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黄土高原地势西北高，东南低，自西北向东南呈波状下降。以六盘山和吕梁山为界把黄土高原分为东、中、西三部分：六盘山以西的黄土高原西部，海拔2000-3000米，是黄土高原地势高的地区。
六盘山与吕梁山之司的黄土高原中部，海拔1000-2000米，是黄土高原的主体。吕梁山以东的黄土高原东部，地势降至500-1000米，河谷平原占有较大比例。
据此可将黄土高原分为山地区、黄土丘陵区、黄土塬区、黄土台塬区、河谷平原区。
黄土高原基岩构造以六盘山为界分为东西两部分，西部属西域陆块，东部属华北陆块。六盘山以西黄土高原以新生代断陷盆地为构造特征，陇中盆地黄土下伏基岩为直接堆积在古老岩层之上的中新世到上新世早期的甘肃群。甘肃群堆积后，上新世晚期地面抬升，黄河及其支流挑河、祖历河、葫芦河随抬升而下切，基岩地面成为起伏较大的丘陵状。甘肃群为一套含有石膏的紫红色粘土，砂质粘土，砂岩和砂砾岩。其成岩性差，抗蚀力较弱，在地下水浸泡和润滑作用下极易发生重力侵蚀，常形成大型滑坡。六盘山以东的华北陆台由鄂尔多斯台向斜和山西台背斜构成，中间夹以黄河凹陷。鄂尔多斯台向斜和山西台背斜是未经褶皱变动的前震旦纪陆台。
陕北、陇东和晋西的鄂尔多斯台向斜在中生代发展成为一个大型的内陆盆地，当时地势东南高西北低，与今况刚好相反。西北部堆积了厚达1500米完整的中生代地层序列。其中神木，准格尔旗一带广泛出露的中生代灰绿色、黄绿色长石砂岩，当地叫砒砂岩，极易风化侵蚀，是当地及黄河中粗砂的主要来源。燕山运动使鄂尔多斯台向斜抬升，边缘发生断陷，形成汾渭谷地等一系列地堑谷地，到第三纪的中新世末鄂尔多斯台向斜成为准平原。上新世鄂尔多斯高原长城以南的准平原面上广泛堆积了三趾马红土，从三趾马红土的分布和厚度看，上新世时长城以南，渭北北山以北，六盘山与吕梁山之间是一个浅凹形的巨大盆地。地势西北高，东南低，己与今相同。三趾马红土透水性极差，是黄土下覆的主要不透水层，而且三趾马红土容易吸水膨胀，是黄土高原大型滑坡的主要滑移层。上新世晚期到更新世，鄂尔多斯高原边缘如汾渭地堑谷地进一步发展，同时高原整体发生掀斜运动，使地面形成自西北向东南倾斜的斜面，控制着河流的流向。在地貌演变过程中沟谷的发展，谷间地有些形成面积不大的平台，有些成为长条状或椭圆状丘陵，它们是鄂尔多斯高原塬、梁、峁地形的基础。
山西台背斜包括太行山以西、吕梁山以东。五台山是山西台背斜古老的部分，并以此为顶点向南沿伸，东部为太行山，西部为吕梁山，两山之间为凹陷部分。古生代以来，凹陷部分堆积了巨厚的陆相碎屑物。燕山运动后山西台背斜中部受断裂作用晋中大断谷开始形成。中新世末晋中南的漳沁地区形成准平原，其后接受了上新世的三趾马红土堆积。喜马拉雅运动使山西台背斜进一步上升，晋中断谷不断发育，河流下切，到更新世黄土堆积时地面形成起伏较大的丘陵、成为山地与断谷、盆地相间分布的地形特征。
●黄土地层与黄土分布
黄土高原原生黄土是第四纪冰期干冷气候条件下的风尘堆积物，次生黄土是原生黄土经洪积、冲积改造而成的。在第四纪黄土堆积时期，随着冰期、间冰期的气候旋迥，黄土地层呈现黄土与古土壤的更替变化。根据黄土中的古土壤，黄土地层自下而上可以分为午城黄土、离石黄上、马兰黄土和世黄土。按洛川黑木沟黄土剖面，第十五层黄土下界面之下为早更新世午城黄土。古土壤上界面之下至第十五层黄土下界面之间为中更新离石黄土。黄土层是形成于晚更新世的马兰黄土。马兰黄土之上的黑沪土为形成于古土壤层。黄土高原黄土地层的分布厚度在六盘山与吕梁山之间一般为150-250米，六盘山以西一般在100米以内。不同地层黄土厚度也不相同：午城黄土厚度不大，洛川黑木沟为58米，山西午城为17.5米。离石黄土是黄土高原黄土地层的主体，一般厚度100-150米，厚度分布在径河与洛河的中游地区。马兰黄土分布极为广泛，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。世黄土厚度-般为2-3米，其中的黑沪土层厚度1-2米。
●黄土粒度与黄土性质
黄土是在风力吹扬搬运下，在干旱半干旱环境堆积的风成堆积物，经过长距离的搬运和分选，其物质组成具有高度的均一性。黄土粒度以粒径0.05-0.005毫米的粉砂为主，所占比例58-75%。其次为粒径>0.05毫米的细砂，占15-32%。粒径0<0.005毫米的粘土占10%左右。黄土粒径存在着自西北向东南逐渐变细的特点，这一特点以砂粒和粘粒的变化明显。北部榆林附近砂粒的重量比在30%以上，向南到清涧、延安附近降为20%左右，咸阳、宝鸡一带降至10%上下。相反，榆林粘粒仅占10%左右，延安、清涧一带增至13-18%，咸阳、宝鸡为23-26%。这样自西北向东南根据黄土粒径可以把黄土高原黄土分为砂黄土、典型黄土和粘黄土三个带：静乐北-绥德-子长-环县-海原一线以北为砂黄上带。阳泉-沁县-浮山北-淳化-秦安-渭源以北，砂黄土带以南为典型黄土带。典型黄土带以南为粘黄土带。黄土在南北方向上的粒度分异对黄土地貌及土壤侵蚀具有深刻的影响。
黄土含有60多种矿物，其中石英占重量的50%左右，长石占20%左右，碳酸钙占10%左右。就化学组成而言，以二氧化硅占优势（50%），其次为三氧化二氯（8-15%），氧化钙（10%左右），以及三氧化二铁，氧化镁，氧化钾，氧化钠等，黄土中易溶性化学成份含量较高。
黄土结构为“点、棱接触支架式多孔结构”，土体疏松，垂直节理发育，极易渗水。黄土中细粒物质如粘土、易溶性盐类、石膏、碳酸盐等在干燥时固结成聚积体，使黄土具有较强的强度，而遇水后随着矿物溶解与分散，土体会迅速分散、崩解。黄土的抗侵蚀能力很弱。黄土中孔隙度-般可达45-50%，尤其大孔隙特别突出，当受水浸润后上体在自重和上部压力作用下，易发生湿陷。同时大孔隙也成为土体中水体和细粒物质迁移的通道，使黄土易发生潜蚀。
黄土高原是新构造运动比较活跃的区域，新构造运动的主要表现是高原内部间歇性的大面积整体抬升，同时周围的拗陷区域不断地沉降。从黄土高原广大地区河谷多发育有3-4级阶地等判断，第四纪以来黄上高原以抬升为主，抬升幅度在150-30米，地壳抬升有利河流下切和侵蚀地貌发育，也有利于土壤侵蚀过程的加强。黄土高原内部六盘山是新构造运动的抬升中心，据现代水准测量，目前的抬升速度为20毫米/年。六盘山以西地区抬升量大于以东地区，抬升在华家岭一带，据1934-1955年陇海铁路水准测量，陇西、渭源等地现代抬升速度为31.4毫米/年，隆德、庄浪一带沟床下切速率达45-240毫米/100年。
华家岭以南地区河谷狭窄，一般有3-4级阶地，华家岭以北河谷较宽阔，只有2-3级阶地发育，所以华家岭以南抬升幅度更大。六盘山以东地区白于山至东胜一带是新构造运动抬升的中心。保德附近现代抬升速度在3毫米/年左右。山西台背斜新构造运动抬升幅度较大在五台山-恒山一带，这从五台山、恒山山前发育的串珠状洪积扇可以得到证明。第四纪黄土高原在抬升的同时，边缘拗陷区如银川平原、汾渭谷地在大幅度下沉，渭河平原固始凹陷第四纪沉积物厚度接近1000米。据地形变形资料，汾渭地堑的下沈速度为3毫米/年。黄河自140万年前后冲出三门峡后，汾渭谷地是黄河中游众多支流的侵蚀基准面，一方面黄土高原不断抬升，另一方面汾渭谷地持续下沉，必然对黄土高原土壤侵蚀起促进作用。地震是黄土高原新构造运动的强烈表现形式，对历史时期黄土高原地震记载进行统计，可以反映出黄土高原历史时期新构造运动的强弱变化过程。
黄土高原是中华民族的发祥地之一，新石器时期文化遗址在黄土高原南部分布广泛，尤其在汾渭河谷地和豫西地区稠密。当时人们以渔猎、采集为生，说明当时黄土高原南部维持着较好的自然生态系统。商周时期中国出现了文字记载，生产力水平的提高，农业生产由原始农业向传统农业转变。商周时周人主要活动的北豳（庆阳、西峰一带）、古豳（彬县、长武一带）、周原（扶风、岐山一带）锄耕农业已发展到一定水平。夏代中国有人口1355万，周代1371万人，其中1/2左右分布在汾渭河谷和豫西地区，这两地区人口密度30-40人/平方千米。即便如此，从《诗经》中仍可看到黄土高原南部野鹿成群，虎豹出没，森林面积广大，农耕面积有限。春秋、战国时期铁器出现，犁耕农业逐渐代替锄耕农业，关中、汾河谷地、洛阳盆地、天水盆地农业进一步发展。战国时秦将自己的势力向渭河上游、陕北北部推进，赵则向晋北地区扩张，在这些地区建立城邑，开垦土地，发展耕作，但直到战国末农耕业主要集中在太原一龙门一天水以南地区，以北畜牧业仍占优势，整个黄土高原人口少，开垦指数不高。
秦汉、隋唐黄土高原是中国的政治、经济中心，人日与土地利用变化较大。秦统一全国后统治范围向北推进到黄土高原北部秦长城一线。西汉时期统治范围进一步向北、向西推进，汉武帝时向北到达阴山，向西到达河西走廊，黄土高原几乎全部都在西汉的统治之下。秦汉时期是中国农业发展的高峰，农耕文化大举进入黄土高原，从绥德、米脂一带出土的汉画像石可以清楚地反映出这一点。西汉时曾向黄土高原大量移民，再加上大批吏卒屯守边防，黄土高原人口迅速增加。据《汉书·地理志》记载，西汉元始二年（2年）黄土高原地区有人口880万人，其中洛阳盆地人口密度高为132人/平方千米，关中为30一90人/平方千米，陕北及晋西北为10一13人/跑平方千米，天水盆地为10.74人/平方千米。人口的增加和农耕的发展使部分林草地被开垦，但开垦程度较高主要在南部的关中、洛阳盆地和天水盆地，当时农牧业界线在太原一龙门一宝鸡一线。此线以北的广大黄土丘陵地区耕地主要分布在河谷平原，其余地区仍保持自然状态。东汉、三国、两晋、十六国、南北朝时期黄土高原战争频繁，社会动乱，人口大量减少，原来的农耕区向南退缩，黄土高原的广大地区重新成为游牧区，生态环境得以恢复。
据《续汉书·郡国志》记载，东汉永和五年（140年）黄土高原总人口为507.6万人，比西汉减少了43%。当时陕北及晋西北人口4.94万人，比西汉的130.55万人减少96%，人口密度减为0.5人/平方千米以下。西晋时黄土高原人口比东汉又有减少，据《晋书·地理志》记载，西晋太康元年（280年）黄土高原总人口204万人，比东汉减少4%5。《晋书》中山西河曲、偏关、保德、陕北、陇东马连河流域为游牧民族居住区，无人日记载，人口当比东汉时更为稀疏。当时西安附近的京兆人口密度为34.88人/平方千米，关中东部的左冯诩为3.29人/平方千米，关中西部的右扶风为9.46人/平方千米，洛阳附近为55.85人/平方千米，天水附近为5.55人/平方千k/耐，比西汉时减少l2/以上。
隋唐时中国重新归于统一，而且社会安定，经济繁荣，成为中国农业发展的第二个鼎盛时期。随着经济的发展，黄土高原人口增加，农耕业逐步代替游牧业。《隋书·地理志》记载，隋大业五年（609年）黄土高原总人口为1104万人，是西汉的125%、西晋的5.14倍。陕北、晋西北人口密度己经赶上了西汉，径河上游、马连河上游己是西汉的数倍，唐初实行均田制，关中大兴水利，不仅使关中、汾河下游，洛阳盆地全部成为农业区，而且农耕业扩大到地势较高的黄上台源、北山南麓黄土覆盖的山前平源。农耕区还沿渭河向西到达天水、陇西，直至涅水湟水河谷地。天宝时（742一755年）唐代经济达到了顶峰，当时黄土高原人口1015万人，关中、汾河下游、洛阳盆地人口密度50-100人/平方千米。隋唐时期基本奠定了黄上高原南部农业生产的格局，人口增加，植被破坏，城镇兴起，对这一地区土壤侵蚀产生了明显的影响。但黄土高原中部、北部自然环境的总体破坏程度并不甚严重，黄土丘陵地区畜牧业仍占较大比重。
唐以后的五代十国（907一979年）黄土高原人口有较大幅度减少，但到宋代人口得到恢复。据研究南宋嘉定三年（1210年）山西人口密度为45.72人/平方千米，陕西为21.44人/平方千米。北宋在黄上高原上形成一条与辽、西夏对峙的军事分界线，这条界线东起大同以南，经陕北、宁夏南部、兰州以北直至西宁以西，绵延1000千米。沿这条分界线，北宋修筑了大量城镇、堡寨、派驻大批军队戍边防卫。为解决军队给养，招募人口沿边屯耕，沿分界线形成了一条人口稠密，垦殖程度较高的地带，也使此分界线所经地区生态严重恶化。此线以南的黄土丘陵沟壑区仍然以牧为主，与唐代后期比较，土地利用没有太大变化。元代统一后，黄上高原虽结束了军事对垒，但元代连年残酷的战争和元对汉人实行的屠杀政策，黄土高原人口大幅减少，元至元二十七年（1290年）山西人口密度仅为8.20人/平方千米，陕西2.57人/平方千米，宁夏2.82人/平方千米，甘肃2.15人/平方千米。
明代黄土高原人口得到恢复，明弘治四年（1491年）山西人口密度达到31.6人/平方千米，陕西15.68人/平方千米，宁夏5.02人/平方千米，，甘肃4.41人/平方千米，青海1.45人/平方千米。明自建国之初就在黄土高原北部修筑长城，在修建长城的同时，沿长城大兴城镇聚落，移民实边，长城沿线形成人口密集的地带，其人口远较长城以南的黄土丘陵沟壑区稠密。如嘉庆《重修一统志》记载，嘉庆二十五年（1820年）山西宁武人口密度为40.26人/平方千米，保德为50.64人/平方千米，而其南部的爆州仅22.88人/平方千米；榆林人口密度41.99人/平方千米，而其南部的绥德仅33.17人/平方千米，延安仅19.58人/平方千米，。当时的长城是农牧业的分界线，长城沿线不仅分布着数百万边民，而且驻军也三分戍守，七分屯田，每个屯田士卒须种地50亩，使长城沿线被彻底开垦，长城以南则农牧业兼有。
清代国家统一，社会安定，人口增长快。明弘治四年（1491年）黄土高原总人口达到1500万人。经200多年到嘉庆二十五年（1820年）人口达到1995万。到道光二十年（1840年）人口增至4100万人，达到封建时代黄土高原人口的峰值。1820年黄土高原人口密度是：山西91.36人/平方千米，陕西61.16人/平方千米，甘肃34.24人/平方千米，宁夏31.37人/平方千米，青海6.95人/平方千米。其中关中、谏汾河谷地，洛阳盆地达100-200人/平方千米，晋西北、陕北、陇东达40-80人/平方千米，如平凉82.62人/平方千米，庆阳57.33人/平方千米，径阳101.61人/平方千米。明清时期长城以南的疏林灌丛已被连片开垦。另一方面由于人地矛盾加剧，清末移入黄土高原的移民向人烟少的山区迁移，如宁夏南部地区、吕梁山西侧、黄龙山区等，使这些原来的林区也逐步转变为农耕区。可以说明清时期黄土高原丘陵沟壑区彻底演变成了农耕区。
20世纪前半叶由于战乱和自然灾害，黄土高原人口有所减少，1935年总人口为2960万人，1949年为3936万人，人口分布和清末没有大的不同。建国后，黄土高原人口增长极快，70年代以前平均人口增长速度35.3‰。远高于中国的21.2‰的水平；70年代以后人口增长速度14.6-21.0‰，仍高于中国平均水平，是中国人口增长快的地区之一。1960年总人口达到4913.4万人，1980年达到7521.万人，1990年达到9031万人，人口的增加使耕地面积不断增加，林地、草地面积减少。1949-1985年黄土高原耕地增加393.3x10000平方百米，增长率为30.6%。耕地增加主要集中在水土流失严重的黄土丘陵地区，净增耕地272x10000平方百米，占黄土高原净增耕地的69%，使这些地区陷入“越穷越垦，越垦越穷”的经济、生态双重贫困。
中国实行改革开放以后，黄土高原地区的国内生产总值总量呈现持续的增长态势。西部大开发战略的实施成为该地区2000年以后国内生产总值占中国比重迅速提高的主要诱因，而晋陕蒙地区能矿产资源的开发则是其直接动因。黄土高原地区人均国内生产总值的空间分布整体上呈现出“两高一低”的带状分布格局，且这种空间分布格局明显地随着时间受到极化增长的扰动和重塑。能矿资源开发、农业密集程度、人口分布状况和自然本底条件等是影响该地区人均国内生产总值空间分布格局及其变动关键的因素。
