水土流失退化及其影響分析:水土保持刻不容緩

馬占岳，劉 迪

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱150080)

水土流失包括水蝕和風(fēng)蝕，指在水、重力、風(fēng)力等作用下，水土資源和土地生產(chǎn)力的破壞和損失。水土流失在國外稱為土壤侵蝕(soil erosion)，美國土壤保持學(xué)會關(guān)于土壤侵蝕的解釋是水、風(fēng)、冰或重力等營力對陸地表面的磨損或造成土壤、巖屑的分散與移動。水土流失對包括林業(yè)和農(nóng)業(yè)在內(nèi)的所有自然和人工生態(tài)系統(tǒng)帶來廣大的不利影響，并且影響范圍大、危害持續(xù)時間長。因此，水土流失被認(rèn)為是人類面臨最嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。水土流失從古至今都存在，但是隨著人口增長、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類對自然生態(tài)系統(tǒng)影響的不斷加劇，水土流失大幅度增加。大量的水土流失造成草地、農(nóng)田等生態(tài)系統(tǒng)土質(zhì)惡化，生產(chǎn)力也隨之下降，動植物和微生物多樣性減少，最終整個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到威脅。水土流失也是目前全球森林不斷減少的重要原因。

1 水土流失情況

從整個地質(zhì)歷程來看，自然生態(tài)系統(tǒng)的水土流失非常緩慢，但是經(jīng)過多年的累積，其危害十分嚴(yán)重，可能使原有的沃土面目全非。2 t/hm2·a的流失率持續(xù)100 a后，流失的土壤可淤積形成厚度為15 cm、面積達(dá)1 hm2的土壤層。尼羅河和密西西比河大面積的三角洲就是經(jīng)過幾百年流失土壤的不斷淤積而成。而研究表明，在自然力的作用下，形成1 cm厚的土壤需要100～400 a的漫長歲月。

全球水土流失率從平原、灌叢、森林和農(nóng)田到常見植被覆蓋區(qū)，隨植被和地形改善的不同而有所差異。

1.1 農(nóng)田

由于農(nóng)田重復(fù)耕作而更容易發(fā)生水土流失，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使農(nóng)田暴露于雨水的侵蝕，加上幾個月的耕作期間土壤完全裸露，造成農(nóng)田水土流失非常嚴(yán)重，估計超過自然林區(qū)的75倍。目前，全球約80%的農(nóng)田存在中度到嚴(yán)重的水土流失10%是輕度流失。全球農(nóng)田平均流失率約為30 t/hm2·a(0.5～400 t/hm2·a)，最近40年間30%的農(nóng)田由于嚴(yán)重的水土流失而被廢棄。

1.2 草地

相對于農(nóng)田，草地土壤流失率較低，約為6 t/(hm2·a)。但是，過度放牧?xí)鹆魇蕜≡?，全?/2以上的草地存在過牧現(xiàn)象。許多發(fā)展中國家，過度放牧毀壞了大部分的植被，造成大量水土流失。即使在美國這樣的發(fā)達(dá)國家，包括國有牧場在內(nèi)的54%的草地過度放牧，導(dǎo)致水土流失加劇。我國草地由于不合理開墾、過度放牧、嚴(yán)重的人為破壞等因素，草地不斷退化、沙化、失去植被保護(hù)的草地土壤流失逐漸加重。

1.3 林地

在穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)中土壤受到植被的保護(hù)，流失率相對較低，一般僅為0.004～0.05 t/(hm2·a)樹木的枝葉可以削弱風(fēng)雨的沖擊，保護(hù)遮蔭土壤。然而，為了滿足農(nóng)牧業(yè)需求而大量砍伐森林，情況就大不相同。

2 水土流失的原因

水土流失自然現(xiàn)象，其產(chǎn)生的原因既有自然因素，也有人為因素，而且隨著不合理的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)加劇，人為因素造成的水土流失越來越嚴(yán)重。

自然因素包括5個方面:

2.1 地形

地面坡度越陡，地表徑流的流速越快，對土壤的沖刷侵蝕力就越強(qiáng);坡面越長，匯集地表徑流量越多，沖刷力也越強(qiáng)。黃土高原丘陵區(qū)、地面坡度大部在15°以上、有的達(dá)30°，坡長一般為100～200 m甚至更長，流失75～150 t/hm2·a泥沙，甚至255 t以上。

2.2 風(fēng)雨的沖蝕

雨水和疾風(fēng)的沖蝕是造成水土流失的直接原因。雨水沖刷造成表層水土侵蝕是水土流失的主要形式，雨水的沖刷在坡地更為嚴(yán)重，大量土壤隨洪流淤積到谷地和河流。疾風(fēng)把土壤微粒吹到空中，并可以隨風(fēng)飄移幾千里，已經(jīng)證實非洲生態(tài)系統(tǒng)的土壤可以被吹到巴西和美國的佛羅里達(dá)。

2.3 地面物質(zhì)組成

相對而言，植被稀少、質(zhì)地松軟、遇水易蝕、抗蝕力很低的土壤，如黃土、粉沙壤土等容易產(chǎn)生大量水土流失。

2.4 植被狀況

達(dá)到一定郁閉度的林草植被有保護(hù)土壤不被侵蝕的作用。郁閉度越高，保持水土的作用越強(qiáng)。由于植被可以削弱風(fēng)雨的沖擊力，因此，覆蓋植被的區(qū)域水土流失明顯減少。林地森林覆蓋率≥60%才能有效地防止水土流失，印度境內(nèi)喜馬拉雅山淺山地區(qū)的密林可以說明這個問題。隨著人口的增長，大面積的砍伐隨之而來，現(xiàn)在森林覆蓋只有35%，結(jié)果出現(xiàn)了經(jīng)常性的滑坡和大量的水土流失。黃河中游黃土高原地區(qū)的植被稀少，土壤疏松，暴雨較多，地形破碎，極易發(fā)生大量水土流失。

2.5 人為因素

人類對土地不合理的利用破壞了植被的穩(wěn)定的地形，造成嚴(yán)重的水土流失。毀林毀草、陡坡開荒，破壞了地面植被就會加劇水土流失。由于人口劇增，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動加劇而且有許多地區(qū)破壞植被以補充燃料的不足，從而導(dǎo)致土壤更加貧瘠并完全暴露于風(fēng)雨的侵蝕;另外，滑坡和地震都伴隨著水土流失。

3 水土流失的嚴(yán)重危害

水土流失導(dǎo)致水分徑流量增加，滲透減少，儲水能力下降，有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分會繼續(xù)減少，土壤層變薄，進(jìn)而導(dǎo)致土壤生物多樣性喪失。土壤流失造成的大幅度作物產(chǎn)量下降，在當(dāng)前人口增加而糧食吃緊的歷史時期顯得更為嚴(yán)峻。

3.1 水分

由于所有植被都需要大量的水分用于生長、發(fā)育和結(jié)果，所以水是陸地生態(tài)系統(tǒng)制約生產(chǎn)力的一項最主要的限制因素，而水土流失造成徑流量大幅度增加，滲透到土壤的水分減少，植物生長可利用水也必然減少。中度流失的土地吸收的雨水比未流失的土地少10～300 mm，植物用水減少7%～44%。一般依據(jù)當(dāng)?shù)亟邓畣栴}、土壤類型、坡度和其他因素不同，水土流失造成農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)水分利用率降低20% ～40%時，植物生產(chǎn)力會下降10% ～25%。

3.2 營養(yǎng)物質(zhì)

水土流失也會引起N、P、K、Ca等植物基本營養(yǎng)物質(zhì)含量下降。流失的土壤中營養(yǎng)物質(zhì)含量比流失后留下的土壤高出3倍。1t沃土的表層土壤含有1～6 kg的N、1～3 kg的Ca;而流失后的土壤N含量0.1～0.5 kg/t，如此低的營養(yǎng)水平勢必造成植物生產(chǎn)力大幅度下降。

3.3 土壤有機(jī)質(zhì)

不論是雨水還是疾風(fēng)的侵蝕，都帶走了土壤中肥沃的有機(jī)微粒，留下的則是沙和石。通常1 hm2肥沃的土地約含100 t有機(jī)質(zhì)，由于大部分莖葉腐化形成的有機(jī)質(zhì)靠近土壤表層，所以水土流失的同時伴隨大量有機(jī)質(zhì)流失。土壤有機(jī)質(zhì)有助于陽離子交換，促進(jìn)根的生長和主要土壤生物數(shù)量增加。土壤中95%N和25% ～50%的P包含在有機(jī)質(zhì)，土壤有機(jī)質(zhì)被沖蝕，就會引起土質(zhì)惡化，包含在有機(jī)質(zhì)的養(yǎng)分大量散失，生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力下降。大量養(yǎng)分的散失，引起植物生長遲緩，生產(chǎn)力降低;水土流失嚴(yán)重的農(nóng)作物產(chǎn)量比未流失的低15%～30%，并且產(chǎn)量低的生態(tài)系統(tǒng)其總生物量和生物多樣性都大幅度下降。

3.4 對生態(tài)系統(tǒng)的影響

水土流失將會引起生態(tài)系統(tǒng)重要生態(tài)過程的變化。例如，隨著植物多樣性下降，草地穩(wěn)定動物多樣性也急劇下降。當(dāng)植物種類從25種減少到5種或更少時，草地抗干旱能力下降，并且總生物量下降4倍多，結(jié)果草地對干旱更加敏感，恢復(fù)其原有生產(chǎn)力所需時間更長。水土流失引起關(guān)鍵種的消失，關(guān)鍵種包括維持生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和完整性的植物;某些生物對關(guān)鍵植物的取食壓力的動物和寄生物;生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各種關(guān)鍵植物的傳者、種子傳播者以及其他重要物種提供棲息地的動植物。因此，關(guān)鍵種的消失可能會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的正?；顒拥乃ネ松踔料?。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)這方面的影響尤為嚴(yán)重，例如，傳粉者的銳減或消失將大大影響作物產(chǎn)量。

4 我國的水土流失及退化

中國水土流失面積為360萬km2，占國土總面積的38.2%，其中水蝕面積179萬km2，風(fēng)蝕面積188萬km2;年土壤流失量高達(dá)500萬t以上。在部分地區(qū)還有進(jìn)一步加重的趨勢，水土流失形勢不容樂觀。其次，從土壤養(yǎng)分狀況來看，我國耕地的有機(jī)質(zhì)含量普遍較低，水田土壤大多在1% ～3%，而旱田土壤有機(jī)質(zhì)含量較水田低，小于1%的就占31%;全國耕地中大部分土壤全氮含量都在0.2%以下，缺磷土壤占59.1%，缺鉀土壤占22.9%。就南方地區(qū)紅土壤來講，土壤養(yǎng)分的缺乏更為嚴(yán)重，耕地普遍缺少有機(jī)質(zhì)和氮素，全部旱田和60%的水田缺磷，耕地中58%缺鉀，80%缺硼，64%缺鉬，49%缺鋅，18%缺鎂。此外，其他形式的土壤退化問題也十分嚴(yán)重，如由于污水灌溉和農(nóng)業(yè)農(nóng)藥、化肥的大量施用引起的土壤污染退化、土壤酸化退化以及工礦企業(yè)的廢渣和垃圾擠占大片肥沃耕地造成的土壤退化減少等。

5 我國的黑土地退化的嚴(yán)重性及表現(xiàn)

我國黑土與烏克蘭和美國密西西比河流域的黑土并稱為世界著名的三大黑土帶，主要分布于東北地區(qū)黑龍江和吉林兩省的中部地區(qū)，在三江地區(qū)僅有少許分布。據(jù)第一次土壤普查資料統(tǒng)計，兩省黑土總計約10萬km2。黑龍江省相對較少一些，但亦約占全省耕地的10%。黑土在吉林和黑龍江兩省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著極其重要的地位。同時，黑土分布區(qū)又是國家重要的商品糧生產(chǎn)基地。但是，由于長期對土地資源的不合理利用，整個地區(qū)生態(tài)與環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，土壤退化問題極其嚴(yán)重。據(jù)第二次土壤普查資料統(tǒng)計，目前兩省黑土總面積約為5.82萬km2，其中，黑龍江省黑土面積為4.82萬km2，吉林省黑土面積為1.10萬km2。

6 水土保持刻不容緩

水土流失導(dǎo)致水分量增加，滲透減少，儲水能力下降，有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量減少，土壤層變薄，進(jìn)而導(dǎo)致土壤生物多樣性喪失。水土流失是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)面臨的一個嚴(yán)重威脅，是一個緩慢但又潛伏著巨大危機(jī)的過程。未來人類的食物安全及其人類文明的進(jìn)步肯定要很大程度地依賴土壤資源，人類必須采取科學(xué)高效的生產(chǎn)方式，保護(hù)土地資源，否則人類生存將受到嚴(yán)重威脅。所以，人類社會要大聲疾呼:水土保持刻不容緩。

7 可持續(xù)農(nóng)業(yè)與黑土退化防治

近20年，隨著環(huán)保意識的逐漸普及，“我們只有一個地球”的觀念已成為全球共識。為了解決環(huán)境危機(jī)，節(jié)約資源，維護(hù)自然生態(tài)平衡，有機(jī)農(nóng)業(yè)和古老的傳統(tǒng)耕作方式再度受到重視，在維護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、保護(hù)農(nóng)業(yè)環(huán)境資源的原則下，推行“可持續(xù)農(nóng)業(yè)”，確保農(nóng)業(yè)的持續(xù)生產(chǎn)力。可持續(xù)農(nóng)業(yè)的特點應(yīng)是高效能、高品質(zhì)和低消耗，且又能維持一定的產(chǎn)量而不衰減。以生產(chǎn)率的持續(xù)增長，土壤肥力的持續(xù)提高，使農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境得以持續(xù)維持和諧，土壤資源得以扶持持續(xù)利用的目的。

由于自然和人為因素的長期影響，黑土資源出現(xiàn)了退化性演變，為了保護(hù)寶貴的黑土資源，維護(hù)地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，黑土退化的防治應(yīng)以綜合防治為主。重點進(jìn)行以下3個方面的工作:

7.1 從黑土地本身的特點與發(fā)生過程，研究土壤退化的機(jī)制與實質(zhì)

包括:①土壤侵蝕退化機(jī)理研究及土壤可蝕性研究;②黑土養(yǎng)分退化的基本過程的速率;③黑土退化演變趨勢及規(guī)律;④土壤污染研究;⑤近代和現(xiàn)代人類活動對黑土退化的影響和作用。

7.2 分不同退化類型，綜合治理

把土壤資源、生物資源和環(huán)境條件統(tǒng)一起來，采取綜合治理措施包括:①從生態(tài)平衡角度，因地制宜地開發(fā)和利用黑土資源。②以生物種群適應(yīng)生態(tài)環(huán)境合理安排，實行集約耕作。③實行農(nóng)林牧全面發(fā)展，搞好農(nóng)田基本建設(shè)，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，逐步建立優(yōu)化的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

7.3 合治理研究基礎(chǔ)上，建立并逐步推廣治理模式，達(dá)到全面防治黑土退化的目的

土壤退化是一個非常綜合和復(fù)雜的、具有時間上的動態(tài)性和空間上的各異性以及高度非線性特征的過程，不僅涉及到土壤學(xué)、農(nóng)學(xué)、生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)，而且也與社會科學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)及相關(guān)方針政策密切相關(guān)。因此，關(guān)于水土保持與防退化問題有待于廣大科研工作者、學(xué)者的不斷研究。

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