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王恒等-Catena:东北黑土侵蚀亟待防治
2022-04-08 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  黑土是世界上最肥沃、最适宜耕作的土壤,是珍贵的、不可再生的自然资源,被称为耕地中的大熊猫。我国东北黑土区是世界三大黑土区之一,是国家重要的商品粮基地和绿色食品生产基地,面积达18km2。国家发改委公布的数据显示,近年来东北三省粮食产量占全国的1/5以上,商品粮量约占全国的1/4,粮食调出量约占全国的1/3。由于黑土有机质含量高、土质疏松以及持续的开垦,导致黑土区侵蚀严重(图1)。但是,黑土区侵蚀速率空间变化及侵蚀营力尚有待深入研究。 

1 东北黑土区的侵蚀地貌(图/郭利成)

  中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境院重点实验室硕士研究生王恒,在导师杨石岭研究员的指导下对东北黑土区开展研究,他们依据137Cs侵蚀速率模型,估算东北黑土的侵蚀速率(图2),结合气候条件,探讨黑土侵蚀的主要营力,并提出了相应的侵蚀防治措施。 

  137Cs主要由1954–1968年核武器地上试爆释放到大气中,之后很快被气溶胶和粉尘颗粒吸附,并被降水、降尘带入地表。137Cs一旦进入土壤后就被土壤矿物颗粒和有机物吸附,并随土壤颗粒的移动而迁移。据此,137Cs可用于土壤侵蚀速率研究。 

2 中国东北典型黑土分布和研究点

  研究者依据12个研究点得到的黑土侵蚀速率,结合前人数据(均通过137Cs侵蚀速率模型得到),应用Kriging插值法获得了东北黑土侵蚀速率分布图(图3)。结果显示,东北黑土区的侵蚀速率从西部(>3 mm/年)到东部(0–3 mm/年)逐渐降低,平均侵蚀速率为2.22 mm/年。目前,东北黑土平均厚度仅为20–30 cm(范昊明等,2004)。如果不采取有效措施,以平均侵蚀速率估算,黑土将在~113年内被侵蚀殆尽;由于东北黑土区西部侵蚀更为严重,其存续时间会更短(~83年)。因此,东北黑土侵蚀防治刻不容缓。 

3 东北黑土侵蚀速率分布图。红色点表示本研究点,蓝色点表示前人研究点

  现代地表风速和降水资料(图4a、图4b)分析显示,黑土区西部地表风速大(>3.2 m/s)、气候相对干燥(年降水量350–500 mm)、侵蚀速率高(>3 mm/年),风力是主要侵蚀营力(图4c)。下风向的二龙湾玛珥湖(图2)在1963年以前的平均沉积速率为0.5 mm/年,1963–2001年沉积速率增加到1.45 mm/年(游海涛等,2007)。由于玛珥湖没有地表径流,沉积物主要来自风尘物质,沉积速率增大说明风蚀加强。相比之下,黑土区东部的地表风速小(<3.2 m/s)、气候相对湿润(年降水量500–650 mm)、侵蚀速率相对较低(0–3 mm/年),水力是主要侵蚀营力(图4d)。数据显示,现今松花江哈尔滨段河床比上世纪50年代高出30–50 cm(宋小燕,2010);嫩江水库沉积速率高达12 mm/年,沉积物主要来自黑土耕作区(Huang等,2019)。由此可见,黑土区东部水蚀作用强烈。 

4 东北地区现代沙尘暴季节(2-4月)1000 mb平均风速(a)、年平均降水量(1961-2016年)(b)、风蚀(c;图/中国国家地理)与水蚀冲沟(d;图/郭利成)。灰色区域表示黑土;白色箭头表示风向;红色点表示本研究点,蓝色点表示前人研究点

  为实现东北黑土资源的可持续利用,研究团队建议采取3个措施:(1)适当降低黑土区耕作强度;(2)黑土区西部侵蚀严重,降水量少,宜退耕还草、增加草地覆盖,以减少风蚀;(3)东部地区降水量大,可通过植树造林来巩固水土。 

  研究成果发表于国际学术期刊Catena(王恒,杨石岭*,王永达,顾兆炎熊尚发,黄晓芳,孙敏敏,张师豪,郭利成,崔静怡,唐自华丁仲礼. Rates and causes of black soil erosion in Northeast China [J]. Catena, 2022, 214: 106250. DOI: 10.1016/j.catena.2022.106250)。 

 
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