干旱半干旱区风沙活动以及沙尘颗粒进入大气随气流扩散，是地球演化历史中的一般地质过程。北京市地处东亚季风区，尤其在强盛的冬季风路径上，由上风向的蒙古、内蒙和坝上等干旱区带来的沙尘，自第四纪以来就对北京地区产生明显影响。历史上有据可查的记录出现在1500多年前。在人类文明产生以前，风沙活动强度与气候冷暖干湿变化直接相关。但现今发生风沙灾害的主要原因之一是人类为满足自身需要，不惜破坏生态环境造成的。严重的沙尘天气不但对北京地区的工农业生产、交通运输等多方面带来不良影响，而且已经成为危害广大居民身心健康的重大环境问题，也损害了北京的国际形象。因此，降低沙尘天气发生频率、削弱沙尘天气强度，除了加强沙尘源区生态环境综合治理外，还必须解决北京本地的土壤风蚀问题。 针对北京市防沙治沙需要，在前人研究工作基础上，通过广泛的野外风沙观测、土壤和植被调查、样品测试和数据分析，根据土壤风蚀防治技术原理，同时考虑北京地区的自然条件和未来经济发展要求，提出了一套通过调整土地利用结构控制土壤风蚀的土地利用优化模式。方法和步骤主要包括：首先，通过遥感影像解译得到北京市土地利用现状图。其次，在野外对各种土地利用类型进行风沙观测，确定各地表类型的抗风蚀效果。然后，将抗风蚀效果差的地类确定为沙尘源地。接下来，利用北京市各站点多年气象资料，绘制起沙风风向频率玫瑰图，并计算各站点输沙势(潜在输沙强度)，同时利用专业气象绘图软件Grads按风向风速矢量绘制出整个北京地区的地表大气环流图，清晰反映各区县输沙方向。最后，利用景观生态学中带斑比、优势度、连接度、环度的概念，评价现状土地利用结构下在控制土壤风蚀中存在的问题，并提出北京市基于防治土壤风蚀的土地利用优化模式。 (1)根据2001年遥感数据的解译结果，北京市土地总面积1641053.7ha。其中：耕地291606.7hm2，占全市土地总面积的17.77％；园地109480hm2，占6.67％；林地674166.7hm2，占41.88％；草地2100hm2，占0.13％；城镇用地(包括居民点、工矿用地和交通用地)289926.7hm2，占17.67％；水域90373.3hm2，占5.51％；未利用地183400hm2，占11.18％。说明虽然北京市林地面积广大，但并没有起到应有的防沙治沙的作用，需要进行土地利用结构调整。 (2)根据北京市土地利用现状，选取相关地表类型进行野外风沙观测，将空气动力粗糙度(Z0)作为土地抗风蚀性指标。各种土地利用类型的防风蚀效果从大到小依次为：灌木林地、乔灌或乔草复合结构林地、荒草地、人工草坪地、玉米留茬地、经济林地、单一乔木林地、翻耕地、沙地。说明，乔灌草、乔草、乔灌或灌草地等的抗风蚀性都很强，且抗风蚀效果优于单一结构土地利用类型。表层土壤的机械组成和土壤养分平均含量的分析结果也说明这一点。 (3)根据遥感数据解译得到的土地利用现状，估算出北京市冬春季节易起沙的裸露农田、单一乔木林地、低矮低盖度草地、沙荒地、建筑工地和其它裸地的总面积近34.3万hm2，占全市土地总面积的20.88％。其中，裸露农田23.9万hm2，占全市总面积的14.56％；单一乔木林地6.67万hm2，占全市总面积的4.06％；低矮低盖度草地223.4hm2，占全市总面积的0.01％；其它裸地2.68万hm2，占全市总面积的1.63％；建筑工地0.7万hm2，占全市总面积的0.43％；沙荒地0.3万hm2，占全市总面积的0.18％。北京市各区县冬春季节沙尘源地面积按大小排序依次是：大兴、顺义、通州、延庆、房山、城近郊区、昌平、密云、平谷、怀柔和门头沟，对排序起主导作用的因素是裸露农田、单一乔木林地和其它裸地。 根据北京市13个气象站点1980到2002年的气象数据，北京地区存在两处起沙风发生频率较高的区域，即东部的通州区，以及从延庆和门头沟经昌平、海淀，并影响到朝阳、顺义、丰台、石景山的西北和西部地区。从起沙风动力方向分布来看，除延庆站受区域地形影响是西南西为主导风向，其余站点的主导风向都是西北、西北西、北北西三个方向，说明北京平原地区的沙尘运移方向主要是自西北向东南搬运。 用专业气象绘图软件Grads按风向风速矢量绘制出整个北京地区的地表大气环流状况图，再结合沙尘源地可以看出，裸露农田最多的大兴、顺义和通州由于处在平原区的西南，在冬春季节必然受到强劲的西北—东南气流的侵蚀，因此最易起沙扬尘；另外，昌平和城近郊区虽然农田面积较小，但由于处在下风向，遭受风蚀也是不可避免的；延庆盆地受东北—西南气流的影响，风蚀极为强烈。只有房山因为风力小而不易发生风蚀，平谷、密云、怀柔及门头沟则因为耕地面积小而易于防止风蚀。输沙势的计算结果与上述结果完全一致。 (4)根据对通州区、延庆县土地利用现状的分析，利用景观生态学原理，选取景观结构指标(带斑比、优势度、连接度、环度)，并结合GIS和遥感技术对农田防护林网景观结构进行评价。结果表明，通州区和延庆县的现有林网在景观上的结构布局不合理，林带数量严重不足，林网的分布很不均匀，林网中缺株断带现象严重，成型状况也较差，影响防护林体系的整体防护效益与景观效益。这也说明，北京其它区(县)目前的土地利用结构也应该存在类似问题。基于土壤风蚀控制的土地利用结构调整措施包括：(1)在北京地区建立三层保护圈，重点加强远郊房山区的植被恢复和城区的绿化工作；(2)加强和完善平原区防护林网建设，严格控制林带网格为300m(主林带间距)×600m(副林带间距)之内，林带最好采取上下部疏透度均保持在0.4左右、乔灌结合的防护林结构；(3)实行保护性耕作措施，主要有灌溉镇土，保持土壤表层湿润；作物留茬，小麦留茬高度约10cm即可，玉米留茬高度应在10～15cm；秸秆覆盖，小麦秸秆长度10～15cm，用量在3.0～5.0t/hm2为宜；玉米秸秆长度5～10cm，用量在4.0～6.0t/hm2为宜。(4)进行景观格局的优化，建立田、草、林体系结合的网格状复合生态系统，调整网格内田、草、林景观要素的比例分别为85％、5％、10％，此外，在北京城、近郊区建设各类综合绿地景观，使之总和预期达到60％以上，建筑用地控制在40％以下。这些措施的实施建立了特大城市防沙治沙的新模式，完善了风沙灾害防治技术体系，为我国北方沙区城市未来的经济发展规划提供了依据。 本文中的结论与实地观测和调查结果相一致，表明研究方法正确、结论可靠。确定的北京地区沙尘源地，揭示的沙尘天气形成的大气—地表动力耦合机制和沙尘运移规律，建立的北京市最佳土地利用与耕作技术模式，可为从宏观上抑制或消除北京地区的风沙灾害提供理论基础。