東北黑土區(qū)土壤容許流失量制定的探討

1、東北黑土區(qū)土壤容許流失量制定的探討1. T值土壤容許流失量( Soil Loss Tolerance)即T值,即每年單位面積上可容許的最大土壤流失量( t /( km2a) )。T值表明了允許土壤流失的最大水平限制,從而可以長期經(jīng)濟地維持作物高的生產(chǎn)力水平。為制定合理的水土流失控制目標,進行水土保持規(guī)劃,配置水保措施等提供理論指導。2. 東北地區(qū)特點丘陵漫崗緩坡地，坡長，土壤層厚度較低。表層有機質(zhì)多的黑土層，下為厚層的沙層母質(zhì)，不能滿足作物生長。開墾時間短，多為100年左右,短則50年，但侵蝕嚴重，肥力下降快。土壤侵蝕分類分級標準：200 t /( km2a)3. T值決定因素3.1. 定量研

2、究法綜合國內(nèi)外有關T值的定量研究方法，可歸納為三類：成土速率法、生產(chǎn)力模型法和厚度法。成土速率法將成土速率作為T值，被認為最能體現(xiàn)T值的意義。3.1.1. 成土速率法對東北黑土區(qū)各土壤類型通過模擬淋溶、質(zhì)量平衡兩種實際測算方法;穩(wěn)態(tài)PROFILE模型、動態(tài)MAGIC模型測算方法及土壤分級、全量分析兩種經(jīng)驗測算方法,綜合分析得出下表（范昊明，2006）：地理位置成土速率分類備注制定T值大興安嶺北部中低山、臺地森林局部凍融侵蝕區(qū)、松嫩平原中部輕度風蝕區(qū)、小興安嶺低山丘陵輕度水蝕區(qū)較慢,但在正常范圍內(nèi)可再生土壤區(qū)受東北寒冷的氣候條件及其它自然地理條件限制,成土速率很慢較高大小興安嶺、長白山(大黑山)

3、漫川漫崗水蝕區(qū)的大部分農(nóng)業(yè)耕作區(qū)幾乎為0不可再生土壤區(qū)由于大面積森林草原植被的開墾與隨之而來的強烈農(nóng)業(yè)耕作活動,形成黑土層標志性斷面暗黑色腐殖質(zhì)所必備的植物累積與分解條件已基本不存在較低松嫩平原西部、遼河平原北部輕、中度風蝕區(qū),大部分荒漠化嚴重地區(qū)及耕作強度較大地區(qū)極緩慢不可再生土壤區(qū)較低3.1.2. 生產(chǎn)力模型（PI模型）法越來越多科學家意識到與T值相關的問題并非土壤形成速率，而是能容許多少土壤流失而不至于喪失生產(chǎn)力。這也正是水土保持的目標。PI模型（1979 ，Neill）提出，用取值范圍01的無量綱指數(shù)，反映土壤生產(chǎn)力的高低：指數(shù)越高，生產(chǎn)力水平越高。MPI（謝云，2011）考慮到黑土有

4、機質(zhì)含量豐富、黏粒含量較高的重要特征式中：PI是生產(chǎn)力指數(shù)，i = 1，2，.，n為不同的土層。Ai為第i 層土壤有效水含量的適宜性指數(shù)，土壤有機質(zhì)含量適宜性指數(shù)，Oi和土壤黏粒含量適宜性指數(shù)CLi，Di為第i 層土壤pH的適宜性指數(shù)。WFi為第i 層土壤的權重。根據(jù)MPI計算T，式中： t 是未來規(guī)劃時間，如t 取100年。MPI/t 表示規(guī)劃時間內(nèi)能夠接受的生產(chǎn)力指數(shù)降低幅度。MPI0是當前生產(chǎn)力指數(shù)，介于01之間，數(shù)值越大，生產(chǎn)力越高。MPI%是相對于當前生產(chǎn)力指數(shù)，由土壤侵蝕導致的生產(chǎn)力指數(shù)下降百分比，V是土壤侵蝕脆弱性指數(shù)(cm-1)，表示每侵蝕1 cm厚度土壤，引起的生產(chǎn)力指數(shù)變化

5、量，由下式計算：MPId為侵蝕d cm表層土壤后的生產(chǎn)力指數(shù)。結果表明影響T值的主要因素是土壤厚度和土壤脆弱性指數(shù)，白漿化黑土為106 t/km2a，黑土為129 t/km2a，草甸黑土為184 t/km2a。3.1.3. 土層厚度法東北地區(qū)各類型土壤分布雖有一定規(guī)律,但多交叉錯綜分布,大面積單一類型的土壤較少,因此,完全按照土壤類型來確定T值的可操作性很差。表示土壤流失速率與土壤形成速率的相對平衡。Skidmore( 1979)擬定一個T值的函數(shù)方程, 認為T值是當前土壤厚度的函數(shù),可用下式表示。式中:T1 和T2T值的下限和上限( T1 T T2 ) , T1相當于土壤的再生速率, T2示

6、最大容許流失速率; Z1和Z2滿足作物生長所需的最小和最適的土層厚度; Z指目前的土層厚度。根據(jù)美國經(jīng)驗一般把T2 定為0. 82. 0 mm /a ( 8002 000 t /( km2a ) ) , Z1為0. 5 m , Z2取0. 82. 0 m?？紤]到東北黑土區(qū)土層已經(jīng)比較薄,最小厚度定為30 cm ,最適宜厚度為80 cm。根據(jù)現(xiàn)在黑土厚度分布情況,可以得出黑土T值的分布并將結果分為三類：地理位置土層厚度人類活動侵蝕現(xiàn)狀制定T值大、小興安嶺、長白山一帶高山區(qū)薄較少凍融作用影響大較低大、小興安嶺、長白山一帶低山、臺地區(qū)、漫川漫崗區(qū)較厚農(nóng)業(yè)利用頻繁嚴重較低松遼平原的廣闊平原地帶較厚較頻

7、繁較嚴重較高3.2. 定性研究法3.2.1. 水土流失類型以水力侵蝕、風力侵蝕、凍融侵蝕為主,在以水力侵蝕為主的類型區(qū)內(nèi)常伴有重力侵蝕、凍融侵蝕,混合侵蝕,部分區(qū)域溝道侵蝕作用顯著，因此,應根據(jù)不同侵蝕類型區(qū)內(nèi)不同的侵蝕作用狀況考慮偏大或偏小的T值標準。地理位置人類活動侵蝕現(xiàn)狀制定T值大興安嶺北部中低山、臺地森林局部凍融侵蝕區(qū)、小興安嶺低山丘陵輕度水蝕區(qū)少較輕現(xiàn)有土壤侵蝕量觀測值松嫩平原中部輕度風蝕區(qū)、松嫩平原西部、遼河平原北部輕、中度風蝕區(qū)、大小興安嶺、長白山(大黑山)漫川漫崗水蝕區(qū)頻繁嚴重小于現(xiàn)有土壤侵蝕量觀測值1.2.3.3.1.3.2.3.2.1.3.2.2. 水環(huán)境安全及其河道、水庫

8、的淤積水土流失不僅造成土地生產(chǎn)力下降,洪水攜帶泥沙在河道、水庫淤積,降低水庫調(diào)洪蓄水能力,抬高河床,增加防洪費用和抗洪風險。泥沙中攜帶的大量有害物質(zhì)污染水體,加重了水源污染,造成生態(tài)環(huán)境惡化。應利用河道的容許來沙量,確定進入河道的最大侵蝕產(chǎn)沙的數(shù)量。推導出流域單位面積上的侵蝕模數(shù)做為制訂T值的參考標準。3.2.3. 養(yǎng)分流失及控制溝道的繼續(xù)發(fā)展水土流失發(fā)育的第一、第二階段是濺蝕和面蝕，面蝕使大量的表層耕作土壤流失。其結果大量土壤養(yǎng)分喪失,土地生產(chǎn)力下降,作物減產(chǎn)。據(jù)初步估計: 黑土平均每年表土流失厚度約為0. 6 1 cm;溝頭侵蝕速度每年平均1 m 左右。每年平均流走的有機質(zhì)為3. 9 t /hm2 ,全氮0. 28t /hm2 ,全磷0. 12 t /hm2。在黑土區(qū)確定合理的T值就是養(yǎng)分的流失量等于或小于耕地上的施肥量,不能讓農(nóng)民施用的肥料以另一種方式白白的損失掉。3.2.4. 水土保持實踐中可能達到的限制土壤侵蝕的極限在充分分析考慮自然影響因素的條件下,又能夠考慮到一定社會經(jīng)濟條件下水土保持實踐中可能達到的限制土壤侵蝕的極限,在此綜合分析下所制定的T值標準則更具有現(xiàn)實指導意義和可操作性。選取其中治理度高、蓄水保土效益明顯、治理措施配置合理、治理投入經(jīng)費合理、農(nóng)林牧用地比例較合適、人均收入較高的小流域統(tǒng)計其土壤侵蝕模數(shù),用以確定現(xiàn)