景國臣，李英杰，劉艷輝，劉丙友

(黑龍江省水土保持科學研究所 齊齊哈爾實驗站，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

[基金項目] 黑龍江省科技攻關項目(GC09C108)

風蝕是三大土壤侵蝕類型之一，土壤風蝕是造成干旱、半干旱及半濕潤地區(qū)土地荒漠化的主要因素，是全球性的環(huán)境問題。根據黑龍江省第二次遙感調查，全省有風蝕面積8 906.95 km2，包括安達、肇源、大慶、杜蒙、林甸、齊齊哈爾、甘南、富裕、龍江、訥河、依安、泰來等縣(市)，尤其是在西部的松嫩沙地，風沙化土地面積已達5 960 km2，且每年還在以100 km2的速度擴展[1]，嚴重威脅我國糧食主產區(qū)——黑土農業(yè)區(qū)的農業(yè)生產和生態(tài)環(huán)境。許多學者對東北黑土區(qū)的土壤風蝕問題進行了研究，比如楊新等[2]根據近50年的氣象資料對典型黑土區(qū)風蝕環(huán)境進行了調查，認為其風蝕環(huán)境在整個東北地區(qū)屬于中等水平；劉鐵軍等[3]通過野外調研及實地觀測，對黑土區(qū)風蝕區(qū)域、風蝕因子、風蝕發(fā)展趨勢進行了系統(tǒng)分析。20世紀80年代以來，黑龍江省加強了對土壤風蝕規(guī)律和防治技術的研究，并取得了顯著成果。

1 土壤風蝕理論研究

土壤風蝕研究是伴隨著干旱、半干旱地區(qū)土地沙漠化研究發(fā)展起來的。近幾十年來，黑龍江省水土保持科學研究所(以下簡稱研究所)針對土壤風蝕問題開展了大量研究工作，在黑龍江土壤風蝕規(guī)律研究等方面取得了較大突破。

1.1 土壤風蝕區(qū)域特征研究

根據土壤風蝕造成土地沙漠化的自然因素、人為因素、地面景觀和沙漠化程度，20世紀80年代研究所組織科技人員對松嫩沙地進行了科學考察，摸清了松嫩沙地的區(qū)域特征，為土壤風蝕類型區(qū)劃分和沙地治理開發(fā)打下了基礎。趙興實等[4]對嫩江沙地進行考察，認為沙地分布稀疏零散，多呈斑塊狀或條塊狀，集中分布的沙地只占27%左右；沙地起伏普遍較小，其中平緩沙地占13%、低矮和中等起伏沙地占73%、較高沙地占12%、高大沙地占2%，大面積的平緩起伏沙地構成了松嫩沙地獨特的地理景觀。榮建東等[5]根據沙地密度及流動程度將松嫩沙地分為固定沙地、半固定沙地及流動沙地3種類型，其中固定沙地較多，約占2/3，其余多為半固定沙地，流動沙地很少。

1.2 土壤風蝕程度研究

確定土壤風蝕程度是評價土壤風蝕現狀、開展風蝕區(qū)劃、制定土壤風蝕防治措施、合理開發(fā)土地資源的重要依據。在風蝕過程中，風剝和風積同時存在，但又是兩個不同的侵蝕危害形式，不能用同一指標衡量其侵蝕程度。根據土壤風剝厚度、表土層殘留厚度、土地沙埋厚度等，研究所提出了土壤風蝕程度和沙化程度分級表。這些指標的確定，為土壤風蝕區(qū)域劃分和防治措施布局提供了科學依據。

1.3 風沙流主要特征研究

當風力大于等于土壤起沙風速時，沙質地表在氣流運動沖擊力作用下，沙粒脫離地表進入氣流被搬運前進，即形成風沙流。據調查，黑龍江省風蝕區(qū)風沙流的移動路徑大都是由西北(北)向東南(南)或由西南向東北移動，這與起沙風的風向、頻率密切相關。

研究所通過長期觀測研究松嫩沙地風沙流的垂直分布得出結論，在距地面1 m高的范圍內，距地表10 cm以下的占73.5%、10 cm以上的占26.5%，說明風沙物質主要分布在距地表10 cm以下，造成沙塵暴的可能性較?。环治鲲L沙土和風沙流中風沙物質的機械組成，認為風沙物質多來源于本地區(qū)地表物質，基本上屬于就地起沙；在風沙物質中，<0.01 mm的物理性黏粒隨距地高度增加逐漸增多，>0.01 mm的物理性沙粒隨距地高度增加逐漸減少，這些顆粒在隨風運動過程中逐漸沉積，容易造成土壤沙化，加劇土地荒漠化。

1.4 土壤風蝕影響因素研究

起沙風速的研究。風是造成土壤風蝕的外營力，當風速達到使地面土壤顆粒發(fā)生移動時才會產生風蝕。因此，研究土壤風蝕規(guī)律首先要根據不同地面土壤組成情況，確定土壤顆粒開始起動的臨界風速值。郭世武[6]1982年在齊齊哈爾市大民屯對風沙土中沙粒開始起動的臨界風速進行了測定，結果表明：當風速≥8 m/s(五級風)時，土壤沙粒被吹揚搬運乃至形成風沙流，造成土壤的風蝕和沙化；沙粒粒徑越大，所需的起動風速也就越大。王宇等[7]對嫩江沙地的沙質黏壤土、沙質壤土、風沙土3種土壤起沙風速進行了研究，結果表明在這3種土壤類型分布的區(qū)域若能將風速分別控制在6.3、6.4和7.2 m/s以下，即可有效防止風沙流的產生。

水分對土壤風蝕影響的研究。水分是影響土壤風蝕的一個重要因子，在濕潤條件下土壤的黏滯性和團聚作用加強，提高了土壤的起動風速，即使風力達到起沙風速以上也不會發(fā)生土壤顆粒移動。趙興實等[4]在泰來縣的研究成果表明，通過提高土壤濕度、增加土壤含水率，能夠有效預防松嫩沙地土壤風蝕的發(fā)生。

地面粗糙度對土壤風蝕的影響研究。地表的下墊面條件也會影響到起沙風速。受地面的摩擦效應影響，風速的空間垂直分布是不同的，地表越粗糙，摩擦效應越顯著，同樣的沙粒所需起沙風速就越大。據郭世武[6]的試驗觀測結果，不同耕作形態(tài)和植被覆蓋的地面粗糙度不同，起沙風速也不同，比如采取作物高留茬、秸稈覆蓋、耕作管理等可以提高地面粗糙度，有助于減輕土壤風蝕的程度。

1.5 松嫩沙地植被演替研究

在自然界，由于自然因素變化和人為活動影響，植被群落始終處于動態(tài)變化過程中，演替是植物群落動態(tài)變化的基本形式之一，它貫穿于整個群落發(fā)展的始終。植被是影響土壤風蝕的重要因素，地表植被種類、覆蓋度大小、覆蓋時間的長短等都會影響植被的抗風蝕作用。龐立鐵等[8]對嫩江沙地植被情況進行了調查，發(fā)現當地自然植被群落主要為疏林草原、草甸草原、草甸、沼澤等，過度放牧、開荒墾田、割草、水分狀況變化等都會引起植被群落演替，而這些演替大都與人類活動有關，結果造成植被種類減少、覆蓋度降低、草質退化、群落破壞，進而加劇了土壤風蝕。

1.6 土地荒漠化研究

土壤風蝕是干旱、半干旱及半濕潤地區(qū)土地荒漠化的主要過程，隨著土壤風蝕的加劇，土地沙化面積增加，荒漠化程度加重。

(1)荒漠化區(qū)域、類型及程度。確定荒漠化區(qū)域及類型是開展荒漠化防治和開發(fā)利用沙地資源的基礎。高峰等[9]以干燥度指標確定黑龍江省荒漠化面積主要分布在西部的大慶、齊齊哈爾等地，荒漠化區(qū)域面積54 079.27 km2，占全省總面積的11.76%，其中荒漠化核心區(qū)域面積14 781.76 km2、潛在荒漠化區(qū)域面積39 297.51 km2?；哪愋椭饕酗L蝕荒漠化、水蝕荒漠化和鹽漬荒漠化。風蝕荒漠化面積 8 705.04 km2，占荒漠化核心區(qū)域總面積的58.89%，根據《土壤侵蝕分類分級標準》(SL 190—96)中風蝕強度分級標準，其中輕度荒漠化2 800 km2、中度1 145.77 km2、強度3 013.29 km2、極強度1 745.98 km2。

(2)荒漠化發(fā)展趨勢預測。李英杰等[10]通過對降水和氣溫變化、干旱發(fā)生頻率、植被群落演替的分析，發(fā)現黑龍江省西部地區(qū)存在固定沙地活化、耕地風蝕嚴重、復活沙丘增多、草場嚴重退化、風蝕沙漠化土地面積擴大的現象。黑龍江省荒漠化出現加速發(fā)展的趨勢會造成黑土區(qū)荒漠化，并加速黑土退化速度。

2 土壤風蝕防治技術研究

土壤風蝕和荒漠化作為突出的環(huán)境問題，已經嚴重影響和制約了黑龍江省農牧業(yè)生產和經濟社會發(fā)展。風蝕擴張和荒漠化的加速發(fā)展嚴重威脅著黑土農業(yè)區(qū)資源、環(huán)境、糧食生產的穩(wěn)定和安全。多年來，黑龍江省在土壤風蝕和荒漠化治理與開發(fā)方面投入了大量人力、物力，研究所探索了防治開發(fā)的技術措施并加以實際運用，取得了良好的生態(tài)、經濟和社會效益。

(1)植物措施主要有植樹造林、種草、保護和恢復天然植被等。目前黑龍江省已經完成了“三北”防護林建設一、二、三期工程，截至2008年底全省累計造林保存面積已達192.6萬hm2，西部平原區(qū)森林覆蓋率由工程建設初期的4.3%提高到12.48%，保護耕地面積499.2萬hm2，為全省土壤風蝕防治和促進農業(yè)發(fā)展發(fā)揮了積極的作用。

(2)工程措施與植物措施有機結合是治理流動沙地的重要手段。在松嫩沙地采用沙障、草方格與灌木植被相結合的方式固定流動沙丘，再栽植喬木防風林，使流動沙地得到永久治理，取得了良好的經濟和社會效益，得到了廣泛推廣和應用。

(3)土地管理方面，一是加強土地利用結構調整。不合理的土地利用結構是造成土壤風蝕的重要原因，防治土壤風蝕首先要對區(qū)域的自然條件和土地利用進行科學分析，多目標優(yōu)化土地利用格局，做到土壤風蝕防治與經濟發(fā)展雙贏。二是采取合理的土地利用方式，即對不同類型的土地采取不同的抗風蝕措施。對于耕地采取留茬、免耕、作物條帶種植、輪作、保護性耕作等措施，可以有效防治土壤風蝕；對于草原采取林網防護、輪牧、割草舍飼等措施，保持地表具有較高的覆蓋度，可以有效控制草原風蝕的發(fā)生。研究所在松嫩沙地治理實踐中，針對固定沙地、半固定沙地和流動沙地，提出固定沙地以菜為主，菜、草、糧相結合，半固定沙地以糧、果為主，糧、果、林相結合，流動沙地以林為主，林、草、糧相結合的模式[1]，取得了良好的治理開發(fā)效果。在固沙植物研究方面，20世紀80年代研究所對松嫩沙地野生固沙植物進行了調查，選擇固沙效果好、經濟價值高的杠柳、沙蓬、山竹子、衛(wèi)矛、接骨木等品種進行了人工繁育，結果表明這些植物具有生長快、枝葉繁茂、根系發(fā)達、固沙效果好、抗風蝕力強、人工繁育栽培方法簡單等特點[8，11]。研究所引進優(yōu)良的固沙植物，不僅提高了風沙防治效果而且創(chuàng)造了良好的經濟效益。通過比較優(yōu)選，引進俄羅斯大果沙棘進行栽培試驗，通過人工雜交，選育出耐干旱、耐瘠薄、具有良好適生性、高抗干縮病的沙棘品種，其鮮果產量高、經濟效益好、防風固沙能力強[12-13]。此外，選擇優(yōu)良牧草作為牧區(qū)草場改良的先鋒，20世紀90年代研究所從遼寧省農業(yè)科學院引進沙打旺品種進行風土馴化和60Co-γ輻射育種，培育出齊92-4-01、齊92-1兩個沙打旺早熟品系，具有抗寒、耐旱、耐堿、飼草和種子產量高等優(yōu)點，在黑龍江省可以大面積推廣應用。

3 存在的問題及重點研究方向

目前黑龍江省土壤風蝕研究成果主要集中在風沙土的侵蝕規(guī)律、防治和開發(fā)技術的研究方面，但在不同類型土壤風蝕規(guī)律、土壤風蝕允許值的確定、土壤風蝕防治技術體系的構建和土壤風蝕防治效益指標量化等方面還存在不足。

3.1 不同類型土壤風蝕影響因子閾值

土壤風蝕受氣候、水分、植被、地面粗糙度等多種因素影響，確定土壤風蝕各影響因子閾值對于土壤風蝕防治至關重要。多年來，對風沙土起沙風速、土壤濕度、地面粗糙度等影響因子的閾值研究取得了一定的成果，但其他類型土壤的研究成果較少。在明確不同類型土壤風蝕影響因子閾值的前提下，通過對各影響因子的人工干預和調節(jié)控制土壤風蝕，對于建立土壤風蝕防治體系具有重要的指導作用。

3.2 土壤風蝕容忍量的確定

土壤風蝕容忍量是指在土壤經濟而永久地維持高水平生產力前提下的最大風蝕速率[14]。容忍量是土壤侵蝕防治的一個重要指標。確定土壤風蝕容忍量，首先要查清造成土壤風蝕的主要因素，包括自然因素和人為因素，它們對土壤風蝕既可能有加速作用也可能有減緩作用，重點要解決的是人為加速土壤風蝕的問題。其次是考慮土壤形成速率。自然因素和人為因素都有加速土壤熟化的過程，關鍵是建立土壤熟化速率與土壤風蝕速率之間的平衡，使土地生產力得到可持續(xù)發(fā)展。

3.3 土壤風蝕防治技術體系構建

根據土壤風蝕防治原理，許多專家學者總結出了適用不同地區(qū)的土壤風蝕防治模式，對風蝕區(qū)土壤保護發(fā)揮了重要的作用。但是，隨著社會的發(fā)展和環(huán)境的變化，土壤風蝕防治領域出現了許多新的問題，當前尤其需要重點解決：一是轉變土壤風蝕防治思路，由治轉為防，以防為主，防治結合；二是在保證糧食安全和生態(tài)安全前提下的土地生產力可持續(xù)發(fā)展；三是工程措施、植物措施、農業(yè)技術措施的科學配置，針對不同區(qū)域的土壤風蝕特點和發(fā)展趨勢，建立行之有效的防治模式，發(fā)揮各項措施的整體防護功能；四是正確對待土壤風蝕防治與經濟、環(huán)境的關系，要做到治理與開發(fā)同步、環(huán)境改善與資源保護同步、經濟發(fā)展與社會進步同步。

3.4 土壤風蝕防治效益指標量化

土壤風蝕防治效益指標是評價各項治理措施防治效果的重要依據。土壤風蝕防治效益指標主要有減少土壤風蝕指標、改善生態(tài)環(huán)境指標、經濟發(fā)展指標、社會效益指標、土地可持續(xù)發(fā)展指標等。對這些指標的量化可以直觀說明土壤風蝕防治效果，有利于土壤風蝕防治技術的推廣和應用，加快風蝕區(qū)治理開發(fā)的步伐，促進區(qū)域經濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善。

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