中国黑土:侵蚀、修复、防控

土壤侵蚀是自然现象,更是人类活动引起的世界范围内土地退化最重要的表现形式,它给各国的粮食供应及安全、人类健康以及自然生态系统和经济发展均带来严重威胁。
黑土是世界上最具生产力的土壤,几乎所有具有充足降水量的黑土区都被开垦进行粮食和饲料生产。世界有9.16 亿hm² 的黑土,占世界无冰土地面积的6.9%,连续分布的四大片黑土分别分布于北美洲的密西西比河流域、南美洲的潘帕斯大草原、东欧的俄罗斯和乌克兰大草原及我国东北平原,均是重要的粮食生产基地。
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黑土及其共性
中国土壤科学家和公众熟知的黑土这个专有名词源于俄国农民的叫法,是由俄国土壤地理学家B. B. 道库恰耶夫在1877~1881 年对俄国草原地带的土壤进行调查,于1883 年发表的《俄国黑钙土》专著中,把农民和黑土地的名称两个字的前两个字节结合起来创建的,并在世界广为流行。黑土按字义是黑色的土地,译成英文就是Chernozem或mollisols。我国农民把凡具有一犁深(约18 cm)黑土层的土壤称为黑土(张之一,2005)。
中国黑土的名字,是由原中国科学院林业土壤研究所(现为中国科学院沈阳应用生态研究所)宋达泉先生于1957 年在全国第一次土壤普查中提出并命名的(龚子同,2014)。土壤科学家将黑土定义为:发育于温带湿润气候与灌丛草甸植被下,由强烈的腐殖质积累与水分潴积作用形成的,0~20 cm 土层与0~100 cm 土层腐殖质储量比≥0.4 的典型的地带性土壤。
黑土矿质表层的最基本共性是:厚度不低于25 cm;良好的颗粒状或团粒状或团块状–碎屑状结构;干时不呈大块状或整块状结构,也不硬;具有较低的明度和彩度,湿态彩度≤3;搓碎土壤的润态明度≤3.5,干态明度≤5.5,润态彩度≤3.5;若有C 层,其干态、润态明度至少比C 层暗一个芒塞尔单位,彩度至少低2 个单位;盐基饱和度(NH4OAc 法)≥50%;有机碳含量≥6 g/kg(Burras et al.,2010);土表至20 cm 与土表至100 cm 的腐殖质储量比(Rh)≤0.4,且C/N≤17。
人类意识到土壤侵蚀大约有300 年的历史,但把土壤侵蚀作为一个学科开始研究还不到100 年。我国的土壤侵蚀研究始于黄土高原,大约有90 年的时间,东北黑土区土壤侵蚀研究仅有50 年的历史。
中国东北黑土区是我国最大的商品粮生产基地和生态安全屏障,被誉为我国粮食安全的“稳压器”,每年供应的商品粮占全国总量的60%以上。尽管开发利用仅有百余年,但由于开发强度大、速度快,土地利用方式不合理,加之独特的起伏丘陵和漫川漫岗地形地貌以及降雨集中、冻融交替等气候特点,土壤侵蚀退化、耕层变薄、肥力质量下降、土地生产力降低、生产投入增加,加之沟道的形成破坏耕地,使耕地支离破碎,阻碍机械化作业,导致沉积物向下坡沉积的危险性增加,严重威胁该区的农业生产和生态环境。中国东北黑土区成为我国3 个水土流失急需治理区域之一
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▲ 乌裕尔河流域1965 年~2012 年侵蚀沟裂度演化过程
(Zhang et al.,2015)
根据最新的东北黑土区全区域侵蚀沟普查结果,目前该区域平均沟壑密度达0.21 km/km²。其中,88.6%的侵蚀沟为发展类型,超过60%的侵蚀沟为耕地侵蚀沟,沟道侵蚀发展趋势显著。认知中国东北黑土侵蚀退化的危害,明晰黑土侵蚀发生和演化过程及其驱动因素,研发阻控黑土侵蚀的技术措施和模式,对黑土区水土流失防治及治理、确保粮食安全以及区域农业可持续发展均具有重要意义。
《中国黑土:侵蚀、恢复、防控》刘晓冰等著. 北京:科学出版社,2022.3)基于作者20 年来承担国家科技攻关项目、国家重点研发项目、国家自然科学基金项目、中国科学院国际合作重点项目、黑龙江省杰出青年科学基金和重点项目以及水利部松辽水利委员会课题的研究结果,结合长期定点监测和实地调查及分析归纳,发表的近百篇论文,提出的系列技术规程,并汇集国内外相关研究的文献,围绕如何防控黑土侵蚀威胁生态环境和农业生产这一主题撰写而成。
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全书分为五篇,共十二章。主要内容包括世界土壤侵蚀类型、溯源、危害,土壤侵蚀过程和影响因素以及研究方法;世界黑土分布及其利用、管理现状,中国黑土分布、成土过程、分类及利用改良;侵蚀黑土耕层厚度对作物土壤系统的影响,有机肥恢复侵蚀黑土的机制,坡面侵蚀防控措施和效果;沟道侵蚀的分类、发生过程与影响因素,沟道侵蚀临界理论及沟头挺进速率和控制因素;黑土区沟道侵蚀的分类分级及特征,侵蚀沟演化、侵蚀过程、机制及影响因素;沟道侵蚀防控措施和修复模式,水土保持工程和耕作措施对恢复侵蚀退化黑土地力的提升作用;未来黑土侵蚀管理的控制策略等。
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▲复合治沟模式
因地制宜,植物措施优先,措施布设不拘一格,由多种类型措施综合组成的治理模式。适用于东北黑土区发展型大中型侵蚀沟。
本文摘编自《中国黑土:侵蚀、修复、防控》(刘晓冰等著. 北京:科学出版社,2022.3)一书“前言”“第一章 国外黑土”,有删减修改,标题为编者所加。
(本文编辑:刘四旦)
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