史学人家 2008-2-23 12:05
试论土壤微量元素变化与历史时期黄淮海平原的文明进程
试论土壤微量元素变化与历史时期黄淮海平原的文明进程
高凯
《史林》2006年第3期
[捅要]由于黄河泛滥造成的土壤的微量兀素的变化是黄准海平原文明衰变过程中一只看不见的手。历史时期黄河下游频繁的改道、泛滥，不仅造成黄淮海平原土壤中微量元素的变化，而且也严重影响了黄准海平原文明进程的正常发展。
[关键词]黄河；微量元素，文明进程
[中图分类号]K90 [文献标识码]A [文章编号]1007-1873(2006)02-0026-13
[作者简介]高凯，博士生，复旦大学历史地理研究所200433
黄淮海平原是中国历史上最大、开发时间最早以及人类活动最频繁的平原之一。它北起今河北燕山南麓，南抵河南桐柏山、大别山北麓和通扬运河，西起太行山、嵩山东麓，东临渤海和黄海，并以海拔100—200米等高线与鲁中南山地分界；在地貌上主要包括山前冲积扇平原、冲积平原以及海积平原三种类型；整个平原以黄河干道为分水脊，形成了一个微向渤海、黄海倾斜的大冲积平原；这里光照充足，土层深厚，早在春秋战国以来就是华夏民族活动最频繁的地区。①
一 问题的提出
从考古发掘的情况看，新石器时期便有大量人类活动的遗迹出现在黄淮海周边的山麓洪积冲积扇平原之上。随着生产力的发展和人口的增加，人们逐渐离开原有的栖息之地，向着广阔的冲积平原及滨海地区进发。所以，早在春秋战国时期，黄淮海平原已是各国争相垦殖和发展的地区了。秦汉直至盛唐中叶，尽管其间不断有朝代更迭和天灾人祸的发生，但黄淮海平原始终都是古代中国社会人口最密集、经济最繁荣、文化最发达的地区之一。但是，宋代以后，黄淮海平原的经济优势逐渐丧失；尤其是明清时期以后，黄河屡屡决口、改道，使得本区域的自然环境更趋恶化，洪涝、干旱、盐碱、风沙灾害的发生更加频繁，成为了社会经济生产停滞、百姓生活困苦、文化发展落后的地区。对于这一变化巨大的历史过程及其原因，前人及今人多从黄河的频繁泛滥、泥沙的大量沉积、全球背景下我国历史时期气候的变迁、人类不合理的开发与利用以及连年战争和人为破坏等方面人手考察，做了大量的研究工作，但以现代土壤学、医学研究的成果看，黄淮海平原文明进程的衰变似乎还有一只看不见的手在起作用：这只手正是由于黄河泛滥造成的土壤的微量元素的变化所引发的。20世纪80年代，国家启动了“黄淮海平原的治理和开发”重大科研项目，在组织多部门、多学科联合攻关的同时，土地管理部门也相继对黄淮海平原土壤的微量元素状况进行了普查，随着十多年国内外医学对微量元素与人类健康之关系的诸多成果的面世，使我们能够在借助相关成果的基础上，来重新认识历史时期黄河泛滥与黄淮海平原文明进程这一重大问题。有鉴于斯，拙文拟就此提出粗浅的见解，以求教于方家。
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①参见邹逸麟主编《黄淮海平原历史地理》的前言部分，安徽教育出版社1993年版。同时，关于“历史时期”这一概念，亦完全采用此书的定义。
众所周知，人体是由40多种元素组成的，根据其在体内的含量多少，这些元素大致可分成常量与微量两大类。其中常量元素占人体体重的99.9％，它们包括碳、氢、氧、磷、硫、钙、钾、镁、钠、氯等十余种，主要构成机体组织，并在体内起电解质作用；微量元素只占人体体重的0.5％，它们包括铁、铜、锌、铬、钴、锰、镍、锡、硅、硒、钼、碘、氟、钒等14种。虽然这些所谓的人体微量元素在体内的含量微乎其微，但却能够起到非常重要的生理作用。①虽然，土壤中的微量元素与人体中的微量元素是两个不同的概念范畴，但土壤中微量元素的含量，基本决定了生活在该区域内人群微量元素的摄入水平、动物和植物体微量元素的基本含量。而且，从现有土地部门对土壤微量元素的相关检测看，土壤的微量元素多指锌、铜、铁、钼、锰、硼等六种元素；如河南省1982年和l987年两次对全省各类土壤进行微量元素的测定时即是以此6种元素为对象的。②由此我们就不难发现，人体微量元素中的铁，铜、锌、钼、锰、硼与对土壤中微量元素的相关检测之间基本上存在对应的关系。人类生活在生物圈，就必定要与周围环境的所有成分发生关系，即人类与生物圈、水圈、大气圈和岩石圈中的无机物会产生频繁的交换关系。从这一角度看，人体微量元素的来源，也必然只能通过人类本身生存环境中的动物、植物、土壤、水源等途径来汲取了。同样，土壤中微量元素也有其自身的来源。而具体到本文所述及的黄淮海平原，影响其土壤的微量元素含量的因素大致应有成土母质、河水、大气、有机质含量以及人类不合理开发与利用等几大因素。
既然人体所需微量元素与土壤中的微量元素基本上存在对应关系，那么，历史时期的黄河泛滥又与黄淮海平原土壤微量元素的变化有何关系呢?
二 历史时期黄河泛滥与黄淮海平原土壤中的微量元素
如前所述，黄淮海平原是一个冲积平原。而且由于黄河流经土层深厚、土质疏松的黄土高原，所以，河水的含沙量极大，每年至少要携带16亿吨泥沙冲向下游。而明清时期以前，淮河、海河上游植被保护良好，故淮河、海河含沙量较少。因此，从形成黄淮海平原的角度看，黄河径流是最大的功臣。而黄淮海平原土壤中的微量元素也毫无疑问与黄河的关系最大。
从一般情况上讲，河流流经某一地区，必然会汇集来自这一地区的可溶性物质，因此，河流本身也携带微量元素。而且，它的微量元素的组成，也会随着气候、地质和地域的变化而变化。现代实验表明：在温带地区的河流，以含较多钙离子和碳酸氢根离子为特征，在热带潮湿地区，河水各成分被稀释，却含较多的铝、铁、硅和有机质；而流过干旱地区的河流，则以含有较大量的钠离子、氢化物和硫酸盐为特征。③黄河的情况即是如此：黄河发源于青藏高原的巴颜喀拉山脉，今天的青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙、山西、陕西、河南、山东九个省区都在其流域范围之内-其间既有比较湿润的四川及甘肃东南部地区，也有宁夏、内蒙、陕北等干旱少雨的半干旱、干旱地区。在这一广阔的区域内，不仅气候变化大，降水情况和植被保有程度有别，而且流经地区的地形、地貌和矿产、矿物也有很大的差别，再加上历史上对黄河沿岸的开发程度不同，所以决定了黄河在历史时期中有机质含量、微量元素含量等必然存在差别。虽然，从具体的论据看，今天我们肯定无法复原和求证历史上黄河河水中所含物质的种类与多少，但从理论上讲，这些差别大致又可结合考古发掘和现代科学试验的结果来侧面说明之。
首先，从历史时期气候的诸多变化看，黄河径流所携带物质的变化有其必然的外部条件与背景。
8000—3000年前，中国大地处在“仰韶温暖期”，年平均气温比今天高3-5度，生长在今温暖又湿润的亚热带地区的动植物推至京津地区。种种考古发掘的迹象表明：“在北起黑龙江，南到长江流域以南，西至天山南北、云贵和青藏高原的广大范围内，都处在较今温暖湿润的气候环境之中”(关于古气候的变化，竺可桢等前辈学者已做过大量的研究工作，此不赘述)，④不仅黄河的中、下游森林密布，而且人类对环境的扰动也微不足道。这就决定了这一时期黄河径流中所含铝、铁、有机质等含量比较多而钠离子、氢化物、硫酸盐会比较少。与此同时，黄河下游的黄淮海平原也会因为温暖湿润的气候，河流较多、湖沼密布、草木茂盛，土壤盐碱度低而有利于微量元素的保留。进入西周之后的三千年，中国气候经历了数次转寒转暖、交替变迁的时期。一般在寒冷期中，气温下降、降水减少；而气候转暖后，气湿上升、降水增加。所以，气候条件的变化，必然会使得黄河径流所携带物质产生变化，进而影响到下游黄淮海平原上土壤中微量元素和有机质含量的丰俭程度。
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①王夔主编《生命科学中的微量元素》(第2版)．中国计量出版社1996年版。
②朱喜梅、郑长训、宁爱民：《河南省土壤微量元素含量分布及施用效果的研究》，《河南职技师院学报》1994年6月第22卷第2期；刘勤、张新，曹志洪：《土壤植物营养与农产品品质及人畜健康关系》，《微量元素与健康研究》2001年第18卷第2期。
③王夔主编《生命科学中的微量元素》(第2版)．中国计量出版社1996年版。
④邹逸麟先生编著《中国历史地理溉述》第2章第1节，(福建人民出版社1999年版)和《中国历史地理概述》(修订版)第2章第1节．上海教育出版社2005年版。
其次，历史时期以来黄河下游河道的变迁是促使黄淮海平原土壤中微量元素发生变化的最主要原因。
据邹逸麟先生研究：“从新石器时代以降至12世纪20年代(宋金之际)，黄河下游绝大部分时间流经太行山以东、泰山山脉以北的河北平原上，由渤海湾西岸入海。12世纪开始河道离开河北平原，东南流经黄淮平原合淮入海，前后约700余年。先是流经黄淮平原北部，以后逐渐南摆，至13世纪已达到豫西山地东缘，至此黄河下游河道在华北平原扫了一遍，16世纪中叶，黄河大致固定在今废黄河一线。19世纪中叶，又折而东北流，至渤海湾西岸入海。”①除此之外，黄淮海平原上至少有数十条黄河泛道的痕迹还保留着，可见历史时期黄河下游河道的善变、善徙、善溃的特点。“三四千年黄河的决溢和改道，严重影响了下游平原地区的地理面貌：淤塞了河流，填平了湖泊，毁灭了城市，阻塞了交通，使良田变为沙荒，洼地沦为湖沼，沃土化为盐碱，生产遭受到破坏，社会经济凋敝”；②同时，也极大地改变了黄淮海平原土壤微量元素保有量的外部条件。如前所述，黄淮海平原从宋代开始，无论其经济地位、文化发展以及人口规模等都出现衰弱局面；与此同时，宋元明清时期的文献中也屡屡出现了“地利不足”以致影响农牧业发展的记载。如《续资治通鉴长编》卷192仁宗嘉祜年间有吴奎等上言称：“河北有河防塘泺之患，而土多泻卤，戎马所屯，地利不足，诸监牧多在此路，马又未尝孳息。”《王安石集》卷42《相度牧马所举薛向札子》亦称：“河北有河防塘泊之患，而土多舄卤不毛，‘戎马所屯，地利不足。”明代《明经世文编》卷202《勘报皇庄疏》记载：“北方地土平夷广衍，中间大半舄卤薄瘠之地……”等等。
根据现代土壤学方面试验的成果表明：土壤沙化、盐碱化后，不仅土壤中的有机质会大为下降，而且碳酸钙和PH值也会相应提高，从而必然降低土壤微量元素的肥力效能。关于土壤沙化或盐碱化之后土壤肥力下降的结论，亦可以近年来在黄淮海平原上所进行的对微量元素测定的大量数据作为旁证。如安徽寿西湖农场位于沿淮黄泛冲积区，土壤分为潮土类淤土属、两合土属、砂土属3种，通过1981—1997年16年来的3次定点监测发现：淤土属土壤的有机质15.2mg／Kg，属稍缺范围；两合土样和沙土属有机质含量低于10mg／Kg，属于极缺范围。全氮含量：在淤土属中属稍缺范围，两合土和沙土样中属极缺范围。③又如德州地区位于鲁西北的黄河下游，96.6％的土壤为黄河冲积物发育而成的潮土。1981年中国农科院土壤所在此取样221个进行有效锌普查，1988年德州地区有关部门又在全区取样127个进行有效锌分析，发现“全区土壤有效锌含量0.21-3.37mg／Kg，平均0.697mg／Kg，其中小于0.6mg／Kg的样品占55.18％。全区1082万亩耕地中缺锌和接近缺锌的土壤仍有600万亩左右。土壤的PH值7.4-7.8。缺锌的土壤主要分布在粘质土或沙质土较多的德州市、庆云、平原、齐河、商河等县市。通过增施锌肥后发现：每亩小麦平均增产率为7.5％，玉米平均增产率为12.1％。④再如80年代土地管理部门对新乡地区卫辉和辉县土壤微量元素进行测试后发现：两市地形均为西北高东南低，随海拔高度及地貌而分布不同类型的土壤，依次为太行山地淋溶褐土、山前丘陵岗地的典型褐土、山前倾斜平原的潮褐土、山前交接洼地及平原分布的黄潮土、洼地盐化潮土、古黄河滩地的褐土化潮土以及黄河故道的冲积风沙土。经过检测后发现：两市有86％的土壤有效锌含量低于临界值，⑤表明该区域的土壤含锌低或极低。其中，冲积风沙土、褐土化潮土和盐化潮土的缺乏率为100％，黄潮土为90％。同时，研究表明，当土壤pH值由5升至7时，植物吸收锌减少二分之一，这是因为石
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①②邹逸蝼编著《中国历史地理概述》第2章第1节，福建人民出版社1999年版；邹逸鄜：《黄河下游河道变迁及其影响概述》，《复旦大学学报》(历史地理专辑)1980年及邹逸嶙自选集《椿庐史地论稿》，天津古籍出版社2005年版。
③王夔主编《生命科学中的微量元素》(第2版)，中国计量出版社1996年版。
④柳凤琛、郭传德：《德州土壤有效锌含量现状及冬小麦—玉米轮作田锌肥的合理施用》，《土壤科学》1994年第2期。
⑤刘秀娣、李继云：《土壤有效态微量元素含量与不同地貌单元关系的研究—以河南省新乡地区卫辉市和辉县市为例》，《环境科学》15卷5期。
灰性土壤中的锌容易与钙结合为难以溶解的锌酸钙。该区域为石灰性土壤，有机质含量偏低，故土壤中6种微量元素中以锌的缺乏率最高。①由以上例证看，在黄河下游河道发生泛滥、改道后，由黄河冲积物发育而成的风沙土、盐化潮土等，不仅PH值高，有机质含量减少，而且土壤中的微量元素含量是所有土壤类型中最低的。
再次，历史时期黄河中游所流经地区植被状况的改变和黄土高原的微量元素含量，既会影响到黄河径流的微量元素含量，也会影响到黄淮海平原土壤中微量元素的含量。
位于黄河中游的今山西中南部、陕西中部和河南中西部地区遍布新石器时代遗址，是史前人类活动比较频繁的地区；进入夏商周三代时期，当时国家的人口及政治、经济中心也大多集中在这一地区，所以，要谈中华民族对自然环境的利用与破坏，应以这一时期为起始点。然而，这一时期的气候温暖湿润，环境自身修复的能力较强；加之当时人口较今天来说是很少的，人类生活对周围环境也是利用多、开发少，所以，对黄河中游的自然环境扰动很少。已故史学巨匠谭其骧先生在《关于黄河在东汉以后长期安流的原因》一文中认为，从《汉书·地理志》记载泾洛河上游和山陕峡谷流域的安定、北地、上郡、西河四郡“皆迫近戎狄，修习战备，高上气力，以射猎为先”看，“战国以前黄河下游的决徙很少……山陕峡谷流域和泾渭北洛上游二区还处于以畜牧射猎为主要生产活动方式的时代，所以原始植被还未经大量破坏，水土流失还很轻微”；进入秦汉时期后，由于政府积积推行“实关中”和“戍边郡”的移民政策，大批移民进入黄河上游及中游地区进行垦殖，所以这一时期黄河中、上游原始植被破坏严重，而“下游的决徙之患越闹越凶”；西汉中期以后，北方气候转向寒冷、干旱，②加之王莽新朝重开边衅，故东汉逐步放弃北地、朔方、五原、云中、定襄、雁门、上谷、代八郡，黄河中下游地区又重入匈奴等北方少数民族之手，他们的游牧经济方式改变了以往农业经济的土地利用方式，“结果使下游的洪水量和泥沙量也相应地大为减少”，以致出现了黄河下游从东汉到唐中期大约800年的安流时间。其间虽有北魏对黄河中游农业开发力度较大，但其比重始终不抵畜牧经济。而进入隋唐以后，黄河中游及泾渭中游重开垦殖，为唐后期黄河下游的泛滥与改道积蓄了能量。③进入宋金时期，为了营建汴京，大肆开采渭河上游的森林资源，据《续资治通鉴长编》卷28记载当时“春秋二时，联巨筏自渭达河，历砥柱之险，以集京师，期岁之间，良材山积”。又宋、金、夏间长期战争，各方在陕北、陇东为修筑堡垒、屯垦种田、廓清视野，又大肆砍伐残存的森林；明代在长城以外每年进行烧荒，以致地面覆盖的植被破坏殆尽。从以上对先秦、秦汉至明清时期对黄河中游地区进行不合理开发与利用历史的回顾看，黄河中游地区只有在先秦时期和从东汉到唐后期的800年时间内是处在植被保护较好的时期。而这不仅在很大程度上决定了黄河径流所含泥沙量的多少，有机质、钠离子、氢化物、吆酸盐及微量元素含量的高低；而且也在根本上决定了黄河下游在这800年间的“长期安流”。同时，从现代科学检测的结果看，黄土高原“有效锌变幅为0.055—1.972mg／Kg，平均为0.388mg／Kg，在临界值0.5mg／Kg以下，缺锌面积在85％以上”，④说明黄土高原本身土壤的微量元素也十分有限；由此观之，即令是黄河中游植被不被破坏，黄河径流中所携带的微量元素也不会太多；只是河水中有机质含量应该比其它情况下多一些，可以在其流向黄淮海平原时使土壤中PH值降低，并使有限的微量元素发挥出应有的效用。
我们已在一定程度上了解了历史时期黄河泛滥与黄准海平原土壤的微量元素的关系，那么黄淮海平原土壤中的微量元素的含量是什么状况呢?到底是何种元素会影响到黄淮海平原的文明进程呢?
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①中国土壤学会农业化学专业委员会所编《土壤农业化学常规分析方法》一书中土壤有效锌含量分级以小于0.5mg／Kg为极缺的标准，科学出版社1983年版。
②竺可桢：《中国近五千年来气候变迁的初步研究》，《竺可桢文集》第475页—498页，科学出版社1979年版。
③谭其骧：《长水集》(下)所收《关于黄河在东汉以后长期安流的原因》一文及文后所附邹逸麟先生《读任伯平<关于黄河在东汉以后长期安流的原因>后》，人民出版社1987年版。
④李芳亭、鲁强、王世国等：《黄土丘陵区土壤钼锌含量及农作物对钼、锌的反应》，《农业环境保护》2002年第21卷第6期。
