任世芳,孟萬忠

明清以來黃河流域多沙粗沙區(qū)耕地發(fā)展與土壤侵蝕關(guān)系

任世芳*,孟萬忠

太原師范學(xué)院, 山西 晉中 030619

造成黃河下游河道淤積的粗泥沙主要產(chǎn)自中游多沙粗沙區(qū)，由于該區(qū)自明清以來人類活動(dòng)不斷加劇，為了研究該區(qū)歷史時(shí)期人類活動(dòng)與土壤侵蝕之間的關(guān)系，應(yīng)用歷史地理學(xué)的文獻(xiàn)考據(jù)方法并結(jié)合現(xiàn)代自然地理學(xué)野外勘察結(jié)果和調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)黃河中游主要多沙粗沙區(qū)的皇甫川、孤山川、窟野河、三川河、湫水河等重點(diǎn)流域自明清以來人口、耕地發(fā)展與土壤侵蝕間的關(guān)系進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：（1）在清乾隆年代以前，導(dǎo)致該區(qū)土壤侵蝕的主要原因是自然因素，而非耕地被大量開墾等人類活動(dòng)；（2）自清乾隆年間始，由于人口增加導(dǎo)致的坡耕地被大量開墾加劇了本區(qū)土壤侵蝕，這種情況在20世紀(jì)末至21世紀(jì)初表現(xiàn)尤為突出；（3）造成黃河下游河道淤積抬升的主要泥沙成份--粗泥沙，主要產(chǎn)自上述5河流域內(nèi)的基巖而非耕地，由此推斷，迄至21世紀(jì)初期，由自然因素導(dǎo)致土壤侵蝕而造成的粗泥沙輸沙量仍占黃河下游粗泥沙總輸沙量的2/3左右。以上結(jié)果表明，黃河下游淤積的粗泥沙主要來自于流域內(nèi)的自然土壤侵蝕，人為因素則是加速土壤侵蝕的催化劑。今后該區(qū)仍應(yīng)持續(xù)關(guān)注生態(tài)建設(shè)，盡可能將人為因素導(dǎo)致的土壤侵蝕降到最低。

黃河; 多沙粗沙區(qū); 土壤侵蝕

一直以來，黃河下游洪水災(zāi)害的根本原因在于其干流河床淤積嚴(yán)重且不斷抬升，致使河底高于兩岸平原，形成地上懸河。學(xué)者們對(duì)“古時(shí)期”黃河來沙進(jìn)行大量研究后認(rèn)為，即使堅(jiān)持不懈進(jìn)行水土保持治理，使得植被達(dá)到或者維持“古時(shí)期”的狀況，黃河每年仍有平均8×108t的泥沙產(chǎn)生。因此，正確認(rèn)識(shí)泥沙問題始終是黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的重要課題[1]。

據(jù)泥沙輸移平衡計(jì)算及鉆探取樣分析結(jié)果，黃河下游河道（包括灘區(qū)）淤積物中近50%為粒徑大于0.05 mm的粗泥沙，而主河槽淤積物中，粒徑大于0.05 mm的粗泥沙占70%以上[2]。此前的泥沙測(cè)驗(yàn)資料還表明，進(jìn)入下游河道的泥沙中約有1.13×108t/a是粒徑小于0.05 mm的細(xì)泥沙，其中85%可順利輸送到利津以下；粗泥沙則只有43%可以輸送到利津以下[3]。由此可知，粒徑大于0.05 mm的粗泥沙是威脅黃河下游河道主要根源之一。景可等指出，中游粗沙區(qū)大致集中在河口鎮(zhèn)至龍門間的晉陜峽谷兩岸流域，特別是右岸；其次是北洛河的上游、涇河支流馬連河的上游，總面積1.29×105km2，總產(chǎn)沙量約4.55×108t/a[3]。

由于研究所采用的技術(shù)途徑和指標(biāo)不同，前人的研究成果中，黃河中上游多沙區(qū)和粗沙區(qū)的面積分別在21.00～5.10×104km2和21.00～3.80×104km2之間，對(duì)于多沙粗沙區(qū)面積的提出至今仍較少[4]。根據(jù)景可等研究結(jié)論，黃河中游河口鎮(zhèn)至龍門間的晉陜峽谷兩岸流域多沙粗沙區(qū)的面積約8×104km2，產(chǎn)粗沙量約4×108t/a[3]。本研究選取這一區(qū)域右岸的皇甫川、孤山川、窟野河和左岸的湫水河、三川河等5條一級(jí)支流進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示（見表1）這5河流域既為粗泥沙主產(chǎn)區(qū)，也是多產(chǎn)沙區(qū)，其面積總計(jì)19082 km2，雖只占黃河流域總面積的2.5%，但年輸沙量為26747×104t，占全黃河年輸沙總量的17.04%；且其中年粗泥沙輸沙量達(dá)16132×104t，如以57%淤積在下游計(jì)，則淤積量可達(dá)9195×104t，占下游年淤積粗泥沙量的1/3左右。

表1 黃河中游主要多沙粗沙區(qū)河流的相關(guān)特征值統(tǒng)計(jì)

河流泥沙主要來自于流域內(nèi)的土壤侵蝕，人為因素則是加速土壤侵蝕的催化劑[2]。自明清以來，黃河流域人類活動(dòng)不斷加劇，通過提取和運(yùn)用歷史文獻(xiàn)中的相關(guān)信息并結(jié)合現(xiàn)當(dāng)代科學(xué)研究成果，對(duì)以上多沙粗沙區(qū)自明清以來的耕地發(fā)展和土壤侵蝕進(jìn)行初步分析，可以為合理評(píng)估歷史時(shí)期人類活動(dòng)對(duì)該區(qū)土壤侵蝕的影響以及流域產(chǎn)沙環(huán)境的變化提供參考。

根據(jù)黃河水利委員會(huì)天水水土保持科學(xué)試驗(yàn)站的觀測(cè)資料，冬小麥田地面坡度4°～5°和6°～8°時(shí)，年侵蝕量分別為863.9 t/km2和2216.4 t/km2，[6]按水利部2008年頒布的土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（SL190-2007）,兩者分別屬于微度侵蝕和輕度侵蝕[5]。前期研究中將上述兩類耕地（即7°以下者）統(tǒng)稱之為平川耕地[12,13]。又據(jù)研究調(diào)查，汾河上游平川耕地的侵蝕模數(shù)僅為390 t/km2，也屬于微弱侵蝕[3]。因此，本研究在評(píng)估耕地開墾對(duì)于土壤侵蝕的作用時(shí)，判定標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)時(shí)的耕地面積是否大于該區(qū)的平川耕地資源面積，若小于，則認(rèn)為該時(shí)期人類活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕的作用力較為微弱。

1 窟野河、孤山川和皇甫川流域的開發(fā)現(xiàn)狀

1.1 土壤侵蝕情況

晉陜峽谷右岸的窟野河、孤山川和皇甫川流域，既是多沙區(qū)，又是粗泥沙區(qū)。這3條河流的流域面積為13107 km2，只占黃河中游面積的4.33%，但年輸沙量多達(dá)2.1485×108t，占中游輸沙量的13.32%，輸沙模數(shù)分別高達(dá)23698 t/km2·a、14310 t/km2·a和19134 t/km2·a。黃河下游河道每年淤積沙約4×108t中，粗徑大于0.05 mm的粗泥沙約占69%，即2.8×108t。而窟野河、孤山川、皇甫川三河年粗泥沙輸沙量為13950×104t，（粗泥沙輸沙模數(shù)為10643 t/km2·a），占下游粗泥沙淤積量的49.82%[3]，因此，上述三河流域的土壤侵蝕狀況對(duì)下游河道的治理至關(guān)重要。

1.2 明嘉靖年間人類活動(dòng)之影響的評(píng)估

此前的研究認(rèn)為：晉陜峽谷流域中有一個(gè) “強(qiáng)烈侵蝕中心的中心”，即窟野河中下游和孤山川流域，其面積為2875 km2，年侵蝕量5750×104t，侵蝕模數(shù)高達(dá)20000 t/km2·a以上[3]。該區(qū)在明、清及現(xiàn)代均位于陜西省的府谷縣和神木縣。明嘉靖21年（AD1542）時(shí)兩縣的人口和耕地?cái)?shù)如表2所示。

表2 最強(qiáng)烈侵蝕中心明嘉靖年間開發(fā)情況

資料來源：文獻(xiàn)[6] （平川耕地?cái)?shù)據(jù)取自參考文獻(xiàn)[7]）。

由表2可見：該最強(qiáng)烈侵蝕中心的面積僅占兩縣總土地面積的26.97%，兩縣人口密度僅為1.221 人/km2，可謂地廣人??；且當(dāng)時(shí)實(shí)有耕地面積僅占平川耕地資源4.33%。綜合考慮以上三個(gè)情況，可以初步判斷：在明嘉靖年間，上述“最強(qiáng)烈侵蝕中心”土壤侵蝕的主要肇因不是該區(qū)人類活動(dòng)的重要部分--耕地開墾。換言之，當(dāng)時(shí)該區(qū)耕地開墾尚不足以導(dǎo)致強(qiáng)烈的土壤侵蝕，其原因更可能來自于自然因素。

1.3 清雍正至乾隆年間人類活動(dòng)影響的評(píng)估

仍以上述最強(qiáng)烈侵蝕中心為例，清雍正十三年（AD1735）～乾隆四十三年（AD1778）間，府谷、神木兩縣的人口和耕地?cái)?shù)如表3所示。

表3 最強(qiáng)烈侵蝕中心清雍、乾間開發(fā)情況

資料來源：文獻(xiàn)[8]。

由表3可知，清中葉時(shí)兩流域人口及耕地均有所增加，但府谷縣（窟野河流域）耕地只占平川耕地資源的約42%，而神木縣（孤山川）更只開發(fā)了平川耕地資源的6%強(qiáng)，如此低的墾殖率顯然不至嚴(yán)重的土壤侵蝕。

1.4 現(xiàn)代人類活動(dòng)影響的評(píng)估

窟野河、孤山川流域的中下游在現(xiàn)代屬于陜西省府谷、神木2縣，上游屬于內(nèi)蒙古東勝市、準(zhǔn)格爾旗和伊金霍洛旗。上述5個(gè)市、縣、旗的管轄范圍，除窟、孤2河外，還包括了皇甫川、清水川等土壤侵蝕非常嚴(yán)重的河流，為便于研究，現(xiàn)將5市、縣、旗的人口、耕地情況一并列為表4（為2000～2004年統(tǒng)計(jì)數(shù)）。

表4 窟野、孤山、皇甫、清水4河現(xiàn)代開發(fā)情況

由表4可見，上述地區(qū)在21世紀(jì)初開發(fā)的耕地面積已超過平川耕地資源87%以上，即有約18.48×104hm2為坡耕地，其中：府谷、神木2縣15°～25°的坡耕地4.41×104hm2，25°以上的陡坡耕地1.03×104hm2，合計(jì)坡耕地5.44×104hm2。因此得出第二個(gè)結(jié)論是：在府谷、神木2縣，坡耕地被開墾造成的土壤侵蝕已是不爭(zhēng)的事實(shí)。

值得注意的是，內(nèi)蒙古的這3個(gè)旗、市因處于鄂爾多斯高原，地勢(shì)平坦，土地資源豐富，東勝市和伊金霍洛旗沒有7°以上的緩坡耕地，準(zhǔn)格爾旗沒有25°以上的陡坡耕地，15°～25°的坡耕地只有0.05×104hm2，7°～15°的緩坡耕地有3.84×104hm2，該旗存在一定的耕地土壤侵蝕。

還值得注意的是，皇甫川流域面積3199 km2，年輸沙量6120.6×104t，侵蝕模數(shù)高達(dá)19133t/km2·a，其中：粗泥沙4105×104t，輸沙模數(shù)亦高達(dá)12833 t/km2·a。但據(jù)景可、陳永宗、李風(fēng)新以粒度分析法計(jì)算，該河基巖產(chǎn)粗沙量占總粗沙量的68.2%，這部分粗泥沙顯然與耕地被開墾無關(guān)。而且研究者還指出，基巖產(chǎn)沙對(duì)細(xì)沙的貢獻(xiàn)不容忽視，尤其是三趾馬紅土與甘肅群紅土地粘土含量都占40%左右[3]。

因此由以上分析可知，晉陜峽谷流域北端右岸自然因素導(dǎo)致的強(qiáng)烈土壤侵蝕，在現(xiàn)代約占總侵蝕量的2/3，在明、清則幾乎占100%。

2 三川河、秋水河多沙區(qū)的開發(fā)情況

2.1 土壤侵蝕情況

三川河、秋水河是晉陜峽谷區(qū)大北干流中段左岸較大的一級(jí)支流，流域面積分別為4102 km2和1873 km2，連同清涼寺溝等較小的入黃一級(jí)支流，總土地面積8449 km2，現(xiàn)有耕地30.84×104hm2，墾殖率為36.48%。該區(qū)的部分地區(qū)為黃土高原產(chǎn)沙中心，其中湫水河下游為極強(qiáng)烈侵蝕帶，三川河侵蝕模數(shù)為6036 t/km2·a，湫水河則高達(dá)14875 t/km2·a，兩流域年輸沙量合計(jì)為5262×104t。

2.2 明代中葉的人口、耕地發(fā)展情況

根據(jù)文獻(xiàn)[9]的記載，明成化年間該區(qū)人口為9.96×104人，耕地5.02×104hm2，為平川耕地資源3.92×104hm2的128%，則該時(shí)期應(yīng)有約1.07×104hm2的坡地被開墾（見表5），人類活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕產(chǎn)生的影響已開始出現(xiàn)，但作用尚弱。

2.3 清代中葉的人口、耕地發(fā)展情況

據(jù)文獻(xiàn)記載[10] [11]，清乾隆晚期該區(qū)人口為12.98×104人，比明中葉增加約30%，而耕地發(fā)展到8.03×104hm2，比明中葉增加了近60%，這顯然與清政府鼓勵(lì)墾荒的稅賦政策有關(guān)。但其后果是坡地大量開墾，估計(jì)約4×104hm2，即在當(dāng)時(shí)耕地面積中有一半以上是坡耕地，因而加速了流域內(nèi)的土壤寢蝕。（見表6）。

2.4 現(xiàn)代人口、耕地發(fā)展情況

清末明初以來，本區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)迅速，到20世紀(jì)末人口已增長(zhǎng)到138.9×104人，是清乾隆年間的10.7倍；耕地則發(fā)展到30.84×104hm2，是清乾隆年間的3.84倍，坡地的開墾在26.68×104hm2以上（見表7）。其中：湫水河流域的臨縣，坡地開墾在12.47×104～13.34×104hm2以上，而人口密度已接近200人/km-2，人口的過度膨脹，土地資源的掠奪式經(jīng)營(yíng)，已經(jīng)到了極不合理的程度。

表5 明成化年人口、耕地統(tǒng)計(jì)

注：人口、耕地?cái)?shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[9]，平川耕地資源引自文獻(xiàn)[7]。

表6 清乾隆年人口、耕地統(tǒng)計(jì)

注：人口數(shù)字引自文獻(xiàn)[10]，耕地?cái)?shù)字引自文獻(xiàn)[11]，平川耕地資源引自文獻(xiàn)[7]。

表7 現(xiàn)代人口、耕地統(tǒng)計(jì)

3 基巖侵蝕產(chǎn)沙的影響

應(yīng)用粒徑比較法計(jì)算的皇甫川、孤山和窟野河3河的基巖產(chǎn)粗沙量，合計(jì)3901.49×104t，占3河粗沙量13949.59×104t的27.97%。其中皇甫川產(chǎn)粗沙量為1773.16×104t，占粗沙總量4105.13×104t的43.19%[3]。以上均為最低限度基巖產(chǎn)粗沙量，即其下限（見表8）。

應(yīng)用粒度分析法計(jì)算了皇甫川的基巖產(chǎn)粗沙量（其他各河因無嚴(yán)格且詳盡的基礎(chǔ)資料而未進(jìn)行分析），得出砒沙巖、羊肝石兩類地層產(chǎn)沙量為4140.99×104t，占該河輸沙總量6120.6×104t的67.65%；基巖產(chǎn)粗沙量為2600×104t，占該河粗沙總量4105.13×104t的63.33%，這是接近實(shí)際上基巖產(chǎn)粗沙的百分比（見表8）。

由上述分析結(jié)果可知：

（1）現(xiàn)代本區(qū)所產(chǎn)粗泥沙約2/3來自基巖侵蝕，而基巖之上幾無耕地，故這部分粗泥沙的產(chǎn)生與人類開墾耕地等活動(dòng)關(guān)系不大，而主要為自然侵蝕的結(jié)果；

（2）粗泥沙的另外約1/3來自第三紀(jì)紅土、黃土等地層，但直到清乾隆年代，本區(qū)平川耕地資源的開發(fā)程度仍舊很低，故這部分粗泥沙的產(chǎn)生也與人類活動(dòng)關(guān)系不大，仍為自然侵蝕的結(jié)果。

表8 粒徑比較法結(jié)果

4 結(jié)論

綜合以上分析結(jié)果，可得出以下幾點(diǎn)初步的結(jié)論：

（1）位于黃河晉陜峽谷右岸的多沙粗沙主產(chǎn)區(qū)（即“最強(qiáng)烈侵蝕中心”），截至清雍正、乾隆時(shí)期為止，導(dǎo)致土壤侵蝕的主要肇因仍來源于自然因素而非耕地開墾等人類活動(dòng)，故土壤侵蝕的人為加速應(yīng)發(fā)生在此時(shí)期之后；位于大北干流左岸的多沙粗沙區(qū)（極強(qiáng)烈侵蝕帶），迄至明成化年代，人類活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕的影響仍然很小，其顯著影響應(yīng)發(fā)生在清乾隆年代及其后；

（2）20世紀(jì)末至21世紀(jì)初，該區(qū)已出現(xiàn)大量人口，同時(shí)坡地被大量開墾，如左岸的上述多沙區(qū)，該時(shí)期人口密度是明代的14倍，坡耕地是明代的24倍，坡耕地占總耕地的85.32%。因而可以判斷人類活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕的影響已經(jīng)顯現(xiàn)。盡管如此，上述多沙粗沙區(qū)因自然因素導(dǎo)致的粗沙產(chǎn)量仍占粗沙總量的2/3左右；

（3）左岸的上述多沙區(qū)，明代即已開墾坡地，清代中葉坡耕地占總耕地面積的1/2以上，而到現(xiàn)代則占總耕地的80～90%。盡管如此，三川河、湫水河的土壤侵蝕程度仍輕于窟野河等流域，侵蝕模數(shù)為8807 t/(km2·a)，僅為前者（16392 t/km2·a）的53.7%，這一結(jié)果表明黃河晉陜峽谷區(qū)大北干流左岸的地質(zhì)地貌情況優(yōu)于右岸。

以上結(jié)果表明，黃河下游淤積的粗泥沙主要來自于流域內(nèi)的自然土壤侵蝕，人為因素則是加速土壤侵蝕的催化劑。進(jìn)入現(xiàn)代后，黃河該沙區(qū)一度對(duì)土地的掠奪式經(jīng)營(yíng)嚴(yán)重危害了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，導(dǎo)致流域總產(chǎn)沙量和粗沙產(chǎn)量均有增加。有研究表明，進(jìn)入21世紀(jì)后，黃河中游多沙粗沙區(qū)植被覆蓋度顯著提高導(dǎo)致土壤侵蝕強(qiáng)度有所減弱，水土保持措施對(duì)泥沙量減小起到了積極作用[15]。因此今后該區(qū)仍應(yīng)持續(xù)關(guān)注產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力開展生態(tài)建設(shè)，盡可能將人為因素導(dǎo)致的土壤侵蝕降到最低。

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The Relationship between Farmland Expansion and Soil Erosion in the Numerous and Coarse Sediment Region of the Yellow River since Ming and Qing Dynasty

REN Shi-fang*, MENG Wan-zhong

030619,

The coarse sediment causing the siltation of the lower reaches of Yellow River mainly originates from the sandy and coarse sand area in the middle reaches. In order to study the relationship between human activities and soil erosion in this area during the historical period, the relationship between population, arable land development and soil erosion in key watersheds such as Huangfu River, Gushan River, Gumno River, Sanchuan River and Qushui River in the main sandy and coarse sandy areas of the middle reaches of the Yellow River since Ming and Qing dynasties was analyzed by applying the documentary evidence method of historical geography and combining the results of modern physical geography surveys. The following conclusions were obtained: (1) Before the Qianlong era of the Qing Dynasty, the main cause of soil erosion in the area was natural factors rather than human activities such as the reclamation of arable land; (2) Since the Qianlong era of the Qing Dynasty, the reclamation of sloping land due to the increase in populations intensified soil erosion in the area, and this situation was particularly prominent in the late 20th and early 21st centuries; (3) Coarse sediment, which is the main component of siltation uplift in the lower reaches of Yellow River, is mainly produced from the bedrock in the above-mentioned five river basins rather than from cultivated land, thus it can be deduced that by the early 21st century, the amount of coarse sediment transported due to soil erosion caused by natural factors still accounted for about 2/3 of the total amount of coarse sediment transported in the lower Yellow River. The above results indicate that the coarse sediment accumulation in the lower reaches of Yellow River mainly comes from natural soil erosion in the basin, while man-made factors are the catalysts for accelerated soil erosion. Continued attention should still be paid to ecological construction in the region in the future to minimize soil erosion caused by anthropogenic factors as far as possible.

Yellow River; sandy and coarse sand area; soil erosion

F301.21

A

1000-2324(2021)05-0880-06

2021-01-22

2021-03-11

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41671142);山西省研究生教育改革研究課題(2020YJJG287)

任世芳(1974-),女,碩士,教授,主要從事水文水資源及環(huán)境變遷的教學(xué)和研究. E-mail:Ren74@126.com

通訊作者:Author for correspondence. E-mail:Ren74@126.com