科普 正式出版 版本 5 Vol 10 (3) : 316-322 2019
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走进新时代的黄土高原生态恢复与生态治理
: 2019 - 05 - 08
: 2019 - 05 - 21
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摘要&关键词
摘要:黄土高原因生态脆弱、土壤侵蚀剧烈而闻名于世。因黄河泥沙的90%来自黄土高原,因此黄土高原的生态健康直接维系黄河的健康运行。新中国成立以来,党和政府高度重视黄土高原的生态治理工作,取得举世瞩目的成就。当前,多种证据表明,黄河水沙情势和黄土高原生态条件进入一个全新的时期,表现出四大特征:(1)黄河输沙量降低至历史低值水平;(2)黄土高原植被覆盖度急剧增加;(3)黄土高原水资源可持续利用趋近植被恢复的极限;(4)人类活动的贡献率达到前所未有的高度。以上四大特征和历史上任何一个时期都不相同。古人云:黄河清,圣人出。黄土高原生态恢复与生态治理,和新时代中国特色社会主义建设一起,步入一个全新的时期。为适应新时期的需求,中国科学院地球环境研究所在继承和发展黄土高原国土整治“28字”方略的基础上,提出了新时代黄土高原生态环境综合治理“26字”建议,为黄土高原生态文明建设和可持续发展做出新的贡献。
关键词:生态环境;综合治理;可持续发展;黄土高原;黄河
Abstract & Keywords
Abstract: 
Keywords: 
黄土高原位于黄河中游地区,是世界上最大的黄土分布区,面积约64万平方公里,约占我国陆地总面积的6.67%(图1)。同时,黄土高原也是中华文明的重要发源地,轩辕黄帝是中华民族的人文始祖,陕西省每年都会在清明举行盛大的公祭轩辕黄帝典礼,着力昭示中华民族同根共祖、和谐发展的理念,充分表达民族和民众的共同意志和共同情感。大部分南方人对黄土高原的印象,主要来自20世纪80年代红遍大江南北的歌曲《黄土高坡》:“我家住在黄土高坡,大风从坡上刮过,不管是西北风还是东南风,都是我的歌,我的歌……”;路遥的长篇小说《平凡的世界》,则把黄土高原独特的文化内涵和风土人情推向了全国。2018年在中央电视台热播的纪念改革开放40周年电视剧《黄土高天》,讲述了黄土高原农民在改革开放中坚忍不拔、奋发图强的故事。


图1   黄土高原地理区位图
从自然条件而言,黄土高原地处我国温带半湿润—半干旱过渡区,降雨量从西北部200 mm至东南部700 mm不等。从地质背景而言,黄土高原是过去260万年经西北风携带的沙尘堆积而成(图2)。因此,除太行山、吕梁山、六盘山等石质山地外,黄土高原大部地区为厚层黄土覆盖(An,2014)。在地形地貌和地理功能分区上,黄土高原可分为丘陵沟壑区、高塬沟壑区、沙地沙漠区、土石山区、宁蒙农灌区和汾渭河谷平原区(图3)。黄土高原以北的毛乌素沙地,为风沙干旱草原区,是我国土地沙漠化最为严重的地区之一,但最近十多年由于降雨量的增加和植被恢复的加强,沙漠化逆转较为明显。黄土高原深受东亚季风影响,降雨变率大,丰水年和干旱年降雨量相差2 — 5倍,集中发生在6 — 9月,且以暴雨形式为主,加之风尘堆积的黄土,粒度组成以粉砂为主,土质疏松多孔,易于侵蚀,因此水土流失一直是黄土高原最为严峻的生态环境问题(图4)。目前,黄土高原水土流失面积约39万平方公里,其中侵蚀模数大于8000 t ∙ km−2 ∙ a−1的极强度以上水蚀面积为8.5万平方公里,占全国同类面积的64%,是全国乃至世界上水土流失最严重的地区。黄土高原水土流失造成大量泥沙下泄入黄,使黄河成为世界著名的悬河,严重威胁黄河下游堤坝和人民的生命财产安全。同时,为减轻下游河道淤积,必须保证一定的水量输沙入海,又加剧了黄河水资源的供需矛盾。因此,黄土高原的生态环境直接维系黄河的健康运行。


图2    黄土高原的地质背景-过去260万年风尘堆积


图3    黄土高原地理功能分区图


图4   黄土高原土壤侵蚀强度的空间分布 (数据来自黄土高原水土保持专业数据库)
从经济发展而言,黄土高原是我国西部大开发和区域经济社会发展的重要地区,起着承东启西的作用。黄土高原包括7个省(自治区)341个县(市),总人口1.08亿。黄土高原地区蕴含丰富的煤炭、石油、天然气和有色金属矿产,同时具备较好的光热资源,是我国重要的能源重化工基地和旱作农业产区。以陕西省为例,2017年陕西省苹果产量达1154万吨,位居全国第一,约占中国总产量的四分之一,世界总产量的七分之一。因此,新中国成立以来,党和国家一直高度重视黄土高原的生态治理工作,取得了举世瞩目的成就(刘国彬等,2017)。20世纪50 — 60年代,水利部、中国科学院等单位多次联合对黄土高原水土流失进行科学考察,提出水土保持工作的方向和措施;20世纪60 — 70年代,黄土高原大量修建的淤地坝工程,不但拦蓄了大量泥沙,而且在淤地造田、蓄洪滞洪、减蚀固沟、增地增收、促进农村生产条件和生态环境改善等方面发挥了显著作用(Wang et al,2011);20世纪80年代开展小流域综合治理,加强了生物措施,特别是1999年以来大规模退耕还林还草工程的实施,黄土高原植被覆盖明显提高,入黄泥沙减少,生态环境逐步改善(表1)。然而,随着退耕还林还草工程的深入实施和区域经济社会的快速发展,黄土高原生态环境治理进入新的时期,面临新的问题,例如水资源平衡问题、城市建设用地高度紧张问题、农村优质耕地不足问题、塬面侵蚀剧烈和坡碎化问题、农村发展缓慢和贫困问题等(Liu and Li,2017)。这些问题,严重影响了黄土高原的可持续发展和人民生活水平的提高。
表 1    黄土高原过去60年生态治理分析(李相儒等,2015)
时间段末期20002010至今
主要特征坡面治理沟坡联合治理小流域综合治理退耕还林还草退耕还林还草和治沟造地
主要目的控制坡面侵蚀
增加粮食产量
控制坡-沟侵蚀
拦截泥沙
增加粮食产量
控制沟-坡侵蚀
拦截泥沙
增加粮食产量
改善生态环境
改善生态环境
降低土壤侵蚀
提高粮食产量
增加农民收入
改善生态环境
提高粮食产量
提高农民收入
降低土壤侵蚀
主要措施梯田
植树造林
梯田
淤地坝
植树造林
梯田
淤地坝
植树造林
自然修复
自然修复
骨干坝
植树造林
梯田
取土填沟
自然修复
骨干坝
发展规律工程治理为主工程治理为主工程治理开始向生物治理转变生物治理为主工程治理与
生物治理相结合
当前,黄土高原生态现状不同于历史上任何时期,表现出四大特征:(1)黄河输沙量降低至历史低值水平。20世纪70年代末期,黄河输沙量为16亿吨/年,而近十多年降低至(2 — 3)亿吨/年,特别是在年降雨量没有明显变化的情况下,2008年和2009年黄河输沙量仅为1.34亿吨和1.98亿吨,2015年降低至1亿吨(图5)。这一数值相当于宋朝之前黄河的输沙量,而宋朝之前黄土高原人类活动较弱,对生态环境的影响较小;黄土高原生态环境的退化主要发生在明清时期(近500年);(2)黄土高原植被覆盖度急剧增加。1999年黄土高原的植被覆盖度为32%,而至2013年,黄土高原的植被覆盖度增加至59%,几乎翻了一倍。在延安地区,植被覆盖度增加更为显著,2017年达到81%,森林覆盖率达到46%(图6)。


图5   黄土高原生态现状进入新时期的特征之一:黄河泥沙急剧减少


图6    黄土高原生态现状进入新时期的特征之二: 黄土高原植被覆盖度显著提高
在过去不到20年的时间,黄土高原植被覆盖度如此剧烈的增加,必将显著改变区域的物质和能量循环(Fu et al,2017;邵明安等,2015);(3)黄土高原植被恢复趋近水资源可持续利用的上限。从水资源的可持续利用而言,黄土高原的水资源能够支撑植被的净初级生产力(NPP)阈值为400 g C ∙ m−2 ∙ a−1,而当前植被的NPP已经趋近这一阈值(图7);(4)人类活动的贡献率达到前所未有的高度。根据已发表的研究成果,近20年来人类活动对黄河径流和泥沙减少的贡献率已达到80% — 90%,表明人类活动已经主导了黄土高原生态环境的变化过程(图8)。


图7   黄土高原生态现状进入新时期的特征之三: 黄土高原植被恢复趋近水资源可持续利用的上限


图 8   黄土高原生态现状进入新时期的特征之四:人类活动的影响达到前所未有的高度
中科院水保所穆兴民研究员等人2017年在《人民黄河》发表文章认为,2000 —  2013年,人类活动对黄河输沙量减少的贡献率达到93%(穆兴民等,2017)。以上四大特征表明,黄土高原生态建设和社会主义建设一起,步入了一个全新的时期。新时代黄土高原生态治理如何走,是值得每一位从事黄土高原研究工作的科学家思考的问题。已故的中科院院士、中科院水利部水土保持研究所名誉所长朱显谟先生于20世纪80年代初提出了黄土高原国土整治“28字”方略,即:“全部降水就地入渗拦蓄,米粮下川上塬,林果下沟上岔,草灌上坡下坬”(图9)。


图 9    中国科学院水利部水土保持研究所朱显谟院士,20世纪80年代初提出了黄土高原国土整治“28字”方略——“全部降水就地入渗拦蓄,米粮下川上塬,林果下沟上岔,草灌上坡下坬” (朱显谟,1998)
28字”方略的前10字“全部降水就地入渗拦蓄”,目标是要重建黄土高原土壤水库,后18字主要是根据不同地形条件下土壤水分的不同,对旱地农业和植被恢复提出的科学布局。“28字方略”的重要科学意义在于以黄土的形成和物质结构为基础,提出重建黄土高原“土壤水库”学说,这对黄土高原综合治理具有现实指导意义。然而,针对新时期黄土高原存在的新问题,如何根据时代需求,从微观和宏观地理和地貌分区的角度提出新时代黄土高原生态环境综合治理的方略,值得深入思考。尤其是在当前新的生态条件下,黄土高原出现了很多大规模的工程治理措施,例如延安“治沟造地”工程、庆阳“固沟保塬”工程等。根据这些新的时代特征和新的区域发展需求,中科院地球环境研究所周卫健院士和安芷生院士提出了《新时代黄土高原生态环境综合治理“26字”建议》,即:“塬区固沟保塬,坡面退耕还林草,沟道拦蓄整地,沙区固沙还灌草”(图10)。当前,《关于新时代黄土高原生态环境综合治理方略的建议》的报告已通过中国科学院学部呈交给党中央、国务院,获得国家领导人和国务院相关管理部门的重视,相信在今后相当长一段时间内,“26字”建议会对黄土高原生态环境综合治理起到重要的指导作用。


图 10   中国科学院地球环境研究所安芷生院士和周卫健院士在黄土高原进行野外调研,探寻新时代黄土高原生态环境综合治理方略,提出了“塬区固沟保塬,坡面退耕还林草,沟道拦蓄整地,沙区固沙还灌草”26字建议
致谢
感谢国家自然科学基金重大项目第四课题《黄土侵蚀灾变机理与固沟保塬工程互馈效应》(41790444)的资助;感谢中国科学院地球环境研究所宋怡副研究员对论文中图6的处理,余云龙博士对图1、图3、图4的处理。
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稿件与作者信息
金 钊
jinzhao@ieecas.cn
出版历史
出版时间: 2019年5月21日 (版本5
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地球环境学报
Journal of Earth Environment