土壤侵蚀环境演变与全球变化及防灾减灾的机制.docx

土壤侵蚀环境演变与全球变化与防灾减灾的机制*唐克丽*（中国科学院、水利部水土保持研究所，陕西杨凌 ）摘要 以土壤侵蚀学和环境学的交叉为基础，讨论了土壤侵蚀环境学的内涵、土壤侵蚀环境演变与其调控、全球变化与防灾减灾的机制，为揭示土壤侵蚀的实质与制定土壤侵蚀的防治对策提供了新的思想。关健词 土壤侵蚀；土壤侵蚀环境；全球变化；防灾减灾在诸多的世界性资源和环境问题中，土壤侵蚀问题尤为普遍而突出。因土壤侵蚀而形成的特殊的景观和生态系统，即为土壤侵蚀环境。这个概念的提出，有助于深入揭示土壤侵蚀的实质，从而使土壤侵蚀的防治不仅仅是限于水和土的不再流失，而是立足于侵蚀环境整体系统的整治和调控，并使土壤侵蚀的防治延伸到当前世界关注的全球变化和防灾减灾领域。这将促进水土保持上新的台阶。 土壤侵蚀与土壤侵蚀环境自然环境和人文环境是影响土壤侵蚀的基本因素，因侵蚀而造成的特殊环境又反过来影响周围环境，这种相互作用构成了当前全球变化的重要内容之一。确切评价自然侵蚀和人为加速侵蚀在现代土壤侵蚀过程中的地位和作用，是指导侵蚀环境调控的重要理论依据。 自然侵蚀与侵蚀环境自然侵蚀是指人类出现之前的地质时期所发生的侵蚀，它完全取决于自然环境因素的变化。有的研究者基于黄土高原特殊的地质、地貌、降雨与黄土特性等，提出了现代侵蚀以自然侵蚀为主导的论点。而我们的研究证示，在地质时期尽管没有人类对植被的破坏，但随气候波动而发生的生物群落和下垫面的相应变化，对制约侵蚀起着重要的作用。因此，自然侵蚀过程不仅是地圈而且是包括生物圈系统在内的多种因素的综合作用。明确这一点，对于评价人为加速侵蚀与侵蚀环境调控有重要意义。 人为加速侵蚀与其形成的侵蚀环境人类社会的出现也就是生态平衡失调和自然侵蚀转化为加速侵蚀的开始。人口增长是耕地扩展的起因，而耕地的增加是以破坏自然植被为代价。人为破坏生态环境而导致的加速侵蚀，其速率往往是自然侵蚀的数百倍、数千倍。据联合国环境署（）和粮农组织（）调查，地球的陆地曾被森林所覆盖，其面积达亿 ，现在只剩下亿 ；亚洲农地的来自森林。世界耕地面积自年的 间由亿 增加到亿 ，到年已增至亿 。全世界因土壤侵蚀每年从耕地流失的土壤约亿 。中国有着五千年的文明史和悠久的耕垦史，但至今绝大部分地区自然植被仍遭到严重的破坏，人为加速侵蚀正在急剧发展，并在土壤侵蚀中占据了主导地位。大量的历史资料和地质资料表明，黄土高原的水土流失和黄河泥沙虽起源于地质时期，但其急剧发展却与人口快速增长、大规模破坏植被与发展耕垦有密切的联系。人为加速侵蚀造成了土壤肥力退化、土地生产力下降和生态系统日益恶化的侵蚀环境，并直接影响了全球环境的变化和自然灾害的发生。 土壤侵蚀环境与全球变化国际科学联盟理事会（）主持的国际地圈生物圈计划（），其核心在于揭示人与地球系统之间的相互作用，提高人类对环境变化的预测与防御自然灾害的能力。年在巴西里约热内卢举行的世界环境与发展大会指出，当前区域性和全球性的重大环境问题有八项，即：（）臭氧层破坏；（）全球气候变暖；（）酸雨范围扩大；（）淡水污染和短缺；（）森林资源锐减；（）野生动植物种消失；（）水土流失和沙漠化扩展；（）有毒化学品和危险废物扩散。这八大环境问题相互联系、相互制约，例如，森林资源的破坏促使水土流失和土地荒漠化迅速发展，从而影响到生物多样性的消失；空气中含量的变化、尘暴的发生、水资源短缺、旱涝灾害加剧等一系列环境问题，又反过来促使全球环境恶化和土壤侵蚀的加剧。 世界侵蚀环境演变与全球变化与自然灾害世界各国都存在着程度不同的土壤侵蚀，尤其是人为加速侵蚀在一些地区和国家呈发展趋势。年美国发生了震惊世界的黑风暴，这次黑风暴席卷美洲大陆，约亿 尘土运移了 的距离，千百年来积累的肥沃表土层遭侵蚀而丧失于旦夕之间；其原因即是人为过度砍伐森林，不合理耕垦所致。年代初，前苏联欧洲部分也发生了类似的黑风暴，其原因也是大规模开垦黑土地、破坏生态平衡而导致水蚀风蚀的后果。日本在第二次世界大战期间森林破坏严重，年发生了灾害性特大的洪水。第二次世界大战结束以来，在全球农垦区约有亿 土地遭受侵蚀，毁坏了的肥沃土地。地球上约的地区正处于沙漠化。非洲的森林覆盖率仅，而沙漠占土地面积的；索马里的农地遭受侵蚀，境内水资源濒于枯竭；撒哈拉大沙漠自第二次世界大战以来，每年向南扩展 。近期热带雨林地区森林砍伐的年均速率为现有森林面积的，其中肯尼亚的森林年砍伐率为；到年天然林将全部消失。世界性恶劣侵蚀环境的发展伴随着干旱、洪水灾害的加剧，使人类面临饥饿与丧失生存条件的威胁。 中国侵蚀环境演变与全球变化与自然灾害毁林毁草、不合理耕垦是中国人为加速侵蚀急剧发展的主要原因。历史上的黄土高原曾是草木茂盛，截然不同于现今的千沟万壑、光秃贫瘠的侵蚀地貌。自历史时期以来，黄土高原的土壤侵蚀、黄河泥沙与黄河流域的旱、洪灾害，随着人口和毁林毁草垦殖率的增加，呈急剧发展的趋势。世纪黄河流域共发生大旱次、洪水次，其中前个世纪，大旱和洪水平均每百年的频率分别为次和次，后个世纪分别达次和次。黄河下游决堤频率在世纪前每百年不足次，到世纪达次，到世纪增至次。剧烈的土壤侵蚀和旱洪灾害又导致生态环境的日益恶化。我们设在黄土丘陵区的次生林区的定位试验表明，随着林地开垦年限的增加，土壤侵蚀呈发展趋势，土壤质量严重下降，小气候也起了变化。林地开垦后，土壤侵蚀模数增加了倍；开垦 后，土壤中的有机质含量已接近母质层，由 减至 ，年下降率为；同时指示土壤肥力质量的氮、磷营养元素和指示人体健康的有效锌含量均下降到极低值。林地开垦后，大气相对湿度减少；降雨量减少 ；土壤温度自地表至、和 的土层，分别增加、和 ，开垦地涵养水源与抗旱能力显然低于林地。当今黄土高原的森林复盖率仅左右；地带性土壤黑垆土的土层基本流失殆尽，出露地表的多为肥力瘦瘠、抗旱性能差的黄土母质。余年来，黄土高原曾大规模开展了植树种草的植被建设，累计面积达万 以上，但保存率不足。究其原因之一，是忽视了已恶化的侵蚀环境对植被恢复和重建的制约。人为加速侵蚀除引起上述系列后果外，还可使区域性、地带性的景观和生态系统发生根本性的变化。地处热带、亚热带的不少森林地区，因人为滥伐、滥垦、滥牧，不仅森林消失，而且土层全部流失，境内出现了与原地带相逆的岩漠化侵蚀景观。例如，贵州省内石质丘陵山区的耕地土层多不足 ；因坡耕地水土流失而导致岩漠化的光板地达万 ，并以每年万 的速率递增。年月长江上游发生特大洪水灾害，重灾区多发生在森林覆盖率小于和陡坡开垦率高的水土流失严重区。四川省在这次洪灾中损失最大，约万 耕地遭侵蚀，其中约有万 耕地被冲成光板地；陡坡耕地的侵蚀模数达万 。南方丘陵山区因土壤侵蚀出现寸草不生的红色沙漠。黄土高原北部半荒漠化地区，因水蚀风蚀发展而形成了不可逆转的干旱沙漠化地区。因侵蚀而造成的岩漠化和沙漠化景观，不仅丧失了土地生产力，而且丧失了人类最起码的生存条件，当地居民不得不迁移。综上所述，对土壤侵蚀的治理，必须立足于侵蚀环境的全面整治。除变“三跑田”为“三保田”外，基本农田建设必须与已退化的侵蚀土壤的改良相结合；植被建设应与土地整治、水量平衡的调控相结合；治水、治河的水利工程建设应与治山和生态环境建设相结合。 土壤侵蚀环境与农业可持续发展机制“九八”长江洪水使人们更深刻地认识到，长江上中游生态破坏和水土流失是造成这次洪水形势严峻的重要原因之一，故当务之急是要保护现有的森林资源不再遭到破坏，同时加快促使水土流失最严重的陡坡耕地（坡度在度以上）的退耕还林还草。我国丘陵山区占国土总面积的，这些地区的坡耕地占其耕地总面积的以上，其中，西南地区和黄土高原的坡耕地分别占其耕地总面积的和。当前这些地区粮食生产的相当一部分还依赖于坡耕地；但坡耕地水土流失是生态环境恶化的根源，也是河流泥沙的来源，直接影响了农业的持续发展。因此，必须以侵蚀环境的全面整治为基础，寻求加快坡耕地治理与粮食供应与生态环境建设协调发展的有效途径。以下就侵蚀环境宏观调控和治理对策进行讨论。 “坡改梯”基本农田建设与大面积坡耕地治理相结合 强化“坡改梯”基本农田建设大量试验研究和实践证明，“坡改梯”基本农田建设既有效地解决了粮食生产，同时也促进了陡坡退耕还林还草的综合治理。例如，在长江上游水土保持重点防治工程的重点治理区万 范围内，以“坡改梯”为突破口，经 治理（年），大于度的陡坡耕地还林幅度达；人均基本农田由 增加到 ，人均产粮由 增加到 ；同时发展了果树等经济植物的生产，人均纯收入由元增加到元。黄土高原的一些地区也取得了类似的治理效益，尤其是采用机械化修梯田的地区，成效更为显著。例如，延安市的燕沟示范区，仅经过年的治理，在 范围内，机械化新修梯田 ，较人工修建速度提高倍，投入降低；人均基本农田由不足 增加到 ；同时促进了陡坡退耕，新建林草地超过 。照此治理速度，该示范区 内即可达到人均基本农田 的要求；约 左右的时间，生态经济可转向良性循环，展示了山川秀美的发展前景。以上事例说明，“坡改梯”基本农田建设确实是保障粮食供应和推进侵蚀环境综合治理的关键措施。同时还必须注意到，由于我国丘陵山区自然条件的复杂性和农村经济基础的差异性，对侵蚀环境的治理还必须因地制宜采取多种措施。 发展农林、农牧复合型坡地生态农业黄土丘陵区人均坡耕地为 ，而人均基本农田（符合一定质量标准且划定为必须保护的农田）一般为 才能保证粮食自给且略有余。为达到此目标，以人工修建需 。长江中上游丘陵山区人均基本农田需 左右，以人工修建需 左右才能达标。当基本农田建设尚未达到需求，粮食生产还必需依靠坡耕地的情况下，无论是南方或北方的丘陵地区，对大面积的坡耕地都必须同时采取制止水土流失的措施。例如，因地制宜大力推行等高水平沟种植、沟垄种植、等高带状间作、少耕、免耕、残茬覆盖和地膜覆盖等水土保持耕作措施，一般可增产以上，减少土壤流失量。此外，有些地区不一定完全依靠修建水平梯田，而发展农林（果）、农牧复合型坡地生态农业，同样可取得粮食生产和生态环境建设的同步效益。黄土高原北部的水蚀风蚀交错带，地貌特征为片沙覆盖的黄土缓坡丘陵，地面组成物质以沙质土为主，修建梯田时地埂土质松散，易遭水蚀风蚀破坏。因此，可利用该地区人少地多、地形相对平缓的条件，发展草粮带状间作的坡地农牧复合生态农业，这样能较快取得防治水蚀风蚀和发展农牧业生产的生态经济综合效益。这种坡地型生态农业有利于发展机械化耕作，进一步提高治理效益。长江上游的陡坡山地，土少石多，难以实施机械化修梯田，人工修建 梯田需投入个工，甚至个工。长江上游重点治理区的镇安县坡耕地的坡度在度以上，当地在修建石坎水平梯田的同时，发展坡地农林复合系统，在坡地和地坎上种植桑树，既保护了农田，又发展了养蚕业，形成了修地、栽桑、养蚕、缫丝加工一体化的雏形产业。 土地整治工程建设与水土资源合理利用相结合在明确侵蚀环境的内涵的基础上，在进行“坡改梯”等基本农田建设时，除注意保水、保土功能外，还必须对已恶化的侵蚀环境进行整治，尤其是应重视已损耗和退化的水、土资源的整治与合理利用。例如，已临近枯竭的水资源的保护问题，降水径流的拦蓄和有限降水资源的高效利用问题，已退化的贫瘠土壤的改良培肥问题，新修梯田的生土熟化问题，都必须同时纳入水土保持体系。 植被快速建造与可持续发展相结合党中央关于“再建一个山川秀美西北地区”的重要批示与“九八”长江洪水警示，要求我们必须加快植被建造，防治水土流失，改善生态环境。上述侵蚀环境演变规律说明，林草植被的破坏，不仅加剧了土壤侵蚀，且改变了水、土资源下垫面状况以与小气候环境，生态系统总体功能下降，甚至出现沙漠化和岩漠化逆境。在如此恶劣的侵蚀环境背景下，即使退耕也不能立即恢复原有植被。以往植被建造过程中出现小老头树、植被衰退和水资源过度消耗、甚至枯竭的现象，原因在于忽视侵蚀环境的整治。侵蚀环境调控和植被重建是相互制约、相互促进的过程；植被快速建造与可持续发展也是相辅相成的关系。例如，随同环境演变而选用快速生长的先锋树、草种与后续树、草种的时空合理调配问题，不同时期、不同地形部位乔、灌、草的合理配置与合理密植问题，尤其是掌握植被建造过程中的水量平衡问题，均是保证植被建设可持续发展的关键。 治山与治水、生态效益与经济效益的协调发展问题人们在实践中往往违反了自然和社会的根本法则。丘陵山地的毁林开荒和围湖造田就埋伏了毁山、毁湖、毁田乃至危与生命的灾害；生态破坏往往造成不可弥补的、巨大的经济损失。防治水土流失是与历史上遗留下来的不合理耕作制度的斗争，是长期而复杂的任务，是关系到人类生存发展和社会进步的根本大事。我们再次强调，在水土流失治理和生态建设中必须处理好治山与治水，治标与治本，当前与长远，个别与全局，生态效益与经济效益的协调发展问题。特别要看到经济效益寓于生态效益之中，经济效益促进生态建设的辩证关系。对一些水土流失和生态破坏已达极限的地区，应重点保证生态建设的顺利进行，为此，可采取粮食调拨或人口迁移等统筹兼顾、宏观调控的措施。 增加资金和科技投入；科技攻关与基础性、规律性研究相结合土壤侵蚀环境调控，涉与面广，工作量大，问题复杂，必须增加资金和科技投入。我们曾强调指出，要强化生产治理中一些关键性问题的研究，与时提供科学技术指导，促进水土保持上新台阶；另一方面要重视基础性、规律性问题的研究，保证生产治理的可持续发展。这里对此不再赘述。对侵蚀环境调控的一些重大问题，例如，机修梯田，坡地农林（果）、农牧复合生态系统的建立，植被建设的水量平衡，减少入河泥沙，防灾减灾，以与农业可持续发展，既要建立试验示范研究样板，也要进行有关宏观调控和决策支持系统的软科学研究。我们热切希望有关业务领导部门发挥科研、教学部门的科技力量，制订一个科学规划和近期实施的计划，为生产治理作出贡献。参考文献 洪业汤，朴河春，姜洪波. 黄河泥沙的环境地质特征. 中国科学（辑），(): 唐克丽，张平仓，王斌科. 土壤侵蚀与第四纪生态环境演变. 第四纪研究，(): 世界资源研究所，国际环境与发展研究所. 世界资源. 中国科学院自然资源综考会译. 北京: 北京大学出版社，. 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