晉北地區環境特征及其土地沙化機制研究

薛占金，秦作棟，孟憲文

（1.山西大學 黃土高原研究所，太原030006；2.大同大學 渾源師范分校，山西 渾源037400；3.山西大學 生物工程學院，太原030006）

土地沙化是土地退化的重要類型之一。晉北地區地處我國北方農牧交錯地帶（包括內蒙古、遼寧、河北、山西和陜西等省、自治區的205個縣、旗［1］），生態環境脆弱，沙化土地面積分布大，土地沙化形勢十分嚴峻。秦作棟等［2－4］研究了晉西北地區土地荒漠化的人為因素、發展趨勢和危害評價。蘇志珠等［5－6］研究了山西省土地荒漠化的特征、現狀和發展趨勢。本文重點分析了晉北地區環境特征和土地沙化等級劃分，進而從自然條件、社會經濟和人類活動等方面分析了晉北地區土地沙化的成因機制。這對晉北地區深入開展防沙治沙工作，具有極大的理論意義和現實意義。

1 研究區概況及環境特征

1.1 研究區概況

研究區晉北地區位于山西省北部，在內、外長城之間，是山西省能源、礦產等資源的集中分布區，地理坐標為東經110°56′－114°32′，北緯38°39′－40°43′。行政范圍包括大同市的南郊區、新榮區、大同縣、天鎮縣、陽高縣、左云縣、渾源縣，朔州市的朔城區、平魯區、右玉縣、懷仁縣、應縣、山陰縣，忻州市的偏關縣、河曲縣、保德縣、神池縣、五寨縣，共18個縣區，國土總面積約2.80萬km2，總人口約426.43萬人。本區是黃土高原的重要組成部分，是一個相對獨立的自然地理單元，氣候屬溫帶寒冷半干旱氣候，溫差大、干旱且多風沙，年均溫4.6～6.8℃，年降水量380～460 mm，年蒸發量1 700～2 300mm，相對濕度50%～60%，≥8級的大風日數平均20～40d，無霜期100～130d。地形以恒山－洪濤山為界，以西為地形起伏和緩的覆沙黃土丘陵區，呈現高原形態；以東是構造下陷的大同盆地，桑干河由西南向東北折向東流經大同盆地［6］，區內黃土廣泛分布，地貌類型復雜多樣，土壤侵蝕模數一般為2 000～8 000t／（km2·a），西部嚴重侵蝕區高達12 000t／（km2·a）。地帶性植被已被破壞殆盡，現存的植被多數為次生灌木和草類組成，人工林及天然灌木林面積較小。主要土壤類型為栗鈣土、風沙土、栗褐土，粒度組成以細沙和極細沙為主［7］。

1.2 研究區環境特征

（1）脆弱性。晉北地區作為我國北方農牧交錯地帶的一個組成部分，自然環境具有明顯的脆弱性。本區的脆弱性表現為以下3個方面：第一，自然條件在時空方面表現出的顯著易變性決定了生態環境的脆弱性?？臻g易變性主要體現為區內東、西兩部分降水及植被狀況的差異上；時間易變性主要表現為各自然因子的頻繁波動，例如區內降水量的年變率一般可達20%～50%，降水年內分配極為不均，高度集中于夏季［8］。第二，砂黃土廣泛分布從根本上決定了本區自然環境的脆弱特征。砂黃土作為本區最主要的成土母質決定了土壤質地較粗、性狀較差、滲透性強、肥力低下，進而影響到地表水文循環、物質侵蝕速率、植被生長狀況等諸多方面。第三，自然災害頻繁發生是本區脆弱性的基本體現。本區干燥度大，大風日數多，降水集中，旱災、洪災、霜凍、沙塵暴、雹災等連年發生，災害性天氣頻繁從根本上決定了晉北地區土地沙化的發展。

（2）過渡性。晉北地區的過渡特征是區域環境表現出脆弱性的基本原因。氣候上，由半濕潤向半干旱過渡，晉北地區干燥度介于1.30～2.15之間，屬于半濕潤、半干旱地區。再加上區域內不同地貌類型條件下降水量與蒸發量的對比關系，這種干濕狀況的區內差異是十分明顯的，充分體現出氣候上的過渡特征；植被上，由灌叢草原向典型草原過渡。晉北地區屬溫帶草原地帶，以不同類型的草原植被為主要特征，西部為灌叢草原，東部為干草原，與南部的森林草原區相毗鄰。植被類型的交錯分布及其與相鄰地區的聯系特征充分體現出植被的過渡性［9］；土地經營上，由農業向牧業過渡，晉北地區在空間上，是雨養耕地與草地的鑲嵌體［10］，目前屬于半農半牧而以農為主的地區，干燥期以牧業為主發展，具牧農交錯特征；濕潤期則以農業（種植業）為主發展，具農牧交錯特征［11］。

2 晉北地區土地沙化等級評價

2.1 調查方法

我國首次沙漠化普查采用現場地形圖（1∶50 000）調繪的方法，在地類劃分和地塊區劃的基礎上，填寫小班卡片，進行室內面積計算統計和結果分析；第二次荒漠化（沙漠化）土地監測采用樣線調查法，并對重點沙漠化縣進行普遍調查；第三次荒漠化和沙漠化土地監測采用遙感與地面調查相結合的方法進行普遍調查。

筆者曾于2008年5－7月深入晉北地區進行土地沙化實地調查。參考山西省最新1∶50 000和1∶100 000地形圖、沙化監測資料（主要包括：沙化土地分布圖、土地利用評價圖、土地資源圖、植被分布圖及土壤分布圖），以縣為區域采用實地調查的方法，獲取晉北地區沙化土地的面積及其他相關信息，依據資料和調查結果分析影響晉北地區土地沙化的主要因素。

2.2 等級劃分

沙化土地程度的劃分依據，許多國家的學者從不同的角度和深度提出了各種各樣的標準，但迄今為止，還沒有一個公認的、被廣泛接受和推廣使用的沙化評價指標體系。大部分研究者試圖從不同角度對沙化進行全面揭示和綜合評定，但是由于影響因素的復雜性，使選取的指標在內容上往往相互交叉，同時也缺乏可操作性［12］。聯合國糧農組織（FAO）和聯合國環境署（UNEP）［13］制定的《荒漠化評價和制圖暫行辦法》從植被退化、荒漠化土地發展速度及內在危險性等3個方面提出了評價指標和評價方法，將土地沙化分為：輕度（slight）、中度（moderate）、重度（severe）和極重度（very severe）4個等級。朱震達［14］根據沙化程度指征（沙化土地每年擴大面積比、流沙面積比、形態組合特征）和輔助指征（植被覆蓋率、土地滋生潛力、農用系統的能量產投比、生物生產量）將其分為潛在的、正在發展中的、強烈發展中的、嚴重的4個等級。吳正［15］以流沙所占面積、植被狀況、地貌形態組合特征為沙化指征，劃分為潛在、輕度、中度、重度4個等級。1994年，因履行荒漠化國際公約的需要，我國第一次在全國范圍內組織開展了荒漠化和沙化普查工作，以5a為一個周期，目前己進行了3次，也采用“四分”的方法，將沙化土地程度分為輕度、中度、重度和極重度4個級別。高尚武等［16］以裸沙地百分比、植被覆蓋度、土壤質地分別賦予權重的方法，將沙化土地程度分為輕度、中度、強度和極強4個等級。

晉北地區沙化土地的等級劃分，以實地調查為基礎，參考朱震達先生提出的從地理景觀及土地沙漠化的發展、生態學角度和地表形態發展階段3方面來判斷沙化程度［17－18］，結合本區的自然狀況、環境特征等實際情況，從植被退化、土層厚度、風蝕強度和土地利用等方面，提出評價晉北地區土地沙化程度的綜合指標，并劃分為輕度、中度、重度3個級別（見表1）。

2.3 評價結果

依據以上評價標準，以調查數據為基礎，對晉北地區土地沙化現狀及等級進行了統計。統計結果見表2。

表2 晉北地區沙化土地調查統計

從表2可以看出，位于晉北地區東部縣區的土地沙化以輕度沙化為主，其中輕度沙化土地面積最大者為陽高縣，達708.80km2，約占該縣土地總面積的42.53%。位于晉北地區西部縣區的土地沙化以中度沙化為主，且重度沙化占一定比例，其中中度沙化和重度沙化土地面積最大者為偏關縣，分別達781.20 km2和189.30km2，約占該縣土地總面積的46.45%和11.25%。在晉北地區出現土地沙化“東輕西重”現象的主要原因是地理位置、自然條件和不合理的人類活動。但從晉北地區整體來看，沙化土地面積最小的縣區是右玉縣，為166.67km2，占全縣土地總面積的23.18%。右玉縣位于晉北地區中部偏北，毗連毛烏素沙漠邊緣，生態環境惡劣，卻成為晉北地區18個縣區中沙化土地面積最小的縣區，究其原因，新中國成立60年來，右玉縣歷屆縣委、縣政府團結帶領全縣黨員干部群眾，堅持不懈植樹造林，堅忍不拔改善生態環境，全縣森林覆蓋率由不到0.3%提高到52%以上，創造了令人驚嘆奇跡的“右玉精神”。這種精神值得晉北地區其他縣區學習借鑒并發揚光大。

3 晉北地區土地沙化成因分析

晉北地區處于黃土高原東緣的沙黃土帶內，土地沙化的形成主要是發生在脆弱生態環境（如多風、植被稀少、沙質豐富等）下，由于人為過度活動（如濫墾、過牧、樵采等），或自然災害（如干旱、鼠害、蟲害等）所造成的原生植被破壞、衰退甚至喪失，從而引起沙質地表、沙丘活化，導致生物多樣性減少、生物生產力下降、土地生產潛力衰退以及土地資源喪失的過程（見圖1）。可以認為，土地沙化是特定環境下自然因素與人類活動共同作用而形成的生態災難。土地沙化的形成和發展主要影響因素有：

（1）脆弱的自然條件。降水少、土質差、風大、植被蓋度低是自然條件脆弱的主要體現。與土地沙化有關的自然條件主要有氣候、植被、土壤母質、土壤質地、土壤結構等，它們是土地沙化發生的基礎［19］。晉北地區地處內外長城沿線和鄂爾多斯高原外緣，地表不同地貌部位分布有不同厚度的第四紀松散沉積物，地表物質的機械組成在本區西部以細沙成分為主、東部以極細沙成分為主，物理性黏粒含量低、土層薄，有機質含量低，保水保肥能力和抗沖刷力差；冬春季盛行偏西的北風，氣候寒冷干燥，風旱同季，降水季節分配不均且變率大，蒸發量大等氣候特點，致使植被蓋度小、植物生長不穩定，≥8級的大風日數年平均在20d以上，風速可達17～21m／s，頻繁的大風天氣，使少有或沒有植被保護的疏松土壤經常處于遭受侵蝕或接受風沙沉積的狀態，土壤中較為細小的成分逐漸被吹蝕后，土壤顆粒變大，質地不斷粗化，有機質及養分含量持續減少，致使土壤保水保肥性能衰退，土地生產能力喪失。

（2）落后的社會經濟條件。落后的社會經濟條件是土地沙化的強大驅動力，它包括人口壓力大、文化水平低、經濟發展慢、人均收入少、科技不發達、政策不合理等因素。晉北地區是山西省老少邊窮最典型的地區，不僅人口數量多、增長快，而且文化低、素質差，導致土地承受的壓力過大，人們對事物認識的準確性及其行為的合理性較差。經濟發展緩慢、人均收入偏少迫使人們對土地資源掠奪式開發和不合理利用，造成晉北地區經濟社會發展后勁不足，最終陷入“人口增加→生活貧困→過度開發→經營粗放→土地沙化→生產力低下→經濟更加貧困”的怪圈之中。晉北地區第一產業占主導地位，經濟基礎薄弱，落后的地區經濟致使對教育、科研、人才吸引、沙化治理等許多方面的投人嚴重不足，這些因素反過來都會促進沙化的發展。晉北沙化地區，科技人才缺、科技投人少、科技水平低，對沙化防治的科技支持力度明顯不足。政策的影響范圍和影響能力是巨大的，科學而合理的政策需要從人口、經濟、資源、科學、教育等不同方面配套制定和實施?，F實表明，當政策出現失誤時，沙化空前發展，當政策較為合理時，沙化趨于穩定并逆轉［20］。

（3）不合理的人類活動。在中國北方沙化地區，人類對土地資源及水資源的不合理利用，導致沙化空前發展［21－22］。晉北地區落后的社會經濟因素導致了不合理的人類活動，主要表現在土地利用結構不合理和土地利用強度太大兩個方面。除了過度墾荒、超載放牧、濫砍濫伐、濫挖野生中藥材以及水資源利用不合理等，晉北地區不合理的人類活動突出表現在資源開采和工程建設，不僅破壞了土壤結構、減小了植被蓋度，而且對耕地、草地和水資源造成了極大地浪費和破壞，使本來松散干燥的地表大面積裸露，這些裸露、松散的地表在自然條件的作用下最容易產生風蝕，淪為不同程度的沙化土地。

通過以上分析可以看出，土地沙化可以理解為在脆弱的自然條件基礎上，由于落后的社會經濟條件導致的不合理人類活動而產生的強烈風沙活動，進而引起風沙危害的過程。從成因上來看，脆弱的自然條件是晉北地區土地沙化發生、發展的基礎，落后的社會經濟條件是晉北地區土地沙化發生、發展的驅動力，不合理的人類活動是晉北地區土地沙化發生、發展的根源。晉北地區土地沙化的發生和發展又進一步加劇了社會經濟的落后程度，形成了一個以土地沙化發展過程為主線的，相輔相成、相互作用、互為因果的自然－社會－經濟的非良性循環系統。

4 結論

（1）晉北地區地處我國北方農牧交錯地帶，自然環境的脆弱性和過渡性，造成本區沙化土地所占比重大，形勢嚴峻。實地調查中發現由于自然條件的制約，加上人為活動的干預，晉北地區土地沙化呈現總體好轉、局部惡化的態勢。

（2）從植被退化、土層厚度和風蝕強度等方面，提出評價晉北地區土地沙化程度的綜合指標，并劃分出輕度、中度、重度3個級別。通過實地調查的結果測算，晉北地區輕度、中度、重度沙化土地分別為8 208.59，4 391.50，827.90km2。

圖1 晉北地區土地沙化成因與過程圖

（3）晉北地區土地沙化的影響因子從脆弱的自然條件、不合理人類活動拓展到落后的社會經濟條件，使晉北地區土地沙化的成因研究更進一步。脆弱的自然條件是晉北地區土地沙化發生、發展的基礎，落后的社會經濟條件是晉北地區土地沙化發生、發展的驅動力，不合理的人類活動是晉北地區土地沙化發生、發展的根源。

（4）弄清晉北地區土地沙化的成因機制是防治土地沙化的前提，也是防治土地沙化的關鍵。結合工程措施、生物措施、農業措施等技術，采取措施從根本上遏制土地沙化發展的趨勢，加大生態建設力度，以期在減緩風蝕強度的同時逐步恢復土地生產力，特別是要改善社會經濟條件，調整以往的社會經濟發展模式，規范區域社會經濟活動和人類行為，以此建立高效、強有力的防沙治沙體系。

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