国外土地退化与修复管理研究进展

摘要：在归纳总结国外学者对土地退化的概念内涵界定的基础上，综述了土地退化类型划分、土地退化机理、评价与监测、及防治等方面的国内外研究进展，并进一步深入研究土地退化问题的方向。关键词：土地退化；荒漠化；研究进展；研究方向土地资源是人类社会赖以生存和发展的物质基础,是一种不可再生的最基本的资源。但是近几十年来,随着世界人口的急剧增长,耕地的日趋减少及其对土地资源的依赖,促使森林锐减,草原的过度放牧和开垦等一系列人为活动,加快了土地退化的进程,致使土地生产能力局部丧失或全部丧失。随着土地退化空间的不断扩大和强度的日益增加,原先局部的次要的变化,已转化为全球性的重大变化,已构成影响人类正常生活的重大威胁,成为当今世界人类面临的最大挑战之一。人类发展的历史就是人类社会对自然界的认识史,也就是人地关系理论不断发展提高的历史。土地退化的发展趋势早已存在，因此，很早就引起世界各国学者的注意和重视。1.国际上土地退化的概念的提出及发展⑴联合国粮农组织于1971年发表的《LandDegradation》，首次提出了土地退化的概念,列举了土地退化的鉴定、防治方针、政策、法律和体制以及补救措施等,无疑土地退化的防治已成为一个世界性的问题。⑵后来一些学者和国际学术组织又针对土地退化的类型和退化荒漠化的成因,进行了深入探讨，而Boels（1992）及LalandSteward（1990）所著的《SoilDegradation》等一系列专著的相继出版，标志着土地退化研究的活跃和日益成熟。⑶Johnson和Lewis在考证了以往文献中土地退化一词的用法后，指出其中对土地退化的两个关键方面的看法一般是统一的：一是土地系统的生物生产力必须有显著下降；二是这种下降是人类活动而不是自然事件引起的过程的结果。根据这一术语的当前用法，他们把土地退化定义为“人类干预造成的一个地区的生物生产潜力和/或使用价值的显著下降”。“使用价值”是土地退化的一个关键特征。土地退化出现时，一个地区的生物生产力可能并没有明显变化，在这种情况下使用价值的变化是定义退化的主要依据。⑷近年来国际上常用“土壤退化”一词来代替“土地退化”，主要因为土地退化的基本内涵与变化过程是通过土壤退化反映的。土壤退化是指在各种人为和自然因素影响下所发生的导致土壤的农业生产能力或土地利用和环境调控潜力，即土壤质量及其可持续下降，甚至完全丧失其物理的、化学的和生物学特征的过程，是土地退化的核心部分。它包括土壤侵蚀沙化、盐碱化、肥力贫瘠化、酸化、沼泽化及污染化等（也可概括为土壤的物理退化、化学退化与生物退化）。⑸但也有学者认为尽管土壤是土地的主体，仅用土壤退化来代替土地退化是不全面的，因土地毕竟是由一定厚度内岩石、地貌、气候、水文及生物组成的自然综合体，其结构和功能远超出土壤的范畴。⑹1992年联合国环境与发展大会完成的《21世纪议程》和1994年6月通过的《防治荒漠化公约》，详细阐述了与荒漠化有关的概念和具体内容，其中的“土地退化”是指：由于使用土地或由于一种营力或数种营力，致使干旱、半干旱和亚湿润干旱区、雨浇地、水浇地或使草原、牧场、森林和林地的生物或经济生产力和复杂性的丧失，其中包括：①风蚀和水蚀致使的土壤物质流失；②土壤的物理、化学和生物特性或经济特性的退化；③自然植被的长期丧失。⑺景可认为土地退化本身含有很强的时间概念。所谓退化不退化是通过不同时段的土地质量和数量的比较而得知的，如沙漠、戈壁、雪原及一些石漠区，在一个相当长的时期内，质量和数量都是如此，因此就不能纳入退化的土地。确切地说，在比较时段内，土地的后期质量（数量）明显地比前期下降减少的土地环境为土地退化。土地退化是指在不利的自然因素和人类对土地的不合理的利用影响下土地质量与生产力下降的过程。土地资源的特点是数量上的有限性和质量上的可变性。数量的减少可以表现为表土丧失或整个土体毁坏,是土地的非农业占用。质量降低表现为土地在物理、化学和生物学方面的质量下降。从生态学的观点看,土地退化就是植物生长条件的恶化,土地生产力的下降。从系统论的观点来看,土地退化是人为因素和自然因素共同作用,相互叠加的结果。自然因素是土地退化的基础潜在因子,而人类活动则是土地退化的诱发因子。2.土地退化的机理在土地退化的机理方面，一般认为，土壤是五大自然成土因素（成土母质、气候、生物、地形、时间）以及人类活动长期相互作用的产物，影响土壤退化的因素包括生物的、物理的、社会经济的、技术的和文化的等。但不合理的人为活动，如毁林、过度放牧、地下水过度开采、过量施用商品化肥和有机厩肥等所引起的土壤退化问题无论在范围还是程度上均比自然因子引起的退化要严重得多。以土壤侵蚀为例，人为活动诱导的土壤加速侵蚀是导致土壤质量下降的最根本的动因之一。由于土壤侵蚀过程的发生发展，表土中有机质减少，土壤性状特别是土壤结构会出现很多变化，最明显形式是土壤团聚体状况变差和土壤板结，从而加剧土壤的风蚀、水蚀作用，形成恶性循环。土壤结构退化会降低出苗率，阻碍空气和水进入土壤和在土壤内流动，进而又加剧土壤侵蚀，最终导致作物的减产。除土壤侵蚀外，当土壤质地细、湿、有机质含量低时，也易发生结构退化。同时，强度耕作、条行种植、轮作不够，也可促使土壤结构退化。造成土地退化的直接原因：一方面是退化土地生态系统本身比较脆弱抗干扰能力稳定性和自我调节能力差；另一方面是不合理的人类活动如毁林开荒陡坡开垦过度放牧等。土地退化是自然因素与人为因素综合作用的结果。自然因素仅为土地退化提供了外在条件，而人类不合理的活动如过牧、过樵、滥伐、工矿建设、陡坡开垦，甚至不适当的营林方式，及其它有关社会经济因素才是导致土地退化的主要原因。在土地退化的机理方面Blaike和Brookfield认为，土地退化是土地经受内在质量的损失或其容量的衰减，因此最好的表示不应是单要素的，而是多种力共同作用的产物。其中人和自然力都有各自的位置或作用。可以表示为：土地净退化=自然退化过程+人为干扰自然再生产过程+恢复管理。国外有关专家通过研究非洲的典型地区发现：土地退化与农村经济贫困之间联系甚为密切。通过对印度西北部地区的研究发现：土地退化与当地经济的可持续性互为因果。此外贫困、人口压力及技术变化，都对土地退化有着直接的影响。PPE怪圈是指贫困（Poverty）、人口（Population）和环境（Environment）之间形成的一种恶性循环。土地退化的机理从中可见一斑（图1）。3.土地退化的类型划分在土地退化类型划分方面目前存在着许多不同的方法和体系。联合国粮农组织首先于70年代提出土地退化概念时将土地退化粗分为侵蚀、盐碱、有机废料、传染性生物、工业无机废料、农药、放射性、重金属、肥料和洗涤剂等引起的十大类土地退化。到了1980年,艾伦(Allen)对于土地退化的分类问题又补充了旱涝障碍，土壤养分亏缺和耕地的非农业占用。联合国环境署全球监测系统及国际土壤情报中心把土地退化划为两大类：第一类是由于风力和水力侵蚀作用所造成的土壤物质转移；第二类是土壤本身的物理作用及化学作用所造成的土地退化。4.土地退化主要的评价理论与监测方法4.1评价理论20世纪90年代后期国内外在土地退化评价的理论和方法上取得了较大的进展，并集中反映在1997年出版的世界荒漠化地图集和对其它地区土地退化的评价之中。目前的评价理论有三种,分别是全球人为作用下的土壤退化(GLASOD)、南亚及东南亚人为作用下土壤退化(ASSOD)和俄罗斯科学院提出的评价方法(RUSSIA)。上述理论都是联合国有关机构所提出的评价,并在不同的地区进行过土地退化监测实践。GLASOD的评价结果为土地的绝对退化,它通过一整套指标体系直接反映气候与人为共同作用下土地退化的现实状态。联合国1984年提出的评价方法与1992年和1997年出版的“世界荒漠化地图集”里对世界和许多地区土地退化的评价都遵循了这一理论。ASSOD将土地退化的现状与人为影响的强弱两方面结合起来,间接反映退化的相对大小,评价的结果代表了土地的相对退化。在绝对退化程度相同的条件下,经营与投入水平的高低同相对退化的程度成正比,因此ASSOD更能揭示退化的实质。RUSSIA与前两种主要用土壤退化代表土地退化的单因素评价不同,它用多样性的概念将土壤、植被和地形综合起来进行多因素评价,属于真正综合的土地退化评价。该方法在分别确定植被、土壤和地形退化程度的基础上,依植被、土壤和地形程度间变异幅度的大小,即多样性的大小,综合进行退化状态的评价,体现了各因子差异退化的思想。差异大,多样性大,总体退化状态低,差异小,多样性小即景观一致性强,恢复和治理难度大,总体退化程度就高。4.2土地退化的监测遥感、地理信息系统、全球定位系统（3S）技术的发展,为土地退化的动态监测提供了强有力的技术支持。80年代，国内外利用遥感对土地退化的监测与评价主要处于目视解译阶段,即通过室内判读航片、卫片与编绘荒漠化草图,结合野外关键地带路线的考察最终成图。前面阐述的三种理论在实践上均以目视解译为主、依靠常规技术支持的经验性指标体系来完成,只是GLASOD代表了国际上在土地退化评价中普遍遵循的方法,简明扼要,操作方便。90年代在土地退化评价中TM、MSS、SPOT、NOAA多种时空分辨率遥感数据开始融合,遥感图像处理软件ERDAS、ENVI同一些GIS软件如ARC-GIS也逐步集成使用。相应地,基于3S的评价和监测的技术路线也应运而生。目前主要的评价方法有两种:一是运用图像处理软件,通过监督与非监督分类,直接划分类型和程度；另一种是选择几个基于RS、GIS的指标,给定不同的权重,通过综合来得出结果。基于3S的评价和监测的技术路线是先进、完善且实用的技术方法,即利用研究区域的RS信息,GIS数据源等资料进行分类分级,在专家意见的帮助下,进一步修正评价结果,经过多次GPS的野外实地校验,不断提高评价精度,并在此基础上构件基于3S普遍适用的土地退化评判模型。土地退化的某些过程，当其发展到一定程度时，可在土壤剖面的不同部位或全剖面中表现出来。一般来说，风蚀及水蚀、有机质丧失、化学品含量过高等退化过程或现象主要集中在剖面表层，而土壤板结、盐渍化过程则可影响至心土层。同时，侵蚀和不合理耕作也可使心土层暴露。为了适时监测农用土地退化，不少国家和地区已经或正在致力于本地区监测方法和监测系统的建设。如加拿大自1989年起，开始建立了一批基准点，每天测量数项气象因素。同时依据土壤特性的敏感性（它们变化的快慢程度）安排观测频次，一些土壤特性每年测量一次，而另一些特性每5至10年测量一次，所有基准点的基础数据组在1995年就已完成，并已得出了一些有关农作措施对土壤健康影响的重要结论，例如：提高肥料、农药、除草剂、灌溉水的利用率，能显著减少硝态氮、农药、除草剂淋失的潜在危险。为使土地退化评价结果能够进行不同地区或同一地区不同时间段的对比，需要将获得这些土壤属性数据的监测技术标准化和规范化，包括从采样布局、采样、样品预处理和实验室分析等各个环节，还需要完备的监测质量监控和保证措施。5.土地退化的防治国内外对土地退化的防治都非常重视,并进行了大量的研究。早在40年代,美国就开始研制水土流失的预测预报模型。70年代以后,进一步将土壤侵蚀预报和土壤生产力状况结合起来,建立侵蚀-生产力耦合计算模型(EPLC),并开展了横跨欧、亚、美洲若干个国家的联合研究,以期预报全球土壤侵蚀和粮食生产的发展趋势。在小流域综合治理方面,美国把自然资源开发与防治水土流失、保护生态环境相结合,把水土保持与农田生产力组合为一个共同的研究目标。如密西西比州国家泥沙实验室的坡耕地试验区,既进行土壤侵蚀方面的观测,同时还进行水质变化的监测,又研究氮、磷的迁移和土壤水质的变化。荒漠化防治方面世界各国也采取了积极的行动。1974年国际地理学会专门组织了一次荒漠化专题讨论会；1975年还召开了“荒漠化(退化)进程、问题和观点”的专题讨论会,对荒漠化(退化)的定义、成因等问题进行了讨论。1977年联合国在肯尼亚首都内罗毕召开世界荒漠化会议——第一次与土地