甘肅西部地區土地與氣候資源現狀及農業可持續發展戰略*

呂國,宋唯一,鄭愛珍

(1.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院,北京100083;2.商丘師范學院生命科學系,河南商丘476000)

甘肅西部地區主要是指河西走廊地區,也就是甘肅省內黃河以西的地區,在行政區域上包括酒泉市、敦煌市、玉門市、安西縣、金塔縣、阿克塞哈薩克族自治縣、肅北蒙古族自治縣、嘉峪關市、張掖市、民樂縣、山丹縣、臨澤縣、高臺縣、肅南裕固族自治縣、金昌市、永昌縣、武威市、民勤縣、古浪縣、天祝藏族自治縣[1],是甘肅省重要農業區之一。

土地資源和氣候資源是農業發展的兩個必不可少的基本要素,現將甘肅西部地區(河西走廊)的土地資源與氣候資源的狀況介紹如下。

1 甘肅西部地區土地資源現狀

土地是地球表面一定范圍內,由氣候、地貌、巖石、土壤、植被、水文和人類活動等自然、人文要素共同作用所形成的自然歷史綜合體,是人類發展最重要和最基本的一種綜合性自然資源。土地是人類主要的生存基礎,是農業的主要生產資料和勞動對象,并直接參與產品的形成,產生了價值。土地資源有下列基本特征:(1)綜合性:土地是一個自然綜合體。(2)生產性:是農業的主要生產資料和勞動對象。(3)適應性。(4)空間分布的區域性:土地具有特定的空間位置和形態外貌,分布于地球陸地表面上的每一塊土地都占據一定的“三維”空間位置,有其明確的地域界限及特殊地質,地理條件,從而顯現出各種不同土地的自然特征和空間分布規律。(5)有限性:土地的“空間性”也決定了土地的有限性,即土地的數量與面積在目前或以后相當長的時期內,不會有顯著的增加或減少。(6)隨時間變化的動態性:隨著年際及年內季節的更替。土地本身永遠處于動態過程中,這種時間變化與空間位置相聯系,導致土地生產力既隨時間而變化,也有空間上的差異,所謂因時、因地而異。(7)可更新性:盡管它的形成與自然演替過程漫長,且在某一相對較短時期內由于自然侵蝕或人為破壞而較難更新復原,但在適當的利用及改良管理下,土地不僅可被永續利用,其生產力也將會有不斷提高的可能。

甘肅西部地區(河西走廊)土地資源由于長期受到風蝕沙化和鹽堿等水土流失災害的侵擾,具有以下特點:(1)土地資源絕對數量大,類型多樣;(2)平地多山地少;(3)綠洲面積小,很難開發利用的土地比較多(主要為風蝕沙化地和鹽堿地);(4)土地資源相差懸殊,土地資源總體質量不高。河西走廊大部分系沖積和洪積平原,地勢平坦,土地資源極為豐富,宜農土地3.27萬km2,占總面積的12%,宜林、宜牧土地15.79萬km2,占總面積的57.3%,不宜利用土地占30.7%[2]。目前耕地和林地面積不大,土地資源利用率不高,土地資源的開發潛力巨大,所以只要科學、合理、高效地充分利用有限的水資源,土地資源的利用率將會更進一步提高,這也將為農業可持續發展提供有力保障。

甘西地區有18片綠洲。河西走廊地處干旱荒漠地帶,年降雨量小于200 mm,最西部的敦煌市年降雨量不足50 mm。河西的耕地后備資源主要是現有綠洲中部的低濕荒草地,或是鹽堿較重的荒草灘,還有一些是裸土干灘。有專家認為,在河西地區進行大面積開墾綠洲的天然草地和林地,雖然擴大了農業耕地,但卻破壞了河西走廊原有的生態系統,原有的荒草植被遭到破壞,湖泊萎縮干涸,天然綠洲退化,導致土地鹽漬化,擴大土地沙漠化,造成新的生態環境惡化。裸土干灘地表植被本來就稀疏,風蝕沙害嚴重,如果盲目開發,勢必會成為新的沙塵源地。同時,農業耕地面積的擴大增加了水資源的需求,這對于水資源并不豐富的河西走廊來說,地下水位下降,增大了水資源的供求矛盾。

今日在河西地區那些為沙漠所吞噬秦漢的古城址、古遺址、古綠洲就是歷史上沙漠化過程的明證。研究這一過程,揭示其發生機制和發展變化的規律并總結歷史的經驗教訓,無疑具有重要的理論和現實意義。比較典型的古城址有張掖的“黑水國”的北城和黑河下游(即古居延綠洲)的幾個小城。張掖的“黑水國”位于張掖市城西北數公里,黑河中游綠洲腹地,又名西城騷沙窩。在1945年9月夏草、閻文儒先生即在這里做過考古發掘其北約8 km,東西約4 km,面積約30 km2。沙窩中平地積沙一般約厚0.5 m,北部則多雅丹地貌,其風蝕壟槽比高約1 m。沙窩內殘存北古城、南古城及其周圍幾座較小的城堡。王北辰考得,北城即為漢張掖郡治。其間遺存大量漢代的陶片、磚塊,有古墓3萬余座。古居延綠洲位于內蒙古額濟納政府駐地達來庫布鎮東南。西起黑河下游(額濟納河),東至古居延澤件地,北抵吉日嘎朗圖蘇楠,南達查千桃來蓋遺址,古綠洲總面積約1 200 km2。地表景觀為連片風蝕古耕地遺址(光板硬地面)和吹揚灌叢沙堆,流動沙丘相間分布,古耕地上渠堤吁陌殘跡歷歷在目。其間殘存溫都格特日格城(漢),綠城(漢)。綠城則為漢居延縣城。這兩個地區無漢代以后或魏晉以后的遺址遺物,表明其時已廢棄荒蕪,出現沙漠化過程。因其沙漠化發生較早,其地表景觀也表現為沙漠程度較唐以后沙漠化區域為烈。如棄耕地風蝕程度較劇,吹揚灌叢沙堆植被覆蓋度較低,流動沙丘密度較大且高度較高,地下水埋藏較深。

探究上述兩地區沙漠化過程時,我們首先不能忽視氣候環境的因素。當然其主要原因還在于人為因素。這包括農牧業狀況、水源利用、人們對自然環境的認識程度及當時的政治軍事行動。河西走廊地區歷史上第一次大規模農業開發時期就發生在漢代,漢武帝開拓河西,設置郡縣,并大規模移民屯田戍邊,使河西經濟獲得迅速發展,一躍而成為我國西北的富庶之地。但隨著綠洲腹地大量開墾,河流的水源大部分都被引入人工農田墾區之中,就必然導致河流下游一些地段水源短缺,況且這里正處風沙侵蝕的最前沿,人工開發破壞了地面固沙植被,流沙活動加劇,這些地區首先出現了沙漠化進程,以致逐漸向荒漠演化。

風沙過程的規律表明,干旱地區大面積撂荒以后,疏松的地表直接裸露,在失去原有植被保護的情況下,風沙活動迅速加強,就地起沙、流沙入侵、地表粗化等過程接踵而至,進而出現灌叢沙堆或流動沙丘。這種過程在河西走廊位處盛行風向前沿的河流下游地區最為劇烈,且難以逆轉,從而使綠洲逐漸變為荒漠。敦煌和武威亦是如此。從西漢到北魏,一直是沙進人退,今天,這個進程同樣在延續。據朱士光先生的研究[3]表明,在河西走廊北部的風沙線每年平均以8～10 m的速度南移,使600多個村鎮面臨被流沙埋壓的威脅。

2 甘肅西部地區氣候資源現狀及農業發展狀況

氣候資源是指大氣圈中的光能、熱量、氣體、降水、風能等可以為人們直接或間接利用、能夠形成財富,具有使用價值的自然物質和能量,是一種十分寶貴的可再生的自然資源。氣候資源分為:太陽能資源、熱量資源、降水資源和風能資源等[4-6]。氣候資源具有以下特征:一是氣候資源具有可評價性的特點;二是具有可開發性;三是氣候資源可以受到人類活動的影響。

通常認為甘肅西部地區有三種氣候資源,包括太陽能資源,風能資源和降水資源。

2.1 太陽能資源

甘肅西部地區光熱資源豐富,河西走廊區年平均氣溫5～10℃,≥10℃積溫達 2 500～3 600℃,其中安西-敦煌盆地超過3 600℃,無霜期150～180 d,年日照時數長達3 000～4 000 h,高于同緯度東部地區,年太陽總輻射量502.2～627.8 J/cm2(圖1),光熱資源充足,晝夜溫差大,有利于作物的光合作用和干物質與糖分的積累,適宜于小麥、玉米、甜菜、瓜果、蔬菜等喜溫作物的生長。

圖1 1998年不同地區各月的太陽總輻射

2.2 風能資源

甘肅西部地區沙塵暴主要分布在春季,全甘肅省受沙漠化的威脅突出表現在沙塵暴危害加劇。20世紀50年代,甘肅境內每百年發生沙塵暴5次,60年代發生8次,70年代發生13次,80年代發生14次,90年代發生23次。而2001年初4個月中,就發生沙塵暴天氣10次,累計達20多天[2](圖2和圖3)。

圖2 甘肅西部地區各縣市全年各月份大風平均時間(1951-1980年)

圖3 甘肅西部地區近30年平均沙塵暴四季發生比率

雖然沙塵暴屬于自然災害,能夠使生態環境遭到極大的破壞,對于農作物生長和農業生產也非常不利。但是從風能利用的角度看,沙塵暴也可以作為風能,用于風能發電。“河西走廊風能產業帶”有國內其他省份無可比擬的區位優勢[2],據測算,河西走廊的年有效風能儲量在800 kW?h/m2,境內風速年際年內變化小,年平均風速的變差系數為0.02～0.025[7],許多地方都具備建設大中型風力發電站的良好條件;河西走廊是一個綿延1 000多公里的狹長地帶,有大面積的荒漠可以利用,廣布風電場,可以減少同一地區季風變化帶來的限制,形成“此起彼伏”優勢,可以為農業可持續發展提供充足的電力。河西走廊確定了安西、玉門昌馬、肅北馬鬃山3個特大型風電場場址,并在天祝縣松山灘、玉門低窩鋪、玉門東、紅山窯、金塔縣鴛鴦池、永昌縣南山坡、青山灘等地確定了8個大型風電場選址。其中3個特大型風電場場址裝機容量都可以達到150～1000萬kW,8個大型風電場場址裝機總容量都可達到20～50萬kW。

2.3 降水資源

甘肅省平均年降水量302 mm,全年總降水量為1 730億m3。其中,北亞熱帶年降水量800 mm以上,暖溫帶500～700 mm,中溫帶年降水量 200～500 mm。河西走廊年降水量普遍小于200 mm,西端的敦煌,安西一帶小于50 mm,全省降水大部分地方不足,且存在年內及年際分配不均的問題,7-9月降水占全年降水60%～70%,造成冬春干旱,旱災頻繁[7]。甘肅西部地區的氣候屬于溫帶沙漠氣候,這一地區的年平均降水量50～250 mm[5](圖4)。甘肅西部綠洲地區的農業生產活動完全依賴地表水、地下水和降水資源。在甘肅省半干旱地區,天然降水是主要的農業生產用水來源。而在河西走廊地區,主要的農業生產用水來源于天然降水和祁連山以及阿爾泰山的冰川融水[6]。在甘肅省西部,小麥等農作物的關鍵需水期是5-6月,在這兩個月份這一地區的各縣市降水量之間存在極大的差異系數,這直接導致了在干旱情況下農作物的減產。盡管相對穩定的冰川融水為河西走廊的農業灌溉用水提供了夯實的保證,但是在這一地區降水的積累也是必要的,因為降水是這一地區極其重要的氣候資源,它的有效利用關系到河西走廊農業資源的可持續開發與利用。

圖4 甘肅省西部地區一些縣市的年平均降水量

2.4 甘肅西部地區農業發展狀況

雖然長期受到地下水資源和降水資源匱乏的影響,但是甘肅西部地區(河西走廊)灌溉農業區歷史悠久,目前也是甘肅省重要農業區之一。它是西北地區最主要的商品糧基地和經濟作物集中產區。它提供了全省2/3以上的商品糧、幾乎全部的棉花、9/10的甜菜、2/5以上的油料和瓜果蔬菜。平地綠洲區主要種植春小麥、糜子、谷子、玉米及少量水稻、高粱、馬鈴薯。油料作物主要為胡麻。瓜類有西瓜和白蘭瓜,果樹以棗、梨、蘋果為主。山前地區以夏雜糧為主,主要種植青稞、黑麥、蠶豆、豌豆、馬鈴薯和油菜。河西畜牧業發達,如山丹馬營灘自古即為著名的軍馬場[7]。

3 討論

土地資源和氣候資源是農業可持續發展的兩個重要因素。保護利用好這兩種資源,就能為農業可持續發展提供堅實保障。甘肅西部地區土地資源與氣候資源開發利用與保護問題產生的原因有兩個層次:一是思想觀念層次上的;一是社會行為層次上的。所以,監督管理的任務是:一方面要轉變人們對合理開發利用和保護氣候資源的基本觀念;另一方面要調整人們的社會行為。觀念的轉變是漸進的、潛移默化的,是一項長期的工作;行為的調整是具體的、直接的,只有對行為的約束,才能避免行為后果的產生。人們的行為一般分為政府行為、市場行為和公眾行為。三種行為相輔相成,都可能對甘肅西部地區氣候資源合理開發利用產生不同程度的影響。所以監督管理的重點應該是對三種行為的規范,通過規范提高人們這方面的意識,以求達到在觀念和行為上的自我約束,實現人類社會與自然的協調發展。

氣候資源開發利用與保護的監督管理是以氣候資源本身及其有關活動為主要監督管理對象。通過各種管理活動,達到更加合理地開發利用氣候資源,并使氣候資源得到必要的保護。對氣候資源本身的監督管理,就是通過氣候區劃制度和氣候環境監測制度,科學、客觀、全面地了解掌握氣候資源的分布及其變化規律,以便實現合理開發利用和有效保護氣候資源的目的。氣候區劃是開發利用氣候資源的前提,其任務是分析各地氣候資源的可利用程度,并在此基礎上制定開發利用規劃,減少由于氣候資源某一方面的過度開發或不合理利用而帶來的負面效應,開發利用保護氣候環境,使國民經濟和社會發展與生態環境步入良性循環,使氣候資源的開發利用更加合理[4],以便能為農業可持續發展提供保障。在管理方面,就是要加強甘肅西部地區氣候資源開發利用規劃工作,完善氣候資源區劃指標體系,及時修訂、更新氣候資源區劃。具體的監督管理事項就是甘肅西部地區氣候區劃制度和氣候環境監測制度規定的職責和義務。對與氣候資源開發利用和保護有關活動的監督管理,主要是通過氣候影響評價制度,對有關活動進行可行性論證、評估,使氣候資源得到有效保護和合理利用。監督管理的重點是各種規劃和對氣候環境有較大影響的建設項目。

目前,合理開發利用和保護甘肅西部地區氣候資源十分需要加強監督管理,一方面,甘肅西部地區氣候資源尚未合理開發利用而造成資源的浪費;另一方面,有些違背自然規律的開發利用卻造成了甘肅西部地區氣候資源和生態環境的極大破壞。此類問題至今尚未引起甘肅西部地區社會各界的足夠重視。當前存在的主要問題:一是人為活動引起了氣候條件和生態環境惡化,違背氣候資源開發利用規律開發利用氣候資源,造成氣候資源和生態環境的破壞,如不合理的開墾土地、大型水利工程建設和大范圍的農業產業結構調整以及濫伐森林,引起自然生態系統的破壞,改變了地表水、熱平衡的性質,造成旱、澇、寒、熱等氣候災害加劇,甚至產生荒漠化、水土流失等嚴重后果。二是城市的新建或者擴建的大中型工程將改變城市的光、熱、水、風等氣候資源的數量與分布,如導致城市熱島效應和高大建筑物之間的狹管效應,造成局地氣候的變化。三是甘肅西部地區氣候資源開發利用的潛力較大,但利用率較低。

甘肅西部地區土地資源和氣候資源開發利用和保護監督管理的主體和方式氣候資源開發利用的監督管理牽涉到多行業,具有很強的社會性,需要多層次進行。通過法律手段,從思想意識、科學技術、區劃與規劃、監測、評價等方面進行規范,才能實現有效的管理。政府作為管理主體,應當起到決定性意義的主導作用。

在甘肅西部地區農業可持續發展方面,認為土地(尤其是耕地)后備資源開發應堅持在保護中開發在開發中保護的原則。適度地開發土地后備資源,保持整個地區土地利用動態平衡;充分利用土地及光、熱、降水資源等氣候資源以及地表和地下水資源,以發展高產、優質、高效農業為目標,大力推廣節水灌溉技術,保持水土資源的可持續利用;寓環境保護于土地開發之中,努力改善生態環境與農業生產條件。加大農業結構調整力度,使農、林、牧結構適應氣候生態環境。針對河西生態環境日趨惡化狀況,各地應根據氣候變化特點,因地制宜,宜林則林,宜草則草,喬灌草結合,逐步恢復生態植被,改善生態環境。干旱是制約河西中部農業發展的關鍵因素,要大力發展節水農業,改革與抗旱生產不利的農作制度,大力推廣抗旱增產措施,提高土壤水分的利用率[8-9]。

[1] 伍光和,江存遠.甘肅省綜合自然區劃[M].蘭州:甘肅科學技術出版社,1998.

[2] 甘肅年鑒編委會.2003甘肅省統計年鑒[M].北京:中國統計出版社,2003.

[3] 朱士光,唐亦功.西北地區絲路沿線自然地理環境變遷初步研究[J].西北大學學報:自然科學版,1999,29(6):615-619.

[4] 溫可剛,阮水根,周天軍,等.氣象與可持續發展[M].北京:中國科學技術出版社,1999.

[5] 劉偉.中華人民共和國氣象法與氣象學事務全書[M].北京:氣象出版社,2002.

[6] 秦大河.減緩氣候變化的經濟分析[M].北京:氣象出版社,2003.

[7] 甘肅年鑒編委會.2007甘肅省統計年鑒[M].北京:中國統計出版社,2007.

[8] 徐建華,岳文澤.甘肅省干旱半干旱地區可持續發展定量評價研究[J].干旱區資源與環境,2001,15(2):1-6.

[9] 馬如彪,張旺林.對河西走廊生態農業可持續發展的戰略思考[J].科學管理研究,2002,20(6):35-38.