2.4 形成原因
我国是当今世界水土流失最严重的国家之一,水土流失形成的原因既有自然的、也有人为的,既有历史的、也有现代的。现代水土流失除了我国特殊的自然地理和复杂多变的气候条件的影响外,更为主要的还是人为因素造成的。
2.4.1 历史因素
我国在历史上曾经是森林茂密的国家。由于自然气候变异、人口增加,军屯民垦、毁林垦荒、烧林狩猎、伐木阻运、焚林驱兵,以及统治者大兴土木,砍伐森林,造成水土流失加剧,地貌支离破碎,沟壑纵横。愈是近代,人类活动对生态环境的破坏愈烈。1644年清代开始时,全国森林覆盖率为21%,到1949年仅剩下8.6%。全国不少地方光山秃岭,风沙四起,生态环境严重恶化。纵观历史,可以看出,水土流失的产生、发展与人口增长、人类活动(包括封建统治者大兴土木滥伐森林、战乱频繁毁坏森林、人口增加开垦森林植被等)的关系十分密切。
先秦时(公元前3世纪以前),全国人口仅2000万,周朝又设有机构,重视山林川泽的保护,森林覆盖率达53%,黄河较清。但从秦到西汉,人口成倍增长,至西汉平帝元始二年(公元2年),已达5959万人。为解决吃饭问题,国家鼓励屯垦戍边,黄土高原上许多游牧区被垦为农业区,森林与草原遭到破坏,水土流失日趋严重,黄河由混变黄,逐步淤积成为悬河,频繁地泛滥与改道。
东汉至隋,战乱不断,人口大减。晋元帝太康元年(公元280年),人口仅1616万人。唐玄宗天宝十四年(公元755年),人口增至5300万人。五代战乱中,人口虽减,但从未低于3000万。元朝太宗二年(公元1300年)达5884万人。林区大幅度减少,水土流失加重,仅宋朝300年间,黄河决口40多次。元朝不设山林川泽保护机构,环境每况愈下。
清朝实行鼓励人口增长的政策,清雍正二年(公元1724年),全国人口2500万人,仅仅42年,到乾隆三十一年(公元1766年),人口爆炸性地翻了三番,达2亿9百万人。再过了83年,即道光二十九年(公元1849年),人口又翻了一番,达4亿7千万人。明、清至今600多年间,森林遭到毁灭性的破坏,水土流失空前严重,生态环境急剧恶化。如北京地区和湘江下游的森林都毁于明清时期。明朝近300年,黄河决口60多次。
2.4.2 自然因素
造成水土流失的自然因素主要包括气候、地形、地质、土壤、植被等自然因素。
2.4.2.1 气候
影响水土流失的气候因素主要是降雨。我国降水呈现时空分布不均衡的特征。从空间分布上看,我国年降雨量总体由东南向西北递减,造成东南多雨、西北干旱。从时间分布上看,由于受季风气候影响,全国大部分降雨都集中在夏、秋季,降雨量占全年降水量的60%以上,且多暴雨。降水不均衡分布造成水土流失在空间和季节分布上也不均衡。
黄土高原地区受季风的影响,每年冬夏季风周期性的进退和交替变化,使得雨季、旱季分化十分显著,雨季降雨量集中且多为暴雨,降雨量占年降水量的60%~70%,历史上曾有降雨量700~800mm的记录,暴雨常常与水土流失、洪水灾害相伴。东北松花江辽河流域地处温带、寒温带,大陆季风气候显著,区内降水分布很不均匀,70%以上的降水集中在6—9月,其中7月、8月占全年降水量的50%以上,也是集中产生水力侵蚀的季节。东南沿海地区台风雨是降水的主要来源之一,随着冷暖气团的消长强弱及台风登陆的多寡,降水量的年际变化很大,部分地区多雨年的降水量比值在2.0以上,造成较为严重的崩岗。
决定水土流失的降雨因素主要包括降雨类型、降雨量、降雨强度等。一般来说,暴雨发生频次与水土流失程度呈正比,即暴雨爆发的越频繁,造成水土流失量越大、程度越剧烈。降雨量也与水土流失呈正相关关系,降雨量越大,造成水土流失越严重。降雨强度是指单位时间内的降水量,如果是阵雨又称雨强或雨率,降雨强度越大,造成水土流失也越严重。
2.4.2.2 地形地貌
我国水土流失类型分布于地貌特征密切相关。我国位于欧亚大陆面向太平洋的东斜面上,整个地势西部高、东部低,地形复杂,自西向东构成三级阶梯。第一级阶梯是位于我国西南部的青藏高原,海拔在4000m以上,是我国地形最高的部分;第二级阶梯是我国高原和盆地的主要分布地区,海拔1000~2000m;第三级阶梯是我国平原的主要分布地区,海拔多在500m以下。特殊的自然地理条件造成了我国山地、丘陵、高原占国土总面积的69%,山高坡陡的地貌为水土流失的形成提供了量能基础,一旦遇到强降雨或大风等其他外营力,则会产生较为严重的水土流失。
地形因素主要包括地面坡度、坡长等。处于临界坡度以下时,地面坡度与水土流失呈正相关关系。据津格运用小区的模拟降雨和野外条件证实:坡度每增加1倍,土壤流失量增加2.61~2.80倍;斜坡水平长度每增加1倍,土壤流失量增加3.03倍。当地面坡度达到一定值时,水土流失程度反而呈减少趋势,该定值坡度也就是临界坡度,临界坡度大小与当地气候、土壤、地表植被物等有关;坡长与水土流失呈正相关关系,即坡长越长,侵蚀力的作用面越大,侵蚀动能增加,造成水土流失越严重。
此外,坡形和坡向也对水土流失具有影响。山丘区的斜坡坡形可分为直形坡、凹形坡、凸形坡等,不同坡形造成降雨径流的再分配情况不同,水土流失形式和强度也不同。坡向是指丘陵斜坡的朝向,坡向不同,坡面水热条件和降雨量存在较大差异,造成植物生长状况和土地利用方式不同,水土流失程度不同。据黄河水利委员会西峰站多年观测结果:一般情况下,阴坡水分状况好,植被易于恢复或生长较茂密,水土流失程度较轻,弱于阳坡。迎风坡降雨量大于背风坡,因此迎风坡水土流失也较背风坡严重。
2.4.2.3 地质
地质因素中岩性不同,地面组成物质不同,相应的抗蚀能力也不同,因此造成水土流失形成的概率高低不一。在各时代地层中,新生界和中生界的地层出露面积最大,主要由松散沉积物和轻度胶结的碎屑岩组成,加之不同尺度,不同形式地质构造相互叠加及演化的复杂格局,为土壤侵蚀提供了丰富的物质基础。科学研究显示,新构造运动的上升区往往是侵蚀的严重区,六盘山近百年内上升的速度为5~15mm/a,造成这一地区侵蚀复活,使得冲沟和斜坡上一些古老侵蚀沟再度活跃。
2.4.2.4 土壤
土壤是地球陆地表面能生长植物的疏松表层,由矿物质、有机质、水分、空气和土壤生物组成,是岩石的风化物在气候、地形、生物等因素作用下逐渐形成的。土壤是水土流失形成的物质基础,土壤抗侵蚀性能强弱对水土流失的形成和严重程度具有决定作用。土壤抗侵蚀性能强弱取决于土壤的颗粒组成、有机质含量和水稳性团粒结构的含量。西北黄土高原、西南和南方丘陵山区,出露地面的组成物质主要有厚层黄土沉淀物、紫色页岩风化物和花岗岩风化物及其发育的黑垆土、紫色土、红壤等。这些土壤和地面组成物质在地表植被破坏时,土壤抗侵蚀特性很差,极易受水力、风力侵蚀而被搬运。
2.4.2.5 植被
植被是指某一地区内由许多植物组成的各种植物群落的总称。按植物群落类型划分,植被的类型可分为森林植被、草原植被、草甸植被、荒漠植被等。我国植被地理分布呈现明显的地带性,区域差异显著,由东南向西北,依次为落叶阔叶林(针阔混交林)、草甸草原、典型草原、荒漠草原、草原化荒漠、典型荒漠。由于特殊的自然地理条件,造成我国水土资源不相匹配,北方缺水、南方缺土,制约植被生长。植被的地带性分异规律是影响我国水土流失类型分布的重要因素。
一般来说,植被覆盖度越大、层次结构越复杂,防治水土流失的效果越显著,以茂密的森林植被为之最,主要表现为以下3点。
(1)拦截降雨。植被地上部分的茎、叶、枝、干不仅呈多层遮蔽地面,而且能拦截降雨、削弱雨滴的击溅作用,同时改变了降雨的性质,减小了林下降雨量和降雨强度,削弱了林下土壤侵蚀营力。据观测,降雨量的15%~40%首先被树冠截留后通过蒸发回到大气中,其次被枯枝落叶吸收且5%~10%蒸发,其余大部分降雨(50%~80%)渗透到土壤中变成地下径流,仅有约10%的降雨形成地表径流。
(2)保护和固持土壤。枯枝落叶层覆盖在地表,保护地表土壤免受雨滴的击溅和径流侵蚀。植被根系号称“地下钢筋”,尤其是乔灌木树种构成的混交林具有深长的垂直根系、水平根系和斜根系,有较强的固土作用,保障表土、底土、母质和基岩连成一体,增强了土体的抗蚀能力。
(3)调节地表径流。林下枯枝落叶层结构疏松,吸水力强,并具有过滤地表径流的作用,使地表径流携带的土沙石等沉淀下来。据监测数据显示,1kg的枯枝落叶层可吸收2~5kg的水;在10°坡地上,15年生阔叶林的枯枝落叶层水流速度仅为裸地的1/40。
2.4.3 人为因素
人类合理利用土地的行为,以及诸多不合理开发的行为,如毁林毁草、滥垦滥牧、开荒扩种、陡坡耕作、开矿修路及弃土弃渣等活动,成为造成水土流失的重要原因。
2.4.3.1 过伐、过垦、过牧,破坏植被
我国人口众多,对粮食、民用燃料等的需求较大,耕地少,后备资源不足。长期以来,在生产力水平不高的情况下,对土地实行掠夺性开垦,片面强调粮食生产,忽视了因地制宜地开展农林牧综合发展,把只适合林牧利用的土地也开辟为农田,破坏了生态环境。据统计分析,1950年至今,每年人口净增1000多万,耕地却以每年数百万亩的速度锐减。据国土资源部第二次国土资源调查数据显示,我国现有耕地18.2亿亩,耕地面积累计减少3亿多亩,人口生存压力和传统粗放的生产方式,对土地构成较大压力,大量开垦陡坡,以至陡坡越开越贫,越贫越垦,生态系统恶性循环;滥砍滥伐森林,甚至乱挖树根、草坪,树木锐减,大量植被遭受破坏,使地表裸露,区域蓄水保土、防风固沙等水土保持功能骤减,水土流失不断加剧。据统计,20世纪50年代,长江流域内大部分地区保存较好的植被到21世纪初,流域内各省林地面积平均每年下降0.6%~0.8%,上游荒山荒坡面积已达1.7亿亩,占土地总面积11.3%。根据有关资料,全国共有大于25°的坡耕地9000万多亩,其中6200万亩分布在长江中上游地区,这些坡耕地基本上是毁林毁草开荒的产物,大多数还在采用顺坡耕作方式耕种。
近年来,随着经济社会发展,国家增长方式的不断调整,农业生产和种植结构发生了较大改变。一些地方结合当地自然条件和社会经济,进行集团化陡坡开垦种植、定向用材林开发、规模化农林开发、炼山造林等多种农林开发模式。但在生产准备阶段和生产过程中缺乏及时、有效的水土保持措施,大规模砍伐、运输、整地、栽植等一系列活动仍造成较为严重的水土流失。据中国水土流失防治与生态安全综合科学考察,2000—2005年,全国农林开发造成的水土流失约占生产建设项目水土流失总量的1/4。
2.4.3.2 各类生产建设活动
改革开放以来,随着我国经济社会快速发展,经济结构调整成效显著,投资渠道不断拓宽,一大批生产建设项目,水利电力工程、油(气)输送和储存工程、输变电工程,以及大型水厂、桥梁、铁路、高速公路等生产建设项目相继启动实施,极大地改善了区域供水、供电、交通、航运等基础设施状况,加快了国民经济发展。但是有相当一段时期,由于一些生产建设单位对水土保持工作认知不到位和重视程度不足,经济增长方式未脱离“四高一低”(高投入、高消耗、高耗能、高污染、低效率)粗放型发展模式,在取得较高发展水平的同时,引发了较为严重的人为新增水土流失。
据中国水土流失防治与生态安全综合科学考察成果,2000—2005年,我国共启动实施各类生产建设项目76810个,占地总面积5.5万km2有余。其中,平原区占地约1.2万km2,占总面积的21.4%;山区占地面积1.8万km2,占总面积的32.6%;丘陵区占地约2.2万km2,占总面积的39.5%;风沙区占地3600km2,占总面积的6.5%。2000—2005年,全国各类生产建设项目造成水土流失面积达2.7万km2,弃土弃渣量达到92.1亿t,新增水土流失总量为9.5亿t。与其他类型水土流失相比,生产建设活动造成的水土流失具有地域不完整、形式多样、时间潜在、分布不均衡、强度变化大、物质成分复杂、重大危害突发性等显著特征。