陳怡平:黃土高原生態環境滄桑巨變七十年
文章來源:中國科學報     發布時間:2019-09-03

  黃土高原總面積大約64萬平方公里,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,導致黃土高原成為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》里描述“黃土高原是人類最不適宜生存的地方”。

  不忘初心,方得始終。中國共產黨人的初心和使命就是為中國人民謀幸福,為中華民族謀復興。新中國成立以后,黃土高原最大的民生問題就是改善生存環境,提高糧食生產。70年來,黨和國家十分關心黃土高原生態環境治理,先后經歷坡面治理、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歷史,歲歲年年都崢嶸;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,粟黍已成為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。黃土高原作為中華文明最早發祥地,同時也是人類活動對生態環境干擾最為嚴重的地區之一。

  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,農業生產力水平不斷提高,人口規模逐漸擴大,為了滿足開墾農田、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、汾河中下游平原植被大量開墾成耕地,河谷平原地區的森林、草原植被逐步為耕地替代。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為農田。到南北朝時期,黃土高原的森林覆蓋率約為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為農田,森林覆蓋率下降至約15%。清末至20世紀初期,大批人口為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為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,但由于生產力水平總體較低,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年以后,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歷史最高水平,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公里,南北寬20公里,由于侵蝕切割,現在塬面最寬處不足13公里。董志塬在唐代南北長42.5公里,東西寬32公里;現在東西最寬處僅18公里,其中最窄處僅0.5公里。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為每年每平方公里約639噸。明清以后,該流域土壤侵蝕模數迅速增加至每年每平方公里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里約12543噸。由此可見,歷史時期由于植被破壞導致水土流失和塬面侵蝕愈演愈烈。

  黃河中下游水災威震天下

  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,歷時近2000年。自唐朝后期,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,流經下游華北平原時,地勢平坦,流速較慢導致河床不斷抬高。黃河下游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,泛濫次數為1.8—13.6次/百年;宋朝以后,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。

  新中國成立之后生態環境滄桑巨變

  自公元740年以后,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游成為地上懸河,威脅著黃河下游人民生命與財產安全。例如,黃河下游的開封,當黃河流到這里時,泥沙淤積,河床不斷抬升,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“懸河凌空,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,當時認為黃河泥沙主要來自坡面,提出了根治黃河和發展生產的雙重目標,坡面修造梯田既能發展農業生產,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。

  溝坡聯合治理:20世紀60年代中期至70年代末的15年間,梯田和淤地壩是黃土高原治理的主要治理措施,學界和官方認為溝道建設淤地壩既能攔截泥沙又能淤地造田,滿足糧食生產需求,坡面繼續鞏固梯田建設,發展農業生產。20世紀70 年代,黃河泥沙減少至每年14億噸左右,淤地壩的攔沙效果表現較好。然而,1977年7月4—6日陜北發生特大洪水,最大洪峰量為9110每秒立方米,27.7萬畝農田被毀壞,受災人口24萬。淤地壩建設也遭到質疑,一方認為淤地壩建設災害風險大;另一方認為通過科學設計和提高工程質量,災害風險可以降低,淤地壩工程值得推廣。

  小流域治理:在淤地壩遭到質疑之后,科學界開始重新分析與思考,尋求新的治理模式。從20世紀70年代末期至90年代末期,發端于歐洲阿爾卑斯山區的小流域綜合治理模式被中國科學家借鑒,應用于黃土高原的治理實踐。根據黃土高原每個小流域自然條件、小流域經濟社會發展特點,以水土流失治理為核心任務,合理開展植樹造林、農業生產與建設攔截泥沙的淤地壩,形成較為綜合的水土流失防治體系,以達到保護、改良與合理利用小流域水土資源的目的。小流域綜合治理在黃土高原收到了明顯的經濟效益與生態效益,較好地控制了水土流失,發展了農、林、牧業,增加了農民收入,提高了小流域經濟社會可持續發展水平。

  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、黃河中上游的13個省、自治區、直轄市,退耕還林還草工程每年產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,接近無人類活動干擾的原始農業時期。

  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并舉,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,成為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歷史,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斗,黃土高原實現了從“黃山”到“綠山”的偉大轉變。為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為從“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、油松和沙棘等植物為建群種。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干害蟲,主要以幼蟲蛀蟲食樹干形成蟲道,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。目前在陜西省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。

  紅脂大小蠹又稱為強大小蠹,是我國林業上重要的外來入侵有害生物。主要危害對象包括新鮮油松的伐木、伐樁,胸徑在10cm 以上的松樹主側根和主干,幼蟲或成蟲取食靶位點為韌皮部和形成層。紅脂大小蠹蟲害于上世紀90年代從山西傳入陜西,在延安市和渭南市等均有發生,發生面積37萬畝。2005 年蟲害得到控制,但目前并沒有根除。

  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。

  沙棘繞實蠅、沙棘象蟲、紅緣天牛、沙棘木蠹蛾等為沙棘的主要害蟲。2013 年內蒙古準格爾旗幫郎思太村,12年樹齡人工沙棘林,受害95%以上,沙棘整株存活率不足10%,沙棘木蠹蛾、紅緣天牛暴發成災。

  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“干芯層”,稱之為土壤干層。

  目前黃土高原植被建設主要以刺槐、楊樹、油松、檸條等為建群種,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,導致黃土高原土壤干層不斷加深,土壤水庫含水量持續下降。

  在黃土高原半干旱區,油松人工林土壤干層厚度高達5.0 米,刺槐人工林土壤干層厚度為4.9 米。隨著種植年限增加,植被土壤干層將不斷加劇。

  研究表明,黃土高原水資源植被承載力閾值為每年每平方米400±5克碳(g Cm-22a-1)。在未來氣候趨暖條件下,該承載力閾值范圍將至383—528 gCm-22a-1。黃土高原植被蓋度從1999年的31.6%提高到2017年的約65%,其中植被蓋度增加顯著區域為黃河以東和南部地區。但是,目前黃土高原植被恢復已接近植被水資源承載力閾值,如果進一步擴大植被建設面積,將不可避免地加劇土壤水分耗散、水資源短缺等問題,引發新的生態問題,甚至災難。因此,未來不宜繼續人工擴大黃土高原植被面積,否則生態建設將不符合生態文明的理念。

  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,并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,草本植物主要為須根系,根系數量多,扎根相對較淺,而喬灌木主要為直根系,根系少,但是往往扎根較深。因此,山腰以種草為主、灌木為輔。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產的限制性因子。黃土高原為暖溫帶大陸性季風氣候,冬春季受極地干冷氣候影響,寒冷干燥;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,多年降雨量為466毫米,總趨勢為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日陜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、侵蝕地貌學為基本理論指導,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產流當量關系。同時,要結合歷史文獻學,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,極度干旱期可以滿足農田灌溉水量,也可為青山植被保命供水。

  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,把黃土高原建設成為“產業興旺、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為“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。

  黨的十九大報告指出,實施鄉村振興戰略,“要堅持農業農村優先發展,按照產業興旺、生態宜居、鄉風文明、治理有效、生活富裕的總要求,建立健全城鄉融合發展體制機制和政策體系,加快推進農業農村現代化”。2018年中央1號文件題為《中共中央 國務院關于實施鄉村振興戰略的意見》。從農村現實來看,鄉村振興首先是全社會要切實重視農業,尊重農民勞動,倡導勞動最光榮,讓尊敬農業、農民的思想蔚然成風。

  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,吸收了大量人口涌入城市,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,也為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,現在從事農業生產的基本上是50歲以上中老年農民,民間老百姓戲稱“中國末代農民”。從歷史視角與現實來看,未來農業振興需要供給側結構性改革,也需要精準振興。從國家政策層面改革,把依賴種地謀生的農民轉化為職業型農民,以農業企業為主體生產形式,發展高科技農業合作社。

  例如,推廣陜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、溝洼地、灘涂地和山林地進行流轉,通過“三變”改革(即資源變資產、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。通過創新精準扶貧模式,帶動了精準扶貧,有效推動了南溝村精準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,是農業生產發展的客觀規律。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,如重金屬污染、氮磷面源污染等等,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準施肥,精準預防病蟲害,防止過量施肥和農藥造成環境污染;通過智能化測量土壤水分,實施精準灌溉,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產品的全部生長信息(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匱乏問題。

  值得一提的是,未來黃土高原農業生產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為65%的“綠水青山”,顛覆了美國著名記者斯諾在《紅星照耀中國》里描述“黃土高原是人類最不適宜生存的地方”的斷言。事實證明,沒有共產黨就沒有新中國,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。

  (作者系陜西省第十二屆政協常委、人口資源環境委員會副主任,九三學社陜西省第十三屆委員會副主委,中國科學院地球環境研究所研究員、博士生導師。本文在國家重點研發項目〈2017YFD0800500〉資助下完成,《中國科學報》記者張行勇對本文撰寫給予一定幫助。)

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