中国北方土壤风蚀问题研究的进展与趋势陈渭南，董光荣，董治宝（中国科学院兰州沙漠研究所７３ ００００）提要土壤风蚀是中国北方土地退化的主要原因之一。国内土壤风蚀的研究工作相对比较 薄弱，所取得的进展主要包括区域性的土壤风蚀分布地带性规律和不同时间尺度的准周期性规律， 描述性的风蚀强度分级与危害评价，单因子风蚀过程的风洞实验，农田风蚀防治等方面。今后的研 究趋势主要表现在土壤风蚀的物理本质、影响因素及发展动态的综合研究，土壤理化性质与表面性 质对抗蚀性的影响及其与风蚀的反馈关系，土壤风蚀的基本过程及防治原理，土壤风蚀预报方程与 数字模拟，土壤风蚀影响评价模型，土壤风蚀与土地利用以及全球变化的关系，各种观测与实验设 备的研究等方面。关键词中国北方，干旱半干旱地区，土壤风蚀土壤风蚀是我国北方干旱、半干旱 及部分半湿润地区土地退化的主要过程之一，其分布范围占国土面积的１／２以上，严重影响这些 地区资源开发和社会经济的持续稳定发展。国外对干旱、半干旱地区的土壤风蚀问题，自本世纪初 以来相继开展了一系列深入细致的研究工作￣［１，２，３］。我国土壤风蚀研究工作一直很薄弱 ，基本上没有开展过专门的系统研究。为了赶上国际上土壤风蚀学科发展的步伐，搞清中国土壤风 蚀的规律，概略回顾我国土壤风蚀研究的历史与进展，展望未来发展趋势，对于解决土壤风蚀问题 无疑是有益的。１研究历史我国学者很早就注意到土壤风蚀及其引起的沙尘暴灾害。历史文献中对 风蚀、沙尘暴现象的记载至迟可以上溯到公元前１１５０年。本世纪５０年代以前，随着西方近代 土壤侵蚀科学知识的传入，我国学者开始对土壤风蚀问题进行了一些调查、成因分析及粗略的分类 与描述，提出了一些防止农田风蚀的办法。这一阶段可以看作中国土壤风蚀科学研究的萌芽阶段。 本世纪初期，针对全球性气候持续性干旱问题，一批中外学者曾对中国北方、尤其是干草原地区的 土壤风蚀、沙漠扩张问题展开研究。我国学者就曾提出“沙漠化”的概念，用以表述强烈的土壤风 蚀造成的流沙入侵、沙漠扩张等土地退化现象。对于这种现象的成因，提出了三种学术见解：第一 种意见认为中国北方长城沿线严重的土壤风蚀主要是由于不合理的土地利用所造成的￣［４，５， ６］；第二种观点认为主要是由于气候的持续干旱导致土壤旱化所致；第三种即综合成因说，认为 应从降水量减少和植被破坏两个方面检讨之￣［７，８］。值得注意的是，对于中国北方土壤风蚀 成因的不同学术见解，正如对于美国西部大平原尘暴区、非洲撒赫勒地区土壤风蚀、土地沙漠化成 因的不同看法一样，一直延续到现今，仍没能最后统一。从当前比较一致的认识来看，综合成因假 说似乎更全面、更合理一些。３０～４０年代我国学者开始比较详细地调查干旱、半干旱地区农田 风蚀问题。调查的区域涉及东北、内蒙、新疆、陕甘北部及黄河下游泛滥平原半湿润沙地区。研究 方法以定性分析和描述为主，在此基础上提出营造防护林带、轮作、种草等措施以防止风蚀的建议 。５０～６０年代为中国土壤风蚀研究的第二个发展阶段。中国科学院治沙队“对风蚀、风沙活动 的自然条件、风蚀地形发育以及风沙运动规律开展了系统的研究。在治理措施方面，科研部门与生 产部门相配合，建立了一批实验站，开展防止农田风蚀沙害、交通线风蚀沙害的研究。６０年代后 期，研究重点在于结合大型工程建设任务进行防止风蚀沙害的实验研究”￣［９］。这个时期的研 究方法仍以宏观调查和定性分析为主，研究手段上已开始应用航片分析、定位观测、风洞实验等比 较先进的方法，从而获得了较以前系统的科学资料，研究内容和涉及的空间也都大大地扩展了。通 过这一时期的研究，从宏观上基本搞清了我国风蚀沙害的空间分布、危害方式及其区域差异。对引 起土壤风蚀的自然与人为因素及其常态的或加速作用等方面的认识也较以前深刻￣［１０］。已经 从风的吹蚀与土壤水分蒸发、干裂等理化过程上分析风蚀机制，风蚀分类也较以前更为细致。７０ 年代以来，随着国际上对土地沙漠化、环境退化等重大问题的关注，土壤风蚀研究进入了一个新的 阶段。这个时期的研究，广泛地应用遥感手段、实地调查、定位观测、室内实验模拟等现代技术方 法，对土壤风蚀的动态变化以及大型工程建设中的风蚀过程及相互作用机制，从宏观与微观的结合 上开展研究。从定性描述走向定量分析，是这个时期研究工作的一个突出特点。例如利用风洞模拟 土壤结构、土壤水分、植被条件、耕作与放牧等因子对土壤风蚀的影响等。研究领域进一步拓宽， 开始涉及风蚀对河流、水库泥沙的影响。对风蚀小气候及其与大气尘输送的关系等也开展了一定程 度的研究工作。９０年代以来，在定量分析的基础上开始采用多元统计数学模型与动态仿真模型模 拟土壤风蚀过程。在此基础上提出区域治理的途径与措施、区域土地资源开发利用的方向￣［１１ ］。２进展与存在的问题２．１土壤风蚀分布的地带性规律中国干旱、半干旱地区范围广大。由于 气候、地貌、土壤类型、植被类型、土地利用方式等的差异，土壤风蚀方式、过程和强度也随之表 现出地带性空间分布规律。甘枝茂等根据上述指标把黄土高原北部风蚀区划分为：①中温带荒漠草 原、暖温带干草原北部强烈风蚀带，年风蚀模数５０００～１００００ｔ／ｋｍ￣２·ａ；③暖温 带干草原中部中度风蚀水蚀交错带，年风蚀模数２０００～５０００ｔ／ｋｍ￣２·ａ；③暖温带 干草原南部轻度风蚀水蚀交错带，风蚀模数小于２０００ｔ／ｋｍ￣２·ａ。②、③两带风蚀虽相 对较轻，但由于其处于沙漠／黄土过渡带，地表物质抗蚀性弱，又为风与流水交互侵蚀作用区，总 侵蚀量远远大于①带，这是②、③两带为黄土高原现代最强烈侵蚀区的主要原因之一￣［１３］。 这一划分方案虽然只涉及黄土高原，且划分的原则、指标也还有待完善，但为进行全国土壤风蚀分 区积累了经验。２．２土壤风蚀的准周期性规律大量资料表明，中国北方土壤风蚀的发生具有不同 时间尺度上的准周期性规律。首先，以年为周期的分布规律表现为冬春强烈、夏秋较弱。这与降水 和风的年内分配规律相一致。根据风蚀强度与干旱气候事件的关系，通过历史资料的统计分析表明 黄土高原北部、鄂尔多斯地区风蚀强度的长时期分布还具有３年、７年、１４年、２３年、５０年 、１４５年等不同尺度的准周期性规律①￣＊。如果这些结论正确的话，对于长期土壤风蚀发展趋 势的预测无疑是有益的。但是，事实上这些结论还只是很初步的探索。２．３风蚀量的估计风蚀量 （风蚀速率）是进行分级分类和制定防风蚀措施规划的重要指标和依据之一。由于缺乏合适的观测 仪器以及处理这一问题的科学哲学和逻辑学上的困难，一直没有取得满意的结果。目前对于中国北 方土壤风蚀量的估算主要有三种途径：一是野外调查相关地形、地物标志，如风蚀土墩、风蚀坑、 建筑物基部风蚀出露状况等，估计或确定其年代后再估算风蚀速率；或者在典型调查中选定样方， 采用插钎法或地形测量法估算风蚀速率。第二种途径是利用仪器实地观测地表风沙流输沙率，结合 风洞实验估算风蚀量。第三是在某些理论假设前提下通过取样分析后用数学方法估算风蚀强度。显 然，这些方法部还很不完善，所取得的结果相差十分悬殊，因而只能作为评估区域风蚀相对强弱趋 势的一种参考。应用风洞实验测定的风蚀强度，目前也只能是用定量数据定性地描述试验样品抗风 蚀的相对强弱。应用系统仿真方法目前对于变量的选取、边界条件的确定、内部参数间的因果关系 等都还不清楚，其结果与实际风蚀量也相差很远。当然，这些方法都是值得进一步研究的，在解决 土壤风蚀问题过程中，都不失为有价值的研究途径。２．４风蚀强度分级水利部为了进行土壤风蚀 调查、规划、防治和预测以及编制土壤侵蚀图提出的风蚀强度分级序列，根据地表风蚀形态指标， 定性地分出了微弱、轻度、中度、强度和剧烈风蚀六级￣［１４］，但是其中并无侵蚀量指标。赵 羽等￣［１５］提出的内蒙古地区土壤风蚀强度分级系统虽然考虑了地面相对风蚀深度、风积物覆 盖厚度、植被盖度和风蚀面积占图斑面积的百分数等数量指标，但这些指标的人为任意性很大，并 无严格的理论依据。陈隆享提出土壤风蚀强度分级的原则是：①应能预测风蚀的潜在危险性；③能 反映风蚀的程度；③便于实际应用。他据此分出风蚀土壤和潜在风蚀土壤两大类，再据土壤发生层 吹蚀深度、表层覆沙厚度、表土物理粘粒吹失程度以及生产力下降程度等诊断指标分出８个亚类。 这是到目前为止从原则到指标比较完整的分类系统。但是，其中没有考虑风蚀动力指标，只能用以 说明现状，不能用以说明风蚀的潜在危险性，也不能反映动态趋势，因而并不能用来预测土壤风蚀 速率及其趋势。水利部的风蚀危险程度分级指标体系￣［１４］用计算风蚀速率的办法评价一定地 区土壤风①陈渭南。神府东胜煤田地区的沙漠化问题。中国科学院兰州沙漠研究所博士学位论文， １９８９。蚀危险性程度。作者以最快的成土速度为上限，按对数递减规律内插把风蚀危险度分为 ５级。其危险度标准采用有效土层（Ａ＋Ｂ层）厚度与侵蚀深度的比值比判断指标为：Ｒ＞１００ ０，无危险；Ｒ＝１０００～１００，较危险；Ｒ＝１００～２０，危险；Ｒ＜２０，极危险；若 土层厚度不足５ｃｍ，为毁坏型。这一评价系统对于确定风蚀容许极限是有益的，但其理论基础仍 需进一步研究。此外，其中给出的界限值的适用性也仍有很大的局限性，如它不适用于黄土性土壤 及风沙土。２．５影响土壤风蚀的因素分析８０年代以来增强了利用先进仪器和方法，从不同的角 度分析研究各种因素对土壤风蚀的影响，寻求建立某种定量关系￣［１６～２０］。但是，由于理 论背景、实验条件等缺乏统一规范，实验结果相差很大。例如关于挟沙风比净风吹蚀速率大４～５倍￣［１６］、４．３６～７２．９倍￣［１８］等的结论，就很难在实际中应用。然而也有一些比较一致的结果，如沙质土壤含水率对风蚀的影响，都表明２％左右的含水率为临界含水率指标￣［１７－１９］，沙质土壤含水率大于２％时，临界起沙风速呈线性增大，抗风蚀能力趋于稳定。
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