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陈怡平:黄土高原生态环境沧桑巨变七十年

文章来源:中国科学报   发布时间:2019-09-03  【字号:     】  

  黄土高原总面积大约64万平方公里,沟壑纵横,长度大于500米的沟道约有27万条。由于黄土孔隙度较大、质地疏松、透水性强,具有较高湿陷性,抗冲刷能力差,加之降雨比较集中,导致黄土高原成为世界上水土流失最严重的区域之一。狂风骤起,尘土蔽日,鸟无栖树,是曾经黄土高原生态环境的真实写照。因此,美国著名记者斯诺在《红星照耀中国》里描述“黄土高原是人类最不适宜生存的地方”。

  不忘初心,方得始终。中国共产党人的初心和使命就是为中国人民谋幸福,为中华民族谋复兴。新中国成立以后,黄土高原最大的民生问题就是改善生存环境,提高粮食生产。70年来,党和国家十分关心黄土高原生态环境治理,先后经历坡面治理、沟坡联合治理、小流域综合治理和退耕还林草工程等四个阶段,每一阶段均取得一定成效。尤其是退耕还林草工程实施以来,生态环境得到极其显著的改善,至2017年黄土高原植被覆盖率较退耕还林还草前的1999年增加了约33%,入黄泥沙减少至每年2亿吨以下。

  回顾70年黄土高原生态环境治理历史,岁岁年年都峥嵘;喜看今朝生态环境治理成效,沟沟壑壑正风华;展望未来美好前景,圪圪梁梁皆方遒。

  新中国成立之前黄土高原生态环境状况

  黄土高原是中华文明的发祥地之一,是旱作粟黍农业的起源中心。在距今7000—5000年的仰韶文化时期,粟黍已成为黄土高原广泛种植的农作物。从仰韶文化时期一直到周秦汉唐,黄土高原一直是中华民族繁衍的核心区域。从1000多年前的宋代开始,中华民族的政治经济和文化中心逐步东移,黄土高原的政治、经济和文化地位逐渐衰弱。黄土高原作为中华文明最早发祥地,同时也是人类活动对生态环境干扰最为严重的地区之一。

  植被盖度每况愈下

  在西周时期黄土高原东南部的平原、山地、丘陵、塬地上的森林和草原生长繁茂,森林植被覆盖率高达53%。随着铁器工具的发明,农业生产力水平不断提高,人口规模逐渐扩大,为了满足开垦农田、修建房屋、烹煮食物、烧炭取暖等生活需要,人类对植被的破坏程度不断增强,黄土高原的林草植被覆盖率持续减少。春秋战国时期,铁器被广泛使用,黄土高原南部的关中平原、汾河中下游平原植被大量开垦成耕地,河谷平原地区的森林、草原植被逐步为耕地替代。从秦汉开始,黄土高原农业不断向北部和西部推进,原有的林地和草地相继变为农田。到南北朝时期,黄土高原的森林覆盖率约为40%左右。至唐宋时期,森林覆盖率下降至33%左右。至明清时期人口数量进一步增加,林草植被进一步被开垦为农田,森林覆盖率下降至约15%。清末至20世纪初期,大批人口为躲避战争进入黄土高原腹地山区毁林开荒,新中国成立初期的森林覆盖率仅为6.1%。

  入黄泥沙居高不下

  黄河90%的泥沙来自黄土高原,黄河泥沙是黄土高原生态环境的晴雨表。从西周到隋唐,尽管人类活动对黄土高原的影响逐渐增大,黄土高原的植被覆盖率持续减少,但由于生产力水平总体较低,人口数量总体较少(约1000万左右),黄河的泥沙量基本维持在每年2亿吨左右。公元740年以后,黄河泥沙持续增加,至明清时期,黄土高原地区人口突破2000万,生态环境压力急剧增加,植被覆盖率进一步减少,土壤侵蚀显著增加,黄河泥沙量增加至每年6亿—10亿吨。至1800年黄土高原水土流失达到历史最高水平,入黄河泥沙量达每年约16亿吨。

  与黄河泥沙相对应,塬面也在不断被侵蚀。西周时周塬东西长70公里,南北宽20公里,由于侵蚀切割,现在塬面最宽处不足13公里。董志塬在唐代南北长42.5公里,东西宽32公里;现在东西最宽处仅18公里,其中最窄处仅0.5公里。明朝时期,塬面的侵蚀沟道多达1789条。到了清末,长度在500米以上的沟谷数量增加了2409条。

  从元朝至明朝,洛川塬南沟流域土壤侵蚀模数为每年每平方公里约639吨。明清以后,该流域土壤侵蚀模数迅速增加至每年每平方公里4045—4141吨。从清末至民国,该流域侵蚀模数进一步增加至每年每平方公里约12543吨。由此可见,历史时期由于植被破坏导致水土流失和塬面侵蚀愈演愈烈。

  黄河中下游水灾威震天下

  黄河名称肇始于西汉初年,距今2200多年。据史念海先生考证,黄河在商周至秦汉、东汉至唐朝曾长期安澜,历时近2000年。自唐朝后期,黄河决溢频次明显增加,其原因与黄河泥沙日益增多密切相关。由于土质疏松、易于侵蚀,水流将大量泥沙带入黄河,流经下游华北平原时,地势平坦,流速较慢导致河床不断抬高。黄河下游开封段的河床高出开封市区地平面7~8米,最高处达10米以上。考古发掘发现,开封市地下掩埋了春秋战国时代以来的至少7座古城池。从已发掘遗址看,宋代的东京开封府大约在今开封市地下8到10米处。

  从春秋至隋唐,黄河基本安澜,泛滥次数为1.8—13.6次/百年;宋朝以后,黄河泛滥次数上升至52.8—56.4次/百年;从明朝至新中国成立初期,黄河泛滥次数快速增加至118.2—137.3次/百年。

  黄河泛滥频次增加与黄土高原人口增加、植被覆盖率减少、土壤侵蚀增加和黄河泥沙增加息息相关。

  新中国成立之后生态环境沧桑巨变

  自公元740年以后,黄土高原土壤侵蚀持续增加,1800—1957年期间,严重的水土流失导致入黄河泥沙高达每年16亿吨。水土流失导致黄河下游成为地上悬河,威胁着黄河下游人民生命与财产安全。例如,黄河下游的开封,当黄河流到这里时,泥沙淤积,河床不断抬升,开封黄河段高出堤内地面3米到5米,在汛期的水面要高出开封地面16米,导致开封黄河段“悬河凌空,大堤巍峨”。严重的水土流失也导致受灾区内耕地肥力下降、耕地加速退化,影响了该区域经济社会可持续发展。有报道称,黄土高原丘陵沟壑区每年约有8吨表土从坡耕地流失,每公顷损失全氮12—22.5公斤、全磷22.5公斤、全钾300公斤。

  坡面治理:20世纪50—60年代中期,当时认为黄河泥沙主要来自坡面,提出了根治黄河和发展生产的双重目标,坡面修造梯田既能发展农业生产,又能减少坡长,从而达到控制坡耕地水土流失的效果。非耕地坡面也辅以植树造林。但实践证明,这一阶段黄河泥沙没有得到明显的减少。其原因是修造梯田导致次生水土流失。因此,学术界和政府部门开始怀疑这些治理措施对减少入黄泥沙的作用。

  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国科学家借鉴,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。

  退耕还林草工程:21世纪,中国政府实施了全球规模最大的退耕还林草生态治理工程。截至2017年,已累计投入4500亿元人民币(约650亿美元),约4.47亿亩土地实施了退耕还林还草;长江、黄河中上游的13个省、自治区、直辖市,退耕还林还草工程每年产生的生态服务功能总价值超过1万亿元人民币。就黄土高原而言,黄河90%的泥沙来自黄土高原土壤侵蚀,黄河泥沙是黄土高原生态环境的晴雨表。自1999年退耕还林还草政策实施以来,黄土高原的植被覆盖率显著增加,从1999年的31.6%提高到2017年的约65%,有效遏制了黄土高原水土流失。目前黄河利津水文站观测入黄河泥沙已减至每年2亿吨以下,接近无人类活动干扰的原始农业时期。

  70年的实践、认识、再实践、再认识,不断总结黄土高原生态治理成绩与失败教训。上世纪50年代至60年代中期约15年时间,治理措施,建造梯田是相对单一、片面;60年代中期至70年代末期约15年时间,梯田、植树造林和打坝淤地是控制水土流失主要措施;70年代末期至90年代末期约20年时间,在系统论哲学思想指导下,平整土地、减少地表径流、缓坡修造梯田发展果业、实施节水灌溉、坡面植树造林、沟道打坝淤地等多种措施并举,取得了较好的治理效果。21世纪的前20年,在小流域治理的基础上,退耕还林草工程取得举世瞩目的成效,成为中国履行国际公约的标志性工程。

  纵观新中国70年黄土高原生态治理历史,从曾经的鸟无栖树,到今天约65%的植被覆盖率,可谓“天翻地覆慨而慷”。

  新时代永续“绿水青山”的科学对策

  70年的伟大实践证明,植被建设是治理黄土高原水土流失和改善生态环境的关键措施。70年来,经过几代科学家和各级政府的不懈奋斗,黄土高原实现了从“黄山”到“绿山”的伟大转变。为了黄土高原生态环境永续发展,未来生态文明建设方向应调整为从“植被建设”向“植被保护”转变,跨入生态文明建设的高质量阶段。

  科学预防植被病虫害

  目前黄土高原地区植被结构单一,群落主要以洋槐、杨树、油松和沙棘等植物为建群种。由于植被结构种类单一,对植食性昆虫缺乏抑制因子,一旦遇到适宜昆虫生存和繁殖的条件,害虫大量繁殖,会对植物群落造成毁灭性破坏,因此,黄土高原生态系统是极其脆弱的。目前记录的主要相关害虫种类包括半翅目的蚧科(蚧壳虫),鞘翅目的天牛科、小蠹科,鳞翅目的尺蛾科(尺蠖)、枯叶蛾科(松毛虫)等多种昆虫。

  其中,黄斑星天牛和光肩星天牛是两种危害最严重的杨树蛀干害虫,主要以幼虫蛀虫食树干形成虫道,轻者致使树木生长缓慢,重者导致整株枯死,木材失去利用价值。目前在陕西省10个地市的54个县(市、区)均有发生,1亿多株杨树遭天牛蛀蚀。黄土高原丘陵沟壑区的延安市等重灾区已经连续毁灭了4代杨树。

  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、沙枣尺蠖,主要危害沙枣、杨、柳、榆、槐、桑等。幼虫发育快,取食量大,幼虫多取食树枝腋芽处叶片,常将树叶吃光,是我国华北、西北等地区人工林的主要食叶害虫。

  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。

  科学优化黄土高原植被结构

  黄土覆盖厚度大,覆盖厚度在几十米至百米之间,地下水难以向上传递,且当地降雨相对较少。因此,中间有一层土壤水分含量少的“干芯层”,称之为土壤干层。

  目前黄土高原植被建设主要以刺槐、杨树、油松、柠条等为建群种,尤其是刺槐林。该类人工林的大面积建设,不仅大量吸收土壤水分,还通过蒸腾作用,耗散大量水分,导致黄土高原土壤干层不断加深,土壤水库含水量持续下降。

  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。

  同时,加快对单一、高耗水人工林的结构优化,对黄土高原高密度人工林进行合理疏伐,依据植被水平地带性分布规律和植被演替理论,引入合适乡土树种刺柏、侧柏、酸枣、荆条等逐步替代上述高耗水物种,并避免单一物种成林现象,促进植被可持续建设。

  另外,根据植物学原理,草本植物主要为须根系,根系数量多,扎根相对较浅,而乔灌木主要为直根系,根系少,但是往往扎根较深。因此,山腰以种草为主、灌木为辅。草本植物根系多,相互之间盘根错节,形成网状结构,有利于减少水土流失。

  科学拦蓄有限水资源

  水资源是黄土高原植被建设和农业生产的限制性因子。黄土高原为暖温带大陆性季风气候,冬春季受极地干冷气候影响,寒冷干燥;夏秋季受西太平洋副热带高压和印度洋低压影响,炎热多雨,多年降雨量为466毫米,总趋势为从东南向西北逐步减少,东南部降雨约600—700毫米,中部300—400毫米,西北部100—200毫米。

  但是,黄土高原丘陵沟壑区降雨主要集中在7—9月份,极端降雨会导致严重的水灾。以往的小流域治理以及淤地坝建设对洪涝缺乏科学运算,遇强降雨时垮坝事故时有发生。例如,2017年7月25—26日陕西省榆林市绥德县发生特大强降雨,岔巴沟水库被冲垮。

  因此,丘陵沟壑区水库设计要以水文学、土壤侵蚀学、侵蚀地貌学为基本理论指导,结合地理信息系统(GIS)中数字地形分析及情景分析相关方法,研究黄土高原丘陵沟壑区农业需水量与流域产流当量关系。同时,要结合历史文献学,研究百年尺度上强降雨洪峰量,在系统论思想指导下,科学设计水库,拦蓄降雨,加大蓄水,减少水灾,极度干旱期可以满足农田灌溉水量,也可为青山植被保命供水。

  新时代建设“金山银山”的政策建议

  习近平总书记指出,“绿水青山就是金山银山”。未来如何让黄土高原的绿水青山变成金山银山,把黄土高原建设成为“产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕”的社会主义新农村,必须从思想、体制和技术上实现“三个根本转变”。

  从“去农思想”向“尊农思维”转变

  在快速城镇化过程中,黄土高原严酷的自然条件加剧了农村空心化,人口空心化进一步衍生诸多次生空心化问题,如教育空心化、医疗空心化、农业科技空心化、农村社会服务空心化与资源空心化。黄土高原农村空心化是中国农村发展的一个缩影。

  长期以来不平衡的城乡居民待遇与收入导致“歧农思想”根深蒂固,如农村人进城市工作被称为“农民工”。在长此以往的“歧农思想”影响下,村民纷纷进城当“农民工”,逃离农村,远离农业。

  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。

  从“谋生型农民”向“职业性农民”转变

  2018年中国的城镇化率已经达到了59.58%,这意味着我国已经初步实现了从农村社会到城市社会的转型。城镇化集约了各类社会公共资源,尤其是教育资源的集约化、医疗卫生资源的集约化。因此,城市像个磁场极强的吸铁石,吸收了大量人口涌入城市,必然导致农村空心化。但是,客观分析,农村空心化也是社会工业化发展的一种进步体现。乡村振兴归根到底是农民的振兴、农业的振兴,而不是狭隘地让农民固守农村、留在黄土地上“刀耕火种”。城镇化是一种社会发展的必然趋势,也为农民的振兴提供了广阔的就业机会,增加了农民收入。

  调查发现,现在从事农业生产的基本上是50岁以上中老年农民,民间老百姓戏称“中国末代农民”。从历史视角与现实来看,未来农业振兴需要供给侧结构性改革,也需要精准振兴。从国家政策层面改革,把依赖种地谋生的农民转化为职业型农民,以农业企业为主体生产形式,发展高科技农业合作社。

  例如,推广陕西省延安市安塞区高桥镇“企业+党支部+基地+职业农民”的乡村振兴模式。延安惠民农业科技发展公司把安塞区高桥镇南沟村全村22500亩撂荒地、沟洼地、滩涂地和山林地进行流转,通过“三变”改革(即资源变资产、资金变股金、农民变工人),让村民入股有分红,务工有工资。2016年该村农民人均收入达到13148元。通过创新精准扶贫模式,带动了精准扶贫,有效推动了南沟村精准脱贫和乡村振兴的进程。

  从“传统农业”向“现代农业”转变

  从中国农村发展现状来看,空心化与老龄化的农村难以支撑未来农业发展需求。未来中国农业也必然要从传统的粗放农业走向集约化高科技的现代农业。由粗放经营向集约经营转化,是农业生产发展的客观规律。西方国家的农业已经走过了一个由粗放经营到集约经营的发展过程。

  随着科学技术的进步,化肥、农药、农业新技术在中国已经发挥了巨大的作用。但是,化肥农药引发的环境问题,如重金属污染、氮磷面源污染等等,也引起全社会的高度关注。因此,未来农业需要发展高科技智能化农业,从业人员是掌握现代科技的新型农民,谁来种田的问题自然得到破解。智能化农业是通过智能化技术精准施肥,精准预防病虫害,防止过量施肥和农药造成环境污染;通过智能化测量土壤水分,实施精准灌溉,防止浪费有限的水资源;利用物联网,建立农业大数据库与支付系统,消费者通过扫码获取农产品的全部生长信息(施肥、农药)等。集约化高技术农业带来的必然是高效高附加值,也可有效解决农村空心化造成的劳动力匮乏问题。

  值得一提的是,未来黄土高原农业生产不能照搬照抄其他地方经验,应该根据当地自然气候条件发展个性化农业,宜黍则黍,宜果则果,宜药则药,避免单一化种植带来的“谷贱伤农”现象发生。同时,科技界需要加强黄土高原“绿水青山”与“金山银山”转化技术路径研究,以支撑黄土高原小康社会建成。

  总之,在各级人民政府和几代科技工作者共同努力下,用70年时间把曾经鸟无栖树的黄土高原变成植被覆盖率为65%的“绿水青山”,颠覆了美国著名记者斯诺在《红星照耀中国》里描述“黄土高原是人类最不适宜生存的地方”的断言。事实证明,没有共产党就没有新中国,没有中国特色社会主义制度就没有今天黄土高原的绿水青山。

  (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,集美娱乐场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,《中国科学报》记者张行勇对本文撰写给予一定帮助。)




(责任编辑:侯茜)

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