民勤綠洲沙地系統特征及“退耕”建議

柴成武,趙 明,徐向中,賀訪印,尉秋實

(1.甘肅省治沙研究所甘肅民勤荒漠草地生態系統國家野外科學觀測研究站,蘭州730070;2.民勤縣湖區林業工作區站,甘肅民勤733300)

目前對植被恢復方面的研究已經進行多年,也取得了一定成就,主要從植被自然演替規律、人工恢復的方法以及演替與生物多樣性的關系等多個方面展開了研究[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境效應[3];焦峰等研究了退耕地土壤養分變異[4]。這些研究,從地域上來說研究區多為黃土高原地區,降水量在200 mm以上,從內容上來說研究內容多為黃土區的植被恢復與重建理論及其模式[5]。對于沙區退耕還林,其研究依然基于非退耕地上的植被恢復重建,并沒有專門的沙區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特征方面提出沙地退耕地的特性及其生態治理建議,進一步推進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年開始實施關井壓田政策,沙地退耕實施時間較早,退耕還林力度較大,是一個理想研究試區。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。氣候屬溫帶干旱荒漠氣候,多年均溫7.8℃,年日照時間長,晝夜溫差大,平均年降水量在113.2 mm左右,而蒸發量高達2 644 mm,降水主要在7-9月三個月,干燥度大于5.5,年平均風速2.55 m/s,平均年沙塵暴日數37 d。土壤類型以風沙土、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 民勤綠洲沙地系統特征

1.1 農業用水環境

民勤沙區土地資源相對比較豐富,氣候上日照時間長、光輻射強、晝夜溫差大的特點非常適宜農作物尤其是瓜果類的糖分積累,因此甘肅省好多育種試驗地就設在民勤,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產生了一系列非良性循環。由于外來水量的減少以及內部灌溉技術落后、灌溉水利用率低、灌溉定額偏高、農業灌溉量大、地下水管理失控等原因,致使綠洲區地下水位大都在15 m以下、水質惡化、鹽堿地面積擴大、部分灌區棄耕、農業生產成本上升、荒漠區植被蓋度降低、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需水量計算方法進行總結后計算了民勤生態需水量,結果表明,為使民勤生態系統不再惡化,每年需要補給2.406～2.414億m3的水。如果考慮民勤地區人民的生活用水和農業灌溉用水4.263～5.458億m3,民勤地區的總需水量應為6.669～7.872億m3。而民勤現有地表水資源供應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5.019億m3的水量將由民勤地下水資源來承擔。這樣,民勤地下水資源不但得不到補給,而且年損失多達5.019億m3,巨大的地下水資源缺口不但造成地下水灌區漏斗的形成,而且造成了相鄰荒漠區自然植被衰敗,引起生態惡化。

1.1.1 民勤地表水變化動態 民勤縣多年平均降雨量只有113.2 m左右而蒸發量高達2 644 mm,降水對民勤農業的貢獻極低。民勤外界補給水源除降水外主要是石羊河徑流入境。如圖1所示,進入民勤盆地的年徑流量逐年減少,20世紀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90%的水量用于農業灌溉,上游來水量的持續減少直接影響到農業收入,不得不大量開采地下水來滿足農業用水和生活用水要求,水資源供需矛盾日益加劇,使農業生產成本急劇上升。

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 在年代際變化上,在20世紀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,達到0.21 m,而到 80年代地下水位已經下降到5.2～9 m,下降速率已經達到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,已經達到0.695 m/a的速度。這種年際變化極大的特點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部井的0.71 m下降到荒漠區井的0.55 m,明顯具有從綠洲內部到綠洲內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。民勤綠洲農林灌溉主要為地下水,只有從農林灌溉上著手才能解決民勤農業用水根本問題。

1.2 民勤縣農林牧土地利用結構問題

如圖2所示,在種植業、林業、牧業及其它各業所占比例中,50-60年代林牧業比例在10%～20%之間,70-80年代不足10%,1992年以后林業和牧業所占比例有所增加,除1998-2001年間開墾農田破壞了部分草場外,比例一直在20%以上。在20世紀70-80年代為了片面追求經濟效益,當地的農業種植活動極大地破壞了水資源平衡,由初期利用柴油機井進行灌溉田地發展到利用機電井抽取地下水,并形成了較長一段時間的不合理農業結構模式,嚴重的破壞了當地自然環境,造成風沙肆虐,水資源惡化,沙進人退的不良惡果。目前,林牧業比例逐漸增加,但依然沒有達到合理的比例。

圖2 農林牧各業比例

1.3 民勤縣耕地面積變化動態

由民勤縣耕地面積變化圖(圖3)可以看出,20世紀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,農業生產水資源良好,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行了大面積農業活動,之后民勤湖區由于湖水水位下降并干涸,大部分農田棄耕。在70-90年代耕地面積增加主要是由于機井的大量使用,雖然在這期間進行了大規模的植樹造林等改善生態活動,但由于地下水位的持續下降,收效甚微。1998年的耕地面積增加主要是黑瓜子的經濟利益驅動開墾了大量農田,之后又由于黑瓜子的價格波動引起土地棄耕,荒地開墾與棄耕的反復變化加劇了荒漠化進程,此時水資源引起的社會問題也已凸現,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存在的問題及特點

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生的,具體有如下特點：(1)區域特點：退耕區處于綠洲內部劣質水井灌區及其邊緣的生態移民區和綠洲邊緣的生態脆弱帶。綠洲內部主要指民勤湖區的鹽漬化相對嚴重的局域及綠洲內部劣質水井灌區,退耕區域與水井位置關系較大,即關井壓田政策。民勤地下水井有3種：柴油機井、機電淺水井和機電深水井,目前,柴油機井主要位于綠洲邊緣,所灌溉土地為生態脆弱區土地,該部分土地基本全部屬于退耕范圍;機電淺水井和機電深水井都位于綠洲內部,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。綠洲內部退耕地按照關井壓田所關之機井而言,目前主要關閉淺水井和柴油機井,還遠遠沒有涉及到深水井。(2)處理措施特點：退耕前基本沒有處理措施。由于灌溉條件下的農業經濟效益相對比較可觀,而且傳統習慣性的耕作觀念難以改變,在農民自身利益驅動下,農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制性措施來實施,因此很少有預留前茬作物秸稈的措施,在政府強制下一次性退耕,造成大量土地裸露。(3)配套政策特點：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退耕還林,與之配套的措施——移民,也不是整個地區全移民而是部分移民。盡管目前來看有些地區農民生活條件還是耕種條件還不足以達到難以生存的條件,但從潛在的威脅以及生態方面考慮都有必要移民。不管是綠洲內部還是生態脆弱區移民,移民區所移之民皆為生態難民。如果采取全移民,退耕地將在無人防護的情況下由于缺水而重新淪為流沙地,這點對于沙區生態恢復意義重大。民勤湖區的鹽漬化相對嚴重的局域及綠洲內部劣質水井灌區地下水礦化度高,所灌溉的土地由于鹽漬化嚴重而糧食產量較低,為了壓堿降鹽需要灌溉較多的河水,而河水費用較高,因此該區農民在政府一定的優惠移民政策下,移民成為必然選擇,以易地而居來逃避這種兩難境地。綠洲邊緣的生態脆弱帶農田經常受風沙危害而減產,土地貧瘠,經濟條件較差,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 退耕地重建生態系統在綠洲防護系統中的地位與作用

2.1 減少水資源利用的生態減壓作用

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,而且民勤發展商品糧基地和瓜類果類等經濟作物,由于水量不足曾大規模打井提取地下水,引起地下水位連年大幅度下降,摧毀了潛水林草業的生態穩定格局,林草植被的根系吸收水分變得困難,2.3萬hm2天然灌木已經枯萎,0.9萬hm2人工沙棗林已經枯死,20萬hm2草場嚴重退化、沙化,民勤的生態問題亟需解決,而土地退耕就是一項減少水資源利用,減輕生態壓力的方式。在保持其它現有水資源利用的情況下減少退耕區水資源利用,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果表明,人為因素構成中,單純依靠人為正向治理對抑制荒漠化難以湊效,還要加強保護,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發展,并指出在荒漠化治理人為因素的宏觀調控中主要從控制人口數量的同時,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個梯度上地下水埋深的觀測表明,地下水季節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,夏季地下水埋深加深達頂峰,冬季地下水緩慢恢復的特點。這些特征都與農業生產密切相關,以地下水埋深圍繞農業用水變化而變化。因此,從農業用地著手,通過農業用地退耕變為生態用地減少水資源利用,降低退耕地周圍荒漠區生態植被生存壓力,起到生態減壓作用。

2.2 綠洲防護作用

民勤綠洲是我國北方抗御沙漠化的前沿陣地,是維護武威、金昌生態安全和保護亞歐大陸橋暢通無阻的生態要塞。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,農田綠洲僅占9%,沙漠堿灘占91%,風沙線長406 km,有大風口69個[5]。地形及環境特點迫使民勤綠洲外圍全都設置了綠洲防風阻沙林帶,綠洲內也設置了農田防護林網,但是由于沒有系統化配置,綠洲外圍防風阻沙林有的地方防護林密度過大,造成資源浪費或由于水資源壓力而枯死或退化,部分地方又防護不足形成防護豁口,因此,綠洲農田依然面臨風沙威脅。因此,加強綠洲防護,保護綠洲內部高質量農田,盡量減少地下水資源利用成為綠洲防護林建設的基本要求。實施耕地退耕,將綠洲內退耕農田林網轉變為綠洲外圍防風阻沙林,與原有防風阻沙林一起承擔防護綠洲的作用,填補原有防護林豁口,進一步加強綠洲防護是防護林建設的首要選擇。

2.3 改變農業種植結構和當地產業結構

耕地退耕減少了當地土地資源使用量,但在人口總量不變的情況下,要使剩余土地承擔一定量農業人口的生活物資,必然要求農業生產向精準方向發展,減少土地使用量多而效益低下的農業生產方式,或者進行行業移民,使一部分農民走向其他行業,從而起到調節農業生產結構和行業結構的作用。

3 退耕策略與建議

民勤生態環境的惡化除自然環境變化外,人為不合理的經濟活動起到誘發作用,而人為活動中不合理的農業活動占主導作用,要徹底扭轉民勤生態惡化的趨勢,就必須遵循自然規律,堅持人與自然和諧相處,大力降低用水量并發展節水型高效生態農業,這是民勤農業發展的必然選擇。從整個石羊河流域全局出發亦為如此,除加強水資源的行政管理和立法管理外,還要調節農業產業結構,減少種植業,提高農業科技含量,并從根本上減少水資源利用,退耕還林。建議從如下幾個方面進行：

(1)在局域上,重點治理處在風沙口的退耕地,其次為淺水井區及柴油機井區。風沙口土地退耕后不應該關閉機井,宜有效利用現有水資源加強退耕地植被恢復,做好風沙防治工作,保證該部分退耕地恢復重建植被達到自然演替,否則將由于水資源缺乏而出現風沙活動豁口;淺水井區和柴油機井區水質惡化,鹽堿含量高,產值低下,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)在時間上,要有次序有重點逐步退耕,不能搞一刀切。第一,一次性退耕較多的土地,農民難以接受,易于激化官民矛盾。第二,農民難以很快適應以較少耕地養活較多人口的新技術農業產業結構模式。第三,一次性退耕較多的土地給植被恢復重建帶來較大壓力,在重建植被初期退耕地遭受風蝕的可能性大大增加。因此,采取一定的步驟有次序有重點退耕是十分必要的。

(3)在處理措施上,要求退耕有計劃進行,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,遭受風蝕的可能性大大增加,對退耕地進行生態防護的要求極為迫切,需要立即進行生態防護,并且加大了植被恢復重建成本。建議退耕分3步走：第一步確定退耕局域,重點為風沙口、苦水井區、淺水井區及其他灌水有困難的區域、已經形成地下漏斗的區域,減輕該區域水資源壓力,防止環境進一步惡化。第二步從退耕數量上、防護效果及民眾意愿上著手劃分退耕局域,分為第一批退耕區和第二批退耕區,第一批退耕區域為風沙口區域,對風沙口實施重點治理,防止退耕后的隱患;第二批為其他區域,在第一批退耕區比較少的情況下可將苦水井區和淺水井區劃入第一批退耕區,保證退耕地生態治理數量上的合理性。第三步實施退耕,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,政府采用用水優惠、經濟補償等措施鼓勵糧食作物或經濟作物與林灌草等重建植物在林帶內套種間作,在農民獲得實際效益的同時做好植被恢復重建,植被營造植物宜選用鄉土樹種中具有一定風沙防護效果的、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,減少糧食或經濟作物種植量,在4 m的林帶內加大植被恢復重建工作,采用甘草、苜蓿等牧草與茴香、葵花等經濟作物混種,這樣既有利于牧草成活又有利于經濟收入;在3年待退耕地退耕之時植被恢復重建工作已經完成,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水資源難以及時有效配置的問題,也減少了新植被營造費用。

(4)在制度上,建議地方政府主管退耕地植被恢復各項工作,采取行政強制措施及鼓勵性措施合理選擇退耕區域;進行分區退耕及分區管理,使退耕工作有序進行;有效協調水資源配置,保障在退耕前植被恢復重建各項環節的有效實施;保障必要的生態用水,做好重建植被保育工作。

[1] 馬長明,袁玉欣.國內外退耕地植被恢復研究現狀[J].世界林業研究,2004,17(4)：24-27.

[2] 黃從德,張健,鄧玉林,等.退耕還林地在植被恢復初期碳儲量及分配格局研究[J].水土保持學報,200,21(4)：130-133.

[3] 李艷,李鵬,趙忠.退耕地植被恢復演替的生態環境效應研究進展[J].西北農林科技大學學報：自然科學版,2007,35(8)：155-159.

[4] 焦峰,溫仲明,焦菊英.黃土丘陵區退耕地土壤養分變異特征[J].植物營養與肥料學報,2005,11(6)：724-73.

[5] 楊正禮.我國西北地區退耕地植被恢復基本途徑與模式探討[J].中國人口?資源與環境,2004,14(5)：36-41.

[6] 馬紹休,王濤,張建民,等.民勤地區供水和生態需水量分析[J].水土保持研究,2006,13(6)：58-61.

[7] 蔣志榮,安力,柴成武.民勤縣荒漠化影響因素定量分析[J].中國沙漠,2008,28(1)：35-38.

[8] 仲生年,柴成武,王方琳.石羊河下游民勤綠洲地下水埋深時空分布動態研究[J].水土保持研究,2009,16(1)：227-229.