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陳怡平:黃土高原生態環境滄桑巨變七十年

文章來源:中國科學报   發布時間:2019-09-03  【字號:     】  

  黃土高原總面積大約64萬平方公裏,溝壑縱橫,長度大于500米的溝道約有27萬條。由于黃土孔隙度較大、質地疏松、透水性強,具有較高濕陷性,抗沖刷能力差,加之降雨比較集中,導致黃土高原成爲世界上水土流失最嚴重的區域之一。狂風驟起,塵土蔽日,鳥無棲樹,是曾經黃土高原生態環境的真實寫照。因此,美國著名記者斯諾在《紅星照耀中國》裏描述“黃土高原是人類最不適宜生存的地方”。

  不忘初心,方得始終。中國共産黨人的初心和使命就是爲中國人民謀幸福,爲中華民族謀複興。新中國成立以後,黃土高原最大的民生問題就是改善生存環境,提高糧食生産。70年來,黨和國家十分關心黃土高原生態環境治理,先後經曆坡面治理、溝坡聯合治理、小流域綜合治理和退耕還林草工程等四個階段,每一階段均取得一定成效。尤其是退耕還林草工程實施以來,生態環境得到極其顯著的改善,至2017年黃土高原植被覆蓋率較退耕還林還草前的1999年增加了約33%,入黃泥沙減少至每年2億噸以下。

  回顧70年黃土高原生態環境治理曆史,歲歲年年都峥嵘;喜看今朝生態環境治理成效,溝溝壑壑正風華;展望未來美好前景,圪圪梁梁皆方遒。

  新中國成立之前黃土高原生態環境狀況

  黃土高原是中華文明的發祥地之一,是旱作粟黍農業的起源中心。在距今7000—5000年的仰韶文化時期,粟黍已成爲黃土高原廣泛種植的農作物。從仰韶文化時期一直到周秦漢唐,黃土高原一直是中華民族繁衍的核心區域。從1000多年前的宋代開始,中華民族的政治經濟和文化中心逐步東移,黃土高原的政治、經濟和文化地位逐漸衰弱。黃土高原作爲中華文明最早發祥地,同時也是人類活動對生態環境幹擾最爲嚴重的地區之一。

  植被蓋度每況愈下

  在西周時期黃土高原東南部的平原、山地、丘陵、塬地上的森林和草原生長繁茂,森林植被覆蓋率高達53%。隨著鐵器工具的發明,農業生産力水平不斷提高,人口規模逐漸擴大,爲了滿足開墾農田、修建房屋、烹煮食物、燒炭取暖等生活需要,人類對植被的破壞程度不斷增強,黃土高原的林草植被覆蓋率持續減少。春秋戰國時期,鐵器被廣泛使用,黃土高原南部的關中平原、汾河中下遊平原植被大量開墾成耕地,河谷平原地區的森林、草原植被逐步爲耕地替代。從秦漢開始,黃土高原農業不斷向北部和西部推進,原有的林地和草地相繼變爲農田。到南北朝時期,黃土高原的森林覆蓋率約爲40%左右。至唐宋時期,森林覆蓋率下降至33%左右。至明清時期人口數量進一步增加,林草植被進一步被開墾爲農田,森林覆蓋率下降至約15%。清末至20世紀初期,大批人口爲躲避戰爭進入黃土高原腹地山區毀林開荒,新中國成立初期的森林覆蓋率僅爲6.1%。

  入黃泥沙居高不下

  黃河90%的泥沙來自黃土高原,黃河泥沙是黃土高原生態環境的晴雨表。從西周到隋唐,盡管人類活動對黃土高原的影響逐漸增大,黃土高原的植被覆蓋率持續減少,但由于生産力水平總體較低,人口數量總體較少(約1000萬左右),黃河的泥沙量基本維持在每年2億噸左右。公元740年以後,黃河泥沙持續增加,至明清時期,黃土高原地區人口突破2000萬,生態環境壓力急劇增加,植被覆蓋率進一步減少,土壤侵蝕顯著增加,黃河泥沙量增加至每年6億—10億噸。至1800年黃土高原水土流失達到曆史最高水平,入黃河泥沙量達每年約16億噸。

  與黃河泥沙相對應,塬面也在不斷被侵蝕。西周時周塬東西長70公裏,南北寬20公裏,由于侵蝕切割,現在塬面最寬處不足13公裏。董志塬在唐代南北長42.5公裏,東西寬32公裏;現在東西最寬處僅18公裏,其中最窄處僅0.5公裏。明朝時期,塬面的侵蝕溝道多達1789條。到了清末,長度在500米以上的溝谷數量增加了2409條。

  從元朝至明朝,洛川塬南溝流域土壤侵蝕模數爲每年每平方公裏約639噸。明清以後,該流域土壤侵蝕模數迅速增加至每年每平方公裏4045—4141噸。從清末至民國,該流域侵蝕模數進一步增加至每年每平方公裏約12543噸。由此可見,曆史時期由于植被破壞導致水土流失和塬面侵蝕愈演愈烈。

  黃河中下遊水災威震天下

  黃河名稱肇始于西漢初年,距今2200多年。據史念海先生考證,黃河在商周至秦漢、東漢至唐朝曾長期安瀾,曆時近2000年。自唐朝後期,黃河決溢頻次明顯增加,其原因與黃河泥沙日益增多密切相關。由于土質疏松、易于侵蝕,水流將大量泥沙帶入黃河,流經下遊華北平原時,地勢平坦,流速較慢導致河床不斷擡高。黃河下遊開封段的河床高出開封市區地平面7~8米,最高處達10米以上。考古發掘發現,開封市地下掩埋了春秋戰國時代以來的至少7座古城池。從已發掘遺址看,宋代的東京開封府大約在今開封市地下8到10米處。

  從春秋至隋唐,黃河基本安瀾,泛濫次數爲1.8—13.6次/百年;宋朝以後,黃河泛濫次數上升至52.8—56.4次/百年;從明朝至新中國成立初期,黃河泛濫次數快速增加至118.2—137.3次/百年。

  黃河泛濫頻次增加與黃土高原人口增加、植被覆蓋率減少、土壤侵蝕增加和黃河泥沙增加息息相關。

  新中國成立之後生態環境滄桑巨變

  自公元740年以後,黃土高原土壤侵蝕持續增加,1800—1957年期間,嚴重的水土流失導致入黃河泥沙高達每年16億噸。水土流失導致黃河下遊成爲地上懸河,威脅著黃河下遊人民生命與財産安全。例如,黃河下遊的開封,當黃河流到這裏時,泥沙淤積,河床不斷擡升,開封黃河段高出堤內地面3米到5米,在汛期的水面要高出開封地面16米,導致開封黃河段“懸河淩空,大堤巍峨”。嚴重的水土流失也導致受災區內耕地肥力下降、耕地加速退化,影響了該區域經濟社會可持續發展。有報道稱,黃土高原丘陵溝壑區每年約有8噸表土從坡耕地流失,每公頃損失全氮12—22.5公斤、全磷22.5公斤、全鉀300公斤。

  坡面治理:20世紀50—60年代中期,當時認爲黃河泥沙主要來自坡面,提出了根治黃河和發展生産的雙重目標,坡面修造梯田既能發展農業生産,又能減少坡長,從而達到控制坡耕地水土流失的效果。非耕地坡面也輔以植樹造林。但實踐證明,這一階段黃河泥沙沒有得到明顯的減少。其原因是修造梯田導致次生水土流失。因此,學術界和政府部門開始懷疑這些治理措施對減少入黃泥沙的作用。

  沟坡联合治理:20世纪60年代中期至70年代末的15年间,梯田和淤地坝是黄土高原治理的主要治理措施,学界和官方认为沟道建设淤地坝既能拦截泥沙又能淤地造田,满足粮食生产需求,坡面继续巩固梯田建设,发展农业生产。20世纪70 年代,黄河泥沙减少至每年14亿吨左右,淤地坝的拦沙效果表现较好。然而,1977年7月4—6日陕北发生特大洪水,最大洪峰量为9110每秒立方米,27.7万亩农田被毁坏,受灾人口24万。淤地坝建设也遭到质疑,一方认为淤地坝建设灾害风险大;另一方认为通过科学设计和提高工程质量,灾害风险可以降低,淤地坝工程值得推广。

  小流域治理:在淤地坝遭到质疑之后,科学界开始重新分析与思考,寻求新的治理模式。从20世纪70年代末期至90年代末期,发端于欧洲阿尔卑斯山区的小流域综合治理模式被中國科學家借鉴,应用于黄土高原的治理实践。根据黄土高原每个小流域自然条件、小流域经济社会发展特点,以水土流失治理为核心任务,合理开展植树造林、农业生产与建设拦截泥沙的淤地坝,形成较为综合的水土流失防治体系,以达到保护、改良与合理利用小流域水土资源的目的。小流域综合治理在黄土高原收到了明显的经济效益与生态效益,较好地控制了水土流失,发展了农、林、牧业,增加了农民收入,提高了小流域经济社会可持续发展水平。

  退耕還林草工程:21世紀,中國政府實施了全球規模最大的退耕還林草生態治理工程。截至2017年,已累計投入4500億元人民幣(約650億美元),約4.47億畝土地實施了退耕還林還草;長江、黃河中上遊的13個省、自治區、直轄市,退耕還林還草工程每年産生的生態服務功能總價值超過1萬億元人民幣。就黃土高原而言,黃河90%的泥沙來自黃土高原土壤侵蝕,黃河泥沙是黃土高原生態環境的晴雨表。自1999年退耕還林還草政策實施以來,黃土高原的植被覆蓋率顯著增加,從1999年的31.6%提高到2017年的約65%,有效遏制了黃土高原水土流失。目前黃河利津水文站觀測入黃河泥沙已減至每年2億噸以下,接近無人類活動幹擾的原始農業時期。

  70年的實踐、認識、再實踐、再認識,不斷總結黃土高原生態治理成績與失敗教訓。上世紀50年代至60年代中期約15年時間,治理措施,建造梯田是相對單一、片面;60年代中期至70年代末期約15年時間,梯田、植樹造林和打壩淤地是控制水土流失主要措施;70年代末期至90年代末期約20年時間,在系統論哲學思想指導下,平整土地、減少地表徑流、緩坡修造梯田發展果業、實施節水灌溉、坡面植樹造林、溝道打壩淤地等多種措施並舉,取得了較好的治理效果。21世紀的前20年,在小流域治理的基礎上,退耕還林草工程取得舉世矚目的成效,成爲中國履行國際公約的標志性工程。

  縱觀新中國70年黃土高原生態治理曆史,從曾經的鳥無棲樹,到今天約65%的植被覆蓋率,可謂“天翻地覆慨而慷”。

  新時代永續“綠水青山”的科學對策

  70年的偉大實踐證明,植被建設是治理黃土高原水土流失和改善生態環境的關鍵措施。70年來,經過幾代科學家和各級政府的不懈奮鬥,黃土高原實現了從“黃山”到“綠山”的偉大轉變。爲了黃土高原生態環境永續發展,未來生態文明建設方向應調整爲從“植被建設”向“植被保護”轉變,跨入生態文明建設的高質量階段。

  科學預防植被病蟲害

  目前黃土高原地區植被結構單一,群落主要以洋槐、楊樹、油松和沙棘等植物爲建群種。由于植被結構種類單一,對植食性昆蟲缺乏抑制因子,一旦遇到適宜昆蟲生存和繁殖的條件,害蟲大量繁殖,會對植物群落造成毀滅性破壞,因此,黃土高原生態系統是極其脆弱的。目前記錄的主要相關害蟲種類包括半翅目的蚧科(蚧殼蟲),鞘翅目的天牛科、小蠹科,鱗翅目的尺蛾科(尺蠖)、枯葉蛾科(松毛蟲)等多種昆蟲。

  其中,黃斑星天牛和光肩星天牛是兩種危害最嚴重的楊樹蛀幹害蟲,主要以幼蟲蛀蟲食樹幹形成蟲道,輕者致使樹木生長緩慢,重者導致整株枯死,木材失去利用價值。目前在陝西省10個地市的54個縣(市、區)均有發生,1億多株楊樹遭天牛蛀蝕。黃土高原丘陵溝壑區的延安市等重災區已經連續毀滅了4代楊樹。

  红脂大小蠹又称为强大小蠹,是我国林业上重要的外来入侵有害生物。主要危害对象包括新鲜油松的伐木、伐桩,胸径在10cm 以上的松树主侧根和主干,幼虫或成虫取食靶位点为韧皮部和形成层。红脂大小蠹虫害于上世纪90年代从山西传入陕西,在延安市和渭南市等均有发生,发生面积37万亩。2005 年虫害得到控制,但目前并没有根除。

  春尺蠖又名春尺蛾、沙棗尺蠖,主要危害沙棗、楊、柳、榆、槐、桑等。幼蟲發育快,取食量大,幼蟲多取食樹枝腋芽處葉片,常將樹葉吃光,是我國華北、西北等地區人工林的主要食葉害蟲。

  沙棘绕实蝇、沙棘象虫、红缘天牛、沙棘木蠹蛾等为沙棘的主要害虫。2013 年内蒙古准格尔旗帮郎思太村,12年树龄人工沙棘林,受害95%以上,沙棘整株存活率不足10%,沙棘木蠹蛾、红缘天牛暴发成灾。

  科學優化黃土高原植被結構

  黃土覆蓋厚度大,覆蓋厚度在幾十米至百米之間,地下水難以向上傳遞,且當地降雨相對較少。因此,中間有一層土壤水分含量少的“幹芯層”,稱之爲土壤幹層。

  目前黃土高原植被建設主要以刺槐、楊樹、油松、檸條等爲建群種,尤其是刺槐林。該類人工林的大面積建設,不僅大量吸收土壤水分,還通過蒸騰作用,耗散大量水分,導致黃土高原土壤幹層不斷加深,土壤水庫含水量持續下降。

  在黄土高原半干旱区,油松人工林土壤干层厚度高达5.0 米,刺槐人工林土壤干层厚度为4.9 米。随着种植年限增加,植被土壤干层将不断加剧。

  研究表明,黄土高原水资源植被承载力阈值为每年每平方米400±5克碳(g Cm-22a-1)。在未来气候趋暖条件下,该承载力阈值范围将至383—528 gCm-22a-1。黄土高原植被盖度从1999年的31.6%提高到2017年的约65%,其中植被盖度增加显著区域为黄河以东和南部地区。但是,目前黄土高原植被恢复已接近植被水资源承载力阈值,如果进一步扩大植被建设面积,将不可避免地加剧土壤水分耗散、水资源短缺等问题,引发新的生态问题,甚至灾难。因此,未来不宜继续人工扩大黄土高原植被面积,否则生态建设将不符合生态文明的理念。

  同時,加快對單一、高耗水人工林的結構優化,對黃土高原高密度人工林進行合理疏伐,依據植被水平地帶性分布規律和植被演替理論,引入合適鄉土樹種刺柏、側柏、酸棗、荊條等逐步替代上述高耗水物種,並避免單一物種成林現象,促進植被可持續建設。

  另外,根據植物學原理,草本植物主要爲須根系,根系數量多,紮根相對較淺,而喬灌木主要爲直根系,根系少,但是往往紮根較深。因此,山腰以種草爲主、灌木爲輔。草本植物根系多,相互之間盤根錯節,形成網狀結構,有利于減少水土流失。

  科學攔蓄有限水資源

  水資源是黃土高原植被建設和農業生産的限制性因子。黃土高原爲暖溫帶大陸性季風氣候,冬春季受極地幹冷氣候影響,寒冷幹燥;夏秋季受西太平洋副熱帶高壓和印度洋低壓影響,炎熱多雨,多年降雨量爲466毫米,總趨勢爲從東南向西北逐步減少,東南部降雨約600—700毫米,中部300—400毫米,西北部100—200毫米。

  但是,黃土高原丘陵溝壑區降雨主要集中在7—9月份,極端降雨會導致嚴重的水災。以往的小流域治理以及淤地壩建設對洪澇缺乏科學運算,遇強降雨時垮壩事故時有發生。例如,2017年7月25—26日陝西省榆林市綏德縣發生特大強降雨,岔巴溝水庫被沖垮。

  因此,丘陵溝壑區水庫設計要以水文學、土壤侵蝕學、侵蝕地貌學爲基本理論指導,結合地理信息系統(GIS)中數字地形分析及情景分析相關方法,研究黃土高原丘陵溝壑區農業需水量與流域産流當量關系。同時,要結合曆史文獻學,研究百年尺度上強降雨洪峰量,在系統論思想指導下,科學設計水庫,攔蓄降雨,加大蓄水,減少水災,極度幹旱期可以滿足農田灌溉水量,也可爲青山植被保命供水。

  新時代建設“金山銀山”的政策建議

  習近平總書記指出,“綠水青山就是金山銀山”。未來如何讓黃土高原的綠水青山變成金山銀山,把黃土高原建設成爲“産業興旺、生態宜居、鄉風文明、治理有效、生活富裕”的社會主義新農村,必須從思想、體制和技術上實現“三個根本轉變”。

  從“去農思想”向“尊農思維”轉變

  在快速城鎮化過程中,黃土高原嚴酷的自然條件加劇了農村空心化,人口空心化進一步衍生諸多次生空心化問題,如教育空心化、醫療空心化、農業科技空心化、農村社會服務空心化與資源空心化。黃土高原農村空心化是中國農村發展的一個縮影。

  長期以來不平衡的城鄉居民待遇與收入導致“歧農思想”根深蒂固,如農村人進城市工作被稱爲“農民工”。在長此以往的“歧農思想”影響下,村民紛紛進城當“農民工”,逃離農村,遠離農業。

  党的十九大报告指出,实施乡村振兴战略,“要坚持农业农村优先发展,按照产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕的总要求,建立健全城乡融合发展体制机制和政策体系,加快推进农业农村现代化”。2018年中央1号文件题为《中共中央 国务院关于实施乡村振兴战略的意见》。从农村现实来看,乡村振兴首先是全社会要切实重视农业,尊重农民劳动,倡导劳动最光荣,让尊敬农业、农民的思想蔚然成风。

  從“謀生型農民”向“職業性農民”轉變

  2018年中國的城鎮化率已經達到了59.58%,這意味著我國已經初步實現了從農村社會到城市社會的轉型。城鎮化集約了各類社會公共資源,尤其是教育資源的集約化、醫療衛生資源的集約化。因此,城市像個磁場極強的吸鐵石,吸收了大量人口湧入城市,必然導致農村空心化。但是,客觀分析,農村空心化也是社會工業化發展的一種進步體現。鄉村振興歸根到底是農民的振興、農業的振興,而不是狹隘地讓農民固守農村、留在黃土地上“刀耕火種”。城鎮化是一種社會發展的必然趨勢,也爲農民的振興提供了廣闊的就業機會,增加了農民收入。

  調查發現,現在從事農業生産的基本上是50歲以上中老年農民,民間老百姓戲稱“中國末代農民”。從曆史視角與現實來看,未來農業振興需要供給側結構性改革,也需要精准振興。從國家政策層面改革,把依賴種地謀生的農民轉化爲職業型農民,以農業企業爲主體生産形式,發展高科技農業合作社。

  例如,推廣陝西省延安市安塞區高橋鎮“企業+黨支部+基地+職業農民”的鄉村振興模式。延安惠民農業科技發展公司把安塞區高橋鎮南溝村全村22500畝撂荒地、溝窪地、灘塗地和山林地進行流轉,通過“三變”改革(即資源變資産、資金變股金、農民變工人),讓村民入股有分紅,務工有工資。2016年該村農民人均收入達到13148元。通過創新精准扶貧模式,帶動了精准扶貧,有效推動了南溝村精准脫貧和鄉村振興的進程。

  從“傳統農業”向“現代農業”轉變

  從中國農村發展現狀來看,空心化與老齡化的農村難以支撐未來農業發展需求。未來中國農業也必然要從傳統的粗放農業走向集約化高科技的現代農業。由粗放經營向集約經營轉化,是農業生産發展的客觀規律。西方國家的農業已經走過了一個由粗放經營到集約經營的發展過程。

  隨著科學技術的進步,化肥、農藥、農業新技術在中國已經發揮了巨大的作用。但是,化肥農藥引發的環境問題,如重金屬汙染、氮磷面源汙染等等,也引起全社會的高度關注。因此,未來農業需要發展高科技智能化農業,從業人員是掌握現代科技的新型農民,誰來種田的問題自然得到破解。智能化農業是通過智能化技術精准施肥,精准預防病蟲害,防止過量施肥和農藥造成環境汙染;通過智能化測量土壤水分,實施精准灌溉,防止浪費有限的水資源;利用物聯網,建立農業大數據庫與支付系統,消費者通過掃碼獲取農産品的全部生長信息(施肥、農藥)等。集約化高技術農業帶來的必然是高效高附加值,也可有效解決農村空心化造成的勞動力匮乏問題。

  值得一提的是,未來黃土高原農業生産不能照搬照抄其他地方經驗,應該根據當地自然氣候條件發展個性化農業,宜黍則黍,宜果則果,宜藥則藥,避免單一化種植帶來的“谷賤傷農”現象發生。同時,科技界需要加強黃土高原“綠水青山”與“金山銀山”轉化技術路徑研究,以支撐黃土高原小康社會建成。

  總之,在各級人民政府和幾代科技工作者共同努力下,用70年時間把曾經鳥無棲樹的黃土高原變成植被覆蓋率爲65%的“綠水青山”,顛覆了美國著名記者斯諾在《紅星照耀中國》裏描述“黃土高原是人類最不適宜生存的地方”的斷言。事實證明,沒有共産黨就沒有新中國,沒有中國特色社會主義制度就沒有今天黃土高原的綠水青山。

  (作者系陕西省第十二届政协常委、人口资源环境委员会副主任,九三学社陕西省第十三届委员会副主委,中國科學院地球环境研究所研究员、博士生导师。本文在国家重点研发项目〈2017YFD0800500〉资助下完成,《中國科學报》记者张行勇对本文撰写给予一定帮助。)




(責任編輯:侯茜)

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