東北地區坡耕地空間分布及其對水土保持的啟示

張天宇, 郝燕芳

(1.東北師范大學 泥炭沼澤研究所, 長春 130024; 2.東北師范大學 地理科學學院,長春 130024; 3.黑龍江省水土保持科學研究院, 哈爾濱 150070)

坡地上不合理的耕作活動可以導致嚴重的土壤侵蝕，引發土層變薄和土壤結構惡化，最終導致糧食減產[1-2]。東北地區雖然以平原聞名，但也擁有相當數量的坡耕地。而且由于耕作方式粗放，這些坡耕地普遍存在土壤侵蝕問題，威脅國家糧食安全[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，目前對東北地區坡耕地的宏觀認識還很有限，其面積、坡度和空間分布均不明晰。已有認識主要來自土地調查成果[6]。但是這些成果雖給出不同坡度分級的耕地面積，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、土壤類型、流域和縣級行政區進行細化，對坡耕地治理工作的指導意義有限。因此，本文旨在利用高精度的空間數據，查明整個東北地區及其各地貌分區、土壤類型、流域和行政區中坡耕地的面積和坡度特征。在此基礎上，定量評估治理工作的重要性，并在措施選擇、布局和實施等方面提供建議。

1　數據與方法

1.1　研究區概況

研究區包括黑龍江、吉林、遼寧以及內蒙古自治區的呼倫貝爾市、通遼市、赤峰市和興安盟，陸地總面積約124萬km2，占全國陸地總面積的18%。氣候為大陸性季風氣候。降水量從東南向西北遞減，年降水量為300～950 mm。地貌類型包括平原(30%)、臺地(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)。臺地主要分布在松嫩平原東部和內蒙古高原。山地和丘陵主要分布在大小興安嶺山地、長白山地和遼西山地。坡耕地的主要土壤類型為黑土、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。耕地集中在平原和臺地，但丘陵和山地中也有大量分布。根據第二次全國土地調查數據，東北地區耕地總面積約33.2萬km2，占全國總量的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，但并非嚴格意義上的等高溝垅種植[8]。

1.2　數據來源

土地利用數據為2010年的GlobeLand 30[9]和FROM-GLC[10]，分辨率均為30 m，分別來源于國家基礎地理信息中心和清華大學。經與實際情況比較，主要采用前者，但在長白山地南部的個別縣市采用后者。地貌數據為2009年中國1∶100萬地貌圖[11]。它包含有地貌類型信息(如平原等)和地貌分區信息(長白山地等)。地貌分區命名遵循主導性原則，一個地貌分區可以包含多個地貌類型。地形數據為2001年SRTM，分別率為90 m。土壤數據為1996年中國1∶100萬土壤圖。行政區數據為2016年數據。由于缺乏市轄區的邊界數據，且多數市轄區面積很小，因此將隸屬于同一市的市轄區進行合并，并視為一個縣級行政單位，共獲得216個縣級行政單位。所有數據經預處理后，轉為30 m分辨率的柵格數據，坐標系為WGS1 984，投影為Albers。其中，地形數據(SRTM)原有分辨率為90 m，通過雙線性內插法重采樣為分辨率為30 m的數據。分析工具主要為ArcGIS 10。

1.3　坡耕地的提取和面積計算

首先，用地貌數據提取出臺地、丘陵和山地，并將它們視為坡地。其次，用土地利用數據提取出耕地。最后，提取出坡地中的耕地，即坡耕地。由于土地利用數據源于衛星影像解譯，存在一定誤差。因此，在計算耕地面積時參照東北地區相關研究進行了訂正[12]。

2　結果與分析

2.1　坡耕地的面積和坡度特征

東北地區坡耕地總面積為19.5萬km2，占全區耕地總面積的58.7%，占全國耕地總面積的14.4%。東北地區僅坡耕地面積就超過了西北5省耕地總面積(16.4萬km2)，接近西南5省耕地總面積(20.4萬km2)。年鑒數據顯示，東北地區糧食產量約占全國的總數近的20%[13]。假設坡耕地與平原耕地的糧食單產相同，則東北地區坡耕地糧食產量占到全國總產量的12%。因此，治理好這些坡耕地對于保障國家糧食安全具有重要意義。

東北地區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的78.5%，15.8%，4.2%和1.5%。與我國其他地區相比，東北地區耕地坡度偏小。其中，<6°的耕地較多，>6°的耕地較少(圖1)[6]。

注：東北地區數據源于本研究，其他地區數據參照參考文獻[6]。

圖1中國不同地區耕地的坡度分布

2.2　坡耕地空間分布

2.2.1不同地貌分區在東北地區10個地貌分區中，長白山地的坡耕地最多，占總數的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個地貌分區僅占總數的21%。>5°坡耕地也以長白山地最多，占總數的52%，其后依次是大興安嶺山地(23%)和遼西山地(18%)。其余7個地貌分區僅占總數的7%。

2.2.2不同土壤類型東北地區坡耕地主要涉及8個土類。這8個土類的坡耕地占總數的97%(表3)。其中暗棕壤的坡耕地最多，占總數的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11個流域中，松花江流域的坡耕地最多，占總數的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　東北地區各地貌分區坡耕地的面積　萬km2

表3　東北地區坡地主要土類坡耕地的面積　萬km2

表4　東北地區各流域坡耕地的面積 萬km2

2.2.4不同行政區黑龍江省坡耕地最多，占總數的40%(表5)。其后依次是內蒙古(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、地貌和社會經濟因素等。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區，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　東北地區各省坡耕地的面積　萬km2

>5°坡耕地在各省的分配相對比較均勻。遼寧省最多，占總數的29%。其后依次是內蒙古(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。有學者認為5°是影響東北地區水土保持措施的一個臨界坡度。<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]。結合本研究的結果，我們在水土保持措施方面給出以下建議。首先，由于全區79%的坡耕地坡度<5°，等高溝垅種植是全區最主要的水土保持措施。與之配套的技術、措施和管理制度應該被重視。例如，等高溝垅種植對耕作線坡度有著嚴格的要求，需要配套的技術和管理制度，以確保該措施的長期、嚴格執行[8]。又如，東北地區等高溝垅種植措施的平均因子值為0.4左右[16]。一些地區單純依靠等高溝垅種植無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，東北地區坡耕地面積占全國耕地總數的14%，不可能大量退耕。但是在個別侵蝕危險度高或治理難度大的地區可以考慮退耕。例如，全區>15°的坡耕地面積僅占全國耕地總數的0.2%。產糧貢獻小，侵蝕危險度高，治理難度大，應及早退耕。并將全區禁墾坡度下限從水土保持法規定的25°下調至15°，以加強保護。又如，風沙土、粗骨土、石質土和暗棕壤中的暗棕壤性土，坡耕地面積占全國耕地總數的0.7%，產糧貢獻很小。而這些土壤的A層與B層厚度之和<30 cm，C層物質為砂礫或基巖，裸露后會引發荒漠化或石漠化，也應及早退耕。最后，全區5°～15°的坡耕地面積為3.9萬km2，數量不容小視。其中。約1.1萬km2坡耕地分布在褐土、黑土、黑鈣土和白漿土等土壤類型，母質以土質物質為主，適宜修筑土埂水平梯田。其余2.8萬km2坡耕地的母質以石質物質為主，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　坡耕地治理的重點地區和難點地區

坡耕地較多的地區對糧食產量的影響較大，是治理的重點地區。>5°坡耕地較多的地區需要大量采用工程措施，是治理的難點地區。找出這些重點地區和難點地區，對治理工作的總體布局具有重要意義。研究結果表明，治理的重點地區包括地貌分區中的長白山地、松嫩平原東部和大興安嶺山地，土壤類型中的暗棕壤、黑土和棕壤，流域中的松花江和遼河流域。治理的難點地區包括地貌分區中的長白山地、大興安嶺山地和遼西山地，土壤類型中的暗棕壤、棕壤和褐土，流域中的松花江和遼河流域。值得注意的是長白山地和暗棕壤區擁有東北地區最多的坡耕地和>5°坡耕地。它們既是治理的重點地區，也是治理的難點地區。但目前對長白山地和暗棕壤區土壤侵蝕問題的認識深度遠不及黑土區。中國知網數據顯示，截至2016年底以“黑土土壤侵蝕”或“黑土水土流失”為主題的文獻有821個，而以“暗棕壤土壤侵蝕”或“暗棕壤水土流失”為主題的文獻僅有47個。不僅如此，長白山地和暗棕壤區的平均降水量比黑土區更大，土壤A層平均厚度比黑土區更小，土壤母質比黑土區更不適宜耕種。因此，這些地區的土壤侵蝕危險度可能比黑土區更高，亟待研究和治理。

2.5　治理任務量和治理難度的縣際差異

縣級水行政部門一般是治理工作的實施單位。查明各縣的任務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°坡耕地面積來評估。根據本研究結果，我們給出以下建議：首先，各縣坡耕地面積差異很大，導致任務量差異很大。即使是隸屬同一地級行政區、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，應根據實際情況對各縣加以區別對待。同時，縣坡耕地面積與縣陸地面積、縣耕地面積的相關系數并不高，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評估各縣的任務量。其次，各縣>5°坡耕地面積差異很大，導致治理難度差異很大。治理難度較大的縣集中在內蒙古東部、黑龍江省東南部和吉林省東部。同時，縣>5°坡耕地面積與縣陸地面積、縣耕地面積的相關系數很低，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評估各縣的治理難度。可以參照本研究提供>5°坡耕地面積進行評估。

3　結 論

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

(2) 等高溝垅種植適用于全區大部分坡耕地。與之相關的技術、措施和管理制度應該被重視。>15°的坡耕地和風沙土等土壤類型中的坡耕地，產糧貢獻小，侵蝕危險度高，應及早退耕。長白山地和暗棕壤區既是治理的重點地區，也是治理的難點地區，應被更多重視。

(3) 各縣坡耕地總面積和>5°坡耕地面積差異很大，導致治理工作的任務量和治理難度差異很大。具體工作中，應根據實際情況對各縣加以區別對待。而且，不宜使用縣陸地面積和縣耕地面積來評估各縣的任務量和治理難度。

(4) 本研究著重分析了坡耕地的面積和坡度特征。今后研究擬結合中國土壤流失方程和土壤空間數據，評估全區的土壤侵蝕危險度，找出最急需治理的地區，進一步為治理工作服務。

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