泰國北部山區(qū)土壤侵蝕調(diào)查報告

張加瓊， 馬 波， 稅軍峰， 李玉茹，趙春敬， 王顥霖， 曹曉萍， 李 銳， 焦菊英

(1.中國科學(xué)院 教育部 水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室， 陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所， 陜西 楊凌 712100； 3.西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院， 陜西 西安 710127)

泛第三極是全球環(huán)境與氣候變化的敏感區(qū)和功能脆弱區(qū)，受全球變化和人類活動的疊加作用，泛第三極地區(qū)土壤侵蝕有明顯增加的趨勢，會對該區(qū)域的生態(tài)安全產(chǎn)生巨大威脅。泰國(泰王國)作為泛第三極暖濕區(qū)的代表性區(qū)域，研究其土壤侵蝕環(huán)境和土壤侵蝕現(xiàn)狀，對明確受青藏高原影響的中南半島土壤侵蝕規(guī)律十分重要，也對分區(qū)制定科學(xué)的土壤侵蝕防治對策具有重要意義。

泰國位于東南亞區(qū)域中南半島中部，是一個君主立憲制國家，屬于經(jīng)濟和科技欠發(fā)達地區(qū)，然而卻是重要的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地，優(yōu)越的自然條件為作物生長提供了得天獨厚的條件，使泰國成為亞洲重要的農(nóng)產(chǎn)品出口國之一，且部分高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品在世界市場中具有重要影響[1]。因而，泰國的可持續(xù)健康農(nóng)業(yè)得到政府和研究者的高度關(guān)注，進而從社會狀況、經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境條件、土地利用類型和管理方式、生物多樣性、土壤性質(zhì)、養(yǎng)分利用、污染防治等方面開展了可持續(xù)農(nóng)業(yè)相關(guān)研究[2-4]。然而，缺乏關(guān)于土壤侵蝕與可持續(xù)農(nóng)業(yè)關(guān)系的相關(guān)研究[5]。事實上，土壤侵蝕是影響可持續(xù)農(nóng)業(yè)的重要因素。土壤侵蝕分選性地剝離和搬運地表富含有機質(zhì)的較細顆粒，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)變差，肥力降低，生產(chǎn)力下降，同時還會在搬運和沉積過程中造成泥沙堆積和面源污染，影響農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)、產(chǎn)量和安全[6-7]。

雖然泰國政府與學(xué)者們已經(jīng)意識到土壤侵蝕對可持續(xù)健康農(nóng)業(yè)的重要影響，泰國農(nóng)業(yè)部土地發(fā)展局(Land Development Department)、皇家森林局(Royal Forest Department)、泰國農(nóng)業(yè)大學(xué)(Kasetsart University)等機構(gòu)，聯(lián)合國際熱帶農(nóng)業(yè)研究中心(Centro International de Agricultural Tropical)、國際土壤研究與管理理事會(International Board for Soil Research and Management)等國內(nèi)外相關(guān)機構(gòu)設(shè)立了多個項目，開展泰國土壤侵蝕及防治策略研究[8-9]。采用遙感影像調(diào)查、GIS分析、模型模擬等方法在不同時空尺度上探討了泰國土地利用變化、氣候變化、植物種類和多樣性、植被蓋度等對土壤侵蝕的影響，分析了土壤侵蝕造成泥沙輸移、污染物遷移等研究，提出了初步的土壤侵蝕防治對策[10-17]。然而，目前在國際上發(fā)表的研究成果中，接近一半是來自其他國家的研究者，且多數(shù)研究成果發(fā)表于2014年以前，近5 a的新成果報道很少。目前可獲取的這些研究成果不能滿足本項目中綠色“一路一帶”戰(zhàn)略實施的需求。因而迫切需要在已有工作的基礎(chǔ)上，應(yīng)用新的技術(shù)，采用新的數(shù)據(jù)，深入研究該區(qū)土壤侵蝕的現(xiàn)狀、發(fā)生發(fā)展機制、驅(qū)動因子與區(qū)域分異規(guī)律，提出分區(qū)治理對策，為認識泛第三極地區(qū)的暖濕區(qū)域生態(tài)環(huán)境及其變化，以及區(qū)域生態(tài)安全提供科技支撐。

1 調(diào)查方法

1.1 研究區(qū)域概況

泰國地理位置為5°37′—20°27′N, 97°22′—105°37 ′E，其東南臨泰國灣，西南臨安達曼海，西北、東北、東南和南部分別與緬甸、老撾、柬埔寨和馬來西亞接壤。泰國南北長 2 500 km，東西寬1 250 km，海拔范圍0～2 565 m，國土總面積約5.13×105km2。泰國地形多變，可劃分為北部山區(qū)、中部平原、東北部高原、南部半島區(qū)。北部區(qū)域為全國地勢最高的地區(qū)，由西向東南傾斜，平均海拔約1 600 m，是泰國主要河流的發(fā)源地；東北區(qū)域大部分區(qū)域為沙質(zhì)平原，中部平原區(qū)為山地洪積平原和河流三角洲平原(湄南河平原)，土地肥沃，是泰國最為重要的糧食產(chǎn)地。由于泰國地處熱帶季風(fēng)氣候區(qū)域，常年氣溫在19～38 ℃，年均氣溫約 28 ℃，平均年降水量約1 000 mm，濕度變化為 66%～83%。降雨分級較集中，按照溫度和降雨變化，全年可分為熱季(3—6月)、雨季(7—10月)和旱季(11—2月)。

1.2 調(diào)查方法

泰國北部山地區(qū)主要包括17個省，占地1.77×107hm2，占泰國國土面積的約17%。由于高山密集，地勢陡峭，海拔500～2 565 m，可利用耕地面積有限，毀林開荒式輪作和不合理的耕作管理措施，使得該區(qū)域成為泰國土壤侵蝕最劇烈的區(qū)域。本次調(diào)查主要在清萊府開展，清萊府所在地位于北部山區(qū)，是土壤侵蝕較嚴(yán)重的區(qū)域之一(附圖1)。

通過在清萊府布設(shè)樣線，以10 km左右的間距選擇18個面積約為0.7～2.0 km2的調(diào)查單元(包括地形起伏較大地區(qū)的14個小流域和地形平緩地區(qū)的4個矩形單元，見附圖1)。調(diào)查土地利用類型及其空間分布、土壤侵蝕類型與特征、植被類型與蓋度、耕地狀況與作物類型、水土保持措施等項目。18個單元共劃分并調(diào)查了656個圖斑，在調(diào)查上述信息的同時，記錄不同土地利用類型圖斑的地理位置，利用奧維地圖對每個圖斑進行定位照相，為遙感解譯標(biāo)志的建立提供依據(jù)(附圖2)。在影像解譯和野外驗證的基礎(chǔ)上，用中國土壤流失方程(CSLE)計算每個抽樣單元中各圖斑的土壤侵蝕模數(shù)〔t/(km2·a)〕[18-20]，用以分析土壤侵蝕程度和空間變異性特征。CSLE是基于USLE的修訂模型，CSLE在沿用USLE基本模型的前提下，將USLE中的C(覆蓋與管理因子)和P(水土保持工程措施因子)因子細化為B(植被覆蓋與生物措施因子)、E(工程措施因子)和T(耕作措施因子)因子。USLE在泰國北部山區(qū)土壤侵蝕研究中的適用性已得到驗證[21]，而CSLE在中國土壤侵蝕普查中的應(yīng)用經(jīng)驗顯示，它可用于估算與泰國北部的自然環(huán)境條件類似的中國云南省土壤侵蝕[22-23]。此外，通過與清萊府、清邁府和曼谷土地發(fā)展局相關(guān)人員以及瑞宣大學(xué)(Naresuan University) W. Pansak博士課題組的討論，進一步了解泰國土壤侵蝕與水土保持現(xiàn)狀及研究進展。

2 土壤侵蝕特征

2.1 土壤侵蝕的主要特征

調(diào)查于2018年11月22—29日期間開展。由于調(diào)查期正處于泰國的旱季，降雨稀少，較少觀察到土壤侵蝕過程，但是前一雨季形成的土壤侵蝕痕跡隨處可見。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，土壤侵蝕主要發(fā)生在道路、田地邊坡、裸露地埂、坡耕地(尤其是新耕種的坡地)和建設(shè)用地邊坡，部分林地內(nèi)也可見侵蝕溝發(fā)育。未經(jīng)硬化的土路大多存在不同程度的侵蝕，部分道路形成嚴(yán)重的侵蝕溝，影響車輛通行(圖1)。

圖1 清萊府地區(qū)道路侵蝕(焦菊英攝于20181124-28)

由于該區(qū)年降雨量較大，坡耕地在耕種過程中需要考慮排水措施，因此多為順坡耕種，但較易形成侵蝕溝。坡耕地的侵蝕在新耕種的田地及其邊坡處尤為嚴(yán)重。田地內(nèi)部主要表現(xiàn)為細溝和切溝侵蝕，多分布于種植時間較短的菠蘿地。因為菠蘿大多分布在坡度較大的坡面且采用順坡條帶種植方式；當(dāng)菠蘿栽種時間較短(≤1 a)時，植株覆蓋面積有限，行間雜草較少，且植株的株距和行距均較大，地表裸露比例較高，加之陡峭的地形條件，為土壤侵蝕提供了有利條件，導(dǎo)致侵蝕溝普遍發(fā)育。而對種植時間較長(1～3 a)的菠蘿地，植株冠幅較大且雜草覆蓋行間空地，田地植被覆蓋率>90%，有效地控制了土壤侵蝕導(dǎo)致的水土流失。而田地邊坡植被蓋度往往較差，且未采取有效的固土排水措施，致使坡面匯流對田地邊坡造成強烈沖刷，田地邊坡侵蝕溝密集分布甚至出現(xiàn)滑塌(圖2—3)。對于建設(shè)用地，植被破壞和陡峭坡面也共同催生了密集的細溝發(fā)育(圖4)。林下土壤侵蝕相對耕地較少，林地內(nèi)的土壤侵蝕具有一定的林分結(jié)構(gòu)依賴性。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，以橡膠為代表的純林內(nèi)更容易發(fā)育侵蝕溝，溝寬和溝深分別可達1.2 m和0.9 m(圖5)。當(dāng)喬灌草混交的天然林轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟林后，林地的垂直結(jié)構(gòu)被破壞，幾乎無其他植被生長，加之部分樹種存在化感效應(yīng)[24-25]，林下幾乎無其他植被生長，導(dǎo)致單一林種冠幅對侵蝕性降雨的攔截有限，不利于水分蓄積，更易形成地表徑流，從而導(dǎo)致林下侵蝕。

圖2 清萊府地區(qū)田地邊坡侵蝕(馬波攝于20181124)

圖3 清萊府地區(qū)坡耕地侵蝕(馬波攝于20181124)

2.2 調(diào)查單元的土壤侵蝕模數(shù)

本文利用中國水力侵蝕抽樣調(diào)查方法[26]，計算區(qū)域土壤侵蝕因子(R,K)；基于1弧秒分辨率SRTM和LS_Tool計算坡度坡長因子；利用NDVI和PVI數(shù)據(jù)結(jié)合調(diào)查單元實地調(diào)查數(shù)據(jù)，計算水土保持措施因子(B，E，T)；采用中國土壤流失方程(CSLE)初步計算了18個調(diào)查單元的面積、耕地比例和土壤侵蝕模數(shù)(表1)。

18個調(diào)查單元的面積、耕地比例和土壤侵蝕模數(shù)計算結(jié)果表明調(diào)查單元的平均土壤侵蝕模數(shù)介于480.9～3 565.3 t/(km2·a)之間，總體平均為1 767.9 t/(km2·a)。納瑞宣大學(xué)W. Pansak博士的小區(qū)試驗結(jié)果顯示，橡膠純林的土壤侵蝕模數(shù)為1 829 t/(km2·a)，橡膠林與玉米、香根草、豆類作物套種的土壤侵蝕模數(shù)變化在676～1 537 t/(km2·a)?？梢姡狙芯坑嬎憬Y(jié)果具有一定的可信度。

圖4 清萊府地區(qū)建設(shè)用地邊坡侵蝕(焦菊英攝于20181126)

圖5 清萊府地區(qū)橡膠林下發(fā)育的侵蝕溝(趙春敬攝于20181127)表1 18個調(diào)查單元的面積、耕地比例和土壤侵蝕模數(shù)

調(diào)查單元面積/km2耕地比例/%經(jīng)濟園林比例/%平均侵蝕模數(shù)/(t·km-2·a-1)0.722.411.42 774.01.51.626.11 445.21.04.218.52 191.10.89.638.92 564.80.815.125.92 406.71.198.70.0528.00.817.10.0950.31.118.435.11 737.20.921.839.9655.31.197.31.7732.11.536.235.91 557.00.70.10.03 147.82.034.239.52 034.01.139.441.7480.41.411.737.21 458.60.70.027.72 979.60.89.252.0606.11.299.40.23 564.9

調(diào)查的18個單元分布在約200 km范圍內(nèi)，土壤侵蝕模數(shù)與降雨侵蝕力相關(guān)性較差，與坡度坡長因子呈較好的線性正相關(guān)關(guān)系(R2=0.88)，與耕作措施因子表現(xiàn)出一定的指數(shù)正相關(guān)關(guān)系(R2=0.49)，而與其他因子相關(guān)性較差(圖6)。可見，調(diào)查區(qū)域降雨侵蝕力的差異不大，地形條件和人為耕作因素成為了影響土壤侵蝕空間分異的重要因素。CSLE模擬結(jié)果顯示，土壤侵蝕模數(shù)存在顯著的空間分異特征，侵蝕較強烈的區(qū)域在所有調(diào)查單元均呈條帶狀分布，反映了地形影響下徑流沖刷形成的侵蝕物質(zhì)輸移途徑，也是土壤侵蝕防治的重點區(qū)域。

3 土壤侵蝕治理措施

調(diào)查結(jié)果顯示，泰國北部山區(qū)雖然土壤侵蝕現(xiàn)狀十分嚴(yán)峻，但采用的水土保持措施卻相對簡單，主要包括覆蓋(稻草、礫石等)、排水溝、套種、水平溝、谷坊等。對道路上發(fā)育的侵蝕溝，主要采取礫石硬化路面，使用非可蝕性材料填充侵蝕溝，修建簡易谷坊等措施。對坡面的林地和耕地主要采用修建排水溝，稻草覆蓋新種植坡地，以道路、水平溝等減小坡地順坡長度，修建水平梯田(bench terrace)等措施[17]。這些水土保持措施未能有效控制土壤侵蝕，導(dǎo)致土壤侵蝕在上述采取措施的區(qū)域繼續(xù)發(fā)展(圖7—8，附圖3)。修建水平溝雖然有利于坡面水土流失防控，然而由于設(shè)計規(guī)模小，有些地方反而因其匯水作用引起細溝或切溝侵蝕(圖3)。因此，加強水土保持措施的制定和實施是泰國北部土壤侵蝕防控亟待推進的重要任務(wù)?？梢酝ㄟ^制定和實施科學(xué)的水土保持措施體系，有效防控土壤侵蝕造成的水土流失，服務(wù)于可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

圖6 18個調(diào)查單元土壤侵蝕模數(shù)與坡長坡度因子及耕作措施因子的關(guān)系

圖7 清萊府地區(qū)道路侵蝕防治措施(路面碎石硬化和小型谷坊修建，李玉茹攝于 20181125)

圖8 清萊府地區(qū)林地侵蝕防治措施(林農(nóng)復(fù)合和林下稻草覆蓋，張加瓊攝于20181126)

4 土壤侵蝕的主要影響因素

泰國土壤侵蝕是在自然和人為因素共同作用下造成的，人為不合理的開發(fā)和利用是導(dǎo)致嚴(yán)重土壤侵蝕的主要原因。泰國降雨量大，北部地區(qū)坡度較大，這些條件為土壤侵蝕提供了強烈的侵蝕動力和有利的地形條件；雖然亞熱帶得天獨厚的氣候條件供養(yǎng)的茂盛植被可有效控制土壤侵蝕，泰國廣泛存在的毀林開荒將林地轉(zhuǎn)化為耕地和果園的行為，嚴(yán)重破壞了植被，為降雨提供了豐富的可蝕性物質(zhì)來源；此外，一年多熟的耕種制度加速了土壤養(yǎng)分的消耗。二者共同作用導(dǎo)致2～3 a后土層變薄，肥力下降，作物產(chǎn)量降低。當(dāng)農(nóng)民面臨作物減產(chǎn)受損時，往往并未采取培肥土壤的措施，而是撂荒肥力下降的土地，在新的區(qū)域毀林開地(附圖4)。新開墾的耕地，尤其是分布在陡坡的新開耕地，以及開墾過程中新修土路均為侵蝕提供了大量的物質(zhì)來源，具有非常高的侵蝕風(fēng)險。這種粗放式的耕種方式導(dǎo)致土壤侵蝕不斷加劇，單次降雨造成的水土流失量可達2 000 t/km2，部分地區(qū)年侵蝕模數(shù)10 000 t/km2以上[27-28]。加之目前采取的土壤侵蝕防治措施過于簡單，不足以有效控制嚴(yán)重的土壤侵蝕，也未能從根本上遏制土壤侵蝕繼續(xù)發(fā)展。

5 泰國土壤侵蝕研究展望

5.1 加強土壤侵蝕基礎(chǔ)理論研究

強烈的土壤侵蝕不僅對泰國的可持續(xù)農(nóng)業(yè)造成了嚴(yán)重威脅，也造成了滑坡、泥石流、洪水、河道阻塞等自然災(zāi)害，危害群眾生命財產(chǎn)安全。隨著社會各界對土壤侵蝕危害的重視，泰國政府部門開展了水土保持工作，并采取了禁止毀林開荒,恢復(fù)植被,制定合理的土地利用計劃,搬遷部分區(qū)域的居民,培養(yǎng)民眾水保意識等措施防控土壤侵蝕。然而，本次調(diào)查結(jié)果顯示，目前泰國土壤侵蝕觀測和調(diào)查數(shù)據(jù)匱乏，難以把準(zhǔn)確握土壤侵蝕現(xiàn)狀?，F(xiàn)有的土壤侵蝕研究成果不足以支撐水土保持措施效益的準(zhǔn)確評估，也未能為研發(fā)科學(xué)有效的水土保持防治措施體系提供充分的依據(jù)，尚不能滿足泰國的水土保持和生態(tài)環(huán)境建設(shè)需求，不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)和健康發(fā)展。因此，應(yīng)在前期研究的基礎(chǔ)上，進一步加強針對泰國具體情況的土壤侵蝕基礎(chǔ)理論研究。

5.2 制定系統(tǒng)的土壤侵蝕治理措施

目前，泰國相關(guān)政府部門正在積極地推進水土保持工作，尤其是坡耕地的水土保持。嘗試發(fā)展適用于不同地形條件的緩坡梯田、水平梯田，并配合使用植物籬、排水溝等措施。雖然這些措施降低了土壤侵蝕風(fēng)險，卻尚未充分發(fā)揮土壤侵蝕防治作用。未來應(yīng)注重改進土地利用方式、耕種制度并研發(fā)有效的小流域綜合治理模式。首先，必須徹底摒棄毀林開地，粗放輪作式的土地利用方式。對部分水土流失極其強烈且不便于采取水土保持措施的陡坡區(qū)域，如5 a內(nèi)侵蝕厚度可達20 cm的陡坡(>60°)[29]，其耕作引起的侵蝕損失遠大于農(nóng)產(chǎn)品帶來的收入，必須采取退耕還林草以恢復(fù)植被來控制土壤侵蝕。其次，北部山區(qū)坡耕地目前一般采用順坡條帶方式種植菠蘿，這種順坡種植方式在為排水提供便利的同時往往也引發(fā)坡面匯流，加劇了土壤侵蝕，因此，應(yīng)考慮改進種植方式，如嘗試將順坡條帶改為有一定夾角的斜坡條帶，在保證排水的同時減小土壤侵蝕；也可嘗試行間稻草/枯落物覆蓋等方式，在減小雨滴打擊，徑流沖刷作用的同時可在坡下的平緩區(qū)域攔截坡面徑流和泥沙形成水田，從而構(gòu)建坡上無侵蝕林地—坡中弱侵蝕農(nóng)地—坡下沉積水田的土地利用方式。最后，可以從世界其他國家篩選并引進成功的高效水保措施，但鑒于各種水土保持措施的作用、適用性等方面的差異，在采用時必須因地制宜地加以改進并充分考慮各類(耕作、工程、生物)措施的空間配置，綜合運用以提高其水土保持效果。

5.3 土壤侵蝕防治與可持續(xù)農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)在泰國占據(jù)著重要位置，在本次調(diào)查的18個單元中，耕地和果園的面積平均分別占29.8%和24.0%，兩者總占地比例高達57.8%，而森林面積僅為37.7%?？梢?，目前泰國北部山區(qū)的可利用土地已充分開發(fā)，而后繼可供開發(fā)利用的潛在土地資源十分有限?；谶@種現(xiàn)狀，要保障可持續(xù)農(nóng)業(yè)健康發(fā)展，對現(xiàn)有耕地和果園的保育性利用十分重要。在有效控制土壤侵蝕的同時，也需做好土壤培肥和污染控制工作，提高作物產(chǎn)量，發(fā)展可持續(xù)性的健康農(nóng)業(yè)。泰國的地理位置決定了其得天獨厚的種植環(huán)境，作物可以一年多熟。如果不注重培肥土壤，對土地的高度利用極易導(dǎo)致土地肥力降低，生產(chǎn)力下降，影響農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量。要提高作物產(chǎn)量，采取多熟制的同時，也要重視提高作物單產(chǎn)。清萊府的稻米產(chǎn)量平均約為3 500 kg/hm2，而氣候、土壤條件等類似的中國云南省稻米產(chǎn)量高達12 500 kg/hm2[30]。可見，泰國的單產(chǎn)還有很大的提升空間。此外，除草劑等的使用也會對土壤、水體、農(nóng)產(chǎn)品等造成污染，制約可持續(xù)農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展，應(yīng)采取相應(yīng)的控制對策(附圖5)。

致謝：感謝世界水土保持學(xué)會(WSWAC)理事Chinapatana Sukvibool和前任主席Samran Sombatpanit在本次考察合作單位推薦及聯(lián)絡(luò)方面給予的熱情幫助；感謝泰國土地發(fā)展局(LDD)及其清萊LDD Office 6 (特別是Mr. Niyom Surak團隊)在野外調(diào)查中給予的大力幫助，以及清邁LDD Office 7，瑞宣大學(xué)(Naresuan University) W. Pansak博士課題組對本次考察的大力支持；感謝西北大學(xué)楊勤科教授及其團隊的楊力華、杜朝正等對18個調(diào)查單元的解譯與土壤侵蝕模數(shù)的計算工作。