松嫩、遼河平原地貌特征及其生態(tài)土地類別的劃分與管理對策

張正祥，靳英華，周道瑋

(1. 東北師范大學城市與環(huán)境科學學院，吉林長春130024;2. 中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林長春130012)

松嫩平原地處我國東北腹地，大尺度地貌類型為沖積、湖積、洪積或沙丘覆蓋的平原［1］，燕山運動以來下沉占優(yōu)勢［2］，地質(zhì)組成為第四紀黃土和各類松散堆積物［1，3－4］。氣候類型為溫帶季風森林草原氣候，受太平洋臺風和西伯利亞寒潮共同影響，半濕潤，局部半干旱。年平均溫度3℃～5℃［5］，年平均降水量450 mm～610 mm，日平均氣溫≥10℃的日數(shù)為125 d～130 d，期間有效活動積溫2 500℃［6－7］。土壤類型為黑土、黑鈣土、草甸土、風沙土［8－9］，主體植被類型臺地上發(fā)育著森林、灌叢，平原發(fā)育為草甸［8－10］。

特定的地貌類型和地質(zhì)構(gòu)造，導致地下水位較高，一般為0～3 m，并富含HCO－3 離子。歷史上，由于湖相沉積作用、四周高中間低的地貌特點及土壤母質(zhì)的現(xiàn)代風化作用和氣候驅(qū)動［11－12］，平原地區(qū)土壤的不同層次中積累了不同程度的鹽離子，構(gòu)成了松嫩平原地區(qū)土壤鹽漬化的物質(zhì)基礎。在現(xiàn)代人類作用下，地表遭翻動或破壞后，土壤亞表層裸露或鹽離子運移到地表，并富含HCO－3離子，表層土壤發(fā)生鹽堿化，成為松嫩平原廣泛存在的生態(tài)問題。

遼河平原與松嫩平原具有相似的地質(zhì)地貌，但由于所處緯度較低，溫度、水份條件適宜，地勢低、河流密集，土壤鹽堿化程度相對低。

松嫩平原、遼河平原氣候適宜于發(fā)展旱作農(nóng)田或水田［13－14］，局部地區(qū)存在春季干旱，但沒有特別突出的自然災害。由于土壤鹽堿化問題廣泛存在［15－16］，并且科爾沁沙地存在沙化問題，總體表現(xiàn)為土地利用引起的生態(tài)問題較為突出，并缺少精準的適應性土地利用措施。

松嫩平原、遼河平原的主導環(huán)境因子是地勢地貌的分布格局。地勢地貌不僅決定了松嫩、遼河平原的局域氣候特征，也決定了河流及其影響的土壤鹽分分布。為了全面理解松嫩、遼河平原的土地資源及其適應性管理，首先對研究區(qū)地貌特征進行定量劃分，并在野外考察的基礎上，依據(jù)適應的優(yōu)勢植物功能群，對土地資源進行生態(tài)類別劃分，總結(jié)歸納各生態(tài)土地類別的生態(tài)問題和基本管理對策。

1 研究方法

應用從USGS 網(wǎng)站上下載的SRTM 數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)進行松遼平原地貌類型提取。采用ArcGIS 9.3 的空間分析功能，將SRTM 數(shù)據(jù)分辨率由為85.79 m 重采樣為100 m×100 m。應用移動窗口法計算研究區(qū)的地表起伏度，經(jīng)過試驗，將移動窗口的鄰域半徑設置為20 ×20 像元，計算得到研究區(qū)內(nèi)每柵格海拔高度的最大值和最小值，將二者相減，獲取每柵格內(nèi)起伏度。由于研究區(qū)北部由松嫩平原向小興安嶺過渡處臺地面積廣大，起伏度相對變化小，以及松嫩平原東部地區(qū)由于長期侵蝕導致臺地斜坡不清晰，相對平緩，因此在這兩個區(qū)域內(nèi)將鄰域半徑設置為30 ×30 像元，以增強每像元的起伏度。根據(jù)起伏度將研究區(qū)劃分為平原(＜30 m)、臺地(30 m～50 m)和其它地貌類型;根據(jù)海拔高度將平原地貌類型劃分為極低平原(＜50 m)、低平原(50 m～100 m)、中平原(100 m～150 m)、高平原(150 m～200 m)和極高平原(＞200 m)5 類區(qū)域;選擇與松嫩平原主體相連接的平原臺地，根據(jù)臺地的外邊緣進行綜合，形成廣義松遼平原界線，同時將綜合后邊界內(nèi)包含的少量的其它地貌類型歸并為臺地類型。將面積小于1 km2的區(qū)域轉(zhuǎn)換為其鄰接的最大面積區(qū)域類型，獲取研究區(qū)的地貌類型與分布。

利用2000－2002 年間6－9 月份的Landsat TM 7 遙感影像進行研究區(qū)土地利用信息提取。將獲取的遙感影像進行幾何糾正后，根據(jù)土地利用類型特征建立相應的解譯標志，在ENVI 4.5 軟件環(huán)境下，根據(jù)解譯標志建立訓練樣區(qū)，采用最大似然法進行監(jiān)督分類。對分類后的結(jié)果進行主次要分析和類別集群，將連續(xù)區(qū)域面積小于1 km2的區(qū)域轉(zhuǎn)換為周圍最大類型像元的類別。運用Mosaicing 功能將每景分類影像進行鑲嵌，并轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)，生成研究區(qū)土地利用信息數(shù)據(jù)。

松遼平原地貌類型和土地利用類型提取與解譯結(jié)果的成圖比例尺為1∶50 萬，地圖投影采用Albers 投影。

野外考察了松嫩平原、遼河平原、科爾沁沙地、黑土地的植被和土壤狀況，在此基礎上，根據(jù)土壤的生態(tài)限制因子及其土地利用狀況，重點考慮各地區(qū)優(yōu)勢植物功能群及其指示植物，歸納劃分了生態(tài)土地類別及各自的主要生態(tài)問題和管理對策。

2 結(jié)果分析

2.1 松嫩、遼河平原的地貌類型

松嫩平原、遼河平原的地貌類型可分為低臺地、極高平原、高平原、中平原、低平原和極低平原。低臺地環(huán)外圍分布，向內(nèi)漸次為極高平原、高平原、中平原和低平原，遼河平原存在部分極低平原，見圖1，即海拔高度和表面起伏度呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。

松嫩平原面積25.7 萬km2，遼河平原面積12.2 萬km2，松嫩平原主導地勢地貌為低臺地、高平原和中平原，遼河平原主導地勢地貌為低臺地、極高平原，極低平原占據(jù)很大比例，見表1。

作為東北象征之一的黑土，主體分布在松嫩平原，而科爾沁沙地主體分布在遼河平原，見表2。

松嫩平原和遼河平原坐落在東北三省和內(nèi)蒙古自治區(qū)的部分地區(qū)，各省區(qū)分布的主要地貌類型比例不同，黑龍江以低臺地、極高平原、高平原和中平原為主，吉林以低臺地、高平原和中平原為主，遼寧以低臺地、極低平原為主，內(nèi)蒙古以低臺地、極高平原、高平原為主。由于各地貌類型決定的生態(tài)背景各不相同，各省區(qū)在松嫩、松遼平原存在的主體生態(tài)問題也各不相同。

圖1 松嫩、遼河平原地勢地貌Fig.1 The geomorphic map of Song-nen and Liao-he Plain

表1 松嫩平原和遼河平原地貌類型及其面積數(shù)字化信息Table 1 The geomorphic type and respective area in Song-nen and Liao-he Plain萬hm2

表2 松嫩平原、遼河平原中分布的科爾沁沙地、黑土地Table 2 Distribution of Khorchin sandy land and Black soil zone in Song-nen and Liao-he Plain萬hm2

表3 各種地貌類型在東北各省區(qū)的分布Table 3 Distribution of various geomorphic types in Northeastern China萬hm2

2.2 土地利用類型及其數(shù)字化信息

松嫩平原、遼河平原土地利用分為林地、草地、旱田、水田等，不同地貌類型區(qū)土地利用的主體方式不同，林地主要分布在低臺地，高平原以上主要為旱田，水田分布在中平原和低平原及極低平原，見圖2。

在松嫩平原，旱田為主要的土地利用方式，其次為林地和草地，水田比例僅占7%，見表4。松嫩平原中沒有極低平原，低平原比例也非常少，很少的低平原上主要為水域、灘涂濕地或水田。林地主要分布在低臺地，草地主要分布在高平原和中平原，低臺地中有很大部分的草地，水域、灘涂濕地分布在中平原，鹽堿荒地主要分布在中平原，部分在高平原，其它土地類型的分布主體性不明顯，見表4。

圖2 松嫩平原、遼河平原土地利用Fig.2 Land use of Song-nen and Liao-he Plain

表4 松嫩平原的土地利用數(shù)字化信息Table 4 Digital information of land ues in Song-nen Plain萬hm2

在遼河平原，旱田也是主導的土地利用方式，其次為草地、水田、沙地，見表5。遼河平原上，林地主要分布在臺地，草地、沙地、水域和濕地灘涂主體分布在極高平原，鹽堿荒地主體分布在高平原，低臺地上分布的旱田最多，其他各種地勢地貌上也分布著大量的旱田，水田主要分布在極低平原，見表5。

表5 遼河平原的土地利用數(shù)字量化信息Table 5 Digital information of land ues in Liao-he Plain萬hm2

東北各省區(qū)在松嫩平原、遼河平原的土地利用類型也都以旱田為主，各省區(qū)其次的土地利用類型各不相同，黑龍江省為林地、水田，吉林省為鹽堿荒地、水田，遼寧省為水田、濕地灘涂，內(nèi)蒙古為草地、沙地，見表6。

科爾沁沙地的主體分布于內(nèi)蒙古自治區(qū)部分，其次為吉林省，黑龍江省沒有科爾沁沙地分布;黑土主體分布于黑龍江省，其次為吉林省和內(nèi)蒙古，遼寧省所占比例很少，見表6。

表6 各省區(qū)的土地利用類型及科爾沁沙地、黑土分布信息Table 6 Distribution of land use types，Khorchin sandy land and Black soil zone for four provinces and region in Song-nen and Liao-he Plain萬hm2

2.3 生態(tài)土地類別及其管理對策

生態(tài)土地類別，即將土壤及其植被作為統(tǒng)一體，考慮土壤的限制因子及其適應的優(yōu)勢植物種類和植被特征所劃分的體系方案及其結(jié)果。根據(jù)以上的基本地貌地勢信息和土地利用分布狀況，考慮有松花江(嫩江)和遼河從中間穿越，并且根據(jù)地下水位高［9，17－18］，季節(jié)性積水廣泛［18－19］，中高平原土壤中含有過量鹽離子的特征［8，18，20］，參考各地區(qū)的優(yōu)勢植物功能群［9，21］，將土壤中鹽分水平作為主導限制因子，并參考水因子和沙因子及其植被類型和土地潛力［23－26］，嘗試將松嫩、遼河平原土地劃分為4 個生態(tài)類別，在此基礎上，歸納總結(jié)出4 類生態(tài)土地類別的適宜發(fā)展方向、主要生態(tài)問題及基本管理對策，見表7。

表7 根據(jù)限制因子及其指示植物劃分的生態(tài)土地類別及其管理對策Table 7 The ecological regionalization and management strategies

甜土地類，即土壤中的鹽堿離子含量不制約甜土植物生長的地段，相反，鹽生植物不能在此地類生長存活，土壤pH 值為6.5～8.5，電導率為＜900 μs·cm－1，土壤堿化度＜25%。指示的甜土植物為莧菜(Portulaca sp. )、柴胡(Bupleurum spp. )和隱子草(Cleistogenes spp. )等。此地類主要分布在松嫩平原的周邊臺地、極高平原和部分高平原區(qū)，以及遼河平原的絕大部分地區(qū)，適宜發(fā)展林業(yè)、旱作農(nóng)田、人工草地，特別是苜蓿、青貯玉米等高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼草飼料。此地類存在的主要生態(tài)問題是水土流失，部分地區(qū)存在風蝕問題，土壤有機質(zhì)下降?；竟芾韺Σ呤峭烁€林還草，積極發(fā)展集約化大機械農(nóng)業(yè)、推廣保護性耕作(免耕、秸稈還田)，增加并保護土壤有機質(zhì)。

鹽堿地類，土壤中含有制約甜土植物生長的過量鹽堿離子的地段，甜土植物在此地類不能生長或偶有生長，鹽生植物在此地類生長表現(xiàn)良好，土壤pH 值＞9.0，電導率900 μs·cm－1～1 500 μs·cm－1，土壤堿化度＞25%，指示的鹽生植物為馬藺(Iris pallasii)、堿蓬(Suaeda sp. )和堿地膚(Kochia sieversiana)。此地類主要分布在松嫩平原的中平原部分和遼河平原的高平原部分，適宜發(fā)展草地、水田。此地類存在的主要生態(tài)問題是地表鹽堿化加重?；竟芾韺Σ呤菧p少放牧，調(diào)整放牧方式，包括增加飼草料資源，發(fā)展高效畜牧業(yè);減少對地表干擾。松嫩平原鹽堿化草甸中泡淖星羅棋布，是大型鳥類遷移路線和繁殖生活的天堂，因此，改放牧牛羊為放牧雞鴨鵝具有廣闊的發(fā)展前景。

水濕地類，土壤地下水位較高，地表至少有季節(jié)性積水的地段，廣泛分布著濕生植物，土壤pH 值、電導率和堿化度接近于甜土地類，個別地區(qū)接近于鹽堿地類，指示的濕生植物為針藺(Heleocharis mamillata)、苔草(Carex sp. )和浮萍(Lemna sp. )。此地類主要分布于松嫩平原的中平原，遼河平原的極低平原，適宜發(fā)展?jié)竦?、維持自然水域發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)服務或發(fā)展水產(chǎn)業(yè)或水田。此地類存在的基本生態(tài)問題是蓄水量減少、甚至斷流干涸。基本管理對策是系統(tǒng)管理水流域，統(tǒng)一調(diào)配水資源，權衡生產(chǎn)用水和生態(tài)用水，包括對河道和季節(jié)性洪水進行截流蓄洪留存下來。

沙土地類，土壤含黏粒少，沙質(zhì)，有機質(zhì)染色呈黑褐色或沒有而呈黃白色的地段，廣泛生長著沙生植物或木本植物，土壤pH 值8.0～9.0、電導率＜200 μs·cm－1、堿化度＜10%，指示的沙生植物為沙蓬(Agriophyllum sp. )、蟲實(Corispermum sp. )、豬毛菜(Salsola sp. )和榆樹(Ulmus pumila)。此地類主要分布于松嫩平原、遼河平原中高平原的科爾沁沙地部分，適宜發(fā)展林業(yè)、草地畜牧業(yè)或旱作農(nóng)田，以沙做原料發(fā)展沙產(chǎn)業(yè)具有豐富的資源基礎，雜糧雜豆等經(jīng)濟作物在此區(qū)具有廣闊的發(fā)展空間。此地類存在的主要生態(tài)問題是風蝕，基本管理對策是少耕低牧，植樹造林種草增加植被覆蓋度;充分規(guī)劃，精準適地適用發(fā)展農(nóng)牧業(yè)。另外，研究區(qū)沙地原始植被是榆樹樹林，由于追求木材生產(chǎn)，并增加防風效果，此區(qū)原始植被幾乎被砍伐殆盡，從而導致野生動物棲息地喪失，野兔山雞等野生動物數(shù)量銳減，因此，在大部分地區(qū)恢復自然榆樹植被是此區(qū)的一項重要政策選擇。

3 討論

松嫩平原、遼河平原基本地貌地勢特點為外圍高，向中間漸次降低、起伏度漸次變小，地貌類型依次為低臺地、極高平原、高平原、中平原、低平原和位于遼河平原中心部位的極低平原。

根據(jù)土壤限制因子及指示植物，此區(qū)土地可分為4 個生態(tài)土地類別:甜土地類、鹽堿地類和水濕地類及沙土地類。

根據(jù)鹽堿地在不同高海拔高度的分布比例，見表4、表5、圖3，間接證明松嫩平原鹽堿地形成是由于周邊高地的鹽堿離子隨水積累于平原土壤中的理論［15，18，22］，即靠近山地高處的鹽離子被水流攜帶進入平原，高處鹽堿地面積少，鹽離子進入平原積累于平原，但靠近河流水域等低處的鹽堿離子被排入河流排出，此區(qū)域鹽堿地面積也少，導致平原中間部位鹽堿地面積分布多。

政策及政策指導下的防范是生態(tài)系統(tǒng)管理的前提，生態(tài)系統(tǒng)管理及生態(tài)系統(tǒng)治理必須在明確的政策指導下實施。同時，生態(tài)治理(生態(tài)恢復)必須遵循如下原則:技術有效，成本低廉，可操作，可大面積推廣，有后續(xù)經(jīng)濟效益或社會效益［27］。

圖3 鹽堿地在各地貌類型中的分布比例Fig.3 Distribution of saline-alkali soil land in various geomorphic types

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