黃土高原地勢西北高,東南低,自西北向東南呈波狀下降。以六盤山和呂梁山為界把黃土高原分為東、中、西三部分:六盤山以西的黃土高原西部,海拔2000-3000米,是黃土高原地勢高的地區。
六盤山與呂梁山之司的黃土高原中部,海拔1000-2000米,是黃土高原的主體。呂梁山以東的黃土高原東部,地勢降至500-1000米,河谷平原占有較大比例。
據此可將黃土高原分為山地區、黃土丘陵區、黃土塬區、黃土臺塬區、河谷平原區。
黃土高原基巖構造以六盤山為界分為東西兩部分,西部屬西域陸塊,東部屬華北陸塊。六盤山以西黃土高原以新生代斷陷盆地為構造特征,隴中盆地黃土下伏基巖為直接堆積在古老巖層之上的中新世到上新世早期的甘肅群。甘肅群堆積后,上新世晚期地面抬升,黃河及其支流挑河、祖歷河、葫蘆河隨抬升而下切,基巖地面成為起伏較大的丘陵狀。甘肅群為一套含有石膏的紫紅色粘土,砂質粘土,砂巖和砂礫巖。其成巖性差,抗蝕力較弱,在地下水浸泡和潤滑作用下極易發生重力侵蝕,常形成大型滑坡。六盤山以東的華北陸臺由鄂爾多斯臺向斜和山西臺背斜構成,中間夾以黃河凹陷。鄂爾多斯臺向斜和山西臺背斜是未經褶皺變動的前震旦紀陸臺。
陜北、隴東和晉西的鄂爾多斯臺向斜在中生代發展成為一個大型的內陸盆地,當時地勢東南高西北低,與今況剛好相反。西北部堆積了厚達1500米完整的中生代地層序列。其中神木,準格爾旗一帶廣泛出露的中生代灰綠色、黃綠色長石砂巖,當地叫砒砂巖,極易風化侵蝕,是當地及黃河中粗砂的主要來源。燕山運動使鄂爾多斯臺向斜抬升,邊緣發生斷陷,形成汾渭谷地等一系列地塹谷地,到第三紀的中新世末鄂爾多斯臺向斜成為準平原。上新世鄂爾多斯高原長城以南的準平原面上廣泛堆積了三趾馬紅土,從三趾馬紅土的分布和厚度看,上新世時長城以南,渭北北山以北,六盤山與呂梁山之間是一個淺凹形的巨大盆地。地勢西北高,東南低,己與今相同。三趾馬紅土透水性極差,是黃土下覆的主要不透水層,而且三趾馬紅土容易吸水膨脹,是黃土高原大型滑坡的主要滑移層。上新世晚期到更新世,鄂爾多斯高原邊緣如汾渭地塹谷地進一步發展,同時高原整體發生掀斜運動,使地面形成自西北向東南傾斜的斜面,控制著河流的流向。在地貌演變過程中溝谷的發展,谷間地有些形成面積不大的平臺,有些成為長條狀或橢圓狀丘陵,它們是鄂爾多斯高原塬、梁、峁地形的基礎。
山西臺背斜包括太行山以西、呂梁山以東。五臺山是山西臺背斜古老的部分,并以此為頂點向南沿伸,東部為太行山,西部為呂梁山,兩山之間為凹陷部分。古生代以來,凹陷部分堆積了巨厚的陸相碎屑物。燕山運動后山西臺背斜中部受斷裂作用晉中大斷谷開始形成。中新世末晉中南的漳沁地區形成準平原,其后接受了上新世的三趾馬紅土堆積。喜馬拉雅運動使山西臺背斜進一步上升,晉中斷谷不斷發育,河流下切,到更新世黃土堆積時地面形成起伏較大的丘陵、成為山地與斷谷、盆地相間分布的地形特征。
●黃土地層與黃土分布
黃土高原原生黃土是第四紀冰期干冷氣候條件下的風塵堆積物,次生黃土是原生黃土經洪積、沖積改造而成的。在第四紀黃土堆積時期,隨著冰期、間冰期的氣候旋迥,黃土地層呈現黃土與古土壤的更替變化。根據黃土中的古土壤,黃土地層自下而上可以分為午城黃土、離石黃上、馬蘭黃土和世黃土。按洛川黑木溝黃土剖面,第十五層黃土下界面之下為早更新世午城黃土。古土壤上界面之下至第十五層黃土下界面之間為中更新離石黃土。黃土層是形成于晚更新世的馬蘭黃土。馬蘭黃土之上的黑滬土為形成于古土壤層。黃土高原黃土地層的分布厚度在六盤山與呂梁山之間一般為150-250米,六盤山以西一般在100米以內。不同地層黃土厚度也不相同:午城黃土厚度不大,洛川黑木溝為58米,山西午城為17.5米。離石黃土是黃土高原黃土地層的主體,一般厚度100-150米,厚度分布在徑河與洛河的中游地區。馬蘭黃土分布極為廣泛,一般厚度10-30米,天水附近小于10米,董志源9.6米,洛川源10米左右。世黃土厚度-般為2-3米,其中的黑滬土層厚度1-2米。
●黃土粒度與黃土性質
黃土是在風力吹揚搬運下,在干旱半干旱環境堆積的風成堆積物,經過長距離的搬運和分選,其物質組成具有高度的均一性。黃土粒度以粒徑0.05-0.005毫米的粉砂為主,所占比例58-75%。其次為粒徑>0.05毫米的細砂,占15-32%。粒徑0<0.005毫米的粘土占10%左右。黃土粒徑存在著自西北向東南逐漸變細的特點,這一特點以砂粒和粘粒的變化明顯。北部榆林附近砂粒的重量比在30%以上,向南到清澗、延安附近降為20%左右,咸陽、寶雞一帶降至10%上下。相反,榆林粘粒僅占10%左右,延安、清澗一帶增至13-18%,咸陽、寶雞為23-26%。這樣自西北向東南根據黃土粒徑可以把黃土高原黃土分為砂黃土、典型黃土和粘黃土三個帶:靜樂北-綏德-子長-環縣-海原一線以北為砂黃上帶。陽泉-沁縣-浮山北-淳化-秦安-渭源以北,砂黃土帶以南為典型黃土帶。典型黃土帶以南為粘黃土帶。黃土在南北方向上的粒度分異對黃土地貌及土壤侵蝕具有深刻的影響。
黃土含有60多種礦物,其中石英占重量的50%左右,長石占20%左右,碳酸鈣占10%左右。就化學組成而言,以二氧化硅占優勢(50%),其次為三氧化二氯(8-15%),氧化鈣(10%左右),以及三氧化二鐵,氧化鎂,氧化鉀,氧化鈉等,黃土中易溶性化學成份含量較高。
黃土結構為“點、棱接觸支架式多孔結構”,土體疏松,垂直節理發育,極易滲水。黃土中細粒物質如粘土、易溶性鹽類、石膏、碳酸鹽等在干燥時固結成聚積體,使黃土具有較強的強度,而遇水后隨著礦物溶解與分散,土體會迅速分散、崩解。黃土的抗侵蝕能力很弱。黃土中孔隙度-般可達45-50%,尤其大孔隙特別突出,當受水浸潤后上體在自重和上部壓力作用下,易發生濕陷。同時大孔隙也成為土體中水體和細粒物質遷移的通道,使黃土易發生潛蝕。
黃土高原是新構造運動比較活躍的區域,新構造運動的主要表現是高原內部間歇性的大面積整體抬升,同時周圍的拗陷區域不斷地沉降。從黃土高原廣大地區河谷多發育有3-4級階地等判斷,第四紀以來黃上高原以抬升為主,抬升幅度在150-30米,地殼抬升有利河流下切和侵蝕地貌發育,也有利于土壤侵蝕過程的加強。黃土高原內部六盤山是新構造運動的抬升中心,據現代水準測量,目前的抬升速度為20毫米/年。六盤山以西地區抬升量大于以東地區,抬升在華家嶺一帶,據1934-1955年隴海鐵路水準測量,隴西、渭源等地現代抬升速度為31.4毫米/年,隆德、莊浪一帶溝床下切速率達45-240毫米/100年。
華家嶺以南地區河谷狹窄,一般有3-4級階地,華家嶺以北河谷較寬闊,只有2-3級階地發育,所以華家嶺以南抬升幅度更大。六盤山以東地區白于山至東勝一帶是新構造運動抬升的中心。保德附近現代抬升速度在3毫米/年左右。山西臺背斜新構造運動抬升幅度較大在五臺山-恒山一帶,這從五臺山、恒山山前發育的串珠狀洪積扇可以得到證明。第四紀黃土高原在抬升的同時,邊緣拗陷區如銀川平原、汾渭谷地在大幅度下沉,渭河平原固始凹陷第四紀沉積物厚度接近1000米。據地形變形資料,汾渭地塹的下沈速度為3毫米/年。黃河自140萬年前后沖出三門峽后,汾渭谷地是黃河中游眾多支流的侵蝕基準面,一方面黃土高原不斷抬升,另一方面汾渭谷地持續下沉,必然對黃土高原土壤侵蝕起促進作用。地震是黃土高原新構造運動的強烈表現形式,對歷史時期黃土高原地震記載進行統計,可以反映出黃土高原歷史時期新構造運動的強弱變化過程。
黃土高原是中華民族的發祥地之一,新石器時期文化遺址在黃土高原南部分布廣泛,尤其在汾渭河谷地和豫西地區稠密。當時人們以漁獵、采集為生,說明當時黃土高原南部維持著較好的自然生態系統。商周時期中國出現了文字記載,生產力水平的提高,農業生產由原始農業向傳統農業轉變。商周時周人主要活動的北豳(慶陽、西峰一帶)、古豳(彬縣、長武一帶)、周原(扶風、岐山一帶)鋤耕農業已發展到一定水平。夏代中國有人口1355萬,周代1371萬人,其中1/2左右分布在汾渭河谷和豫西地區,這兩地區人口密度30-40人/平方千米。即便如此,從《詩經》中仍可看到黃土高原南部野鹿成群,虎豹出沒,森林面積廣大,農耕面積有限。春秋、戰國時期鐵器出現,犁耕農業逐漸代替鋤耕農業,關中、汾河谷地、洛陽盆地、天水盆地農業進一步發展。戰國時秦將自己的勢力向渭河上游、陜北北部推進,趙則向晉北地區擴張,在這些地區建立城邑,開墾土地,發展耕作,但直到戰國末農耕業主要集中在太原一龍門一天水以南地區,以北畜牧業仍占優勢,整個黃土高原人口少,開墾指數不高。
秦漢、隋唐黃土高原是中國的政治、經濟中心,人日與土地利用變化較大。秦統一全國后統治范圍向北推進到黃土高原北部秦長城一線。西漢時期統治范圍進一步向北、向西推進,漢武帝時向北到達陰山,向西到達河西走廊,黃土高原幾乎全部都在西漢的統治之下。秦漢時期是中國農業發展的高峰,農耕文化大舉進入黃土高原,從綏德、米脂一帶出土的漢畫像石可以清楚地反映出這一點。西漢時曾向黃土高原大量移民,再加上大批吏卒屯守邊防,黃土高原人口迅速增加。據《漢書·地理志》記載,西漢元始二年(2年)黃土高原地區有人口880萬人,其中洛陽盆地人口密度高為132人/平方千米,關中為30一90人/平方千米,陜北及晉西北為10一13人/跑平方千米,天水盆地為10.74人/平方千米。人口的增加和農耕的發展使部分林草地被開墾,但開墾程度較高主要在南部的關中、洛陽盆地和天水盆地,當時農牧業界線在太原一龍門一寶雞一線。此線以北的廣大黃土丘陵地區耕地主要分布在河谷平原,其余地區仍保持自然狀態。東漢、三國、兩晉、十六國、南北朝時期黃土高原戰爭頻繁,社會動亂,人口大量減少,原來的農耕區向南退縮,黃土高原的廣大地區重新成為游牧區,生態環境得以恢復。
據《續漢書·郡國志》記載,東漢永和五年(140年)黃土高原總人口為507.6萬人,比西漢減少了43%。當時陜北及晉西北人口4.94萬人,比西漢的130.55萬人減少96%,人口密度減為0.5人/平方千米以下。西晉時黃土高原人口比東漢又有減少,據《晉書·地理志》記載,西晉太康元年(280年)黃土高原總人口204萬人,比東漢減少4%5?!稌x書》中山西河曲、偏關、保德、陜北、隴東馬連河流域為游牧民族居住區,無人日記載,人口當比東漢時更為稀疏。當時西安附近的京兆人口密度為34.88人/平方千米,關中東部的左馮詡為3.29人/平方千米,關中西部的右扶風為9.46人/平方千米,洛陽附近為55.85人/平方千米,天水附近為5.55人/平方千k/耐,比西漢時減少l2/以上。
隋唐時中國重新歸于統一,而且社會安定,經濟繁榮,成為中國農業發展的第二個鼎盛時期。隨著經濟的發展,黃土高原人口增加,農耕業逐步代替游牧業?!端鍟さ乩碇尽酚涊d,隋大業五年(609年)黃土高原總人口為1104萬人,是西漢的125%、西晉的5.14倍。陜北、晉西北人口密度己經趕上了西漢,徑河上游、馬連河上游己是西漢的數倍,唐初實行均田制,關中大興水利,不僅使關中、汾河下游,洛陽盆地全部成為農業區,而且農耕業擴大到地勢較高的黃上臺源、北山南麓黃土覆蓋的山前平源。農耕區還沿渭河向西到達天水、隴西,直至涅水湟水河谷地。天寶時(742一755年)唐代經濟達到了頂峰,當時黃土高原人口1015萬人,關中、汾河下游、洛陽盆地人口密度50-100人/平方千米。隋唐時期基本奠定了黃上高原南部農業生產的格局,人口增加,植被破壞,城鎮興起,對這一地區土壤侵蝕產生了明顯的影響。但黃土高原中部、北部自然環境的總體破壞程度并不甚嚴重,黃土丘陵地區畜牧業仍占較大比重。
唐以后的五代十國(907一979年)黃土高原人口有較大幅度減少,但到宋代人口得到恢復。據研究南宋嘉定三年(1210年)山西人口密度為45.72人/平方千米,陜西為21.44人/平方千米。北宋在黃上高原上形成一條與遼、西夏對峙的軍事分界線,這條界線東起大同以南,經陜北、寧夏南部、蘭州以北直至西寧以西,綿延1000千米。沿這條分界線,北宋修筑了大量城鎮、堡寨、派駐大批軍隊戍邊防衛。為解決軍隊給養,招募人口沿邊屯耕,沿分界線形成了一條人口稠密,墾殖程度較高的地帶,也使此分界線所經地區生態嚴重惡化。此線以南的黃土丘陵溝壑區仍然以牧為主,與唐代后期比較,土地利用沒有太大變化。元代統一后,黃上高原雖結束了軍事對壘,但元代連年殘酷的戰爭和元對漢人實行的屠殺政策,黃土高原人口大幅減少,元至元二十七年(1290年)山西人口密度僅為8.20人/平方千米,陜西2.57人/平方千米,寧夏2.82人/平方千米,甘肅2.15人/平方千米。
明代黃土高原人口得到恢復,明弘治四年(1491年)山西人口密度達到31.6人/平方千米,陜西15.68人/平方千米,寧夏5.02人/平方千米,,甘肅4.41人/平方千米,青海1.45人/平方千米。明自建國之初就在黃土高原北部修筑長城,在修建長城的同時,沿長城大興城鎮聚落,移民實邊,長城沿線形成人口密集的地帶,其人口遠較長城以南的黃土丘陵溝壑區稠密。如嘉慶《重修一統志》記載,嘉慶二十五年(1820年)山西寧武人口密度為40.26人/平方千米,保德為50.64人/平方千米,而其南部的爆州僅22.88人/平方千米;榆林人口密度41.99人/平方千米,而其南部的綏德僅33.17人/平方千米,延安僅19.58人/平方千米,。當時的長城是農牧業的分界線,長城沿線不僅分布著數百萬邊民,而且駐軍也三分戍守,七分屯田,每個屯田士卒須種地50畝,使長城沿線被徹底開墾,長城以南則農牧業兼有。
清代國家統一,社會安定,人口增長快。明弘治四年(1491年)黃土高原總人口達到1500萬人。經200多年到嘉慶二十五年(1820年)人口達到1995萬。到道光二十年(1840年)人口增至4100萬人,達到封建時代黃土高原人口的峰值。1820年黃土高原人口密度是:山西91.36人/平方千米,陜西61.16人/平方千米,甘肅34.24人/平方千米,寧夏31.37人/平方千米,青海6.95人/平方千米。其中關中、諫汾河谷地,洛陽盆地達100-200人/平方千米,晉西北、陜北、隴東達40-80人/平方千米,如平涼82.62人/平方千米,慶陽57.33人/平方千米,徑陽101.61人/平方千米。明清時期長城以南的疏林灌叢已被連片開墾。另一方面由于人地矛盾加劇,清末移入黃土高原的移民向人煙少的山區遷移,如寧夏南部地區、呂梁山西側、黃龍山區等,使這些原來的林區也逐步轉變為農耕區??梢哉f明清時期黃土高原丘陵溝壑區徹底演變成了農耕區。
20世紀前半葉由于戰亂和自然災害,黃土高原人口有所減少,1935年總人口為2960萬人,1949年為3936萬人,人口分布和清末沒有大的不同。建國后,黃土高原人口增長極快,70年代以前平均人口增長速度35.3‰。遠高于中國的21.2‰的水平;70年代以后人口增長速度14.6-21.0‰,仍高于中國平均水平,是中國人口增長快的地區之一。1960年總人口達到4913.4萬人,1980年達到7521.萬人,1990年達到9031萬人,人口的增加使耕地面積不斷增加,林地、草地面積減少。1949-1985年黃土高原耕地增加393.3x10000平方百米,增長率為30.6%。耕地增加主要集中在水土流失嚴重的黃土丘陵地區,凈增耕地272x10000平方百米,占黃土高原凈增耕地的69%,使這些地區陷入“越窮越墾,越墾越窮”的經濟、生態雙重貧困。
中國實行改革開放以后,黃土高原地區的國內生產總值總量呈現持續的增長態勢。西部大開發戰略的實施成為該地區2000年以后國內生產總值占中國比重迅速提高的主要誘因,而晉陜蒙地區能礦產資源的開發則是其直接動因。黃土高原地區人均國內生產總值的空間分布整體上呈現出“兩高一低”的帶狀分布格局,且這種空間分布格局明顯地隨著時間受到極化增長的擾動和重塑。能礦資源開發、農業密集程度、人口分布狀況和自然本底條件等是影響該地區人均國內生產總值空間分布格局及其變動關鍵的因素。