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土壤水蚀对环境质量的影响(一)

发布时间:2018-07-17 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1310

侵蚀的影响可以分为原位影响和异位影响。原位的影响主要是针对被侵蚀的土壤资源而言,异位的影响则是由所产生的泥沙和径流导致。

(一)原位影响

在原位影响中,侵蚀对土壤生产力的影响是最主要的方面。土壤侵蚀的原位影响包括:耕作层的丧失、土壤肥力的下降、土壤有机质的下降、植物有效水库容的下降、土壤热反射能力增加以及结壳和压实等(Lal 1987, 1988)。原位影响的评价是土壤侵蚀效应研究的一个重要方面,大多数研究采用一个简单的“两步法”,首先从有关物理量估计侵蚀量,然后建立侵蚀量与产量影响之间的联系。当然,这样的方法存在一些不足,因为它使用的是侵蚀量而不是土壤性质的改变,而影响产量的是作物生长的本身环境。

估计土壤侵蚀对作物生产力影响的一个替代方法是应用生物自然过程模拟模型,它依赖物理和生物过程的参数化计算,如EPIC (Erosion Productivity Impact Calculator)模型(Williams et al. 1984),它有四个方面的目标:利用现有数据发展一个机理模型;具有长期预测能力;适合各种土壤、作物和气候条件;计算方便。

世界银行环境署在撒哈拉地区实践的基础上建立了一个简单但广为应用的产量损失模型(Bishop et al. 1989):

Y=C-βx           (9-11)

式中,Y是侵蚀土壤上的产量(t/hm2);C是未侵蚀土壤上的产量(t/hm2) ;β是不同作物和坡度条件下的修正系数;x是累积的土壤侵蚀((t/hm2)。该模型假定每年产量损失会随表土流失逐渐降低。

和土壤侵蚀的作物产量影响评价一样,可以进一步地用经济评估的方法来探讨土壤侵蚀的总体影响。Colacicco等(1989)将原位影响区分为产量损失和养分损失。产量损失组分被定义为“永久的”,并归因于耕层和持水容量的丧失。Barbier等(1995)对8个发展中国家的土壤退化影响的经济评估作了综述,土壤退化的总损失占这些国家国民经济总产值的1%~17%,大多数在5%~10%之间。由此可见,土壤侵蚀对国民经济的现实和未来发展足以产生较大的影响。

(二)异位影响

与原位影响相比,土壤侵蚀还产生广泛的异位影响。异位影响主要包括雨后径流高峰增大,可能加剧洪水灾害;泥沙沉积增加导致渠道和水库淤积,削弱通量或库容;由于溶解和颗粒结合态养分的输入,接受径流的水体养分升高,水质下降,产生富营养化的危险性增加。这些过程经常相伴出现,互相影响,产生严重的生态和环境问题。

1.河道淤积

河流泥沙淤积的主要根源是植被破坏,水土流失严重。以长江为例,历史上长江上游森林覆盖率高达50%,而现在由于长期采伐,上游覆盖率降低至8%,水土流失面积超过6.6×105 km2,占长江流域面积的1/3,仅长江上游每年的土壤侵蚀量就达1.5×109t,是长江泥沙的主要来源。

侵蚀土壤在水力推动下进入各级河道和水体,在水力条件减弱时最终沉积下来。20世纪50年代长江宜昌站的年均输沙量约为4.9×108t,70年代平均约为5.1×108t,80年代实测达6.8×108t。长江的泥沙淤积已成为一个突出的问题,宜昌以上各类水利工程总库容为1.67×1010 m3,平均每年被淤积3×108 m3,占总库容的1.8%;整个长江流域水利工程的泥沙淤积情况也相当严重。号称“千湖之省”的湖北曾经有湖泊1 000多个,后仅剩300多个。由于围垦和淤积,洞庭湖面积在1949年到1984年35年间由4 350 km2缩小到2 691 km2,湖泊平均每年减少47.4 km2(王克林等1998),湖容量减少了1.15×1010 m3,平均每年减少3.5×108 m3,使湖容量减至1.74×1010 m3。究其原因,长江与湘、资、玩和澧四水每年有9.6×107 m3泥沙淤积于湖区,从1949年至1997年沉积总量达4.5×109m3,致使湖盆平均每年淤高0.03 m,其中西洞庭湖平均每年淤高0.07 m,相当于黄河的淤积速度。至于围垦,从民国初不到40年的时间围垦面积就达500 km2。20世纪60年代至90年代长江中、下游地区被围垦的湖面约有113.3 km2。围垦与淤积使长江中下游水面减少了1.2×104 km2,蓄洪能力减少了3.6×1010 m3

2.水蚀的养分输出与污染负荷

地表水体污染有点源和非点源两大途径。虽然在城市环境和工业活动条件下点源污染往往贡献较大,但从影响的范围和持久性来看,非点源污染的范围更加广泛、治理更加困难。在非点源污染贡献中,包括土壤侵蚀、岩石和矿物的自然分解及大气沉积等主要方面,而在这些来源中,土壤侵蚀的贡献最为重要,特别是在养分含量较高的农业土壤中,径流和侵蚀泥沙含有富集的养分,其养分负荷通常很高。美国在东部马里兰州Chesapeake海湾长期的研究表明,来自农业土地的非点源污染对氮素的贡献率达到39%,对磷素的贡献率高达49%(图9-1),这已经远高于点源污染的贡献,如果加上来自森林同样是非点源的养分输出,则该比例将更高。同其他地方一样,在中国水土流失也是河流湖泊水质下降的重要原因。曾有统计,我国湖泊属贫营养型的占5.6%,中营养型的占44.4%,富营养型的占50%。长江中、下游的湖泊也不例外,半数以上的湖泊已受到不同程度的富营养化影响,尤以城郊湖泊受害最重。当然,侵蚀以外的其他来源也是造成这些水体污染的重要原因,但从根本上来讲,侵蚀的土壤是沉积物的最终来源。

图9-1 Chesapeake海湾氮磷养分来源

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