民勤綠洲沙地系統(tǒng)特征及“退耕”建議

柴成武,趙 明,徐向中,賀訪印,尉秋實(shí)

(1.甘肅省治沙研究所甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站,蘭州730070;2.民勤縣湖區(qū)林業(yè)工作區(qū)站,甘肅民勤733300)

目前對植被恢復(fù)方面的研究已經(jīng)進(jìn)行多年,也取得了一定成就,主要從植被自然演替規(guī)律、人工恢復(fù)的方法以及演替與生物多樣性的關(guān)系等多個(gè)方面展開了研究[1]。如黃從德等研究了退耕還林地在植被恢復(fù)初期碳儲量及分配格局[2];李艷等闡明了植被重建的水土環(huán)境效應(yīng)[3];焦峰等研究了退耕地土壤養(yǎng)分變異[4]。這些研究,從地域上來說研究區(qū)多為黃土高原地區(qū),降水量在200 mm以上,從內(nèi)容上來說研究內(nèi)容多為黃土區(qū)的植被恢復(fù)與重建理論及其模式[5]。對于沙區(qū)退耕還林,其研究依然基于非退耕地上的植被恢復(fù)重建,并沒有專門的沙區(qū)退耕地植被重建理論,而且沒有得到足夠重視,本文旨在從民勤綠洲沙地系統(tǒng)特征方面提出沙地退耕地的特性及其生態(tài)治理建議,進(jìn)一步推進(jìn)沙地退耕還林理論的研究。研究地民勤綠洲行政屬民勤縣,民勤縣從2003年開始實(shí)施關(guān)井壓田政策,沙地退耕實(shí)施時(shí)間較早,退耕還林力度較大,是一個(gè)理想研究試區(qū)。通常所謂民勤綠洲是指紅崖山-黑山-阿拉古山一線以北地區(qū)。氣候?qū)贉貛Ц珊祷哪畾夂?多年均溫7.8℃,年日照時(shí)間長,晝夜溫差大,平均年降水量在113.2 mm左右,而蒸發(fā)量高達(dá)2 644 mm,降水主要在7-9月三個(gè)月,干燥度大于5.5,年平均風(fēng)速2.55 m/s,平均年沙塵暴日數(shù)37 d。土壤類型以風(fēng)沙土、灰棕漠土、草甸土、草甸沼澤土為主,耕作土壤為灰棕漠土、草甸土等土類經(jīng)過長期灌溉淋溶、耕作施肥等人為作用下形成的特殊土類-綠洲灌漠土。

1 民勤綠洲沙地系統(tǒng)特征

1.1 農(nóng)業(yè)用水環(huán)境

民勤沙區(qū)土地資源相對比較豐富,氣候上日照時(shí)間長、光輻射強(qiáng)、晝夜溫差大的特點(diǎn)非常適宜農(nóng)作物尤其是瓜果類的糖分積累,因此甘肅省好多育種試驗(yàn)地就設(shè)在民勤,也是甘肅省重要的商品糧基地;但是,水資源日益減少的危機(jī)產(chǎn)生了一系列非良性循環(huán)。由于外來水量的減少以及內(nèi)部灌溉技術(shù)落后、灌溉水利用率低、灌溉定額偏高、農(nóng)業(yè)灌溉量大、地下水管理失控等原因,致使綠洲區(qū)地下水位大都在15 m以下、水質(zhì)惡化、鹽堿地面積擴(kuò)大、部分灌區(qū)棄耕、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本上升、荒漠區(qū)植被蓋度降低、部分荒漠植物資源瀕臨滅絕、沙丘活化,昔日“糧倉”今日已面臨干旱化、荒漠化、鹽堿化和貧困化的四難境地,直接威脅著綠洲存亡。

馬紹休等[6]通過對目前采取的各種生態(tài)需水量計(jì)算方法進(jìn)行總結(jié)后計(jì)算了民勤生態(tài)需水量,結(jié)果表明,為使民勤生態(tài)系統(tǒng)不再惡化,每年需要補(bǔ)給2.406～2.414億m3的水。如果考慮民勤地區(qū)人民的生活用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水4.263～5.458億m3,民勤地區(qū)的總需水量應(yīng)為6.669～7.872億m3。而民勤現(xiàn)有地表水資源供應(yīng)量只有石羊河入境的0.65億m3和2001年以來年均0.4億m3的景電二期工程供水,缺額多達(dá)5.019億m3的水量將由民勤地下水資源來承擔(dān)。這樣,民勤地下水資源不但得不到補(bǔ)給,而且年損失多達(dá)5.019億m3,巨大的地下水資源缺口不但造成地下水灌區(qū)漏斗的形成,而且造成了相鄰荒漠區(qū)自然植被衰敗,引起生態(tài)惡化。

1.1.1 民勤地表水變化動態(tài) 民勤縣多年平均降雨量只有113.2 m左右而蒸發(fā)量高達(dá)2 644 mm,降水對民勤農(nóng)業(yè)的貢獻(xiàn)極低。民勤外界補(bǔ)給水源除降水外主要是石羊河徑流入境。如圖1所示,進(jìn)入民勤盆地的年徑流量逐年減少,20世紀(jì)50年代年均為5.42億m3,60年代后期為 4.44億 m3,80年代減少到3.17億m3,90年代減少到2.27億m3,2000-2004年僅0.94億m3。綠洲內(nèi)90%的水量用于農(nóng)業(yè)灌溉,上游來水量的持續(xù)減少直接影響到農(nóng)業(yè)收入,不得不大量開采地下水來滿足農(nóng)業(yè)用水和生活用水要求,水資源供需矛盾日益加劇,使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本急劇上升。

圖1 民勤縣紅崖山水庫上游來水量

1.1.2 民勤地下水變化動態(tài) 在年代際變化上,在20世紀(jì)60年代,民勤地下水位2.24～2.93 m,年際下降速率只有0.12 m;70年代地下水位2.93～5.2 m,年際下降速率有所增加,達(dá)到0.21 m,而到 80年代地下水位已經(jīng)下降到5.2～9 m,下降速率已經(jīng)達(dá)到0.38 m,80年代以后地下水位年代際下降速率接近成倍上升,已經(jīng)達(dá)到0.695 m/a的速度。這種年際變化極大的特點(diǎn)是民勤地下水資源日益枯竭的先兆;在空間變化幅度上,沿“綠洲-過渡帶-荒漠”方向,年際變化幅度從綠洲內(nèi)部井的0.71 m下降到荒漠區(qū)井的0.55 m,明顯具有從綠洲內(nèi)部到綠洲內(nèi)圍再到綠洲外圍變化幅度依次降低的趨勢,地下水越到綠洲內(nèi)部受人為干擾越大,這種遞增量的差別造成了綠洲地下水漏斗的形成。民勤綠洲農(nóng)林灌溉主要為地下水,只有從農(nóng)林灌溉上著手才能解決民勤農(nóng)業(yè)用水根本問題。

1.2 民勤縣農(nóng)林牧土地利用結(jié)構(gòu)問題

如圖2所示,在種植業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)及其它各業(yè)所占比例中,50-60年代林牧業(yè)比例在10%～20%之間,70-80年代不足10%,1992年以后林業(yè)和牧業(yè)所占比例有所增加,除1998-2001年間開墾農(nóng)田破壞了部分草場外,比例一直在20%以上。在20世紀(jì)70-80年代為了片面追求經(jīng)濟(jì)效益,當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)種植活動極大地破壞了水資源平衡,由初期利用柴油機(jī)井進(jìn)行灌溉田地發(fā)展到利用機(jī)電井抽取地下水,并形成了較長一段時(shí)間的不合理農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)模式,嚴(yán)重的破壞了當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境,造成風(fēng)沙肆虐,水資源惡化,沙進(jìn)人退的不良惡果。目前,林牧業(yè)比例逐漸增加,但依然沒有達(dá)到合理的比例。

圖2 農(nóng)林牧各業(yè)比例

1.3 民勤縣耕地面積變化動態(tài)

由民勤縣耕地面積變化圖(圖3)可以看出,20世紀(jì)50-70年代耕地面積一直在不斷減小,以1954-1960年之間變化最為劇烈,此后在70年代及80年代耕地面積又有所上升,90年代以后除1998年有所上升外,面積變化比較平緩。在50年代以前,民勤縣水草豐茂,地下水位埋深普遍為1.5 m以下,甚至一些地方有地下水出露,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水資源良好,不用灌溉即可保證作物生長水分需求,在50-60年代由于政策原因進(jìn)行了大面積農(nóng)業(yè)活動,之后民勤湖區(qū)由于湖水水位下降并干涸,大部分農(nóng)田棄耕。在70-90年代耕地面積增加主要是由于機(jī)井的大量使用,雖然在這期間進(jìn)行了大規(guī)模的植樹造林等改善生態(tài)活動,但由于地下水位的持續(xù)下降,收效甚微。1998年的耕地面積增加主要是黑瓜子的經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動開墾了大量農(nóng)田,之后又由于黑瓜子的價(jià)格波動引起土地棄耕,荒地開墾與棄耕的反復(fù)變化加劇了荒漠化進(jìn)程,此時(shí)水資源引起的社會問題也已凸現(xiàn),政府不得不采取措施控制水資源活動,至2003年開始小范圍退耕,2006年開始實(shí)施大面積退耕還林工程。

圖3 民勤縣耕地面積變化

1.4 民勤沙地退耕地植被恢復(fù)存在的問題及特點(diǎn)

民勤土地退耕是一種政府行為,起因于水資源短缺。以土地退耕來減少灌溉面積就是這種背景下產(chǎn)生的,具體有如下特點(diǎn)：(1)區(qū)域特點(diǎn)：退耕區(qū)處于綠洲內(nèi)部劣質(zhì)水井灌區(qū)及其邊緣的生態(tài)移民區(qū)和綠洲邊緣的生態(tài)脆弱帶。綠洲內(nèi)部主要指民勤湖區(qū)的鹽漬化相對嚴(yán)重的局域及綠洲內(nèi)部劣質(zhì)水井灌區(qū),退耕區(qū)域與水井位置關(guān)系較大,即關(guān)井壓田政策。民勤地下水井有3種：柴油機(jī)井、機(jī)電淺水井和機(jī)電深水井,目前,柴油機(jī)井主要位于綠洲邊緣,所灌溉土地為生態(tài)脆弱區(qū)土地,該部分土地基本全部屬于退耕范圍;機(jī)電淺水井和機(jī)電深水井都位于綠洲內(nèi)部,但前者抽取地下淺水,后者抽取深層地下水,淺層地下水礦化度較高,所灌溉的土地大多屬于退耕范圍。綠洲內(nèi)部退耕地按照關(guān)井壓田所關(guān)之機(jī)井而言,目前主要關(guān)閉淺水井和柴油機(jī)井,還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有涉及到深水井。(2)處理措施特點(diǎn)：退耕前基本沒有處理措施。由于灌溉條件下的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益相對比較可觀,而且傳統(tǒng)習(xí)慣性的耕作觀念難以改變,在農(nóng)民自身利益驅(qū)動下,農(nóng)民對于土地退耕具有抵觸情緒,希望在抗議下來年還可以耕種,必須通過說教輔助強(qiáng)制性措施來實(shí)施,因此很少有預(yù)留前茬作物秸稈的措施,在政府強(qiáng)制下一次性退耕,造成大量土地裸露。(3)配套政策特點(diǎn)：政府扶持小范圍部分移民。民勤退耕地屬于沙地退耕,不同于西部黃土高原區(qū)退耕還林,與之配套的措施——移民,也不是整個(gè)地區(qū)全移民而是部分移民。盡管目前來看有些地區(qū)農(nóng)民生活條件還是耕種條件還不足以達(dá)到難以生存的條件,但從潛在的威脅以及生態(tài)方面考慮都有必要移民。不管是綠洲內(nèi)部還是生態(tài)脆弱區(qū)移民,移民區(qū)所移之民皆為生態(tài)難民。如果采取全移民,退耕地將在無人防護(hù)的情況下由于缺水而重新淪為流沙地,這點(diǎn)對于沙區(qū)生態(tài)恢復(fù)意義重大。民勤湖區(qū)的鹽漬化相對嚴(yán)重的局域及綠洲內(nèi)部劣質(zhì)水井灌區(qū)地下水礦化度高,所灌溉的土地由于鹽漬化嚴(yán)重而糧食產(chǎn)量較低,為了壓堿降鹽需要灌溉較多的河水,而河水費(fèi)用較高,因此該區(qū)農(nóng)民在政府一定的優(yōu)惠移民政策下,移民成為必然選擇,以易地而居來逃避這種兩難境地。綠洲邊緣的生態(tài)脆弱帶農(nóng)田經(jīng)常受風(fēng)沙危害而減產(chǎn),土地貧瘠,經(jīng)濟(jì)條件較差,交通相對落后,而且這些局域人口相對稀少,移民相對容易。

2 退耕地重建生態(tài)系統(tǒng)在綠洲防護(hù)系統(tǒng)中的地位與作用

2.1 減少水資源利用的生態(tài)減壓作用

民勤地表水資源只有石羊河,然而近年來石羊河水量一直在減小,而且民勤發(fā)展商品糧基地和瓜類果類等經(jīng)濟(jì)作物,由于水量不足曾大規(guī)模打井提取地下水,引起地下水位連年大幅度下降,摧毀了潛水林草業(yè)的生態(tài)穩(wěn)定格局,林草植被的根系吸收水分變得困難,2.3萬hm2天然灌木已經(jīng)枯萎,0.9萬hm2人工沙棗林已經(jīng)枯死,20萬hm2草場嚴(yán)重退化、沙化,民勤的生態(tài)問題亟需解決,而土地退耕就是一項(xiàng)減少水資源利用,減輕生態(tài)壓力的方式。在保持其它現(xiàn)有水資源利用的情況下減少退耕區(qū)水資源利用,將極大減少水資源利用總量。蔣志榮等[7]對1989-2003年共14 a部分荒漠化人為因素分析結(jié)果表明,人為因素構(gòu)成中,單純依靠人為正向治理對抑制荒漠化難以湊效,還要加強(qiáng)保護(hù),減少破壞。只有在減少破壞的情況下,才能防止荒漠化的繼續(xù)發(fā)展,并指出在荒漠化治理人為因素的宏觀調(diào)控中主要從控制人口數(shù)量的同時(shí),還要從減少苦咸水利用,減少地下水開采方面著手。仲生年等[8]對1986-2006年共20 a民勤綠洲、荒漠、綠洲荒漠過渡帶3個(gè)梯度上地下水埋深的觀測表明,地下水季節(jié)變化具有春秋季變化劇烈,地下水埋深劇烈加深和快速恢復(fù),夏季地下水埋深加深達(dá)頂峰,冬季地下水緩慢恢復(fù)的特點(diǎn)。這些特征都與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān),以地下水埋深圍繞農(nóng)業(yè)用水變化而變化。因此,從農(nóng)業(yè)用地著手,通過農(nóng)業(yè)用地退耕變?yōu)樯鷳B(tài)用地減少水資源利用,降低退耕地周圍荒漠區(qū)生態(tài)植被生存壓力,起到生態(tài)減壓作用。

2.2 綠洲防護(hù)作用

民勤綠洲是我國北方抗御沙漠化的前沿陣地,是維護(hù)武威、金昌生態(tài)安全和保護(hù)亞歐大陸橋暢通無阻的生態(tài)要塞。但民勤綠洲三面卻被巴丹吉林、騰格里兩大沙漠包圍,在1.6萬km2的總土地面積中,農(nóng)田綠洲僅占9%,沙漠堿灘占91%,風(fēng)沙線長406 km,有大風(fēng)口69個(gè)[5]。地形及環(huán)境特點(diǎn)迫使民勤綠洲外圍全都設(shè)置了綠洲防風(fēng)阻沙林帶,綠洲內(nèi)也設(shè)置了農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng),但是由于沒有系統(tǒng)化配置,綠洲外圍防風(fēng)阻沙林有的地方防護(hù)林密度過大,造成資源浪費(fèi)或由于水資源壓力而枯死或退化,部分地方又防護(hù)不足形成防護(hù)豁口,因此,綠洲農(nóng)田依然面臨風(fēng)沙威脅。因此,加強(qiáng)綠洲防護(hù),保護(hù)綠洲內(nèi)部高質(zhì)量農(nóng)田,盡量減少地下水資源利用成為綠洲防護(hù)林建設(shè)的基本要求。實(shí)施耕地退耕,將綠洲內(nèi)退耕農(nóng)田林網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫G洲外圍防風(fēng)阻沙林,與原有防風(fēng)阻沙林一起承擔(dān)防護(hù)綠洲的作用,填補(bǔ)原有防護(hù)林豁口,進(jìn)一步加強(qiáng)綠洲防護(hù)是防護(hù)林建設(shè)的首要選擇。

2.3 改變農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

耕地退耕減少了當(dāng)?shù)赝恋刭Y源使用量,但在人口總量不變的情況下,要使剩余土地承擔(dān)一定量農(nóng)業(yè)人口的生活物資,必然要求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向精準(zhǔn)方向發(fā)展,減少土地使用量多而效益低下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式,或者進(jìn)行行業(yè)移民,使一部分農(nóng)民走向其他行業(yè),從而起到調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和行業(yè)結(jié)構(gòu)的作用。

3 退耕策略與建議

民勤生態(tài)環(huán)境的惡化除自然環(huán)境變化外,人為不合理的經(jīng)濟(jì)活動起到誘發(fā)作用,而人為活動中不合理的農(nóng)業(yè)活動占主導(dǎo)作用,要徹底扭轉(zhuǎn)民勤生態(tài)惡化的趨勢,就必須遵循自然規(guī)律,堅(jiān)持人與自然和諧相處,大力降低用水量并發(fā)展節(jié)水型高效生態(tài)農(nóng)業(yè),這是民勤農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然選擇。從整個(gè)石羊河流域全局出發(fā)亦為如此,除加強(qiáng)水資源的行政管理和立法管理外,還要調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),減少種植業(yè),提高農(nóng)業(yè)科技含量,并從根本上減少水資源利用,退耕還林。建議從如下幾個(gè)方面進(jìn)行：

(1)在局域上,重點(diǎn)治理處在風(fēng)沙口的退耕地,其次為淺水井區(qū)及柴油機(jī)井區(qū)。風(fēng)沙口土地退耕后不應(yīng)該關(guān)閉機(jī)井,宜有效利用現(xiàn)有水資源加強(qiáng)退耕地植被恢復(fù),做好風(fēng)沙防治工作,保證該部分退耕地恢復(fù)重建植被達(dá)到自然演替,否則將由于水資源缺乏而出現(xiàn)風(fēng)沙活動豁口;淺水井區(qū)和柴油機(jī)井區(qū)水質(zhì)惡化,鹽堿含量高,產(chǎn)值低下,交通不便利,目前已面臨棄耕,已到不得不退耕的尷尬境地。

(2)在時(shí)間上,要有次序有重點(diǎn)逐步退耕,不能搞一刀切。第一,一次性退耕較多的土地,農(nóng)民難以接受,易于激化官民矛盾。第二,農(nóng)民難以很快適應(yīng)以較少耕地養(yǎng)活較多人口的新技術(shù)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)模式。第三,一次性退耕較多的土地給植被恢復(fù)重建帶來較大壓力,在重建植被初期退耕地遭受風(fēng)蝕的可能性大大增加。因此,采取一定的步驟有次序有重點(diǎn)退耕是十分必要的。

(3)在處理措施上,要求退耕有計(jì)劃進(jìn)行,退耕前必須有處理措施。退耕前沒有處理措施的耕地退耕后基本為裸地,遭受風(fēng)蝕的可能性大大增加,對退耕地進(jìn)行生態(tài)防護(hù)的要求極為迫切,需要立即進(jìn)行生態(tài)防護(hù),并且加大了植被恢復(fù)重建成本。建議退耕分3步走：第一步確定退耕局域,重點(diǎn)為風(fēng)沙口、苦水井區(qū)、淺水井區(qū)及其他灌水有困難的區(qū)域、已經(jīng)形成地下漏斗的區(qū)域,減輕該區(qū)域水資源壓力,防止環(huán)境進(jìn)一步惡化。第二步從退耕數(shù)量上、防護(hù)效果及民眾意愿上著手劃分退耕局域,分為第一批退耕區(qū)和第二批退耕區(qū),第一批退耕區(qū)域?yàn)轱L(fēng)沙口區(qū)域,對風(fēng)沙口實(shí)施重點(diǎn)治理,防止退耕后的隱患;第二批為其他區(qū)域,在第一批退耕區(qū)比較少的情況下可將苦水井區(qū)和淺水井區(qū)劃入第一批退耕區(qū),保證退耕地生態(tài)治理數(shù)量上的合理性。第三步實(shí)施退耕,退耕前3年即開始退耕后新植被重建工作,在退耕前3年,采用1 m×4 m的造林模式,政府采用用水優(yōu)惠、經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償?shù)却胧┕膭?lì)糧食作物或經(jīng)濟(jì)作物與林灌草等重建植物在林帶內(nèi)套種間作,在農(nóng)民獲得實(shí)際效益的同時(shí)做好植被恢復(fù)重建,植被營造植物宜選用鄉(xiāng)土樹種中具有一定風(fēng)沙防護(hù)效果的、易于成活的、耗水量不大的、成林后易于自行演替的林種,并采用混交林;在退耕前第2年,減少糧食或經(jīng)濟(jì)作物種植量,在4 m的林帶內(nèi)加大植被恢復(fù)重建工作,采用甘草、苜蓿等牧草與茴香、葵花等經(jīng)濟(jì)作物混種,這樣既有利于牧草成活又有利于經(jīng)濟(jì)收入;在3年待退耕地退耕之時(shí)植被恢復(fù)重建工作已經(jīng)完成,將不存在土地退耕后地表裸露的問題,大大減少了新植被營造時(shí)水資源難以及時(shí)有效配置的問題,也減少了新植被營造費(fèi)用。

(4)在制度上,建議地方政府主管退耕地植被恢復(fù)各項(xiàng)工作,采取行政強(qiáng)制措施及鼓勵(lì)性措施合理選擇退耕區(qū)域;進(jìn)行分區(qū)退耕及分區(qū)管理,使退耕工作有序進(jìn)行;有效協(xié)調(diào)水資源配置,保障在退耕前植被恢復(fù)重建各項(xiàng)環(huán)節(jié)的有效實(shí)施;保障必要的生態(tài)用水,做好重建植被保育工作。

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