（环境工程专业论文）冀北高原荒漠化土地现状评价及治理对策研究.pdf

华北电力大学同等学历硕士学位沦文 摘要 冀北高原土地荒漠化是一个综合地质因索、气候背景、土壤状况和人为活动等诸多 了共同作用的土地退化过程。本文用多因子数量化权重评价体系对典型区沽源县沙化 土地进行评价，其荒漠化程度基本为中度。遥感解译分析得到近年来冀北高原荒漠化：t 地状况继续星发展趋势，风蚀是全区土地荒漠纯最普遍的表现形式i 东南坝缘【“地1 5 ” 以上的坡耕地水蚀严重，必须退耕还林：西部高原的低洼平川处，荒漠化类型主要为水 渍。围绕该区荒漠化状况，提出了沿边、沿坝防护林体系建设、稳固农田改进传统妁农 j k 耕作措施，退化草滩、荒地进行人工草场种植的荒漠化土地治理对策。 关键词：冀j k 高原，荒漠化，现状评价治理对策 a b s t r a c t i nt h en o r t hp l a t e a uo fh e b e ip r o v i n c e t h ed e s e r t i f i c a t i o ni sad e g e n e r a t i o np r o c e s s o fl a n dw h i c hc a u s e db ym a n yf a c t o r sr e a c t i n go ne a c ho t h e rs u c ha sg e o l o g yf a c t o r , w e a t h e rb a c k g r o u n d 。s o i lc o n d i t i o na n dh u m a na c t i v i t ya n ds oo u t h i sp a p e ru s e sa q u a n t i f ye v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo fm a n y f a c t o r st oe v a l u a t et h es a n d yl a n do f g u y n a n c o u r t 吼t h ee n do fd e s e r td e g r e ei sc o m et om e d i u m a c c o r d i n gt ot h em e s s a g ew h i c h c o m e sf r o mt h er o m e t es e n s i n gt r a n s l a t i n ga n d a n a l y s i s ，w ed r a wac o n c l u s i o nt h a tt h e t r e n do fd e s e r ts o i li nt h en o r t hp l a t e a uo fh e b e ii sc o n t i n u et ob ed e v e l o p i n gi nt h e r e c e n ty e a r s w i n de r o s i o ni st h em o s t w i d e s p r e a dt y p e i nt h ew h o l ea r e a o nt h es l o p i n g c u l t i v a t e dl a n dm o r et h a n1 ro ft h es o u t h e a s tm a r g i nm o u n t a i n s , w a t e re r o s i o ni s s e r i o u s w em u s tr e t u r nc u l t i v a t e dl a n dt ow o o d l a n da n dg r a s s l a n d a tt h el o w 1 y i n g e v e ns t a t i o no ft h ew e s t e r nr e g i o np l a t e a u t h ed e s e r tt y p ei sm a i n l ys a l te r o s i o n a r o u n d t h ep r e s e n ts i t u a t i o no fd e s e r t i f i e a t i o ni nr e s e a r c ha r e a ，ae o n t r o in l e t h o di sp u tf o r w a r d 。 t h a ti se s t a b l i s h i n gf o r e s ts y s t e ma l o n gw i t ht h es i d ea n df o l l o w st h e d a m ，i m p r o v i n gt h e t r a d i t i o n a ia g r i c u l t u r ef a r m i n gm e a s u r ei nt h ef i r m n e s sf a r m l a n da n dp l a n t i n gt h e a r t i f i c i a lg r a s s l a n di nt h ed e t e r i o r a t e g r a s s l a n da n dw a s t e l a n d l i a n gx i n h u a ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e d 姆p r o f c h e r ty i n g m i n k e yw o r d s ：t h en o r t hp l a t e a uo fh e b e i p r o v i n c e ；d e s e r t i f i c a t i o n ；t h ee v a l u a t i o n o f p r e s e n ts i t u a t i o n ；t h ec o n t r o lm e t h o d 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文冀北高原荒漠化土地现状评价 及治理对策研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期闻，在导师指导下进 行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之 处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北 电力大学或其他教育机构的学位或证书面使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：鎏蕉生日期：丛 关于学位论文使用授权的说明 本人完全r 解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部j 门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同 方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定l 作者签名：逖导师签名：7 晕享乏壶史 导师签名：f 哥1 事t “、一 日 期：趔! 圭：芏：日期：r 、易 华北电力大学同等学历颂一t 学位论文 1 1 选题依据及研究意义 第一章引言 土地荒漠化作为全球面临的一个重大的社会、经济和环境问题，已严重威胁r 人类的生存，并阻碍资源、环境、社会和经济的可持续利用和发展。据统计，全球 近三分之二即1 0 0 多个国家和地区，陆地面积的四分之一不同程度的受到荒淡化的 危害，9 亿人口受到荒漠化影响。尤其值得注意的是，全球土地荒漠化正以每年约 5 ( ) ，0 0 0 一7 0 ，0 0 0k r a 2 的速度扩展；全球由于荒漠化造成的直接经济损失每年达 4 2 3 亿美元。中围是目前世界上荒漠化魁害严重的国家之一1 。据国家林业局发 布的第二次全国荒漠化、沙化土地监测( 1 9 9 9 年) 结果表明：我国土地荒漠化、沙 化呈局部好转、整体恶化之势，截至1 9 9 9 年，我国有荒漠化土地2 6 7 4 万k m 2 ，占 翻土总面积的2 7 9 占全国耕地总面积的两倍多。与1 9 9 4 年监测结果相比，我国 荒漠化仍呈扩展趋势，1 9 9 5 至1 9 9 9 年，5 年净增荒漠化土地5 2 0 万k m 2 ，年均增 加1 0 4 万k m 2 ，生活在荒漠地区和受荒漠化影响的人口近4 亿。据有关方面粗略估 强，圜荒漠化危害造成的直接经济损失每年商达5 4 0 多亿元。1 。 为全面掌握截至2 0 0 4 年全国各类沙化和荒漠化土地分布的面积和1 9 9 9 年以来 的荒漠化动态情况，并对我国荒漠化和沙化现状、发展趋势、危害及治理效果进行 分析，并建立相应的国家、省级荒漠化和沙化土地信息管理系统，第三次全国土地 荒漠化和沙化监测活动2 0 0 3 年1 1 月4 日在北京启动，历时一年半。这将有力地推 动我国的荒漠化治理步伐，并针对性地提出各地防沙、治沙工程的改进措施，对进 步提高我国的土地生产力，改善人民的生活环境具有重要的现实意义。 我省北部高原主要包括张家口和承德坝上高原两部分，属于内蒙吉高原一一部 分，面积1 5 9 5 4k m 2 ，占全省总面积的8 5 。该区北部与内蒙古多伦、商都等干旱、 半干旱草原地带及荒漠草原地带的锡林郭勒沙漠亿发展区为邻：西部与山西的左 五、右玉和内蒙古的丰镇等在内的长城沿线沙漠化发展区接壤，沙化地区已经对冀 北高原地区形成半圆形包围。此外，该区地形南高北低，平均海拔1 2 0 0 1 5 0 0 m ，自 然环境恶劣，面临着两大沙区( 张家口、承德) ，六大风口( 怀安马市口、万全新 河口、张北黑风口、崇礼三龙口、赤诚独石口及丰宁小坝子) ，五大沙滩( 黄羊滩、 开阳滩、金沙滩、南马场、甘家滩) ，九条风沙通道( 燕山、阴山山脉上的九个山 u ) ，每年内蒙古及鳆北地区的风沙依势滚滚而下。风多雨少，气候恶劣。年平均 气温一0 3 - 4 c ，无霜冻期8 0 一1 1 0 d ，只适合种植一年一熟低温作物，全年作物植被 覆盖时问短a 区域内内陆河水系均为间歇性d , n 流，且由于长期超采地_ f 水，多数 时问断流。长期以来，恶劣的地理、自然条件与盲羁的人为活动对此地区的植被造 华北电力大学同等学历硕士学位论文 成r 毁灭性的破坏，荒漠化面积逐年增加。据统计，目前我省荒漠化土地面积已达 2 7 2 万h 一涉及1 1 4 个县，占全省总面积的1 4 5 ，其中流动沙丘有9 万h m 。 由荒漠化引发的士壤肥力下降，水土流失闯题造成我省每年沙尘暴、扬沙天气 次数。k 升、旱情加剧、土壤退化、沙化、碱化及风蚀、水蚀程度加重，从而产生的 一系列诸如毁坏公用设施、严重影响空气质量、阻碍交通运输、旱、涝、风、雹、 冻害和农作物病虫害频繁发生引起的农作物产量降低等等问题，给我省的经济发展 带，采了严重的影响。更为可怕的是，由于我省处于环滓京的特殊地理位簧，土地的 直接退化也会对首都的气候造成影响。面对即将到来的2 0 0 8 年奥运会，如何有效 采取措施，防风固沙，做好首都的防风屏障，做好冀北地区的荒漠化防治工作已成 为重要的经济课题。 选题“冀北高原荒漠化土地现状评价及治理对策研究”立足于研究本省国民经 济与社会发展中的资源可持续利用实际问题，意义重大。其一，对本省荒漠化过程 及其结果进行适时的监测，及时对发生荒漠化的土地进行评价，了解荒漠化的动态 变化，掌握其发生的机理，可以为本省防治荒漠化提供决策依据。其二，在土地利 用t i 植被覆盖方面，由于人口增长、经济落后，不合理的人为活动( 过度放牧， 滥挖、滥采、滥垦) 造成了土地承载压力增大，生态环境日趋恶化，通过揭示本区 荒漠化成因及近年来的发展程度，指导人们增强环保意识，合理利用土地，提高经 济效益。其三，通过对冀北高原土地荒漠化进行动态分析，指导人们有针对性的开 展荒漠化防治，为实现该区社会、经济、生态环境的可持续发展提供依据。其四， 选题综台环境科学、环境工程学、土壤学、气象学、农学、人文社会学等多门学科， 从影响土地荒漠化形成和发展的诸多因素入手，旨在为荒漠化成因及治理的研究开 辟新思路，为学科发展做贡献。 1 2 土地荒漠化的国内外研究现状 荒漠化( d e s e r t i f i c a t i o n ) 一词最早是在1 9 4 9 年由法国著名学者a h u b r e v i l l e 提出。他把热带一亚热带森林向草原转化并最终演变成类似沙漠景观的过程称为荒 漠化，1 9 7 7 年联合国荒漠化大会正式采用了这一名词，并指出：“荒漠化是土地生 物资源的退化和破坏，最终导致类似沙漠的情景。它使生态系统普遍恶化，削弱和 破坏生物的潜力，即破坏支持人类寻求发展和满足日益增长的人口需要中具有多种 用途的动植物的生产潜力”1 。”这一表述强调的是荒漠化的后果。1 9 9 1 年联合国环 境规划署( u n e p ) 对荒漠化的含义进行r 补充吲：( 1 ) 荒漠化是土地退化，小仅涉 及到干旱半干旱地区，而且在具有干旱季节的半湿润地区也有存在；而其发生的主 要原因是由于人类不合理的经济活动所造成。( 2 ) 它不仅是一个生态环境问题，也 是个社会经济问题。这一补充内容提出了沙漠化的成因条件，强调人类活动是荒 漠化的主导因素。1 9 9 4 年在联合国公约中，又将荒漠化作了更全面的表述：“荒 2 华北电力大学同等学历硕士学位论文 漠化是指包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱和亚湿润f 旱地区的土地退化。土地退化包括盐渍化、酸化、干化、养分枯竭、板结等物理、 化学和生态特性或经济特性的退化，自然生产力丧失。”该定义明确指出了三个问 题：第一，荒漠化是在气候变化和人类活动等多种因素的影响下发生扩展的；第二， 荒漠化产生的背景条件和分布范围，即在干旱、半干旱和亚湿润干早区t 第三，荒 漠化是发生在于早、半干旱和贬湿润地区的土地退化”1 。目前此概念普遍被各国学 者所接受。 荒漠化作为一个全球性的生态环境问题，已经越来越受到国际社会的广泛关 注。8 0 年代初，联合国环境规划署( u n e p ) 及国际粮农组织( f a o ) 等在荒漠化 评价和制图方案中提出了荒漠化现状、评价，危险性的具体定量标准及荒漠化发 展程度等级。其中对荒漠化的评价指标中给出了4 个方面1 5 个指标，每个指标有4 个分级，但由于指标繁杂，且好些个间接性指标数据提取较困难，实践效果不太理 想。 中国有组织的开展荒漠化研究是在新中国成立后。早在5 0 年代，首次组织了 多学科的综合性沙漠考察：7 0 年代开展了以干旱、半干旱地区为中心的土地荒漠化 调查：近l o 年来，随着科学技术的发展，利用“3 s ”( g i s 、r s 、g p s ) 技术，编制 了我国土地荒漠化类型、分布图。目前，我国荒漠化研究正逐渐趋于系统化，研究 内容主要集中在以下几个方面：荒漠化地区自然环境过程、机制、演变规律和发展 趋势；荒漠化发展趋势监测及信息系统；防治技术措施( 工程的、生物的、农业的、 化学的) 研究：防治模式及示范区模拟研究；荒漠化地区水，土、生物资源潜力评 价等等。 困内的荒漠化监测评价指标研究已有众多学者做过探索。朱震达、陈广庭等提 出利用地理景观及地荒漠化发展来研究判断沙漠化程度的指标为荒漠化土地扩 大率；从生态角度判断则以植被盖度大小作为荒漠化程度的参考指标；从地表形态 发展阶段划分沙漠化发展状况，综合遥感手段和地面实查，区别各种程度的沙漠化 的主要标志。李华新则提出了以荒漠生态环境指标、荒漠生物指标和社会经济指 标五个子系统共8 7 个指标组成监测评价多指标分级综合描述法。安惠民提出将自 然环境特征、生态环境、荒漠化过程特征和人为活动纳入监测指标体系。王葆芳利 用因内外资料评述沙漠化监测评价指标体系的分级。综观众多的评价体系，也存 在许多不足之处：( 1 ) 制定评价指标体系的目标不明确，不能同时适用各个监测区： ( 2 ) 由于指标体系的多样性，造成了各指标间有相互交叉的现象出现。荒漠化评 价结果难以客观反映和准确评价荒漠化状况。( 3 ) 单因素评价法，简便易行，但只 能在某种程度上反映荒漠化的轮廓信息，其准确性较差。( 4 ) 多因子评价，由于困 子蓐息量层次不清，指标难以通过遥感技术获取，实地调查难免有各种主观凶素介 入，小能进行科学性论述。 华北电力大学同等学历硕士学位沦文 我们可以看到：荒漠化系统并非一个简单的线性动力系统，它有自身的演化规 律同时能对外界环境的激励与扰动产生反响。它的发生与发展受控于地球表层的 各蠲层之间的相互耦合作用，同时人类的各种不当活动引起的植被破坏和上地退化 则加速了荒漠化的发展速度。总起来看，气候变化是控制荒漠化进退的首要因素， 土壤水分含量的降低及作物需水量的不足是导致干旱、半干旱地区生物生产力衰减 迸而导致荒漠化的直接原因。特殊的地理位箕、地形地貌，奠定了荒漠化分布的总 体格局。如何采取有效措施，增加植被覆盖率。是遏制荒漠化发展进程的最重要的 一环。 荒漠化研究的历史并不长，许多问题有待深入探索。近年来，荒漠化的研究不 仪体现在对各种评价指标数据资料的收集与分析，更表现在人们对荒漠化的科学认 识。荒漠化的多成因学说，使荒漠化问题的研究涉及到气象学、地质学、土壤学、 林学、人文学、经济学、数学等等相关领域，对荒漠化的定性描述也发展到定量研 究，尤其遥感技术( r s ) 、地理信息系统( g i s ) 、和全球定位系统( g p s ) 及其集成 技术的发展，使荒漠化的动态预测成为可能。当然，随着研究深度和广度的扩展， 使荒漠化闯题彻底解决的设想变得更加复杂和困难。因此，研究与防治荒漠化，实 现荒漠化地区资源的可持续发展，任重遵远。 1 3 研究方法与主要研究内容 本课题属于应用研究范围意在通过对研究区土地荒漠化成因( 地形地貌、成 土条件、气候状况、土壤结构及人为因素) 具体信息的收集，找出该区荒漠化发生 与发展的关键因素；并通过归纳治荒专家的先进荒漠化评价体系，利用野外调查与 拳内分析收集研究区典型区域( 沽源县) 的荒漠化各项指标，定量评价典型区域内 的荒漠化程度；对研究区整体荒漠化程度的评价，则通过相关资料的分析与推理。 对于研究区目前荒漠化的发展趋势，利用“3 s ”卫星遥感图片和计算机分析软件， 进行研究区分年度分层次面积总汇，进而分析近年来的荒漠化发展程度。结合成因 和分析结果，力求提出符合当地经济和社会条件的荒漠化治理模式。研究具体内容 和方法包括以下几个方面： 1 、研究区荒漠化土地成因及分析 ( 1 ) 通过文献阅读和河北省地形图、地质图分析，研究分析区内特殊的荒漠 化地理成因。 ( 2 ) 收集研究区多年的降水资料和目前的气候( 年均温、大风天数、无霜期 等) 状况，运用数学概率分析法，重点找出研究区内水资源与荒漠化发生的直接 联系。 ( 3 ) 选择某个典型区域，野外采集土样( 具有不同代表特征的) 、风积物和 残积物t 用化学分析法分析研究区土壤的物理结构和养分、水分含量状况，探讨荒 4 华北电力大学同等学历硕士学位沦文 漠化的土壤成因，并为研究区荒漠化的分类治理奠定理论基础。 ( 4 ) 通过历史文献阅读和实地考察，了解当地人为活动( 垦荒、放牧、上地经 营方式、水利设施等) 对土地荒漠化形成的影响，并为荒漠化的主观治理提出建议。 2 、研究区土地荒漠化评价体系构建 ( 1 ) 文献阅读收集近年来荒漠化土地定量评价标准体系，通过专家咨询，寻找适 合研究区荒漠化特点的多因子加权数量化评价体系；( 2 ) 遥感解译信息系统在研究 区荒漠化发展动态特征研究中的应用。 3 、研究区土地荒漠化评价的实证研究 ( 1 ) 荒漠化现状程度研究 实测与收集研究区典型区域( 沽源县) 的各项荒漠化指标值，利用评价体系评 价典型区域内荒漠化的种类、发生的地貌位置以及目前的轻重程度。 ( 2 ) 研究区荒漠化演变的动态特征研究 采用研究区内多时相、多波段、多平台的陆地卫星图片和研究区内的荒漠化基 础信息资料，利用遥感解译信息系统，分析整个研究区各类地貌目前荒漠化发生特 征以及整体发展趋势，并对研究区内近年来荒漠化的面积( 分轻度、中度、重度) 进行统计，从而分析研究区荒漠化动态演化特征。 3 、研究区荒漠化治理对策的提出 结合研究区内的地形、地貌特征和具体的土地利用现状，以研究区内荒漠化类 型及关键成因为基础，提出沿边、沿坝山地、基本农田区及退化草滩、荒地四类基 奉治理模式。 荒漠化治理是一项可以综合多门学科的庞大生物工程，本文治理的重点为基于 当地经济、社会能力能够承受的基础上。力求寻找一些更有实效的基本治理方法。 1 4 研究所要达到的预期目标 本研究通过荒漠化的成因研究，意在解释荒漠化过程是一个多因素综合作用、 经过长期的历史演变过程形成的地质过程。人为因素只是在某种程度上加速了它的 发展过程。 荒漠化的定量评价涉及指标多，不可能一采取，在坚持主导因子的基础t ， 综合分析各指标的权重系数是必须的，也是评价能否准确的关键因素。 长期以来将荒漠化的治理与本地农业持续发展措旌相结合进行研究，工作做 得还1 ；太多。本文将采用最根本的农业耕作措施作为荒漠化治理最基本和最有实效 的工程措施，旨在说明荒漠化的根本原因就是土地生产潜力的下降。 第二章冀北高原荒漠化土地成因及分析 s 一 兰些皇垄奎堂塑箜兰堕堡主兰堡堕塞 一一一 土地荒漠化是一个复杂的地质历史演化过程。从引言中关于荒漠化定义的表述 中可以看出，荒漠化过程的形成，是综合了地质背景( 包括成土基岩、地形地貌、 地卜| 水状况等) 、气候( 包括降水量、蒸散量、年均温度、风速和风向等) 因素、 土壤因素( 包括土壤类型、结构、质地、营养状况等) 和人为活动( 樵、采、疆等) 等多因素相互作用，经过长时期的土壤演变造成的。其直接后果为土壤生产力下降， 植被覆盖率明显降低，土壤沙化等等。本文在搜集研究区气象资料、土壤类型及质 地、地形图和人文环境等多元信息的基础上，具体分析该区荒漠化土地形成的自然 背景和人为环境，探讨研究区荒漠化发生和发展的驱动因素和分布演亿趋势规律。 2 1 研究区地质地貌背景与地彩因素分析 2 1 1 地质地筑背景分析 研究区冀托高原位于张家口、阐场、赤蜂以北地区，包括河北省北部的张北、 沽源、康保全县和尚义、丰宁、围场县一部分。大致位于北纬4 0 5 i _ 。4 2 0 ，东经1 1 3 5 。 一1 1 8 0 o 全区平均海拔1 3 0 0 - - 1 7 0 0 米，总蘑积1 7 6 8 7 k $ “( 如图2 一1 ) 。 冀北高原坝上地区属于蒙古高原的南缘，按构造单元和地貔类型可分为三部分。南 部坝缘属于燕山穹折带，被中生代和新生代的喷出 岩、流纹岩、安山岩和玄武岩所覆盖，地貌为东西走 向的中山、低山山地，经长期风化与侵蚀，地形切割 破碎，形成垄台状山岭，成为坝上内流区与坝下外流 区的分水岭，通称坝头地带。 中部属于古老的内蒙古台背斜，基底由古老的片 麻岩、片岩等变质岩系组成，中生代的燕山运动出现 ，一系列的大断裂，并发育了系列大型盆地，盆地 巾沉积了厚层碎屑物质。与此同时，伴随花岗岩侵图2 1 研究区所处地理位置 入和火山喷发，形成了今天的高原地貌骨架。到新生代造山运动，沿断裂多次喷发 玄武岩，在低洼处沉积了各种类型的新生代沉积物，地貌上形成了现在的波状高原。 北部属于阴山穹折带，为阴山山脉向东延伸部分，大部分为花岗岩和变质岩组 成，经长期风化剥蚀，地貌上为低山丘陵区，上覆薄层残坡积物和风成沉积物。 综上述，地壳运动塑造了研究区内的高原和山地两种地貌形态，同时奠定了研 究区内荒漠化演化格局。因为，其一：地貌形态各异影响区内的水文气象和生态条 件，从而影响荒漠化的区域分布特征( 面蚀主要发生在高原开阔处：沟蚀则发生在 d l 间谷地；平川低洼地带土壤盐碱化较严重。) ；其二：地壳运动形成区内大面积分 布的松散沉积物以及长期地壳运动形成的花岗岩、变质岩等为荒漠化提供了丰富的 物源基础。如山区山体多为通体沙源，土壤成土母质为风沙土，土层薄，一旦表层 6 华北电力大学同等学历硕士学位论文 植被遭破坏，伏沙裸露，极易受风力和流水的侵蚀。 2 t 2 地形因素分析 研究区的北部边缘与内蒙高原连成一片，大部分海拔1 3 5 0 - - 1 6 0 0 m ，地形起伏 不犬，相对高差均在5 0 m 以内，呈阶状分布：南部和东部地势较高，海拔1 5 0 0 - - 1 8 0 0 m ， 相对高差2 0 0 m ，为垄状山岭和萑状高原，中部为高原的主体，呈波状高原景观，岗 梁、早滩、二阴滩、湖淖等微地貌景观相间分布”。整个研究区地形西北低东南高， 为内蒙古风沙侵入创造了有利条件。 从整体地形来讲，从北京市向西北到中蒙边境，纵跨华北冲积平原、燕山山系、 内蒙古高原三大地貌单元，形成逐渐升高的三级构造阶梯地貌。研究区处于严重风 蚀沙化和风蚀沙化的交界地带。北部内蒙高原广泛分布着戈壁、沙漠和风沙土。从 上述地形特征分析，内蒙古高原上大面积覆盖的沙漠土、尘土、戈壁岩屑在三级阶 梯地貌上，伴随着强劲的西北风，必然会成为坝上地区土地荒漠化形成的巨大沙源。 侵入的风沙由于受到研究区南高北低南部屏障的阻滞作用，势必加重研究区的荒漠 化发展程度。以沽源为例，风沙灾害形势图( 图2 2 ) 如下示： 此外，该地区地形复杂，地 貌类型多种多样：有坡度平缓、 形体浑圆的丘陵区，有波状起 伏、岗梁环绕的高原区，还有 沟峰相问、山口列布的坝头区， 有多处风口和风道。如沽源县 的网大进风口、三大出风口， 其中黑风口是河北省六大风口 之一：丰宁县小坝子乡处于接 坝地带，潮河谷地形成了狭管 风道，加大了该区风沙力度。 图2 2 沽源县风沙灾害形势图 1 。严重风蚀沙化区；2 风蚀抄化区；3 风蚀沙化前沿 区；4 国界；5 沙化类型等级界线：6 高原与山地界 线；7 山地与平原界线；8 主导风向 2 2 土壤因素分析 土壤是荒漠化的主要载体，是所有影响荒漠化形成的因素的集中体现者。不同 的土壤类型和土壤质地抵抗各种恶劣的气候条件和脆弱的生态环境的能力不同。在 外界风化、侵蚀、搬运、堆积等外营力地质作用下，土壤有机质含量高，结构紧凑， 华北电力大学同等学历硕士学位论文 粘粒含量高的土壤，抵御外界侵蚀能力高，故此类土壤保水能力强，能满足不同植 物种群对土壤含水率的要求，而有机质含量低，结构松散的土壤，保水和持水能力 相对较弱，适种植物品种少，植被覆盖率低，抵御外界侵蚀能力弱，故土壤的理化 性质也是影响荒漠化进程的一个重要因素。 2 2 1 研究区土壤基本理化状况分析 冀北高原的成土基岩基本上为花岗岩及其相应的变质岩类，在经受物理风化过 程中易于破碎成砂砾，为土地荒漠化提供了必要的物质基础。由于长期风、水侵蚀， 主要发育了岗梁砂质票钙土和滩洼壤质草甸粟钙土两种基本土壤u “，其基本理化性 状如下表( 表2 - - 1 ) ： 表2 1 栗钙土耕层土壤( 0 2 0c m ) 理亿性状 有机质全氨全磷速效氯速效磷c a c o ，p h( 0 o i 质地 l 一壤类型 ( )( )( ) ( - g k g 。1 】( 1 9 k g 。1 ) ( )，壹径( ) 草甸栗钙土3 0 70 1 7 10 0 4 5 51 1 6 ，39 84 3 67 7 03 7 3 8 中壤 岗桨栗钙土 1 1 60 0 7 0 70 ，0 1 9 61 0 6 74 507 4 214 9 4 砂壤 注：土壤各养分的测定均采用土壤农业化学常规分析方法 从上表分析，栗钙土耕层土壤0 0 1 硼物理性粘粒含量较低，尤其是岗粱栗 钙土，质地为较轻的砂壤。其表现为成土作用弱，层浅薄，粗骨贫瘠，土层厚度 一般2 0 - - 6 0 c m ，耕层含砾1 3 卜2 1 ，其保水、持水能力弱，透水力强，难以提供 植被必需的水分。从有机质含量看，岗梁栗钙土有机质含甓低，植物可以直接吸收 的氨、磷成分也不高，敬土层贫瘠，没有外界培肥作用，植被难以茂盛。草甸栗钙 土性状较好，但所处地势低洼地下水位低，如果地面植被覆盖率低，在蒸散虽高 的气候背景和大风的侵蚀下，容易造成盐分t 升，土壤盐渍化。 此外，栗钙土在4 0 - - - 6 0 c m 土层下普遍分布有钙积层、粗砂、砾石等植物根系 发育的障碍层 1 2 。钙质成分高，结构松散，养分含量低，从而造成其上植被成活 率低- 大量耕作层细粒土壤被风吹跑，沙粒裸露，造成土地荒漠化。 2 2 2 土壤与风蚀物的具体粒级结构和养分分析 刘朝霞等，在进行毛乌紊沙地风蚀研究中，更是将士壤表土层( o 1 0 c m ) ( 0 o l m u 的物理粘粒含量、表土层中有机质含量以及与土壤紧密相关的植被覆盖 度作为风蚀荒漠化的分类标准 1 3 。如下表( 表2 2 ) ： 从这个角度出发，本文以丰宁大滩镇为例，野外观测与收集了空旷裸露耕地上 的土壤标本，进行了土壤表层和风蚀物粒度、有机质含量的分析研究。( 风蚀物收 集高度为距地表2 0 a m ，土壤样品取之表层3 c u 范围深度。) 。结果如下：( 表2 3 、 华北电力大学同等学历硕士学位论文 4 ) 表2 2 风蚀荒漠化强度分级表 表2 3土壤表层粒度组成、有机质含量 14 85 0 1 9 + 3 24 34 7 7 33 01 2 33 0 6 45 76 82 6 6 55 o7 52 5 9 61 62 3 1 74 25 61 9 5 平均3 2 6 22 7 5 5 0 4 3 8 0 3 8 6 4 8 9 4 6 o 6 2 3 5 3 7 4 8 3 1 1 9 5 2 7 5 5 7 8 1 5 8 8 2 7 5 8 6 4 8 8 o 6 3 7 5 7 2 8 8 7 3 1 4 5 6 6 5 6 4 5 1 2 9 8 9 9 0 1 5 1 3 8 5 4 7 2 5 0 9 5 0 l 1 0 4 0 3 研究区内由于受气候影响，风蚀是最主要的土壤退化模式。从土壤表层与风蚀 物粒径级配分布比较图( 如图2 3 ) 可以看出，( 1 ) 风蚀物与相应的土壤比较，风 蚀物在粒径级配上，粒级范围明显缩小且集中在0 2 5 一o 0 5 帅。约占7 1 2 ，而 相应的表层土壤0 2 5 一o 0 5 帅仅占48 3 1 1 6 。( 2 ) 粗、中砂含量在风蚀物中明显减 少， o 5f i l m 粘粒的含量在表层土壤中占9 4 ，而风蚀物中仅占0 8 ：细砂含量明 娃增加，粉砂及粘土含量在大部分样品中趋子增加，0 2 5 帅以下粘粒的含量由表 土层中的6 3 1 增加到风蚀物中含量为8 6 4 。( 3 ) 就有机质含量而言，风蚀物较 之相应土壤略有增高。且在不同的耕作措施。f ，风蚀物有机质含量不同，由秋翻地 至春翻地和留茬地增加。这为利用农业耕作措施提高当地土壤养分含量，减少蒸散 最，有效遏制荒漠化提供了理论依据。 究其原因，粒径较大土壤颗粒在风蚀过程中，需要的起动风速较大”“”。并且 9 华北电力大学同等学历硕士学位论文 易以跃移形式运动；而粒径较小颗粒因其沉降速度一般小于气流向上脉动的分速度 而易以悬移形式运动，因而在风对土壤颗粒的分选分异作用下，大量的粉砂及粘土 颗粒可能在风力作用下，能够搬运到更远的地区”“。这就使得风蚀作用对土壤肥力 造成很大影响。 表2 4 风蚀物粒度组成、有机质含量 b 0 7 0 6 0 5 0 芒 筮4 0 隶 i 吐3 0 2 0 1 0 0 i 0 0 s0 5 1 0 2 5 0 2 f i 0 0 50 0 5 1 0 0 0 2( 0 0 0 2 粒径级配 图2 3 土壤表层与风蚀物粒度分配圈 土壤肥力要素大部分集中在最细最轻的颗粒，在风力作用f ，这些颗粒优先被 侵蚀和搬运，导致有机质与养分含曩减少，且风速越大，损失越重“。在研究区特 l o 华北电力大学同等学历硕士学位论文 定的地质、地貌和降水条件下，土壤作为荒漠化的载体，其目前的结构、理化性状 和养分状况必然是荒漠化成因中首要考虑的要素之。 2 2 3 土壤食水率与檀被状况 植被覆盖率是众多荒漠化研究专家评价荒漠化发展程度的重要指标之一“。在 植物种群的发育基本受水资源制约的干旱、半干旱地区，壤含水量的大小对于植 物种群的生存至关重要。一般来说，草本植物要求土壤含水量在8 以上，而沙生植 物对土壤含水量只要求在3 以上。在我国西北地区，当土壤含水量( 7 时，天然 植被开始退化，土地开始沙化：当土壤含水量 5 时，植被退化，土地沙化明显； 当土壤含水量( 3 时，基本无植被生长，土地严重沙化。另一方面，植物需要有适 宜其自身生长的地下水位，其最低水位称为凋萎水位。一般沙生植物的适生水位深 度为l 一5 m 。一旦地下水位下降到低于凋萎水位，植物即发生枯死。这是土地沙漠 化的主要原因之一“。 一、土壤含水量与季节变化关系分析 冀北高原的土壤水分调节主要受季节性自然降水影响”。土壤水分含量在不同 的土壤类型、不同的土层深度，有效储水量和水分变幅也不同。冬季温度低，蒸发 量小。夏季降水量大，是土壤含水量变幅较小的季节；春秋季节，风沙强劲，温度 较冬季略高，蒸散量远远高于降水量，土壤水分含量小，变异系数也太。各阶段土 壤水分含量特点与季节变化关系可分为四个不同时期： ( 1 ) 冬季水分冻结聚墒期( 1 1 月一翌年2 月) ：该期降水少，平均降水占全 年的4 7 4 ，平均地温- 1 7 4 一一5 3 0 c 。此期地温和气温最低，土壤水分处于冻结状 态。随时间的变化，冻结逐步处于稳定状态。随土壤与大气闷热量的不断交换或土 层内部上下的梯度差异，土壤中大部分水运动到地表，发生冻结，随冻层加厚，冻 层储水量已开始增加，在冻层最厚时，土层含水量最大。通过测定，该期0 1 0 0 c m 土壤平均含水量坡梁地和早滩地分别增加1 5 1 和2 7 7 ，l m 聚墒量分别增加 1 5 0 6 m m 和2 7 + 6 7 m m 。这为春季植物繁衍提供了有利条件。 ( 2 ) 春季返浆强烈蒸发失墒期( 3 _ 5 月) ：此期降水占全年的8 0 8 ，平均 地温5 + 1 1 2 5 0 c 。该期由于地温回升，多风沙。土壤进入融化阶段。融化方式由 上向下和由下向上同时进行，坡梁地由于热容量低，融化速率大，早滩地由于热容 量大，融化速率低。至5 月底，由于蒸发强烈，土壤明显散墒。通过测定，0 1 0 0 c m 土壤含水量坡梁地和早滩地分别降低2 3 5 和6 7 2 ，l m 土体储水量则分别f 降 2 3 4 7 m m 和6 7 1 6 m w 。针对本期特点，荒漠化治理必须本着尽量减少土壤水分蒸 发景，保住“冬季聚墒水”，确保一年生植物顺利发芽和多年生植物顺利返青，为 当年增加植被覆盖率打好基础。 ( 3 ) 夏季雨水v 淋水分恢复期：该期降水占全年的7 2 3 7 一8 2 4 3 ，平均地 1 1 华北电力大学同等学历硕士学位论文 温15 1 一1 9 7 c ，雨热同步。由于降水集中，土壤水分得到暂时恢复，为植物需水、 增加生物产量提供了有利保障。相比春季，o l o o c m 土壤含水量变幅坡梁地、早滩 地分别为2 9 9 、7 2 4 ，l m 土体储水量相应增加2 9 8 7 m m 和7 2 4 0 m m 。荒漠化治理 工作，除采取相应措施，保证植被长势最好外，一方面必须注意坡耕地的水土保持 j r 作，另一方面要善于利用各种水利设施储水。 ( 4 ) 秋季水分缓慢蒸发消耗期( 卜1 0 月) ：该期降水占全年的6 1 1 卜1 5 2 4 ， 平均气温2 2 一1 2 2 0 c 。由于降水少，气温高，土壤水分处于一个缓慢蒸发期。0 一l o o c m 土壤含水量坡梁地、旱滩地分别下降1 9 7 和2 7 7 n 5 ，l m 土体储水量分别 f 降1 9 6 9 咖和2 7 6 8 m m 。针对这个特点，治荒工作应以防止土壤蒸发为主，并采 取相应调控措施，把有限的降水储存在“土壤库容”中，避免一些传统的加大土 壤蒸发量的耕作措旌，以便达到秋水春用的目的。 二、研究区土壤水分物理性质 冀北高原的两种主要土壤( 岗梁栗钙土和滩地栗钙) ，由于理化性质不同， 不同深度的土层，土壤结构和有机质含量不同，从而造成土壤含水量有差异。坡粱 地地势高燥、砂质结构决定着该类地接纳涵养水分能力差，土壤储水量小；而早滩 地土壤质地细，潜在肥力高，土壤储水则较高。各种不同土壤分层水分物理性质如 表( 2 5 ) 表示： 表2 5 冀北高原不同类型土壤水分物理性质 土壤类型土层深度( m u l )o 一2 02 0 一4 04 0 一6 06 0 一8 08 0 一1 0 0 坡 粱 地 粟 钙 土 滩 地 栗 钙 土 田间持水量 凋萎湿度 最大有效水量 田间持水量 凋萎湿度 最大有效水量 m m m m m m 1 9 7 2 3 9 4 4 4 0 7 8 1 4 1 5 6 5 3 1 3 0 1 0 2 7 2 0 5 4 3 1 l 6 2 2 7 1 6 1 4 3 2 9 6 5 1 9 3 0 3 5 2 7 0 4 6 1 3 1 2 2 6 1 3 6 6 2 7 3 2 3 2 7 6 5 4 1 0 3 9 2 0 7 8 2 0 6 1 4 1 2 2 3 2 l 8 4 2 1 7 4 0 3 4 8 0 3 4 4 54 3 9 74 7 0 92 3 8 71 5 4 4 6 8 9 08 7 9 49 4 1 84 7 7 43 0 8 8 8 7 0l o 3 69 9 71 0 9 16 4 4 1 7 4 02 0 7 21 9 9 42 1 8 21 2 8 8 2 5 7 53 3 6 13 7 1 21 2 9 69 0 0 5 1 5 06 7 2 27 4 2 42 5 9 2 1 8 0 0 由表2 5 ，结合土壤水分动态，可以得出：( 1 ) 在土壤活跃层( o 一4 0 c m ) ，土壤 1 2 帆 叫 叫 华北电力大学同等学历硕士学位论文 结构好，土层疏松，接纳雨水能力强，受耕作等影响较大，且作物根系主要集中此 层，干湿变化明显。坡梁地、早滩地土壤含水蹩变幅分别为2 1 3 _ 2 1 2 7 和2 0 3 一2 8 8 3 ，水分变异较大；( 2 ) 在土壤次活跃层( 4 0 - - 8 0 c m ) ，受人为因素和气候 影响较小，但仍有一定量得根系分布，土壤水分变幅也较大。坡梁地、潍地土壤含 水量变幅分别为1 7 _ 1 3 1 6 和3 7 9 卜2 6 8 3 。且4 0 - - 8 0 c m 土层有效储水量，坡 粱地和滩地分别可达3 3 0 4m m 和8 0 1 6 m m 。因此，在该区植被生产，尤其是作物生 产中，该层直接或间接向植被供水作用明显，且储水显著。如果通过农业措施，促 进根系下扎，可充分发挥次活跃层水分增产潜力；( 3 ) 在相对稳定层( 8 0 c m 以f ) ， 持水能力较差，受降水影响小，根系难以下扎，土壤水分相对稳定，土壤含水变幅 坡梁地、早滩地分别为1 2 2 一l o 4 4 和1 2 4 一9 4 6 ，由于该层水分作物利用不 明显，存在一定得开发潜力。 此外，还可看出，滩地较坡粱地在o 一1 0 0 c m 田间持水量以及最大有效水鬣有 显著区别( 坡粱地最大有效储水量1 1 3 4 6 m m ，只有旱潍地的4 7 9 。) 。这在荒漠 化治理规划中，针对不同的地类特点进行不同的规划，即因地制宜地进行合理规划， 提供了重要的科学依据。 但也必须看到，坡粱地凋萎湿度与潍地有明显区别。坡梁地凋萎湿度为 3 6 3 6 m m ，滩地为1 1 0 1 6 咖，滩地是坡梁地的3 倍。所以，在坡梁地可以相应发展 一些耐旱植被：需水量较大的植物种群，则必须在滩地才能生长得较好。盲目垦殖， 不加选择，遍撒种子的粗放耕作方式只会造成没必要的损失，进而降低农田的植被 覆盖率。加尉荒漠化的发展。 2 3 降水因素分析 在荒漠化的各类成因中，陆表水持续亏损，导致植被不能正常生长，是土地退 化、生产潜力降低，进而发生荒漠化的根本原因。在研究区干旱、半干早的气候条 件下，地下水位相对较低，降水成为陆表水资源的重要补充。降水量的大小、降水 量的季节分配，是关系到地上各种植被在各个生育期能否得到正常发育所需的水 分，能否有最大的生产量的关键因素。所以，有针对性的分析研究区历年降水资料， 对于采取有效措施，最大限度地发挥水资源潜力，遏止荒漠化的发展速度，是至关 重要的。 2 3 1 气候背景 冀北高原受内蒙古高压天气系统控制时间长、影响大，形成冬季漫长，疆北风 盛行：夏季短促，干燥少雨的高寒半干旱大陆性季风型气候。该区无霜期仅为8 l 一1 0 7 d ，年均温度2 ，6 0 c 。年降水量3 9 7 6 m m ，季节水分布呈宽幅变动，6 9 月份 降水占全年降水的8 0 ，春冬季仅占2 0 。该区潜在蒸散量约1 9 7 2 8 哪，全年干燥 华北电力大学同等学历硕士学位论文 度约为2 0 ，干湿季节明显。由于干旱少雨，风沙频繁，年大风日数4 8 5 d ，平均 风速4 5 m s 。沙暴日数为2 2 9 d ，每年3 5 月问大风日数占全年日数的4 3 ，大风 又加剧干旱，并导致严重风蚀心。从随机抽取的年份( 1 9 8 7 、1 9 9 6 、2 0 0 0 ) 气象资 料分析( 表2 6 ) ，研究区l