全 文 ：2 一 二
第 15卷 第 3期
1 9 9 5年 9月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
t( 7
Vo1．1 5．No．3
Sep．，1 9 9 5
自然侵蚀和人为加速侵蚀与生态环境演变
郑粉莉 张科利 查 轩
c
国 学
西北水土保持 研究所 陕西 畅霞t z 。。，
白红英
2／
摘 要 黄土高原太部分地区目严重的土壤侵蚀，已丧失原有的自然景现t子午岭林区为追 稠研竞 自然
侵蚀和人为加速侵蚀与生卷环境演变提供了研究基地。通过典型区考察和定位试验研究及实验室分析}剐
试 ．分析研究了子午峙林区植筏破坏与恢复对土壤侵蚀演变的髟响‘自然生卷平衡下 自拣侵蚀和^为破
坏植筏耕垦的加速侵蚀特征厦^为加建 侵蚀与土壤退化过程等。
关键词：植被破坏与恢复二_! !兰兰竺! ! 圭奎至兰速蝥子午峙林区E
长期以来，关于黄土高原 自然侵蚀和人为加速侵蚀在现代侵蚀中主扶地位问题一直是争
论的中心。历史地理学家认为，造成近代黄土高原土壤侵蚀严重、生态环境恶化是人为破坏生
态环境所致“ ；而地质地理学家认为，地质时期的自然侵蚀过程是造成黄土高原干沟万壑的
主要原因，不应把黄河看成是生态破坏的象征 ．已有的研究报告认为自然侵蚀占主导地位，
其 自然侵蚀量占 7O 。因此为了正确评价自然侵蚀和人为加速侵蚀在现代土壤侵蚀过程的
各自作用及其 自然侵蚀和人为加速侵蚀与生态环境演变的关系，笔者在黄土高原子午岭林区
通过典型区考察研究和重演人为破坏植被过程，研究自然生态平衡下的自然侵蚀过程和人为
破坏植被开垦耕种下的加速侵蚀过程与生态环境演变的关系。
1 研究区概况与试验方法
1．1 研究区概况
研究区设在子午岭东坡的延安地区乔北林业局任家台林场所辖林区的一条支沟内(属北
洛河的三级支流)。地理位置东经 109。11 ，北纬 36。O5 。区内地貌特征为黄土覆盖的低山丘陵，
海拔高程 930—1 683m，相对高程 100—1 50m，淘谷密度 4．5km／km ；年均气温 9 C，年均降水
量 576．7mm，汛期 (7 9月份)降水占全年的 6O 以上，最 大 1月降水量占全年 降水量 的
25 4O ，最大 1日降雨量为 50-80mm。
区内林木部闭度 0．7以上，优势种为辽东栎(Quercas Liaotungensis koidz)，山杨(，opulus
davidiana Dode)和白桦(Betuta ptatyphy“d sakats)。林下草灌丰茂 ，草灌盖度 0．9 土壤为褐
色森林土。
本 区在 lOo多年前的土壤侵蚀严重程度类 同于现在土壤侵蚀 严重 区的延安 一带 。
1862m1874年，因民族纠分，人口全部迁移他地 ，自然植被逐渐恢复到现在扶生林景观。因此，
本区代表了目前生态平衡下的 自然侵蚀过程，年侵蚀模数小于 lOOt／km a 为了追溯黄土高
原自然侵蚀与人为加速侵蚀过程与人类活动的关 系及其植被恢复和破坏过程与土壤侵蚀 、生
国家 自科学基金资助项目。
收藕 日期 ；I993I2 06，修改藕收到 日期：1994 04 22。
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252 生 态 学 报 1s卷
态环境演变的关系，作者在子午岭林区富县任家台林场所辖林区设置了试验观测场。
1．2 试验方法
试验方法以人为破坏森林植被开垦耕种、重演人为加速侵蚀发展过程及自然坡面包括观
测浅淘侵蚀为特征．考虑土壤侵蚀发生的不同地形部位和不同土地利用．布设 了不同地形部位
的林地 、林地被人为破坏开垦裸露或农地等 8组处理的大 型自然坡面径流小区．径流小区面积
为 24O 1865m 。 ，-
表 1 大型 自然坡面径瀛小区布设
T~hle l Arrag~inettt nf runoff plots natural slope surface
rp：runoff plots 1)；开 垦 地 ：~claimed [ap．d；2)敷 地 }farming landI 3) hilly slope‘4】：valey slope．
2 子午岭地区植被恢复对土壤侵蚀特征及其对土壤侵蚀演变的影响
2．1 予午岭地区土壤侵蚀演变
据历史考证．子午岭地区在明、清前 ，植被丰茂、山青水秀。自明、清后 ．因人 口增加．大面积
植被遭到严重破坏 ．土壤侵蚀十分严重 ．估算当时的土壤侵蚀模数达 80O0—10000t／kin ·a；
加上地处构造运动抬升区，重力侵蚀也十分活跃。到 1862～1874年，因民族纠分和战争纷乱，
人口逃亡．田地荒芜．植被逐渐恢复，形成了目前的稍林景观．基本上代表了现代 自然生态平衡
下的自然侵蚀过程。由于本区植被经历了破坏一恢复过程 ，使得土壤侵蚀经历了自然侵蚀一加速
侵蚀一自然侵蚀演变过程。
2．2 植被恢复前的土壤侵蚀特征
本区地貌兼有原区和丘陵区的特征 ，土壤侵蚀方式多样。据野外调查估算“ ．当时人 口密
度 21．5 25．3人／kin。，开垦指数 25 一30 ．人均耕地 1．1 3hm ．当时沟间地 的多一半已被
开垦．开垦上限坡度已达 32 左右 ，故此沟间地土壤侵蚀以剧烈浅沟侵蚀为主。据野外考察．结
合 1978年 1：14，000黑自航片判读．本区淘间地坡面浅沟侵蚀极为发育，浅沟密度为 2O一
65km／km ，而以20_-50km／km 居多，占 90 浅淘密度的变化与现在安塞一带的浅沟发育
接近．浅沟的深度和宽度变化于 1 1．5m 和 10—15m，略超过安塞 目前的浅沟发育状况(表
2) ” ．
同时．本区地处构造运动抬升区．重力侵蚀也根活跃。据 2．83km 典型小流域重力侵蚀调
查表明“ ，该区的滑坡相当普遍 ，其发生频数达 5．3J／km ．较大型滑坡为 1．1个／km 除滑坡
外 ．该区的黄土崩塌和红土泻流也甚普遍
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3期 郑粉莉等 自然侵蚀和人为加速侵蚀与生态环境演变
总之 ，子午岭地区在植被恢复前土壤侵蚀十分严重 ，主要是 由于毁林开荒所引起的人为加
速侵蚀 ，并诱发了滑坡等重力侵蚀的发生
表 2 不同地区坡面浅沟分布密度统计
TaMe 2 Statistics of shallow gully density iit dif
ferent arel1
分布亩度
Distributed dens[ty (kin ／km )
2．3 植被恢复后的土壤侵蚀特征
植被恢复后的子午岭林区，坡面侵蚀得
到有效控制。其表现特征为坡面浅沟发育停
止 ，浅沟沟槽部位发生不同程度的淤积 ，淤积
厚 度 达 6O一7Ocm，淤 积 速 度 年 平 均 为
0．5em／a(图 1) 由于浅沟沟槽发生淤积 ，
使坡面形态向平整方向发展 ，抑制了片蚀、细
沟侵蚀的发生。另一方面，植被恢复也稳定了
边坡，抑制 了重力侵蚀的发生。野外调查表
明。 ，目前古滑坡的滑坡壁上和滑坡体上都生长着植被．且其组成和结构特征与其周围地区完
全一致，基本上没有新滑坡体的出现；沟坡沟头崩塌．谷坡的洞穴侵蚀也得到了有效控制。
3 自然生态平衡下 自然侵蚀特征研究
资料分析表明，在子午岭林区当植被恢复
到一定程度后 ，降雨和地形特征对土壤侵蚀的 ：
影响已基本不起作用．植被成为影响土壤侵蚀 垂
的主要因子 。
3．1 地形特征对 自然侵蚀的影响
观测资料表明，任何地形部位的林地，基本 曼■(m．
上不发生侵蚀，或侵蚀很轻微，径流模数甚低· 图l 目jl}积斯_面圈
坡度和坡长因子对 自然侵蚀的影响表现不甚明 F 1 se I dra i hal g Iy depo -【l0i
显(表 3)。如不同坡度 ，坡长的粱坡林地、谷坡
林地、梁坡+谷坡林 地的径流量均小于 0．4m ／a，径流模数均小于 1500t／km ·a{含沙量为
4．3 10．0kg／m。：侵蚀量小于 3t／a，侵蚀模数小于 15t／km ·a
表 3 #地径流量、便蚀量与坡度坡长的关系
Table 3 Relatioa of runoff and soil lOSS and slope degree and leng|h in forest land
3．2 降雨特征对自然侵蚀的影响
1
在 自然植被覆盖下·降雨特征对土壤侵蚀的影响不甚明显。按次降雨量资料分析，不同地
形部位的林地基本上不发生侵蚀或侵蚀福轻微 }按降雨特征分析(表 4)，也得出相同规律性。
按 lOmin和 30rain最大平均雨强分析，径流模数和侵蚀模数极低，且变化不大。如 1989年 7月
14日与 1990年 8月 1日在谷坡林地上侵蚀量差异很小 ．前者为 4．6t／km ，后者为 4．5t／km ，
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254 生 态 学 报 1s卷
而 10rain雨强 前者是 后者的 2．1倍
表 4 答坡林地降雨特征与径漉量、侵蚀量的关系
Tsbl~4 Relation1 0f rainfall character．nd runof and soil l in the forest lind of~alley slope
4 人为破坏植被耕垦的加速侵蚀过程研究
当人为破坏植被开垦耕种后 ，土壤侵蚀急剧发展．无论是谷坡、梁坡还是全坡面，加速侵蚀
模数达 97O4—21774t／km a，是同样条件下林地侵蚀模数的几百倍至几千倍(表 5)。
表 s 开垦#地径流量、侵蚀量与坡度坡长的关系
Table S Relation ot runof f and soil Io衅 nnd slope degree and length in forest land
4．1 地形特征对加速侵蚀的影响
当植被遭人为破坏开垦后．坡度、坡长对加速侵蚀的影响表现非常突出．坡长的影响大于
坡度r见表 5)。谷坡开垦地的侵蚀量是梁坡开垦地的 2．1倍；谷坡开垦农地的侵蚀量是梁坡开
垦农地的 1．4倍。
4．2 降雨特征对加速侵蚀的影响
人为破坏植被开垦后，降雨特征对加速侵蚀的影响十分明显(见表 6)。在降雨量基本相同
(雨量分别为 40．gram和 4O．3ram)，而 】0rain雨强相差 2倍时，径流量和侵蚀量相差 4．2倍和
7．4倍；当雨量差异较大(雨量分别为 64．2ram和 13．2ram)．而 10rain雨强与 30rain雨强基本
相同(分别是 O．45ram／rain和 O．40ram／rain与 0．2lmm／min和 O．23ram／rain)时．侵蚀量差异
很小，分 别 为 147．6t／km。和 105．0t／kin ；当 降雨 量 基 本接 近 (雨 量分 别 是 38．3ram 和
39．2ram)．而降雨组合指标PI．。和 Pl 。分别相差 10．4倍和 7．4倍时，径流量相差 71．5倍．侵蚀
量相差 10050．5倍；当 10rain雨强和 PI．。基本相同时(分别为 1．1mm／min和 1．0ram／rain与
44．88ram ／rain和 38．3ram ／rain)，侵蚀量基本相同
用计算机拟合降雨特征值(I l I I 。)及降雨特征组合指标(PI PI 和 PI )与加速侵
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3期 郑柑莉等 ：自然侵蚀和人为加速侵蚀与生态环境演变
蚀量的函数关系，得出加速侵蚀侵蚀量与降雨特征值及其降雨特征值组合指标的关系均为幂
函数关系，其中加速侵蚀量与 I 。或 I． (15min最大平均雨强)的相关性最好，达到极 显著水
平 ”。
表 6 答坡林开垦地降雨特征与径量、侵蚀量的关 系
Table 6 kelation 0f raiatmll~hmracter and runoff and，dl loss in the rcclalmefl Ixnd of valley slope
PI 0是 降雨量 与 10min分钟最 大平均 雨强的 乘积 ．PI—o兰 infzLl×10mia珀jnh【I～
**PI 0是降雨量与 30mla分钟最大平均雨强的乘积 ．PI一0兰Ra Jnla L[×30mln rain[a][⋯
4．3 加速侵蚀方式
人为破坏植被后，加速侵蚀方式在淘同地以细淘、浅沟侵蚀为主(表 7)，其中细沟侵蚀量
占总侵蚀量的 21％～37 ，浅淘侵蚀量占 45 69 ，二者占总侵蚀量的 80 91 ，浅沟
侵蚀深达 10 30cm，细沟侵蚀深为 10 1 5cm。细沟÷浅 沟侵蚀带的面积占沟间地面积的
7O 90 。加速侵蚀方式在沟谷地以沟蚀、沟头崩塌、洞穴侵蚀及滑坡为主。
表 7 细沟 、浅沟侵蚀量与总 侵蚀量
Tmble 7 l~iIl er~io1．shallow g~ily erosion mnfl t0bI soft
5 自然侵蚀量和人为加速侵蚀量的比较
在保持生态环境良性循环的林地上，自然侵蚀量为 1．0 1 4．4~／km a 人为破坏林地开
垦后，加速侵蚀量为 9704—21 774t／km ，a，是同样条件下林地 自然侵蚀量的几百倍至几千
倍 ，是 250万 a以来黄土年平均降尘量的几十倍至几百倍(表 8)。这些数据足以说明人为破坏
植被的加速侵蚀能使黄土高原原先是黄土沉积的自然地质过程倒转为黄土侵蚀的人为地质过
程 。
有林与无林小流域 的观测资料同样表 明(表 9)，有林流域的 自然侵蚀量仅为 0．04
16 8t／kin ．¨a，而林地开垦后，流域的加速侵蚀量是 自然侵蚀量的几百倍至几千倍 ，与林地和
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开垦地径流小区的观测结果类同。因此在黄土高原广大地区，当』、为破坏植被后，人为加速侵
蚀在现代土壤侵蚀中占据主导地位。
表 8 林地破坏前后自然侵蚀量和加速侵蚀量的比较
]able 8 Constrast n tunl er0s n RnlOUIlt to m -mad e accelerated erosion amount before and afetr forest land
k ing destroyed(data from runoff p[ots)
表 9 流域林地破坏前后 自然侵蚀量和加速侵蚀量的比较
Table 9 C0nstrast natu l㈣ ion 8mount to n181一made accelerated erosion amount before and Itfetr forest land
being destroyed(data from watersheds)
6 人为破坏植被加速侵蚀对土壤退化过程的影响
人为破坏植被的加速侵蚀急剧发展，导致土壤严重退化，土地生产力下降。在子午岭林区，
植被被』、为破坏开垦后，加速侵蚀对土壤退化过程的影响表现如下：
6．1 土壤养分随着水土的流失而流失
分析资料表 明，林地开垦 la后，O一2Ocm土层的有机质 含量在沟间浅淘沟槽处下降了
22．2 +在浅沟脊 部减少 了37、1％，有效磷减少 57 一84 ，开垦 2a后，有机质平 均减少
14 一38 ；开垦 10a后，有机质由开垦前的 5．83 下降到 0．84 ，即下降了 85．6 。由于有
机质含量的减少，N、P、K等营养元素随着水土的流失而流失(表 10) ，土壤肥力退化，土地生
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3期 邬粉莉等：自然侵蚀和人为加速侵蚀与生态环境演变 257
产力下降。 ．
6．2 土壤剖面遭到破坏
人为破坏植被开垦时，人为造成土壤表层土体发生侵蚀性位移，使土壤剖面遭到破坏。同
时林地被人为开垦耕种后．随着加速侵蚀的急剧发展 ，特别是细沟、浅沟侵蚀的剧烈发展 ．表层
肥沃表土也随之流失，使土壤剖面薄层化，土壤剖面也遭到严重破坏 。开垦 10a的农地，土壤剖
面形成了耕层 犁底层一B／C层一C层的土体构型 ，破坏了原来的A。一A—A／B B／CtC层的土壤剖
面 ，使 A。+A+A／B层被侵蚀掉。在沟各沟槽部位 ．开垦 1a后，红胶土(三趾马红土)已出露地
表；开垦 5a后，基岩出露形成侵蚀劣地 。
表 lO 一次降雨过程径流各小区的侵蚀量爰其养分流失量(1990 07 04)
Table 1O Sediment and notriot loss on ranoff plots of the certain rainfal proce~
6．3 土壤理化性状恶化
表 11表 明，林地开 垦 10a后．O 2Ocm 土 层土壤容重增 加 69．3 ，非毛管 孔隙 减少
44．O ．土壤水稳性团聚体减少 56．8 。 。
表 1l 林地破坷=前后土壤理化性状比较
Table lI Change of soiI pbysl—chemical propertles before and after fewest land being destroyed
M_ {5 I·8I 1 08 8-3 7 7 5．9 7． 4 3 】
45 7 5 0 80 1 08 9 3 3 3 O 9 8
． 9 4 0
75 1 50 0，39 I．2S 3 2 1 6 0．9 93 I 12
． 4
*：崩解率为4× ×4cm 土块在静水中 】0rain的崩解量占总量的百分数。
**：冲刷量为用CC索渡列夫抗冲仪在 1．103×10sPa压力下 ．孔径 lmln后的冲刷量
图 2表明”：，开垦 10a后，土壤剖面各发生层的水稳性团粒结构含量均低于林地土壤剖面
各发生层的水稳性团聚体含量。农地中>5．0mm和>1．0mm的大团聚体减少尤为明显。土壤
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生 态 学 报 15卷
理化性状的恶化，使土壤入渗能力降低(表 1])．径流量增大．又促进土壤侵蚀和土壤退化进一
步发展，加剧其恶性循环。
7 绪语
7．1 子午岭林区．在植被恢 复前 ，土壤侵蚀特
征与其周围广大地区无 明显差异，土壤侵蚀模 ；
数达 8o0o一1O000t／km ·a．土壤侵蚀方式以 §
坡 面 浅 淘侵蚀 为主．浅 沟分 布 密度 为 20一
40km／km ；同时重力侵蚀也相当严重。植被恢 嚣
复后，土壤侵蚀特征与周围广大地区有很大差
异，植被成为影响土壤侵蚀的决定性因子，降雨 ；
和地形特征对 自然侵蚀的影响表现不甚明显。
7．2 人为破坏植被开垦．土壤侵蚀由自然生态
平衡下的自然侵蚀转为人为加速侵蚀。加速侵 。 。 。‘’。 。
蚀方式以淘状侵蚀为主．细淘和浅 淘浸蚀量占 mme一
总侵蚀 量 的 80％⋯91 ，其 中浅沟浸蚀量 占 图2林地开垦前后土壤剖面水稳性团聚体古量变化曲
4 一69 加 速 侵 蚀 量 达 9000—2l700
t／kin“。a．是同样条件下林地 自然侵蚀量的几 Fig·2 Chaage⋯ of waterab[~aggregate ” s
百倍至几千倍 ，是 250万年 来黄土年均降尘 “盯 nd 哪州
量的几十倍至几百倍。说明在黄土高原人为破 一 地ro ： ⋯。农地‘开垦
坏生态平衡，可使黄土高原原先是黄土沉积的
自然地质过程倒转为黄土侵蚀的人为地质过程，目前在黄土高原广大地区，由于人为活动破坏
了自然生态平衡，因此，人为加速侵蚀占据主导地位。
7．3 地形和降雨特征对加速侵蚀的影响表现非常明显 ，在坡度坡长影响中，坡度的影响大于
坡长。加速侵蚀量与降雨特征值 I 。或 It。的关系最密切。
7．4 人为破坏植被的加速侵蚀导致土壤严重退化。在子午岭林区人为加速侵蚀对土壤退化过
程的影响表现为：土壤养分流失 ，土壤肥力退化，土地生产力下降；土壤剖面薄层化．甚至流失
殆尽}土壤理化 陛状恶化。所有这些又反馈为土壤侵蚀加剧，生态环境恶化．如此恶性循环不
已
参 考 文 献
朱土光．水土漉失与历史时期之环境变迁．地理学与国土研究．1987．，(1)：46～5t
张维邦 论黄土高原生态环境直到彻底破坏的祸根．水土保持通报．1989．9(1)：2卜 27
洪业汤．不应把黄河看成是生志破坏的象征．中国科学报 1988．11 l8
陆中臣等．安塞县的侵蚀及地貌演化趋 丽测．黄土高原遥感调查试验研究汇编．北京：科学出版社，1988．202～221
张科利等 子午峙林区植牧慨复前的土壤慢蚀特征厦其演变 黄河流域环境演变与水抄运行规律研究论支燕(第三集)北
京 地 质 出版杜 ．199 2．62-69
唐克丽、郑柑莉等．子午蛉林区土壤侵蚀与生态环境关系的研究内容和方法．中国科学院术利部西北柬土保待所集刊(第
17集)．1鲫3．3 10
7 唐克丽等．子午嶂林区 自然侵蚀和人为加速侵蚀 剖析 中国科学院承利部 西北柬土保持研究所集刊(第 17集)．1 993
l7— 28
8 查轩等．植被对土壤特性及土壤侵蚀的影响研究．柬土保持学报 1992；6(2)：52～57
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3新 郑扮莉等 ；自然侵蚀和人为加速侵蚀与生态环境演变 25g
RELATIoNSHTP oF ECo—ENVIRoNM ENTAL CHANGE AND
NATURAL ERoSIoN AND M AN—M ADE ACCELERATED ERoS10N
Zheng Fenli Tang Keli Zhang Keli Cha Xuan Bai Hongying
【 ”^c m I lnsgitute o，Soil and Water( ㈣ r．Chinese Academ2：
Sciences and Ministry Water Resources．Yang tlng．Shan：ri．712100)
The natural lafldscape of loess plateau have been changed by severe soil erosion．The Zi—
wuling forest region provides a good study area for tracing hack eco—environmental change
and natural erosion and man—made accelerated erosion．Using the methods o{typical region
investigation．experimentaI study in site。and chemical analysis of samples，impact of[orest
vegetation destruction and restoration。n soil erosion change，characteristics of natural ero—
s[on under the condition of natural ecologieal balance．man—made accelerated erosion caused
by{orest vegetation destruction．and the processes of man—made accelerated erosion and soll
degradation have been analysed and discussed
Key words：vegetation destruction and restoration，natural erosion，man—made accelerated
erosion，oCO—environmental change，Ziwuling{orest area．
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