半干旱黃土丘陵區(qū)坡耕地生產(chǎn)力變化研究

半干旱黃土丘陵區(qū)坡耕地生產(chǎn)力變化研究

1土壤肥力分析土地使用的變化是指土壤資源的數(shù)量、質(zhì)量和土地利用結(jié)構(gòu)隨著時間的推移而變化的，包括土地使用的空間變化和土地使用類型組合模式的變化。對以農(nóng)為主的縣域范圍來說,林草植被的增加、坡改梯速度的加快、農(nóng)業(yè)耕作措施的改進(jìn)、水資源的充分利用、防災(zāi)減災(zāi)能力的加強(qiáng),無不保持或增強(qiáng)了原坡耕地的土壤肥力水平和生產(chǎn)能力。相反,人口過度膨脹、濫砍濫伐、陡坡開荒、過度放牧以及落后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式等只會造成環(huán)境承載力下降、生態(tài)功能受損、水土流失加重、土地生產(chǎn)力衰退。所以,研究土地利用結(jié)構(gòu)變化與其生產(chǎn)力之間的關(guān)系,對當(dāng)?shù)剞r(nóng)村和農(nóng)業(yè)發(fā)展政策的制定、區(qū)域經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展都有重要的指導(dǎo)意義。2降水量、蒸發(fā)寧夏西吉縣,屬黃土丘陵溝壑區(qū)第五副區(qū)。全縣總土地面積3144km2,其中黃土丘陵區(qū)面積2600km2。地帶性土壤以黑壚土面積最大,其中又以緗黃土分布最廣。西吉縣多年平均降水量402.2mm,主要集中在7,8,9三個月,占全年降水量的60.9%。從多年降水記錄資料分析,近年的年降水量存在逐漸減少的趨勢,上世紀(jì)90年代的平均降水量僅為353.4mm,歷年平均蒸發(fā)總量1503.7mm。災(zāi)害性天氣尤以旱災(zāi)最為突出,給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、群眾生活帶來很大損失。西吉縣農(nóng)業(yè)人口42.2萬人,種植業(yè)占農(nóng)、林、牧業(yè)總產(chǎn)值的80.7%,1999年農(nóng)民人均糧339.1kg,人均純收入885元。存在糧食單產(chǎn)低而不穩(wěn)、農(nóng)產(chǎn)品商品率低、人均收入低、地力瘠薄、施肥水平低、農(nóng)村能源缺乏、文化教育落后等嚴(yán)重制約農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的障礙因素。3機(jī)修有效地解決了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、資源和大力政策支持的問題自20世紀(jì)80年代以來,寧夏西吉縣的農(nóng)村和農(nóng)業(yè)發(fā)展,經(jīng)歷了前所未有的變化,1980年啟動了國家“三北”防護(hù)林工程基地縣建設(shè)項(xiàng)目,1982年開始實(shí)施了世界糧食計(jì)劃署援助的以植被建設(shè)為主要目的的“2605”項(xiàng)目,1984年“三西”扶貧建設(shè)項(xiàng)目上馬,從1984年開始,加強(qiáng)了水平梯田建設(shè)力度,特別是90年代以來,機(jī)修梯田發(fā)展很快,由點(diǎn)到面展開,取得了很大的成績。所以這些項(xiàng)目的實(shí)施,有計(jì)劃、有步驟地調(diào)整了西吉縣的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu),逐年退耕還林還草,提高林業(yè)、畜牧業(yè)在整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中的比重,使農(nóng)、林、牧業(yè)用地比例基本趨于合理,對當(dāng)?shù)赝恋刭Y源的優(yōu)化配置和合理利用都起到了積極作用。然而,自1994年以來,由于缺乏相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)和政策支持與保護(hù),毀林開荒濫牧現(xiàn)象反彈,許多項(xiàng)目成果沒有保持下來。鑒于西吉縣的實(shí)際情況,并考慮到所需資料收集的準(zhǔn)確性、可能性以及所選擇時段的代表性,取1980年、1987年和1994年3個時段進(jìn)行土地利用變化分析。4土地利用現(xiàn)狀圖件的準(zhǔn)備和普及法性分析(1)以1981年的《西吉縣綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃報告圖集》,1987年的“2605”項(xiàng)目各專題驗(yàn)收圖件,1994年的“三西”農(nóng)業(yè)建設(shè)項(xiàng)目年度水平梯田驗(yàn)收圖等為基礎(chǔ)圖件,輔以實(shí)地調(diào)查、個人訪問、航片判讀等補(bǔ)充方法,并參考西吉縣其它相關(guān)項(xiàng)目專題成果圖件和土地部門提供的土地利用現(xiàn)狀圖,作為土地利用動態(tài)分析的基礎(chǔ)。(2)在坡耕地水土流失與土地生產(chǎn)力關(guān)系定位試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,確定不同時期坡耕地土地生產(chǎn)力隨土地利用結(jié)構(gòu)和數(shù)量變化而發(fā)生的變化。5成果分析5.1立地條件分析土地在各業(yè)之間的合理分配以及對土地怎樣進(jìn)行科學(xué)合理使用才能獲得良好利用效果,直接影響土地資源的數(shù)量、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、分布及利用廣度和深度的變化。表1顯示,1980年西吉縣農(nóng)業(yè)用地占土地總面積的70.4%,農(nóng)、林、牧業(yè)用地比例為8.2∶0.4∶1.4,農(nóng)、林、牧業(yè)經(jīng)濟(jì)收入比例為9.5∶0.2∶0.3,結(jié)果造成粗放經(jīng)營,廣種薄收,施肥不足,地力衰退,水土流失嚴(yán)重,人民生活困難。西吉縣20世紀(jì)80年代初開始實(shí)施的各項(xiàng)環(huán)境建設(shè)和扶貧工程,特別是防護(hù)林建設(shè)和“2605”項(xiàng)目,至1987年項(xiàng)目結(jié)束時,土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化,林草覆被率達(dá)到了44.6%,陡、瘦、碎等不宜繼續(xù)耕種的農(nóng)地基本實(shí)現(xiàn)了退耕還林還草,農(nóng)業(yè)用地比例比1980年下降了近一半,僅占37.6%,農(nóng)、林、牧業(yè)用地比例為4.6∶2.4∶3.0,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之一的農(nóng)田基本建設(shè)有了較快發(fā)展。表2表明,水平梯田面積占農(nóng)業(yè)用地的比重由1980年的1.7%增長到1987年的17.6%,農(nóng)業(yè)發(fā)展后勁進(jìn)一步增強(qiáng)。80年代中后期,黃土高原的坡改梯工程進(jìn)行得如火如荼,設(shè)計(jì)方法不斷完善,施工工藝不斷更新,施工手段的機(jī)械化程度不斷提高,特別是機(jī)修梯田的速度和規(guī)模在各級政府部門的扶持和農(nóng)民群眾的積極參與下發(fā)展迅速,西吉縣水平梯田占農(nóng)業(yè)用地的比例由1987年的17.6%增加到1994年的38.4%。從表3看出,<7°的緩坡耕地基本實(shí)現(xiàn)了梯田化,7°～15°和15°～25°的坡耕地分別有30%和28%被整修成了水平梯田,農(nóng)業(yè)用地的數(shù)量、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)和空間分布基本趨于合理。從表1、表2和表3的分析可知,在15年的土地經(jīng)營利用過程中,原來的河川地、河灘地、壩地、溝臺地、溝掌地等土質(zhì)較好、肥力較高、改造較易的土地基本都得到了合理整治和利用。坡耕地退耕還林還草基本堅(jiān)持了先陡后緩、兼顧集中連片的原則,陡坡耕地植樹種草比例較大。坡改梯工程實(shí)行了先易后難兼顧規(guī)模的方式。至1994年,坡度在7～15°之間的坡耕地占坡耕地總面積的96.6%,15～25°坡耕地占3.0%,<7°和>25°的坡耕地占0.4%,這部分土地是坡面最易造成水土流失的土地,土壤流失多,徑流損失大。5.2不同坡面的土壤流失土地利用結(jié)構(gòu)的變化,坡耕地?cái)?shù)量的減少,使西吉縣1980年以后不同時期坡耕地的土壤流失量逐漸下降。根據(jù)西吉縣土地利用變化和北京林業(yè)大學(xué)孫立達(dá)、孫保平等在國家“七五”科技攻關(guān)成果中建立的西吉縣黃土丘陵區(qū)坡面土壤流失預(yù)報方程,計(jì)算出西吉縣1987年和1994年坡耕地的土壤流失量分別為421.6萬t和55.4萬t,比1980年土壤流失量的1484.0萬t分別減少71.6%和96.3%。由此可見,合理的農(nóng)、林、牧業(yè)用地結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)用地的合理布局,是坡耕地土壤流失量減少的關(guān)鍵;同時也說明,西吉縣“2605”等項(xiàng)目所取得的林草植被建設(shè)成果和坡改梯工程,不但調(diào)整了西吉縣歷史上廣種薄收的農(nóng)耕傳統(tǒng),也取得了良好的生態(tài)效益,為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。5.3不同時期內(nèi)傾斜耕地表面養(yǎng)分損失的動態(tài)5.3.1北吉縣黑土分布西吉縣的地帶性土壤類型以黑壚土為主,占全縣土壤總面積的87.8%,其次是零星分布的草甸、鹽土和新積土等。成土母質(zhì)主要有第四紀(jì)黃土、第三紀(jì)紅土和洪積沖積物。表4表明,西吉縣主要的農(nóng)業(yè)土壤黑壚土,占農(nóng)業(yè)土壤總面積的94.36%,由于長期的水土流失,普通黑壚土已留存很少,特別是陡坡耕地,黑壚土剖面已殘留很薄或難以找到,基本為黃土母質(zhì)所取代,這種肥力較差、結(jié)構(gòu)緊實(shí)的湘黃土在西吉縣的農(nóng)業(yè)土壤中所占的比例為60%。據(jù)1980年寧夏農(nóng)業(yè)局綜合勘查隊(duì)的土壤普查資料,西吉縣農(nóng)業(yè)土壤耕作層(0～20cm)土壤養(yǎng)分如表5。表5表明,主要分布于陡坡耕地的湘黃土和侵蝕黑壚土養(yǎng)分狀況最差,其次為主要分布于河川和溝臺的淺黑壚土。與全國土壤肥力分級標(biāo)準(zhǔn)比較,土壤氮素和磷素為影響當(dāng)?shù)刂参锷L的主要障礙性因子,而根據(jù)常慶瑞等的研究,黃土高原地區(qū)的土壤鉀含量較豐富,基本可滿足一般植物對鉀肥的需求。5.3.2耕作層養(yǎng)分流失量和化肥量截至1994年,坡耕地在西吉縣農(nóng)業(yè)用地中仍占49.9%的比例,坡耕地每年嚴(yán)重的土壤流失和徑流損失使這部分土地的生產(chǎn)力水平較為低下,盡管施肥水平在不斷提高,而土壤肥力變化不大。根據(jù)在典型示范流域西吉縣黃家二岔小流域1980年和1991年2次流域不同地貌部位坡耕地的耕作層養(yǎng)分狀況測試,坡上部基本維持原狀,坡中下部稍有提高。典型治理流域尚且如此,全縣大面積的坡耕地養(yǎng)分就更難提高了。土壤養(yǎng)分含量是比較穩(wěn)定地反映土地生產(chǎn)力的指標(biāo)之一,受周期性氣候等環(huán)境因素的影響比較小。每年坡耕地耕作層養(yǎng)分含量有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷損失量計(jì)算公式為:Wi=Pi∑j=1nMjQjβj(1)Wi=Ρi∑j=1nΜjQjβj(1)式中:W為養(yǎng)分流失量,i=1,2,3,W1為有機(jī)質(zhì)流失量,W2為全氮流失量,W3為全磷流失量;P為黃土區(qū)坡耕地平均養(yǎng)分富集率,P1為有機(jī)質(zhì)富集率,P2為全氮富集率,P3為全磷富集率;M為主要土壤類型坡耕地面積,j=1,2,3,4,M1、M2、M3、M4分別為丘陵黑壚土、丘陵淺黑壚土、湘黃土和侵蝕黑壚土的坡耕地面積;Q為不同土壤類型坡耕地的土壤侵蝕模數(shù);β為不同土壤類型坡耕地的養(yǎng)分含量。表6是根據(jù)式(1)計(jì)算的西吉全縣不同時期坡耕地的表土養(yǎng)分流失量和折合的化肥量。從表6看出,通過15年的土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整,1987年和1994年西吉縣全縣農(nóng)業(yè)用地由于土壤流失造成的耕作層養(yǎng)分有機(jī)質(zhì)、全N和全P的損失分別比1980年降低68.3%,63.9%,65.5%,77.8%,74.7%,75.7%。根據(jù)抽樣調(diào)查,西吉縣氮肥施用中尿素占45.2%,碳酸銨和其它占54.8%,按此比例計(jì)算,1980年、1987年、1994年西吉縣坡耕地土壤養(yǎng)分損失折合氮肥和磷肥的化肥總量為670516,230598,162056t,分別是當(dāng)年化肥實(shí)際施用總量的596.5倍、27.6倍和6.8倍。5.4不同土地利用結(jié)構(gòu)對糧食減產(chǎn)量的影響土地利用結(jié)構(gòu)的變化,使不同土地類型的適宜性和土地質(zhì)量發(fā)生了變化,直接影響土地生產(chǎn)力的高低。根據(jù)在西吉縣黃土丘陵區(qū)進(jìn)行的土壤流失造成的土地生產(chǎn)力損失模擬試驗(yàn)和徑流損失與作物產(chǎn)量關(guān)系小區(qū)試驗(yàn)結(jié)果,10°～20°坡耕地上,干旱年份水土流失對作物產(chǎn)量的影響為42.79%～79.96%,其中徑流損失的影響比重占95.8%～98.2%,土壤流失的影響比重僅為1.8%～4.2%。表7計(jì)算了西吉縣1980～1994年間,隨土地利用結(jié)構(gòu)變化坡耕地播種面積和糧食產(chǎn)量的變化,以及由此引起的坡耕地水土流失導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)量。隨著西吉縣土地利用結(jié)構(gòu)的逐漸趨于合理和梯田在農(nóng)業(yè)用地中的比例不斷加大,在坡耕地土壤流失總量逐年減少的同時,雖然糧食播種面積逐漸減少,而糧食總產(chǎn)并沒有降低,分別為1980年90725t,1987年88709t和1994年90465t。據(jù)西吉縣1980～1994年農(nóng)業(yè)用地動態(tài)變化與糧食產(chǎn)量耦合關(guān)系計(jì)算,1980年坡耕地糧食產(chǎn)量占糧食總產(chǎn)量的87.3%,1987年下降為40.7%,1994年僅占22.3%。由表7可知,1980年、1987年和1994年西吉縣坡耕地的播種面積在逐年降低,1987年和1994年分別比1980年減少60.2%和74.0%;因水土流失造成的糧食減產(chǎn)量也在逐漸減少,1980年、1987年和1994年分別為73776,24,933,15230t,各是當(dāng)年實(shí)際糧食總產(chǎn)量的93.2%,28.1%和16.8%;1987年和1994年的糧食減產(chǎn)量分別比1980年減少66.2%和79.4%。顯然,減少水土流失,大力推廣現(xiàn)代先進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù),提高糧食單產(chǎn)是當(dāng)?shù)丶饶鼙３稚鷳B(tài)效益,又可增加人口承載力的主要措施。6不同坡耕地的土地利用變化(1)1980年西吉縣的農(nóng)、林、牧業(yè)用地結(jié)構(gòu)為8.2∶0.4∶1.4,通過“三北防護(hù)林工程”和世界糧食計(jì)劃署援助的“2605”等項(xiàng)目的實(shí)施,1987年調(diào)整為4.6∶2.4∶3.0,水平梯田面積占農(nóng)業(yè)用地的比重由1980年的1.7%增長到17.6%,1994年繼續(xù)增加到38.4%。小于7°的緩坡耕地基本實(shí)現(xiàn)了梯田化,7°～15°和15°～25°的坡耕地分別有30%和28%被整修成了水平梯田,農(nóng)業(yè)用地的數(shù)量、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)和空間分布基本趨于合理。(2)通過15年的土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整,1987年和1994年西吉縣全縣農(nóng)業(yè)用地由于土壤流失造成的耕作層養(yǎng)分有機(jī)質(zhì)、全N、全P的損失,分別比1980年降低68.3%,63.9%,65.5%,77.8%,74.7%,75.7%。1980年、1987年和1994年的坡耕地土壤流失量分別為1484萬t、422萬t和55萬t;土壤養(yǎng)分損失折合化肥的總量為670516t、230598t和162056t,分別是當(dāng)年化肥實(shí)際施用總量的596.5倍、27.6倍和6.8倍。(3)水土流失造成的坡耕地糧食減產(chǎn)量分別為1980年90725t、1987年88709t和1994年90465t,分別為當(dāng)年糧食總產(chǎn)量的93.2%,28.1%,16.8%。1987年和1994年由于水土流失造成的坡耕地糧食減產(chǎn)量比1980年減少66.2%和79.4%。(4)西吉縣土地利用動態(tài)與坡耕地土地生產(chǎn)力變化研究結(jié)果同時也表明,在自然條件嚴(yán)酷、社會經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的黃土高原地區(qū),