黑龙江省土壤风蚀研究现状与方向

景国臣，李英杰，刘艳辉，刘丙友

(黑龙江省水土保持科学研究所 齐齐哈尔实验站，黑龙江 齐齐哈尔 161006)

[基金项目] 黑龙江省科技攻关项目(GC09C108)

风蚀是三大土壤侵蚀类型之一，土壤风蚀是造成干旱、半干旱及半湿润地区土地荒漠化的主要因素，是全球性的环境问题。根据黑龙江省第二次遥感调查，全省有风蚀面积8 906.95 km2，包括安达、肇源、大庆、杜蒙、林甸、齐齐哈尔、甘南、富裕、龙江、讷河、依安、泰来等县(市)，尤其是在西部的松嫩沙地，风沙化土地面积已达5 960 km2，且每年还在以100 km2的速度扩展[1]，严重威胁我国粮食主产区——黑土农业区的农业生产和生态环境。许多学者对东北黑土区的土壤风蚀问题进行了研究，比如杨新等[2]根据近50年的气象资料对典型黑土区风蚀环境进行了调查，认为其风蚀环境在整个东北地区属于中等水平；刘铁军等[3]通过野外调研及实地观测，对黑土区风蚀区域、风蚀因子、风蚀发展趋势进行了系统分析。20世纪80年代以来，黑龙江省加强了对土壤风蚀规律和防治技术的研究，并取得了显著成果。

1 土壤风蚀理论研究

土壤风蚀研究是伴随着干旱、半干旱地区土地沙漠化研究发展起来的。近几十年来，黑龙江省水土保持科学研究所(以下简称研究所)针对土壤风蚀问题开展了大量研究工作，在黑龙江土壤风蚀规律研究等方面取得了较大突破。

1.1 土壤风蚀区域特征研究

根据土壤风蚀造成土地沙漠化的自然因素、人为因素、地面景观和沙漠化程度，20世纪80年代研究所组织科技人员对松嫩沙地进行了科学考察，摸清了松嫩沙地的区域特征，为土壤风蚀类型区划分和沙地治理开发打下了基础。赵兴实等[4]对嫩江沙地进行考察，认为沙地分布稀疏零散，多呈斑块状或条块状，集中分布的沙地只占27%左右；沙地起伏普遍较小，其中平缓沙地占13%、低矮和中等起伏沙地占73%、较高沙地占12%、高大沙地占2%，大面积的平缓起伏沙地构成了松嫩沙地独特的地理景观。荣建东等[5]根据沙地密度及流动程度将松嫩沙地分为固定沙地、半固定沙地及流动沙地3种类型，其中固定沙地较多，约占2/3，其余多为半固定沙地，流动沙地很少。

1.2 土壤风蚀程度研究

确定土壤风蚀程度是评价土壤风蚀现状、开展风蚀区划、制定土壤风蚀防治措施、合理开发土地资源的重要依据。在风蚀过程中，风剥和风积同时存在，但又是两个不同的侵蚀危害形式，不能用同一指标衡量其侵蚀程度。根据土壤风剥厚度、表土层残留厚度、土地沙埋厚度等，研究所提出了土壤风蚀程度和沙化程度分级表。这些指标的确定，为土壤风蚀区域划分和防治措施布局提供了科学依据。

1.3 风沙流主要特征研究

当风力大于等于土壤起沙风速时，沙质地表在气流运动冲击力作用下，沙粒脱离地表进入气流被搬运前进，即形成风沙流。据调查，黑龙江省风蚀区风沙流的移动路径大都是由西北(北)向东南(南)或由西南向东北移动，这与起沙风的风向、频率密切相关。

研究所通过长期观测研究松嫩沙地风沙流的垂直分布得出结论，在距地面1 m高的范围内，距地表10 cm以下的占73.5%、10 cm以上的占26.5%，说明风沙物质主要分布在距地表10 cm以下，造成沙尘暴的可能性较小；分析风沙土和风沙流中风沙物质的机械组成，认为风沙物质多来源于本地区地表物质，基本上属于就地起沙；在风沙物质中，<0.01 mm的物理性黏粒随距地高度增加逐渐增多，>0.01 mm的物理性沙粒随距地高度增加逐渐减少，这些颗粒在随风运动过程中逐渐沉积，容易造成土壤沙化，加剧土地荒漠化。

1.4 土壤风蚀影响因素研究

起沙风速的研究。风是造成土壤风蚀的外营力，当风速达到使地面土壤颗粒发生移动时才会产生风蚀。因此，研究土壤风蚀规律首先要根据不同地面土壤组成情况，确定土壤颗粒开始起动的临界风速值。郭世武[6]1982年在齐齐哈尔市大民屯对风沙土中沙粒开始起动的临界风速进行了测定，结果表明：当风速≥8 m/s(五级风)时，土壤沙粒被吹扬搬运乃至形成风沙流，造成土壤的风蚀和沙化；沙粒粒径越大，所需的起动风速也就越大。王宇等[7]对嫩江沙地的沙质黏壤土、沙质壤土、风沙土3种土壤起沙风速进行了研究，结果表明在这3种土壤类型分布的区域若能将风速分别控制在6.3、6.4和7.2 m/s以下，即可有效防止风沙流的产生。

水分对土壤风蚀影响的研究。水分是影响土壤风蚀的一个重要因子，在湿润条件下土壤的黏滞性和团聚作用加强，提高了土壤的起动风速，即使风力达到起沙风速以上也不会发生土壤颗粒移动。赵兴实等[4]在泰来县的研究成果表明，通过提高土壤湿度、增加土壤含水率，能够有效预防松嫩沙地土壤风蚀的发生。

地面粗糙度对土壤风蚀的影响研究。地表的下垫面条件也会影响到起沙风速。受地面的摩擦效应影响，风速的空间垂直分布是不同的，地表越粗糙，摩擦效应越显著，同样的沙粒所需起沙风速就越大。据郭世武[6]的试验观测结果，不同耕作形态和植被覆盖的地面粗糙度不同，起沙风速也不同，比如采取作物高留茬、秸秆覆盖、耕作管理等可以提高地面粗糙度，有助于减轻土壤风蚀的程度。

1.5 松嫩沙地植被演替研究

在自然界，由于自然因素变化和人为活动影响，植被群落始终处于动态变化过程中，演替是植物群落动态变化的基本形式之一，它贯穿于整个群落发展的始终。植被是影响土壤风蚀的重要因素，地表植被种类、覆盖度大小、覆盖时间的长短等都会影响植被的抗风蚀作用。庞立铁等[8]对嫩江沙地植被情况进行了调查，发现当地自然植被群落主要为疏林草原、草甸草原、草甸、沼泽等，过度放牧、开荒垦田、割草、水分状况变化等都会引起植被群落演替，而这些演替大都与人类活动有关，结果造成植被种类减少、覆盖度降低、草质退化、群落破坏，进而加剧了土壤风蚀。

1.6 土地荒漠化研究

土壤风蚀是干旱、半干旱及半湿润地区土地荒漠化的主要过程，随着土壤风蚀的加剧，土地沙化面积增加，荒漠化程度加重。

(1)荒漠化区域、类型及程度。确定荒漠化区域及类型是开展荒漠化防治和开发利用沙地资源的基础。高峰等[9]以干燥度指标确定黑龙江省荒漠化面积主要分布在西部的大庆、齐齐哈尔等地，荒漠化区域面积54 079.27 km2，占全省总面积的11.76%，其中荒漠化核心区域面积14 781.76 km2、潜在荒漠化区域面积39 297.51 km2。荒漠化类型主要有风蚀荒漠化、水蚀荒漠化和盐渍荒漠化。风蚀荒漠化面积 8 705.04 km2，占荒漠化核心区域总面积的58.89%，根据《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—96)中风蚀强度分级标准，其中轻度荒漠化2 800 km2、中度1 145.77 km2、强度3 013.29 km2、极强度1 745.98 km2。

(2)荒漠化发展趋势预测。李英杰等[10]通过对降水和气温变化、干旱发生频率、植被群落演替的分析，发现黑龙江省西部地区存在固定沙地活化、耕地风蚀严重、复活沙丘增多、草场严重退化、风蚀沙漠化土地面积扩大的现象。黑龙江省荒漠化出现加速发展的趋势会造成黑土区荒漠化，并加速黑土退化速度。

2 土壤风蚀防治技术研究

土壤风蚀和荒漠化作为突出的环境问题，已经严重影响和制约了黑龙江省农牧业生产和经济社会发展。风蚀扩张和荒漠化的加速发展严重威胁着黑土农业区资源、环境、粮食生产的稳定和安全。多年来，黑龙江省在土壤风蚀和荒漠化治理与开发方面投入了大量人力、物力，研究所探索了防治开发的技术措施并加以实际运用，取得了良好的生态、经济和社会效益。

(1)植物措施主要有植树造林、种草、保护和恢复天然植被等。目前黑龙江省已经完成了“三北”防护林建设一、二、三期工程，截至2008年底全省累计造林保存面积已达192.6万hm2，西部平原区森林覆盖率由工程建设初期的4.3%提高到12.48%，保护耕地面积499.2万hm2，为全省土壤风蚀防治和促进农业发展发挥了积极的作用。

(2)工程措施与植物措施有机结合是治理流动沙地的重要手段。在松嫩沙地采用沙障、草方格与灌木植被相结合的方式固定流动沙丘，再栽植乔木防风林，使流动沙地得到永久治理，取得了良好的经济和社会效益，得到了广泛推广和应用。

(3)土地管理方面，一是加强土地利用结构调整。不合理的土地利用结构是造成土壤风蚀的重要原因，防治土壤风蚀首先要对区域的自然条件和土地利用进行科学分析，多目标优化土地利用格局，做到土壤风蚀防治与经济发展双赢。二是采取合理的土地利用方式，即对不同类型的土地采取不同的抗风蚀措施。对于耕地采取留茬、免耕、作物条带种植、轮作、保护性耕作等措施，可以有效防治土壤风蚀；对于草原采取林网防护、轮牧、割草舍饲等措施，保持地表具有较高的覆盖度，可以有效控制草原风蚀的发生。研究所在松嫩沙地治理实践中，针对固定沙地、半固定沙地和流动沙地，提出固定沙地以菜为主，菜、草、粮相结合，半固定沙地以粮、果为主，粮、果、林相结合，流动沙地以林为主，林、草、粮相结合的模式[1]，取得了良好的治理开发效果。在固沙植物研究方面，20世纪80年代研究所对松嫩沙地野生固沙植物进行了调查，选择固沙效果好、经济价值高的杠柳、沙蓬、山竹子、卫矛、接骨木等品种进行了人工繁育，结果表明这些植物具有生长快、枝叶繁茂、根系发达、固沙效果好、抗风蚀力强、人工繁育栽培方法简单等特点[8，11]。研究所引进优良的固沙植物，不仅提高了风沙防治效果而且创造了良好的经济效益。通过比较优选，引进俄罗斯大果沙棘进行栽培试验，通过人工杂交，选育出耐干旱、耐瘠薄、具有良好适生性、高抗干缩病的沙棘品种，其鲜果产量高、经济效益好、防风固沙能力强[12-13]。此外，选择优良牧草作为牧区草场改良的先锋，20世纪90年代研究所从辽宁省农业科学院引进沙打旺品种进行风土驯化和60Co-γ辐射育种，培育出齐92-4-01、齐92-1两个沙打旺早熟品系，具有抗寒、耐旱、耐碱、饲草和种子产量高等优点，在黑龙江省可以大面积推广应用。

3 存在的问题及重点研究方向

目前黑龙江省土壤风蚀研究成果主要集中在风沙土的侵蚀规律、防治和开发技术的研究方面，但在不同类型土壤风蚀规律、土壤风蚀允许值的确定、土壤风蚀防治技术体系的构建和土壤风蚀防治效益指标量化等方面还存在不足。

3.1 不同类型土壤风蚀影响因子阈值

土壤风蚀受气候、水分、植被、地面粗糙度等多种因素影响，确定土壤风蚀各影响因子阈值对于土壤风蚀防治至关重要。多年来，对风沙土起沙风速、土壤湿度、地面粗糙度等影响因子的阈值研究取得了一定的成果，但其他类型土壤的研究成果较少。在明确不同类型土壤风蚀影响因子阈值的前提下，通过对各影响因子的人工干预和调节控制土壤风蚀，对于建立土壤风蚀防治体系具有重要的指导作用。

3.2 土壤风蚀容忍量的确定

土壤风蚀容忍量是指在土壤经济而永久地维持高水平生产力前提下的最大风蚀速率[14]。容忍量是土壤侵蚀防治的一个重要指标。确定土壤风蚀容忍量，首先要查清造成土壤风蚀的主要因素，包括自然因素和人为因素，它们对土壤风蚀既可能有加速作用也可能有减缓作用，重点要解决的是人为加速土壤风蚀的问题。其次是考虑土壤形成速率。自然因素和人为因素都有加速土壤熟化的过程，关键是建立土壤熟化速率与土壤风蚀速率之间的平衡，使土地生产力得到可持续发展。

3.3 土壤风蚀防治技术体系构建

根据土壤风蚀防治原理，许多专家学者总结出了适用不同地区的土壤风蚀防治模式，对风蚀区土壤保护发挥了重要的作用。但是，随着社会的发展和环境的变化，土壤风蚀防治领域出现了许多新的问题，当前尤其需要重点解决：一是转变土壤风蚀防治思路，由治转为防，以防为主，防治结合；二是在保证粮食安全和生态安全前提下的土地生产力可持续发展；三是工程措施、植物措施、农业技术措施的科学配置，针对不同区域的土壤风蚀特点和发展趋势，建立行之有效的防治模式，发挥各项措施的整体防护功能；四是正确对待土壤风蚀防治与经济、环境的关系，要做到治理与开发同步、环境改善与资源保护同步、经济发展与社会进步同步。

3.4 土壤风蚀防治效益指标量化

土壤风蚀防治效益指标是评价各项治理措施防治效果的重要依据。土壤风蚀防治效益指标主要有减少土壤风蚀指标、改善生态环境指标、经济发展指标、社会效益指标、土地可持续发展指标等。对这些指标的量化可以直观说明土壤风蚀防治效果，有利于土壤风蚀防治技术的推广和应用，加快风蚀区治理开发的步伐，促进区域经济发展和生态环境改善。

[参考文献]

[1] 陈棣,李英杰,王桂青.松嫩平原西部风沙化土地治理开发技术研究[J].国土与自然资源研究,1999(4):17-19.

[2] 杨新,郭江峰,刘洪鹄,等.东北典型黑土区土壤风蚀环境分析[J].地理科学,2006,26(4):443-448.

[3] 刘铁军,珊丹,郭建英,等.东北黑土区土壤风力侵蚀及发展趋势分析[J].安徽农业科学,2011,39(36):23387-23389.

[4] 赵兴实,郭世武,祁国贵.嫩江沙地风沙土侵蚀特性的初步研究[J].中国水土保持,1983(4):25-28,38.

[5] 荣建东,庞立铁,李英杰.松嫩沙地水土保持监测系统建设初探[J].防护林科技,2005(4):82,93.

[6] 郭世武.嫩江沙地土壤风蚀与土地沙漠化的基本特征[J].中国沙漠，1990(4):59-67.

[7] 王宇,毕广有,曹志伟.嫩江沙地不同土壤质地类型起沙风速的研究[J].防护林科技,2007(2):1-2,7.

[8] 庞立铁,荣建东.嫩江沙地主要野生植物资源研究[J].水土保持科技情报,2002(5):22-24.

[9] 高峰,陈棣,许靖华.黑龙江省西部荒漠化现状及防治措施[J].中国水土保持,2001(6):27-28.

[10] 李英杰,陈棣,李连玉.黑龙江省西部地区土地荒漠化发展趋势研究[J].防护林科技，2008(5):98-100.

[11] 庞立铁,周玉清,荣建东.寒区野生固沙植物杠柳的生态价值及栽培技术[J].水土保持科技情报,2003(3):45-46.

[12] 武斌,陈棣,王桂清,等.俄罗斯沙棘引种试验研究初报[J].中国水土保持,1996(1):24-25.

[13] 王桂青,李英杰.植物生长激素对大果沙棘嫩枝插条生根效果的试验研究[J].沙棘,1998(2):13-15.

[14] 严平,董光荣,邹学勇.土壤风蚀容忍量(T值)研究的现状与问题[J].水土保持通报,1998,18(1):13-16,34.