东北黑土区侵蚀沟发展状况及其对粮食安全的影响

王念忠，沈波

(1.水利部松辽流域水土保持监测中心站;2.水利部松辽水利委员会水土保持处：130021，长春)

东北黑土区侵蚀沟发展状况及其对粮食安全的影响

王念忠1，沈波2

(1.水利部松辽流域水土保持监测中心站;2.水利部松辽水利委员会水土保持处：130021，长春)

通过对东北黑土区典型流域1965和2005年各种类型侵蚀沟的数量、长度、密度、面积(主要为吞食耕地面积)和分布情况以及40年来侵蚀沟的时空变化特征等进行分析，研究东北黑土区侵蚀沟发展状况对粮食安全的影响。结果表明：1)从1965至2005年的40年，研究区侵蚀沟总面积增加85.27 km2，条数增加13 168条，总长度增加6 183.70 km，沟壑密度由1965年的0.034 km/km2变化为2005年的0.193 km/km2，侵蚀沟条数、面积和密度呈快速增加趋势;2)40年间，耕地上的侵蚀沟面积增加81.83 km2，条数增加12 825条，长度增加5 981.23 km，沟壑密度增加0.271 km/km2，林地与其他用地上的侵蚀沟面积增加3.44 km2，条数增加343条，长度增加202.47 km，沟壑密度增加0.02 km/km2;3)典型黑土区侵蚀沟发生在耕地上的比例极大，其中面积所占比例达96%，条数所占比例达97.4%，说明40年来侵蚀沟的发展主要在耕地上。研究结果对区域的粮食生产和国家的粮食安全具有重要意义。

侵蚀沟;遥感;监测;粮食安全

黑土是大自然给予人类的得天独厚的宝藏，是一种性状好、肥力高、非常适合植物生长的土壤。东北黑土区主要分布在我国东北地区的松辽流域，面积103万km2。黑土有机质含量丰富，土地生产力高，东北黑土区是我国重要的商品粮基地之一，自古以来就有“谷物仓库”之称［1］。

由于特殊的气候条件和地理环境，东北黑土区的水土流失形式多样，不但有水力侵蚀和风力侵蚀，还有冻融侵蚀和重力侵蚀。近代以来，由于人类不合理地开发利用黑土资源，加之东北地区独特的自然条件，使得东北黑土区的水土流失已经影响到了东北商品粮基地和区域国民经济的可持续发展。

东北黑土区的地形特点为坡缓、坡长，一般坡度在15°以下，坡长一般500～2 000m，最长达4 000m。黑土土壤疏松，抗蚀能力弱［2］。由于降雨集中和长期以来人口增加导致的过度垦殖、超载放牧、乱砍乱伐等不合理的开发利用，使该区的水土流失日趋严重。根据在黑龙江省的克山、拜泉等县的调查，黑土层每年平均剥蚀厚度达0.3～1.0 cm。而形成1 cm土壤在自然状况下需要400年时间［3］。开垦60～70年的坡耕地黑土层已由原来的平均80～100 cm降到20～30 cm。据克山水土保持实验站试验观测分析，3°坡耕地，每年流失氮磷180～240 kg/hm2，钾360～480 kg/hm2，相当于7 500～15 000 kg农家肥的肥力。土壤肥力逐年下降，严重地影响了粮食产量。据调查分析，每年因水土流失影响而少收粮食375～600 kg/hm2。中国科学院东北地理与农业生态研究所的模拟试验显示，人为去掉30 cm表土后，种植的大豆(Glycinemax)和玉米(Zeamays)基本绝产［4］。

为了快速、准确、科学地调查出典型黑土区侵蚀沟数量以及侵蚀沟吞食耕地面积等基础数据，分析侵蚀沟发展变化的趋势和原因，笔者选择了典型黑土区中具有代表性的乌裕尔河、讷谟尔河流域作为侵蚀沟的详细研究区，应用遥感、监测、实地调查等多种新技术，对侵蚀沟40年来发展的情况进行调查，并根据调查结果评估整个典型黑土区侵蚀沟的发展状况，在此基础上，估算侵蚀沟发育对东北黑土区粮食生产的影响。

1 研究区概况

研究区包括乌裕尔河和诺漠尔河2个流域，研究区总面积3.88万km2，其中乌裕尔河流域面积2.49万km2，讷谟尔河流域面积1.39万km2。位于小兴安岭西南麓、松嫩平原东北缘，是低山向平原的过渡地带，呈东北高西南低状态。海拔为150～500m，其中东北部海拔为200～500m，地势起伏较大，属丘陵区，西南部海拔为150～200m，地势平坦，属平原区。行政区北起五大连池市，南至杜蒙县，东起北安市，西至泰来县，属东北漫川漫岗典型黑土区，黑土、黑钙土是主要耕作土壤，本区是黑龙江省粮食主产区之一。

研究区坡度组成为：0～1.5°土地面积2.69万km2，占研究区总土地面积的69.13%;1.5°～3.0°面积8 540.75 km2，占总面积 21.94%;3.0°～5.0°土地面积2 755.56 km2，占总面积7.08%;5.0°～8.0°土地面积618.16 km2，占总面积1.59%;8.0°～15.0°土地面积 99.70 km2，占总面积 0.26%;15.0°以上土地面积4.95 km2，占总面积0.01%。

研究区处于森林与草甸草原的交错地带，植被具有森林和草甸草原或草原化草甸相互交错分布的特点，在植物区系上属于蒙古植物分布区。区内主要河流有乌裕尔河、讷谟尔河、双阳河、老莱河和润津河等。

研究区地处中高纬度、欧亚大陆东部，属寒温带半湿润半干旱大陆性季风气候，寒暑变化明显。四季气候特点是：春季干旱多风，夏季短促炎热，降水集中，秋季低温霜冻较早，降温急剧，冬季漫长严寒。

研究区总面积3，89万km2，土地利用结构为：耕地 2.29万 km2，林地 4 857.30 km2，荒草地3 788.92 km2，居民地 1 333.33 km2，水域 1 347.38 km2，未利用地 4 675.82 km2，分别占总面积的58.90%、12.48%、9.73%、3.42%、3.46% 和12.01%。

2 研究方法

2.1 侵蚀沟参数

1)侵蚀沟情况。1965和2005年各种类型侵蚀沟的数量、长度、密度、面积(主要为吞食耕地面积)和分布情况及40年来侵蚀沟的时空变化特征等。

2)土地利用情况。包括农业用地(分为坡耕地与其他农业用地)、林地(分为疏幼林地与其他林地)、草地、居民地、水域和未利用地等。

3)水土流失情况。包括不同单元微度、轻度、中度、强烈、极强烈和剧烈侵蚀的面积与分布。

4)地形地貌情况。包括研究区坡度在0°～1.5°、1.5°～ 3.0°、3.0°～ 5.0°、5.0°～ 8.0°和大于8.0°范围的面积和分布以及研究区的地貌特征。

5)其他情况。包括粮食产量、社会经济情况、侵蚀沟治理措施等。

2.2 监测方法

目前，国内侵蚀沟的分类分级体系还没有形成统一的标准。笔者主要考虑2.5m遥感影像的特点和便于监测工作开展的原则，对沟长大于10m，沟宽大于2m，在目标影像上可解译的侵蚀沟进行分类。

侵蚀沟分为发展沟和稳定沟2类。其中发展沟又分为小型、中型、大型和特大型发展沟。

1)发展沟。小型发展沟通常在影像中显示为模糊细条线，沟宽2～5m且沟长10～1 000m。此类侵蚀沟的沟宽只能用实地调查结合分析的方法估算平均沟宽，解译阶段不做沟宽和面积的调查。

中型发展沟主要分布在耕地中，沟宽2～5m且沟长＞1 000。潜在危险性大，是造成水土流失的重要类型沟之一。

大型发展沟的沟宽5～10m且沟长＞1 500m，是造成水土流失的主要沟类型。

特大型发展沟的沟宽10～30m且沟长＞2000m，此类型沟在本研究区数量较少，但仍然是遥感调查的重点。

2)稳定沟。稳定沟是指沟谷不再下切加深，横剖面呈宽浅的U字形，纵剖面坡度相对平缓，沟底及沟壁均有大量植被生长，植被盖度大于30%的侵蚀沟。

2.3 遥感调查

1)影像精纠正。利用校正过的1∶5万的地形图，通过Erdas软件对影像进行精纠正，以减少影像由于地形起伏、地球曲率等因素引起变形误差，从而提高侵蚀沟位置、长度和面积等参数解译的精度。

2)解译标志建立。对精纠正后的影像进行预判，提出问题和疑点，到野外实地测量与调查，解决疑问的同时，根据侵蚀沟分类，采取现场GPS测量、GIS沟绘与拍照方式建立不同类型侵蚀沟遥感解译标志。

3)影像解译。对照遥感解译标志，利用ArcGIS软件，采用人机交互目视解译的方法，对影像中侵蚀沟数量、长度、沟壑密度及侵吞耕地面积等信息进行提取，并通过面积除以长度的方法计算出各条侵蚀沟的平均沟宽。

2.4 实地测量

根据侵蚀沟实际情况，按侵蚀沟的分类选择具有代表性的侵蚀沟进行实地测量。

1)侵蚀沟面积测量：利用高精度差分GPS沿沟缘线行走一个闭合圈，直接量出侵蚀沟的实际面积。

2)沟宽、沟深测量：选择侵蚀沟长度为1/5、2/5、3/5和4/5处的横断面，分别量测上口宽度、沟底宽度和沟深，求其均值得出上口平均宽度、沟底平均宽度和平均沟深。此外也可参照对应的遥感影像利用测距仪直接测量。

3)沟长测量：利用高精度差分GPS沿沟底中线分别测量主沟和支沟的沟头至沟尾的距离，最后采用求和的办法得出侵蚀沟的沟长。

2.5 询问调查

主要采用对熟悉当地情况的年长者进行当面询问和填表调查的方法来进行。

3 结果及分析

3.1 侵蚀沟发展现状及变化趋势

通过对研究区Spot5影像(乌裕尔河下游平原区部分区域为Alos影像)、Corona影像的详细解译和分析，统计得出：1965年研究区侵蚀沟总面积16.76 km2，总条数2 565条，总长度 1 318.11 km，平均宽度12.71m，沟壑密度0.03 km/km2;2005年研究区侵蚀沟总面积102.04 km2，总条数14 502条，总长度7 501.81 km，平均宽度13.60m，沟壑密度0.193 km/km2。

从1965至2005年的40年间，侵蚀沟总面积从16.77 km2增加到102.04 km2，增加了85.27 km2，即6.08倍;条数从1 318条增加到14 486条，增加了13 168条，即10.99倍;总长度从1 318.11 km增加到7 501.81 km，增加了6 183.70 km，即5.69倍;沟壑密度由1965年的0.034 km/km2变化为2005年的0.193 km/km2，增加了5.68倍，侵蚀沟条数、面积和密度均呈快速增加趋势。

从监测结果综合分析，40年间研究区不同地类侵蚀沟发展变化情况为：耕地上的侵蚀沟面积从16.41 km2增加到81.83 km2，增加了5.98倍，条数从2 509条增加到14 132条，增加了5.63倍，长度从1 289.91 km增加到7 271.14 km，增加了5.64倍，沟壑密度从0.094增加到0.597 km/km2，增加了6.35倍;林地与其他用地上的侵蚀沟面积增加了3.44 km2，即10.83倍，条数从28条增加到371条，增加了13.25倍，长度从28.2 km增加到230.67 km，增加了8.18倍，沟壑密度增加了0.02 km/km2。

监测数据显示，典型黑土区侵蚀沟发生在耕地上的比例极大，其中面积所占比例达96%，条数所占比例达97.4%，说明40年来侵蚀沟的发展主要发生在耕地上。耕地侵蚀沟面积占耕地水土流失面积的比例由0.175%上升到1.047%，可见，侵蚀沟吞食耕地面积呈快速发展趋势。

通过对研究区各县市耕地中的沟壑密度进行计算后发现，嫩江、克山、克东、拜泉4个市县侵蚀沟发展速度较快，沟壑密度变化明显，尤其是嫩江县的沟壑密度变化最为明显，这些市县应当是侵蚀沟防治的重点区域。

3.2 侵蚀沟发展造成的危害

1)通过对研究区2个时期侵蚀沟状况的监测结果可知，研究区耕地中侵蚀沟面积由1965年的16.42 km2增加到2005年的98.25 km2，40年间侵蚀沟吞食耕地面积达81.80 km2。由于研究区在典型黑土区具有代表性，研究区耕地面积为2.29万km2，典型黑土区耕地面积为8.27万km2，如果按耕地面积比例推算典型黑土区，40年来典型黑土区侵蚀沟吞食耕地的面积为295.4 km2。

2)研究区主产玉米和大豆，根据黑龙江省2006年统计数据，其玉米单产为7 815 kg/hm2，大豆单产为2 865 kg/hm2，按种植玉米与大豆各半计算，研究区粮食单产为5 400 kg/hm2。2005年研究区侵蚀沟吞食耕地每年折合粮食损失4.37万t，按耕地比例计算典型黑土区每年折合粮食损失15.77万t，按当前我国居民人均粮食消费量389 kg算，可供40.54万人消费。

我国粮食自给率在95%以上，而随着我国工业化、城镇化的发展，人口增加和人民生活水平的提高，粮食消费需求呈刚性增长，未来粮食消费压力不断加大，粮食供需将长期处于紧平衡状态，保障粮食安全面临着严峻挑战。随着侵蚀沟吞食耕地面积的不断增长，按当前发展速度，100年后，每年因侵蚀沟吞食耕地造成的粮食损失可占本区域商品粮供给的21%左右，考虑本区域社会发展和人口增长对粮食需求的增加，侵蚀沟的发展可造成今后典型黑土区商品粮供给量的大幅减少，这将对保障国家粮食安全产生巨大的影响。

3)侵蚀沟是黑土区水土流失的一种主要类型，也是对黑土资源造成严重破坏的一种重要形式［5］，直接影响农民的经济收入，影响国家“三农”政策的推进，阻碍经济社会的发展。按玉米1.50元/kg、大豆3.6元/kg的价格计算，研究区粮食价格可折合为2.55元/kg。2005年，研究区侵蚀沟吞食耕地每年折合人民币损失1.11亿元，按耕地比例计算典型黑土区每年损失折合人民币4.02亿元，相当于该区13万农民的纯收入。此外，侵蚀沟的发展使耕地支离破碎，造成大型农机具无法靠近;使河道源头不断延长，河道来水量不断增加，对下游水库安全也会产生影响;威胁道路和居民住地安全，影响人们的正常生产，使人们的出行和生产成本大大提高;侵蚀沟的发展对经济社会发展还会造成其他的间接影响。

4 结论与建议

1)作为全国最大商品粮基地，东北黑土区的典型区域耕地保护更是全国耕地保护的重点。侵蚀沟的发展已经对东北黑土区的基本农田、粮食安全以及当地的经济社会发展产生了严重的负面影响。当前国家对基本农田采取了强制保护措施，要求“18亿亩“生命线”不能突破”［6］，建设用地占用耕地国家已经严格控制，但侵蚀沟吞食耕地的问题还没有引起足够的重视。一般建设用地占用的耕地并非是优质的耕地，而侵蚀沟吞食的耕地大多数是最肥沃的耕地，是不可恢复的耕地。从研究结果来看，东北黑土区水土流失，特别是沟蚀是坡耕地的最大威胁，东北黑土区的水土流失已经严重影响到东北黑土区商品粮基地的可持续发展;因此，开展东北黑土区的全面治理，特别是沟道专项治理迫在眉睫。

2)由于本次监测和调查范围有限，仅对典型黑土区侵蚀沟分布及吞食耕地情况和不同时期的发展变化趋势进行了研究，虽然典型黑土区有一定的代表性，可以推算出典型黑土区的水土流失情况，但还无法准确说明整个东北黑土区的情况。同时，由于侵蚀沟的快速发展时期是从1982年农村家庭联产承包责任制实施后才开始的，1982年的侵蚀沟监测数据对于侵蚀沟的发展研究尤为重要;因此，应该按1965、1982和2010年3个时段更深入开展东北黑土区侵蚀沟的动态监测研究。

3)水土流失防治实践中发现，典型黑土区侵蚀沟发展迅速，危害严重，已经逐渐引起有关部门的重视。但是，东北黑土区目前尚没有侵蚀沟防治专项规划，各地对侵蚀沟的防治只是点状的、零散的，无法抓住重点，不能充分发挥水土保持措施的综合效益。今后应该对黑土区侵蚀沟发生、发展的关键因子进行重点研究，通过科学试验找到各因子之间的关系，建立东北黑土区侵蚀沟发生及分布模型，对东北黑土区沟蚀发生及分布格局进行推演，为侵蚀沟防治措施的科学布局提供依据和指导。

5 参考文献

［1］张学俭，武龙甫.东北黑土地水土流失修复［M］.北京：中国水利水电出版社，2007：3

［2］范建荣，潘庆宾.东北典型黑土区水土流失危害及防治措施［J］.水土保持科技情报，2002(5)：36-38

［3］阎百兴，汤洁.黑土侵蚀速率及其对土壤质量的影响［J］.地理研究，2005，24(4)：499-506

［4］张兴义，孟令钦，刘晓冰，等.黑土区水土流失对玉米干物质积累及产量的影响［J］.中国水利，2007(22)：47-49

［5］闫业超，张树文，岳书平.基于Corona和Spot影像的近40年黑土典型区侵蚀沟动态变化［J］.资源科学，2006，28(6)：154-160

［6］孙君，白雪华，阎国芹.以节约集约用地为主线保发展守红线：写在第19个全国“土地日”［J］.中国国土资源经济，2009，22(6)：10-13

Development of gully erosion in Northeast China and its effects on the national food security

Wang Nianzhong1，Shen Bo2
(1.Soil and Water Conservationmonitoring Center，Songliao Water Resources Commission，Ministry of Water Resources;2.Division of Soil and Water Conservation，Songliao Water Resources Commission，Ministry of Water Resources：130021，Changchun，China)

By analyzing the gullies development in number，length，density，area(mainly referring to the lost cultivated land)and their distribution in river basins of typical black land zone from 1965 to 2005，we studied the effect of gully erosion on food security，Northeast China.Results show that：1)From 1965 to 2005，gully area，gully number and total length of gully increased by 85.27 km2，13 168，and 6 183.70 km，respectively.Gully density increased from 0.034 km/km2to 0.193 km/km2during the 40 years.The gully number，area and density increased rapidly.2)Different land use led to different gully development rate.For cultivated land，gully area，gully number，length of gully and gully density increased by 81.83 km2，12 825，5 981.23 km and 0.271 km/km2respectively;for woodland and other land use，they increased by 3.44 km2，343，202.47 km and 0.02 km/km2respectively.3)A great proportion of gully occurred in the cultivated land in typical black land zone，with area for 96%and number for 97.4%.Gullymainly occurred on cultivated land in typical black soil zone，Northeast China，which would have adverse effects on the national food security.

gully;remote sensing;monitoring;food security

2011-03-22

2011-06-10

松辽流域水土保持科研项目“典型黑土区侵蚀沟发展及吞食耕地动态监测”(1261005186)

王念忠 (1969—)，男，高级工程师，硕士。主要研究方向：水土保持规划、动态监测、土壤侵蚀。E-mail：wnz@slwr.gov.cn

(责任编辑：宋如华)