松嫩、辽河平原地貌特征及其生态土地类别的划分与管理对策

2012-12-23张正祥靳英华周道玮

土壤与作物 2012年1期

张正祥，靳英华，周道玮

(1. 东北师范大学城市与环境科学学院，吉林长春130024;2. 中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林长春130012)

松嫩平原地处我国东北腹地，大尺度地貌类型为冲积、湖积、洪积或沙丘覆盖的平原［1］，燕山运动以来下沉占优势［2］，地质组成为第四纪黄土和各类松散堆积物［1，3－4］。气候类型为温带季风森林草原气候，受太平洋台风和西伯利亚寒潮共同影响，半湿润，局部半干旱。年平均温度3℃～5℃［5］，年平均降水量450 mm～610 mm，日平均气温≥10℃的日数为125 d～130 d，期间有效活动积温2 500℃［6－7］。土壤类型为黑土、黑钙土、草甸土、风沙土［8－9］，主体植被类型台地上发育着森林、灌丛，平原发育为草甸［8－10］。

特定的地貌类型和地质构造，导致地下水位较高，一般为0～3 m，并富含HCO－3 离子。历史上，由于湖相沉积作用、四周高中间低的地貌特点及土壤母质的现代风化作用和气候驱动［11－12］，平原地区土壤的不同层次中积累了不同程度的盐离子，构成了松嫩平原地区土壤盐渍化的物质基础。在现代人类作用下，地表遭翻动或破坏后，土壤亚表层裸露或盐离子运移到地表，并富含HCO－3离子，表层土壤发生盐碱化，成为松嫩平原广泛存在的生态问题。

辽河平原与松嫩平原具有相似的地质地貌，但由于所处纬度较低，温度、水份条件适宜，地势低、河流密集，土壤盐碱化程度相对低。

松嫩平原、辽河平原气候适宜于发展旱作农田或水田［13－14］，局部地区存在春季干旱，但没有特别突出的自然灾害。由于土壤盐碱化问题广泛存在［15－16］，并且科尔沁沙地存在沙化问题，总体表现为土地利用引起的生态问题较为突出，并缺少精准的适应性土地利用措施。

松嫩平原、辽河平原的主导环境因子是地势地貌的分布格局。地势地貌不仅决定了松嫩、辽河平原的局域气候特征，也决定了河流及其影响的土壤盐分分布。为了全面理解松嫩、辽河平原的土地资源及其适应性管理，首先对研究区地貌特征进行定量划分，并在野外考察的基础上，依据适应的优势植物功能群，对土地资源进行生态类别划分，总结归纳各生态土地类别的生态问题和基本管理对策。

1 研究方法

应用从USGS 网站上下载的SRTM 数字高程模型数据进行松辽平原地貌类型提取。采用ArcGIS 9.3 的空间分析功能，将SRTM 数据分辨率由为85.79 m 重采样为100 m×100 m。应用移动窗口法计算研究区的地表起伏度，经过试验，将移动窗口的邻域半径设置为20 ×20 像元，计算得到研究区内每栅格海拔高度的最大值和最小值，将二者相减，获取每栅格内起伏度。由于研究区北部由松嫩平原向小兴安岭过渡处台地面积广大，起伏度相对变化小，以及松嫩平原东部地区由于长期侵蚀导致台地斜坡不清晰，相对平缓，因此在这两个区域内将邻域半径设置为30 ×30 像元，以增强每像元的起伏度。根据起伏度将研究区划分为平原(＜30 m)、台地(30 m～50 m)和其它地貌类型;根据海拔高度将平原地貌类型划分为极低平原(＜50 m)、低平原(50 m～100 m)、中平原(100 m～150 m)、高平原(150 m～200 m)和极高平原(＞200 m)5 类区域;选择与松嫩平原主体相连接的平原台地，根据台地的外边缘进行综合，形成广义松辽平原界线，同时将综合后边界内包含的少量的其它地貌类型归并为台地类型。将面积小于1 km2的区域转换为其邻接的最大面积区域类型，获取研究区的地貌类型与分布。

利用2000－2002 年间6－9 月份的Landsat TM 7 遥感影像进行研究区土地利用信息提取。将获取的遥感影像进行几何纠正后，根据土地利用类型特征建立相应的解译标志，在ENVI 4.5 软件环境下，根据解译标志建立训练样区，采用最大似然法进行监督分类。对分类后的结果进行主次要分析和类别集群，将连续区域面积小于1 km2的区域转换为周围最大类型像元的类别。运用Mosaicing 功能将每景分类影像进行镶嵌，并转换为矢量数据，生成研究区土地利用信息数据。

松辽平原地貌类型和土地利用类型提取与解译结果的成图比例尺为1∶50 万，地图投影采用Albers 投影。

野外考察了松嫩平原、辽河平原、科尔沁沙地、黑土地的植被和土壤状况，在此基础上，根据土壤的生态限制因子及其土地利用状况，重点考虑各地区优势植物功能群及其指示植物，归纳划分了生态土地类别及各自的主要生态问题和管理对策。

2 结果分析

2.1 松嫩、辽河平原的地貌类型

松嫩平原、辽河平原的地貌类型可分为低台地、极高平原、高平原、中平原、低平原和极低平原。低台地环外围分布，向内渐次为极高平原、高平原、中平原和低平原，辽河平原存在部分极低平原，见图1，即海拔高度和表面起伏度呈现有规律的变化。

松嫩平原面积25.7 万km2，辽河平原面积12.2 万km2，松嫩平原主导地势地貌为低台地、高平原和中平原，辽河平原主导地势地貌为低台地、极高平原，极低平原占据很大比例，见表1。

作为东北象征之一的黑土，主体分布在松嫩平原，而科尔沁沙地主体分布在辽河平原，见表2。

松嫩平原和辽河平原坐落在东北三省和内蒙古自治区的部分地区，各省区分布的主要地貌类型比例不同，黑龙江以低台地、极高平原、高平原和中平原为主，吉林以低台地、高平原和中平原为主，辽宁以低台地、极低平原为主，内蒙古以低台地、极高平原、高平原为主。由于各地貌类型决定的生态背景各不相同，各省区在松嫩、松辽平原存在的主体生态问题也各不相同。

图1 松嫩、辽河平原地势地貌Fig.1 The geomorphic map of Song-nen and Liao-he Plain

表1 松嫩平原和辽河平原地貌类型及其面积数字化信息Table 1 The geomorphic type and respective area in Song-nen and Liao-he Plain万hm2

表2 松嫩平原、辽河平原中分布的科尔沁沙地、黑土地Table 2 Distribution of Khorchin sandy land and Black soil zone in Song-nen and Liao-he Plain万hm2

表3 各种地貌类型在东北各省区的分布Table 3 Distribution of various geomorphic types in Northeastern China万hm2

2.2 土地利用类型及其数字化信息

松嫩平原、辽河平原土地利用分为林地、草地、旱田、水田等，不同地貌类型区土地利用的主体方式不同，林地主要分布在低台地，高平原以上主要为旱田，水田分布在中平原和低平原及极低平原，见图2。

在松嫩平原，旱田为主要的土地利用方式，其次为林地和草地，水田比例仅占7%，见表4。松嫩平原中没有极低平原，低平原比例也非常少，很少的低平原上主要为水域、滩涂湿地或水田。林地主要分布在低台地，草地主要分布在高平原和中平原，低台地中有很大部分的草地，水域、滩涂湿地分布在中平原，盐碱荒地主要分布在中平原，部分在高平原，其它土地类型的分布主体性不明显，见表4。

图2 松嫩平原、辽河平原土地利用Fig.2 Land use of Song-nen and Liao-he Plain

表4 松嫩平原的土地利用数字化信息Table 4 Digital information of land ues in Song-nen Plain万hm2

在辽河平原，旱田也是主导的土地利用方式，其次为草地、水田、沙地，见表5。辽河平原上，林地主要分布在台地，草地、沙地、水域和湿地滩涂主体分布在极高平原，盐碱荒地主体分布在高平原，低台地上分布的旱田最多，其他各种地势地貌上也分布着大量的旱田，水田主要分布在极低平原，见表5。

表5 辽河平原的土地利用数字量化信息Table 5 Digital information of land ues in Liao-he Plain万hm2

东北各省区在松嫩平原、辽河平原的土地利用类型也都以旱田为主，各省区其次的土地利用类型各不相同，黑龙江省为林地、水田，吉林省为盐碱荒地、水田，辽宁省为水田、湿地滩涂，内蒙古为草地、沙地，见表6。

科尔沁沙地的主体分布于内蒙古自治区部分，其次为吉林省，黑龙江省没有科尔沁沙地分布;黑土主体分布于黑龙江省，其次为吉林省和内蒙古，辽宁省所占比例很少，见表6。

表6 各省区的土地利用类型及科尔沁沙地、黑土分布信息Table 6 Distribution of land use types，Khorchin sandy land and Black soil zone for four provinces and region in Song-nen and Liao-he Plain万hm2

2.3 生态土地类别及其管理对策

生态土地类别，即将土壤及其植被作为统一体，考虑土壤的限制因子及其适应的优势植物种类和植被特征所划分的体系方案及其结果。根据以上的基本地貌地势信息和土地利用分布状况，考虑有松花江(嫩江)和辽河从中间穿越，并且根据地下水位高［9，17－18］，季节性积水广泛［18－19］，中高平原土壤中含有过量盐离子的特征［8，18，20］，参考各地区的优势植物功能群［9，21］，将土壤中盐分水平作为主导限制因子，并参考水因子和沙因子及其植被类型和土地潜力［23－26］，尝试将松嫩、辽河平原土地划分为4 个生态类别，在此基础上，归纳总结出4 类生态土地类别的适宜发展方向、主要生态问题及基本管理对策，见表7。

表7 根据限制因子及其指示植物划分的生态土地类别及其管理对策Table 7 The ecological regionalization and management strategies

甜土地类，即土壤中的盐碱离子含量不制约甜土植物生长的地段，相反，盐生植物不能在此地类生长存活，土壤pH 值为6.5～8.5，电导率为＜900 μs·cm－1，土壤碱化度＜25%。指示的甜土植物为苋菜(Portulaca sp. )、柴胡(Bupleurum spp. )和隐子草(Cleistogenes spp. )等。此地类主要分布在松嫩平原的周边台地、极高平原和部分高平原区，以及辽河平原的绝大部分地区，适宜发展林业、旱作农田、人工草地，特别是苜蓿、青贮玉米等高产优质饲草饲料。此地类存在的主要生态问题是水土流失，部分地区存在风蚀问题，土壤有机质下降。基本管理对策是退耕还林还草，积极发展集约化大机械农业、推广保护性耕作(免耕、秸秆还田)，增加并保护土壤有机质。

盐碱地类，土壤中含有制约甜土植物生长的过量盐碱离子的地段，甜土植物在此地类不能生长或偶有生长，盐生植物在此地类生长表现良好，土壤pH 值＞9.0，电导率900 μs·cm－1～1 500 μs·cm－1，土壤碱化度＞25%，指示的盐生植物为马蔺(Iris pallasii)、碱蓬(Suaeda sp. )和碱地肤(Kochia sieversiana)。此地类主要分布在松嫩平原的中平原部分和辽河平原的高平原部分，适宜发展草地、水田。此地类存在的主要生态问题是地表盐碱化加重。基本管理对策是减少放牧，调整放牧方式，包括增加饲草料资源，发展高效畜牧业;减少对地表干扰。松嫩平原盐碱化草甸中泡淖星罗棋布，是大型鸟类迁移路线和繁殖生活的天堂，因此，改放牧牛羊为放牧鸡鸭鹅具有广阔的发展前景。

水湿地类，土壤地下水位较高，地表至少有季节性积水的地段，广泛分布着湿生植物，土壤pH 值、电导率和碱化度接近于甜土地类，个别地区接近于盐碱地类，指示的湿生植物为针蔺(Heleocharis mamillata)、苔草(Carex sp. )和浮萍(Lemna sp. )。此地类主要分布于松嫩平原的中平原，辽河平原的极低平原，适宜发展湿地、维持自然水域发挥生态系统服务或发展水产业或水田。此地类存在的基本生态问题是蓄水量减少、甚至断流干涸。基本管理对策是系统管理水流域，统一调配水资源，权衡生产用水和生态用水，包括对河道和季节性洪水进行截流蓄洪留存下来。

沙土地类，土壤含黏粒少，沙质，有机质染色呈黑褐色或没有而呈黄白色的地段，广泛生长着沙生植物或木本植物，土壤pH 值8.0～9.0、电导率＜200 μs·cm－1、碱化度＜10%，指示的沙生植物为沙蓬(Agriophyllum sp. )、虫实(Corispermum sp. )、猪毛菜(Salsola sp. )和榆树(Ulmus pumila)。此地类主要分布于松嫩平原、辽河平原中高平原的科尔沁沙地部分，适宜发展林业、草地畜牧业或旱作农田，以沙做原料发展沙产业具有丰富的资源基础，杂粮杂豆等经济作物在此区具有广阔的发展空间。此地类存在的主要生态问题是风蚀，基本管理对策是少耕低牧，植树造林种草增加植被覆盖度;充分规划，精准适地适用发展农牧业。另外，研究区沙地原始植被是榆树树林，由于追求木材生产，并增加防风效果，此区原始植被几乎被砍伐殆尽，从而导致野生动物栖息地丧失，野兔山鸡等野生动物数量锐减，因此，在大部分地区恢复自然榆树植被是此区的一项重要政策选择。

3 讨论

松嫩平原、辽河平原基本地貌地势特点为外围高，向中间渐次降低、起伏度渐次变小，地貌类型依次为低台地、极高平原、高平原、中平原、低平原和位于辽河平原中心部位的极低平原。

根据土壤限制因子及指示植物，此区土地可分为4 个生态土地类别:甜土地类、盐碱地类和水湿地类及沙土地类。

根据盐碱地在不同高海拔高度的分布比例，见表4、表5、图3，间接证明松嫩平原盐碱地形成是由于周边高地的盐碱离子随水积累于平原土壤中的理论［15，18，22］，即靠近山地高处的盐离子被水流携带进入平原，高处盐碱地面积少，盐离子进入平原积累于平原，但靠近河流水域等低处的盐碱离子被排入河流排出，此区域盐碱地面积也少，导致平原中间部位盐碱地面积分布多。

政策及政策指导下的防范是生态系统管理的前提，生态系统管理及生态系统治理必须在明确的政策指导下实施。同时，生态治理(生态恢复)必须遵循如下原则:技术有效，成本低廉，可操作，可大面积推广，有后续经济效益或社会效益［27］。