晉北水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)土壤侵蝕狀況研究報(bào)告*

衛(wèi)正新 李有華 張 勇 霍貴中 王 強(qiáng)

(山西省水土保持科學(xué)研究所)

2000年以來，我國北方地區(qū)頻頻出現(xiàn)沙塵暴天氣，嚴(yán)重影響到京津地區(qū)的正常生產(chǎn)與生活。為此，國家林業(yè)局、農(nóng)業(yè)部、水利部等聯(lián)合開展了“京津風(fēng)沙源治理工程”。經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，項(xiàng)目于2001年啟動(dòng)，工程初步規(guī)劃10 a。根據(jù)規(guī)劃，山西省北部有13個(gè)縣(市、區(qū))被列入項(xiàng)目工程范圍。項(xiàng)目區(qū)氣候干燥，土質(zhì)疏松，植被稀少，風(fēng)大沙多，屬水蝕、風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)。夏秋雨水集中時(shí)節(jié)，容易形成水力侵蝕，冬春風(fēng)速大于5 m/s時(shí)會(huì)就地起塵，引起嚴(yán)重風(fēng)蝕。多年來，項(xiàng)目區(qū)開展了持續(xù)的水土流失治理，但在水土流失規(guī)律方面研究甚少，缺乏實(shí)地觀測(cè)的區(qū)域不同治理程度下的土壤侵蝕狀況數(shù)據(jù)。據(jù)調(diào)查，20世紀(jì)60－70年代，項(xiàng)目區(qū)的大泉山水土保持科學(xué)試驗(yàn)站曾對(duì)荒坡、坡耕地、人工草地等地類進(jìn)行過天然降雨小區(qū)徑流泥沙觀測(cè)，但由于沒有對(duì)資料及時(shí)進(jìn)行整編，后因人員變動(dòng)、單位撤消，資料已無法查找。20世紀(jì)80年代，項(xiàng)目區(qū)的右玉水土保持科學(xué)試驗(yàn)站對(duì)農(nóng)耕地和小葉楊林地進(jìn)行過風(fēng)蝕量的定位觀測(cè)，取得了一些資料，但沒有進(jìn)行水蝕觀測(cè)，不能全面反映土壤侵蝕狀況?！熬┙蝻L(fēng)沙源治理工程”啟動(dòng)實(shí)施后，在制定土地利用規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)、生態(tài)建設(shè)效益評(píng)價(jià)中采用的土壤侵蝕模數(shù)，都是參考其他地區(qū)資料進(jìn)行估算的，誤差很大。另外，隨著多年來的水土流失不斷治理及氣候條件的變化，土壤侵蝕狀況也發(fā)生了較大程度的變化。為了給該區(qū)合理安排各種水土保持措施提供科學(xué)依據(jù)，給京津風(fēng)沙源治理工程提供一套嚴(yán)密、科學(xué)，能定量反映水土流失治理情況的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系和效益評(píng)價(jià)體系，我所向省科技廳申報(bào)了“晉北水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)土壤侵蝕模數(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究”項(xiàng)目，2005年被正式列為計(jì)劃。根據(jù)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目資助經(jīng)費(fèi)和試驗(yàn)設(shè)計(jì)，布設(shè)試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行長期觀測(cè)研究不但經(jīng)費(fèi)不足，而且時(shí)間上也難以達(dá)到要求，因此不能按原項(xiàng)目合同計(jì)劃完成任務(wù)。據(jù)此，我所于2007年向省科技廳基礎(chǔ)研究處提出項(xiàng)目變更申請(qǐng)，將項(xiàng)目調(diào)整為“晉北水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)土壤侵蝕現(xiàn)狀調(diào)查研究”。根據(jù)項(xiàng)目變更批復(fù)后的研究內(nèi)容和實(shí)地調(diào)查情況，在對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，提出了“晉北水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)土壤侵蝕狀況研究報(bào)告”。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于我省北部海河流域永定河上游的大同、朔州兩市，西北部與內(nèi)蒙古的豐鎮(zhèn)、涼城、清水河相鄰，東與河北省懷安、陽原、尉縣、淶源等縣(市)相交，南與我省忻州市接壤?？偯娣e19373 km2。地貌特征為:山川相間，盆地四周斷層發(fā)育，坡度較陡，地貌類型多樣，不僅有山地、丘陵、盆地等常態(tài)地貌，而且有火山、沙丘、巖溶等特殊地貌，山丘面積廣闊。受西伯利亞寒流與東南部洋面暖流的強(qiáng)烈影響，形成了典型的北方氣候特征。夏季炎熱多雨，春季干燥多風(fēng)，秋季涼爽宜人，冬季寒冷少雪。多年平均氣溫5.4℃左右，極端最高氣溫38.3℃，極端最低氣溫－39℃，年日照時(shí)數(shù)2671～3100 h。多年平均降水量254－443 mm，7－9月降水量約占全年降水量的60%以上。無霜期104－135 d，年大風(fēng)日數(shù)18－99 d。氣象災(zāi)害頻繁，其中以大風(fēng)、干旱、冰雹、暴雨、寒流等居多。

項(xiàng)目區(qū)土壤類型復(fù)雜多樣，為森林土壤向草原土壤的過渡地帶。區(qū)域內(nèi)有11個(gè)土類23個(gè)亞類。11個(gè)土類分別為風(fēng)沙土、山地草甸土、褐土、栗褐土、栗鈣土、潮土、鹽堿土、石質(zhì)土、粗骨土、黃綿土、紅黏土。森林資源主要為人工林，覆蓋率僅13%。喬木林以小葉楊“小老樹”為主，落葉松、油松、樟子松分布較廣泛。天然次生林以遼東櫟、白樺、紅樺、山楊、側(cè)柏居多，灌木以沙棘、虎榛子、銹線菊為主，杜鵑、山桃、山杏、六道木、酸棗、照山白等也有分布。草本植物在本區(qū)占優(yōu)勢(shì)，主要有百里香、鐵桿蒿、沙蒿、針茅、堿蓬、堿茅、蘆葦、蒲草、萎陵菜等。

2 研究內(nèi)容及方法

項(xiàng)目以黃土緩坡丘陵較強(qiáng)烈侵蝕區(qū)的右玉縣源子河流域、黃土丘陵階地中度侵蝕區(qū)的朔城區(qū)峪溝流域、土石山地較輕微侵蝕區(qū)的山陰縣水頭溝流域、沖積平原輕微侵蝕區(qū)的懷仁縣小峪溝流域?yàn)榈湫痛磉M(jìn)行調(diào)研，分別調(diào)查流域(壩控)面積、不同地類面積及比例、不同地類土壤結(jié)構(gòu)、活土層厚度、流域高差、坡面地類垂直分帶、溝壑密度、溝道比降、淤地壩淤積情況、溝道物質(zhì)組成、主要侵蝕方式和降雨特征等。利用1∶10000地形圖在現(xiàn)場勾繪小班，對(duì)不同地類、面積編號(hào)登記;對(duì)不同地類的土壤結(jié)構(gòu)、活土層厚度在現(xiàn)場挖剖面解析;溝道物質(zhì)組成、淤地壩淤積情況、主要侵蝕方式、溝道比降及降水特征、植被分布、植被覆蓋度等實(shí)地調(diào)查，然后通過室內(nèi)整理分析，探討不同類型流域的土壤侵蝕情況。

3 調(diào)查結(jié)果與分析

3.1 不同類型流域土地利用現(xiàn)狀

實(shí)地調(diào)查不同類型流域土地利用現(xiàn)狀見表1，水土保持情況見表2。

表1 不同類型流域土地利用現(xiàn)狀

表2 不同類型流域水土保持措施及治理度

從表1可知，4條流域中農(nóng)業(yè)用地、林業(yè)用地所占比例較小，分別為15.6%和10.8%;未利用地和其他用地所占比例較大，分別為55.2%和18.4%。

從表1和表2可知:源子河流域的用地情況為農(nóng)業(yè)24.98%、林業(yè) 9.74%、未利用 52.91%、其他12.37%;在農(nóng)業(yè)用地中，只有 0.20 hm2溝壩地，其余都是坡耕地;從整個(gè)流域看，水土保持措施面積只有18.50 hm2，綜合治理度為9.60%，因而侵蝕較為強(qiáng)烈。

峪溝流域用地情況為農(nóng)業(yè) 4.11%、林業(yè)13.96%、未利用60.28%、其他 21.65%。未利用和其他用地超過80%，水土保持措施面積41.65 hm2，綜合治理度為17.31%，侵蝕屬中度。

水頭溝流域用地情況為農(nóng)業(yè)21.80%、林業(yè)6.48%、未利用49.83%、其他21.89%。農(nóng)業(yè)用地中，梯田和溝壩地占41.79%，水土保持措施面積12.65 hm2，綜合治理度為 12.62%，侵蝕較輕微。

小峪溝流域用地情況為農(nóng)業(yè)22.73%、林業(yè)8.03%、未利用50.53%、其他18.71%。農(nóng)業(yè)和林業(yè)用地比例較大，且坡度較緩，未利用地的自然植被蓋度相對(duì)較高。水土保持措施面積7.70 hm2，綜合治理度為16.28%，侵蝕輕微。

3.2 不同類型流域特征分析

不同類型流域坡度組成見表3。

表3 不同流域坡度組成比例

從表3可知，項(xiàng)目區(qū)＜3°的平坡只占總面積的2.99%，3°－8°的緩坡和8°－15°的斜坡占總面積的69.46%，＞25°的急坡占總面積的9.83%。盡管項(xiàng)目區(qū)平坡地所占面積比例小，但陡坡和急坡地也較小，只占總面積的27.55%。從總體上看地形比較平緩。

各流域其他特征情況見表4。

表4 不同類型流域其他特征情況表

從表4可知，項(xiàng)目區(qū)各流域的溝道比降均大于4%，平均為6.02%;流域的相對(duì)高差較大，平均為229 m;林草覆蓋率偏低，平均只有10.8%;溝壑密度較小，平均為 1.6 km/km2。

3.3 不同類型流域降水特征

據(jù)對(duì)項(xiàng)目區(qū)降水資料(見表5)統(tǒng)計(jì)分析，6－9月降水約占全年降水的73.6%。年平均降水量低于400 mm屬于半干旱地區(qū)。最大年降水量和最小年降水量相差懸殊，各縣分別是:右玉縣406 mm，朔城區(qū) 460.3 mm，山陰縣 374.6 mm，懷仁縣341.9 mm。右玉縣和朔城區(qū)差異超過400 mm。盡管項(xiàng)目區(qū)總的降水量偏少，但降水變異系數(shù)較大，豐水年遇上大到暴雨，在治理度較低的山坡地，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的水土流失。

3.4 不同類型流域土壤侵蝕狀況

不同類型流域淤地壩淤積情況調(diào)查結(jié)果見表6。

表5 不同流域降水特征表(mm)

表6 不同類型流域淤地壩情況調(diào)查表

據(jù)實(shí)地調(diào)查，不同類型流域產(chǎn)沙情況大致相同，侵蝕方式以水蝕和重力侵蝕為主，風(fēng)蝕為次。

右玉縣源子河流域地處黃土緩坡丘陵較強(qiáng)烈侵蝕區(qū)，2005年11月修筑完工1座均質(zhì)土壩，經(jīng)過2006 年、2007 年 2 a的運(yùn)行，攔泥 7918.7 m3，淤成壩地0.20 hm2。由于流域上游為巖石出露的陡坡難利用地，下游為較平緩的農(nóng)耕地，降水在上游集中后容易對(duì)下游形成沖刷， 導(dǎo)致下游切溝和沖溝明顯。

朔城區(qū)峪溝流域地處黃土丘陵階地中度侵蝕區(qū)，2002年6月修筑完工1座均質(zhì)土壩，經(jīng)過2002－2008年的淤積，共攔泥 33347.2 m3，淤成壩地0.5 hm2。流域上游也有巖石出露的陡坡難利用地，但該流域的林草覆蓋率和水土保持綜合治理度在4條流域中最高，降水在上游也容易集中，并對(duì)下游形成沖刷，但下游切溝和沖溝沒有右玉縣源子河流域明顯，侵蝕屬中等。

山陰縣水頭溝流域地處土石山地較輕微侵蝕區(qū)，2002年1月修筑完工1座均質(zhì)土壩，經(jīng)過2002－2007 年的淤積，攔泥 9785.8 m3，淤成壩地0.4 hm2。流域上游有少部分巖石出露的陡坡難利用地，林草覆蓋率和水土保持綜合治理度較高，降水在上游集中后，對(duì)下游會(huì)形成一定的沖刷，下游切溝和沖溝不明顯，侵蝕較輕微。

懷仁縣小峪溝流域地處沖積平原輕微侵蝕區(qū)，2003年6月修筑完工1座均質(zhì)土壩，經(jīng)過2003－2008年的淤積，攔泥 4258.6 m3，淤成壩地0.35 hm2。流域上游為陡坡難利用地，林草覆蓋率較高，降水徑流集中較少，對(duì)下游形成的沖刷也小，水土流失輕微。