平均值為194 km2。>5°坡耕地較多的縣集中在長(zhǎng)白山地北部的張廣才嶺和大興安嶺東緣(附圖8)。

2.3　坡耕地治理的措施

坡度影響著水土保持措施的效益和成本，是影響措施選擇的主要因素。有學(xué)者認(rèn)為5°是影響東北地區(qū)水土保持措施的一個(gè)臨界坡度。<5°坡耕地適宜等高溝垅種植，>5°坡耕地適宜水平梯田和植物籬等措施[14-15]。結(jié)合本研究的結(jié)果，我們?cè)谒帘３执胧┓矫娼o出以下建議。首先，由于全區(qū)79%的坡耕地坡度<5°，等高溝垅種植是全區(qū)最主要的水土保持措施。與之配套的技術(shù)、措施和管理制度應(yīng)該被重視。例如，等高溝垅種植對(duì)耕作線坡度有著嚴(yán)格的要求，需要配套的技術(shù)和管理制度，以確保該措施的長(zhǎng)期、嚴(yán)格執(zhí)行[8]。又如，東北地區(qū)等高溝垅種植措施的平均因子值為0.4左右[16]。一些地區(qū)單純依靠等高溝垅種植無(wú)法使土壤侵蝕速率降到容許土壤流失量以下，因此還需配合其他措施。其次，東北地區(qū)坡耕地面積占全國(guó)耕地總數(shù)的14%，不可能大量退耕。但是在個(gè)別侵蝕危險(xiǎn)度高或治理難度大的地區(qū)可以考慮退耕。例如，全區(qū)>15°的坡耕地面積僅占全國(guó)耕地總數(shù)的0.2%。產(chǎn)糧貢獻(xiàn)小，侵蝕危險(xiǎn)度高，治理難度大，應(yīng)及早退耕。并將全區(qū)禁墾坡度下限從水土保持法規(guī)定的25°下調(diào)至15°，以加強(qiáng)保護(hù)。又如，風(fēng)沙土、粗骨土、石質(zhì)土和暗棕壤中的暗棕壤性土，坡耕地面積占全國(guó)耕地總數(shù)的0.7%，產(chǎn)糧貢獻(xiàn)很小。而這些土壤的A層與B層厚度之和<30 cm，C層物質(zhì)為砂礫或基巖，裸露后會(huì)引發(fā)荒漠化或石漠化，也應(yīng)及早退耕。最后，全區(qū)5°～15°的坡耕地面積為3.9萬(wàn)km2，數(shù)量不容小視。其中。約1.1萬(wàn)km2坡耕地分布在褐土、黑土、黑鈣土和白漿土等土壤類(lèi)型，母質(zhì)以土質(zhì)物質(zhì)為主，適宜修筑土埂水平梯田。其余2.8萬(wàn)km2坡耕地的母質(zhì)以石質(zhì)物質(zhì)為主，修筑水平梯田的難度較大、成本較高。這些坡耕地可以酌情采用其他措施。坡度較小者可采用植物籬，坡度較大者可采用退耕。

2.4　坡耕地治理的重點(diǎn)地區(qū)和難點(diǎn)地區(qū)

坡耕地較多的地區(qū)對(duì)糧食產(chǎn)量的影響較大，是治理的重點(diǎn)地區(qū)。>5°坡耕地較多的地區(qū)需要大量采用工程措施，是治理的難點(diǎn)地區(qū)。找出這些重點(diǎn)地區(qū)和難點(diǎn)地區(qū)，對(duì)治理工作的總體布局具有重要意義。研究結(jié)果表明，治理的重點(diǎn)地區(qū)包括地貌分區(qū)中的長(zhǎng)白山地、松嫩平原東部和大興安嶺山地，土壤類(lèi)型中的暗棕壤、黑土和棕壤，流域中的松花江和遼河流域。治理的難點(diǎn)地區(qū)包括地貌分區(qū)中的長(zhǎng)白山地、大興安嶺山地和遼西山地，土壤類(lèi)型中的暗棕壤、棕壤和褐土，流域中的松花江和遼河流域。值得注意的是長(zhǎng)白山地和暗棕壤區(qū)擁有東北地區(qū)最多的坡耕地和>5°坡耕地。它們既是治理的重點(diǎn)地區(qū)，也是治理的難點(diǎn)地區(qū)。但目前對(duì)長(zhǎng)白山地和暗棕壤區(qū)土壤侵蝕問(wèn)題的認(rèn)識(shí)深度遠(yuǎn)不及黑土區(qū)。中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，截至2016年底以“黑土土壤侵蝕”或“黑土水土流失”為主題的文獻(xiàn)有821個(gè)，而以“暗棕壤土壤侵蝕”或“暗棕壤水土流失”為主題的文獻(xiàn)僅有47個(gè)。不僅如此，長(zhǎng)白山地和暗棕壤區(qū)的平均降水量比黑土區(qū)更大，土壤A層平均厚度比黑土區(qū)更小，土壤母質(zhì)比黑土區(qū)更不適宜耕種。因此，這些地區(qū)的土壤侵蝕危險(xiǎn)度可能比黑土區(qū)更高，亟待研究和治理。

2.5　治理任務(wù)量和治理難度的縣際差異

縣級(jí)水行政部門(mén)一般是治理工作的實(shí)施單位。查明各縣的任務(wù)量和治理難度具有重要意義。二者可以分別用坡耕地總面積和>5°坡耕地面積來(lái)評(píng)估。根據(jù)本研究結(jié)果，我們給出以下建議：首先，各縣坡耕地面積差異很大，導(dǎo)致任務(wù)量差異很大。即使是隸屬同一地級(jí)行政區(qū)、面積和土地利用相近的縣，坡耕地面積也可以有很大差異。例如齊齊哈爾市的拜泉縣和泰來(lái)縣，前者的陸地面積是后者的0.9倍，耕地面積是后者的1.2倍，而坡耕地面積是后者的120倍，分別為2 390，20 km2。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)各縣加以區(qū)別對(duì)待。同時(shí)，縣坡耕地面積與縣陸地面積、縣耕地面積的相關(guān)系數(shù)并不高，分別為0.3，0.7。因此，不宜使用縣陸地面積和縣耕地面積來(lái)評(píng)估各縣的任務(wù)量。其次，各縣>5°坡耕地面積差異很大，導(dǎo)致治理難度差異很大。治理難度較大的縣集中在內(nèi)蒙古東部、黑龍江省東南部和吉林省東部。同時(shí)，縣>5°坡耕地面積與縣陸地面積、縣耕地面積的相關(guān)系數(shù)很低，分別為0.08，0.06。因此，不宜使用縣陸地面積和縣耕地面積來(lái)評(píng)估各縣的治理難度?？梢詤⒄毡狙芯刻峁?5°坡耕地面積進(jìn)行評(píng)估。

3　結(jié) 論

(1) 東北地區(qū)坡耕地的面積大、坡度小。總面積達(dá)到19.5 萬(wàn)km2，平均坡度僅為3.4°。東北地區(qū)坡耕地面積占全國(guó)耕地總面積的14%，糧食產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的12%。治理工作具有重要意義。

(2) 等高溝垅種植適用于全區(qū)大部分坡耕地。與之相關(guān)的技術(shù)、措施和管理制度應(yīng)該被重視。>15°的坡耕地和風(fēng)沙土等土壤類(lèi)型中的坡耕地，產(chǎn)糧貢獻(xiàn)小，侵蝕危險(xiǎn)度高，應(yīng)及早退耕。長(zhǎng)白山地和暗棕壤區(qū)既是治理的重點(diǎn)地區(qū)，也是治理的難點(diǎn)地區(qū)，應(yīng)被更多重視。

(3) 各縣坡耕地總面積和>5°坡耕地面積差異很大，導(dǎo)致治理工作的任務(wù)量和治理難度差異很大。具體工作中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)各縣加以區(qū)別對(duì)待。而且，不宜使用縣陸地面積和縣耕地面積來(lái)評(píng)估各縣的任務(wù)量和治理難度。

(4) 本研究著重分析了坡耕地的面積和坡度特征。今后研究擬結(jié)合中國(guó)土壤流失方程和土壤空間數(shù)據(jù)，評(píng)估全區(qū)的土壤侵蝕危險(xiǎn)度，找出最急需治理的地區(qū)，進(jìn)一步為治理工作服務(wù)。

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