我国干旱河谷治理研究现状与展望

我国干旱河谷治理研究现状与展望

干旱河谷区环境变化干旱河谷是横断山地区最突出的自然景观之一，主要分布在横断山地区的河流、怒江、汉江、雅戈、岷江、大河、安宁河等支流河谷的一部分。垂直走廊为200m1000m，干旱河谷总面积为4545km，总面积为11330km。然而，根据近年来的研究，干旱河谷的范围和面积超过了原来的统计数据。干旱河谷光热资源丰富,人口稠密,是横断山区农业和城镇发展的中心。该区域山高谷狭,地质活跃,生态脆弱,很多县坡耕地比例高达80%以上,绝大部分为雨育农业,同时降雨集中且严重季节分配不均,雨季水土流失和重力侵蚀极为严重,因而也是长江中上游水土流失重点治理区域。由于横断山区是“西部的西部”,交通不便,经济落后。对光热资源相对较好的干旱河谷区,如何实现其土地的可持续利用,对本区乃至整个流域经济持续发展和生态环境建设都具有重要意义。许多干旱河谷是西南地区经济和农业发展的重要地区。由于日益增加的人口压力和随之而来的越来越突出的人地矛盾,引发了各种不计环境后果的开发活动,包括不合理的森林采伐、陡坡开荒和过度放牧等等,引起严重的水土流失、泥石流、山体滑坡等自然灾害,已使西南地区大部分干旱河谷的自然景观有向荒漠化发展的趋势,不少干旱河谷已经呈现荒芜的景观,面临着严重的环境退化问题,许多典型干旱河谷植被已经十分稀疏或近于消失,加之长期的陡坡开垦,肥沃土壤流失殆尽,不仅使当地居民逐渐失去生存条件,而且严重影响这些地区的生态环境建设和进一步发展。干旱河谷也是横断山区严重退化的生态系统,是西南地区生态系统最为脆弱和退化特别严重的区域,主要表现在植被退化,整个系统向荒漠化发展,是我国中亚热带荒漠化防治的重点区域之一。多数干旱河谷位于长江上游主干及其主要支流,其环境退化的直接结果还对长江上游环境整治造成严重的影响。尽管国内在干旱河谷地区开展了大量的工作,但都还没有开展对干旱河谷变化趋势的系统研究,国外在这方面的研究也非常少见。因此,对于干旱河谷的真正变化趋势、变化过程以及植物在这种变化过程中的变化及适应,干旱河谷的变化结果对干旱河谷今后的影响、人们应该采取的措施和策略等都还不十分清楚。但是,至今为止在干旱河谷地区的工作,主要集中在植被恢复方面,而对干旱河谷变化过程及趋势的研究则几乎是空白。干旱河谷的植被恢复工作已有几十年的历史,仅在个别地段取得了一些成绩,但还没取得突破性进展,大部分干旱河谷的植被并没有明显的改善。本文将就干旱河谷近几十年来的研究情况进行简要回顾,并对干旱河谷社会、经济可持续发展和资源环境永续利用等方面的研究前景加以探讨。1目前，关于干旱河谷的研究和现状的问题1.1干旱河谷研究现状近几十年来,由于科研人员的积极参与和国家与地方政府的大力支持,干旱河谷研究方面取得了很大进展,研究工作主要的集中三个方面,即干旱河谷生态环境现状研究、干旱河谷生态恢复研究和干旱河谷发展模式研究。1.1.1干旱河谷区干旱河谷现存植被均为耐旱乔木、灌丛、草丛,一些地段已呈半荒漠化景观,大部分地段盖度大多在20～30%,个别植被较好的地段可达60%,群落层次结构单一,所有种类基本上都是阳性的,呈现多毛、具刺、叶小、质厚、低矮或匍匐生长等典型旱生植被特征。除在横断山区南段的一些干热河谷有一些耐旱乔木如木棉等零星分布外,随着积温等的逐渐降低,北段河谷只有落叶低矮小灌丛、草丛分布。据史料记载,距今700a前,岷江正河及其主要支流是莽莽林海,由于长期掠夺性滥伐,岷江上游5县森林覆盖率从元代(1297～1341年)的50%下降到解放前夕的30%,解放后由于林业企业布局过于集中,又是大规模机械化采伐,局部地区严重过伐,森林在短期内迅速消失,到80年代初森林覆盖率仅18.18%,现在岷江干旱河谷主要灌木种类有白刺花(SopHoraviciifolia)、四川黄栌(Cotinuscoggygria)、虎榛子(Ostryopsis)、川甘亚菊(Ajaniapotaninii)、子(Cotoneaster)、杭子稍(Campylotropis)、粘叶莸(Coryopteris)、刺旋花(Convolvulustragacanthoides)、四川扁桃(Prunus)、小马鞍叶羊蹄甲(Bauhiniafaberi)、岷谷木兰(Indigofera)等,刘文斌、刘国华等研究了岷江干旱河谷灌丛类型、生物量等问题,生态环境发生剧烈变化,雪线上升,高山积雪厚度由1m以上降至40cm以下,干旱河谷由海拔1200m上升至1800m～2000m,并向上、下游延伸,草甸灌丛下侵,森林带渐渐变窄,干旱河谷向荒漠化景观发展。在岷江、雅砻江上游一些干旱河谷考察中,还发现很多建群种或优势种的种群更新困难,这说明该区域环境的进一步恶化的趋势。在金沙江下游干热河谷区大面积分布的严重退化草丛生态系统,以耐早禾草为优势种的草丛群落为主,包括扭黄茅(Heteropogoncontortus)、拟金茅(Eulaliopsisbinata)、蔗茅(Erianthusfulvus)、孔颖草(Bothriochloapertusa)等,植物种类数量少,群落结构简单。局部地段可以见到少量萌生力较强的旱生灌木,如余甘子(Phyllanthusemblice)和车桑子(Dodonaeoangustifolia),一些地段还有羊蹄甲(Baohiliamairer)、山黄麻(Tremaorientalia)、霸王鞭(Eunphorbiarogleana)等。乔木少见,个别支流干热河谷有零星分布的攀枝花(Bombaxmalabarica)、番石榴(Psidiumguajawa)等,其生物量很低,一般不到1.0t/hm2,金振洲、欧晓昆等对此作了详细研究。在元谋干旱河谷区,建国初期海拔2000m以上的温凉山区还以云南松(Pinusyunnanensis)为主,森林覆盖率达60%～70%,而且灌丛茂密,山青水秀,生态环境质量很好。在海拔l500～2000m的山区仍有以云南松为主的成片森林分布。在1500m以下的坝周低山丘陵及平坝区,虽无成片的乔木分布,但灌木生长较好且成片分布,极少见到荒山秃岭,村落及坟墓周围的乡土树种、经果树种随处可见,全县森林覆盖率为12.8%。虽然自80年代初开始大规模植树造林,但由于生态条件差,成活率低,造林保存率仅达20%左右,加之人口的快速增长及对木材、薪柴需求的不断增加,森林砍伐速度仍快于造林速度,至1985年森林覆盖率下降至5.2%,灌木覆盖率仅10.5%。元谋干热河谷区脆弱的生态环境,在人类活动的强烈干扰下,强烈的水土流失导致土地荒漠化,海拔1350m以下干热河谷区的沙质荒漠化面积达5000hm2,主要是强烈水土流失后形成的土林区,土地失去生产能力,整个景观向荒漠化发展。纵观干旱河谷生态环境研究,主要体现在三个方面:森林覆盖率降低、植被状况日益恶化;土壤侵蚀加重,滑坡、泥石流灾害频繁,土地退化甚至呈现荒漠化;干旱河谷干旱化日益加剧,并且干旱河谷向更高海拔和上下游发展,支流干旱河谷的林线上移迅速或者森林植被消失,即干旱河谷的干旱化和次生干旱化问题日益突出。1.1.2干旱河谷区干旱河谷生态恢复多以造林为主,重点区域是在岷江干旱河谷和金沙江干热河谷。50年代林业部门在汶川县开展造林试验,除在沙窝子等地栽柳、刺槐等树种现成活外,其余都告失败。60年代改用开沟引水上山灌溉,在汶川县桑坪山坡栽植的刺槐现已高达6～7m,平均胸径5cm,最大13cm,每年仍需灌溉2～3次,否则难以度过旱季。70年代茂县林业局林场采取水平沟整地,选用刺槐、榆、新疆核桃等耐旱树种,沟底植树,每年引水灌溉3～5次,成活率80%以上,但难成林。80年代初期,四川省营林调查队和阿坝州林科所等单位在汶川县进行了人工撒播试验,撒播松树成苗极差,造林困难,特别是海拔1500m左右的困难地段。在岷江正河谷,通过人工造林和生态工程措施来恢复森林植被,不是难以成活,就是成活了也成为老头树,例如有关部门在“六五”期间种植的岷江柏,现在仍然旱季枯黄,雨季返青,生长量极为有限,对土壤和微环境气候改善不大,收效甚微。在金沙江干热河谷,获得了阶段性的成果,取得很多宝贵的经验教训。在植被恢复方面,成效最为明显的是四川宁南县金沙江干热河谷华弹沿江防护林和葫芦口造林。华弹位于金沙江宁南段,是典型的干热河谷。未治理前,河谷及沿江流沙漫漫,冬春风大,常淹没道路农田,地表温度旱季可达70℃以上,从1964年开始播种小桐子、攀枝花、木麻黄等200余公顷,并在江边和沿江公路营造防护林带10余公里,至1980年底基本上控制了流沙危害、保护了农田和公路,并扩大高产农田数十公顷,当地居民的生产和生活环境大大改善。葫芦口曾是典型的干热荒漠景观,土壤覆盖作用极其强烈,表土碳酸盐含量极高,土质恶化,加之常年气候干热,杂草也难以生长,从1980年开始进行治理,引种新银合欢营造示范林100余公顷,至1984年已有10余公顷郁闭,土壤理化性质和水分状况明显改善,并能实现种群的自我更新,取得的成果在该县河谷区推广,在环境恶劣的干热河谷区营建了大面积的水土保持林、薪炭林等,至今仍在发挥作用。干旱河谷生态恢复方面的成败主要体现了两个方面的认识:一是适宜树种的选择,这需要对物种的生活环境、生理生态和繁殖习性等方面的深入认识,才有针对性。引种是重要的途径,可能驯化周期较长,本地树种亦应受到重视,岷江干旱河谷的治理应当吸取这方面的经验,特别是本地适宜物种的筛选方面。二是恢复措施和技术,这要对不同干旱河谷环境系统研究和调查,才能与实际情况结合。包括制定种植技术和保水抗旱技术成功的措施,恢复面积大才能对改善小环境气候状况有效,才越有可能成功。1.1.3人工及其他生物固氮植物植物干旱河谷面积广大的坡耕地是其环境退化的一个主要问题,坡耕地比例大,有些县占耕地总面积的80%以上。坡耕地水土流失严重,土壤退化快,使很多地区陷入越退化越开垦,越开垦越退化的怪圈。坡耕地的综合治理一直是一个难题,同时也对下游水利工程产生极大威胁,解决坡耕地的环境问题,对解决干旱河谷生态环境日益恶化、实现干旱河谷农业与环境可持续发展具有重要意义。唐亚等至90年代初以来发展的等高固氮植物篱技术为解决坡耕地综合治理提供了一个生态恢复生态工程的有效途径。这项技术通过利用固氮植物能够固氮、生长快和具多用途的特点,在坡耕地上建立高密度植物篱,逐步将坡耕地改造为生物梯地。通过植物篱枝叶还田及腐根和枯枝落叶,有效改善土壤肥力、团粒结构及水分渗透率,加上植物篱的机械阻挡,经过3～5年的正常耕种,坡耕地地表径流降低50～70%,土壤侵蚀减少97～99%,耕作层土壤全氮含量增加65～103%,有机质含量增加达25～35%,农作物增产达30～60%。该技术具有投入低、操作简便、实用性强、效果显著、效益多样的特点。这种模式经过在四川宁南县研究、试验和示范,目前已经大面积应用并取得了良好的效果。该技术综合地解决了山区坡耕地水土保持和土壤培肥的问题,彻底解决了用地、养地的矛盾,可实现坡耕地的可持续耕作利用,值得在干旱河谷和我国条件类似的山区推广应用。1.1.4土壤退化演化机理对干旱河谷土壤及生态系统退化及其评价指标体系的研究比较多,主要集中在元谋、金沙江等流域的干热河谷地区。已有研究表明,干旱河谷不同退化程度土壤其物理特性(容重、质地、渗透、持水性能等)、土壤养分、土壤化学性质、土壤酶活性等特征均有不同程度的下降或劣化现象,并且对土壤退化的指标体系作了探讨。元谋干热河谷土壤退化的主要演化型式包括渐变型退化、突变型退化、跃变型退化、复合型退化等,并从土壤侵蚀、母质特性、土壤水分特性等方面探讨干旱河谷土壤退化的可能发生机理。这些研究为干旱河谷土壤退化及其评价提供了参考依据。1.2关于干旱河谷研究的主要问题1.2.1干旱河谷区的主要研究区域从行政区划上看,干旱河谷分布范围集中在甘孜藏族自治州、阿坝藏族羌族自治州、凉山彝族自治州、攀枝花市、云南的丽江、大理白族自治州、迪庆藏族自治州、怒江傈僳族自治州等地市州的大部分县市;上述行政区域之外的四川汉源、云南保山、红河、石屏、元江、新平、大姚、永仁、元谋、武定、禄劝、东川、会泽、巧家、昭通、永善等县,西藏东部芒康、左贡、江达等县,以及贵州和广西的个别县市。但是,目前干旱河谷的研究主要集中在两个个区域,即岷江上游干旱河谷(主要集中在茂县、汶川和理县),金沙江下游干热河谷(包括金沙江干流干旱河谷和元谋干热河谷)。另外,云南省的一些干热河谷如元江、新平、怒江、南涧等也进行了一些研究。尽管干旱河谷区均是偏远落后地区,不可否认的是上述研究的地区是相对而言干旱河谷中,经济较发达、交通较方便、人口密度较大的地区。对其它地区干旱河谷的研究几乎没有,如金沙江上游干流和主要支流干旱河谷,大渡河、雅砻江上游干流和支流干旱河谷,白水河上游干旱河谷(南坪段),以及藏东怒江、澜沧江上游干流和支流干旱河谷区,这些区域不但面积大、而且水热条件更差、海拔更高、生态更为脆弱。这些地区干旱河谷对生态环境治理、脆弱生态系统维护、整个流域的水土流失治理和荒漠化防治、促进整个地区民族经济持续发展和社会安定团结具有重要意义。但是,这些干旱河谷由于没有引起重视,受到人口和经济发展的压力越来越大,樵采和放牧使河谷地带环境严重退化,而不少地方由于河谷地光热条件稍好,就开垦为农业用地种植青稞等高寒作物,由于海拔高积温低生长期长,而且开垦后土壤肥力退化快、产量低,大量土地是广种薄收,加上土壤发育差,很快导致退化和沙化。从经济和生态和经济角度而言,高海拔干旱河谷开垦为农业用地不可取,粮食宜从内地运入更为合算。从近期而言,在西藏东部和四川甘孜州等一些时鲜蔬菜缺乏地区,利用干旱河谷相对良好的光热条件,改善灌溉条件,在保护地栽培条件下集约经营,对于满足当地市场蔬菜和果品的需求是可行的。2.2.2生态恢复重建研究、试验和示范成果由于干旱河谷植被恢复的业务主管主要是林业部门,干旱河谷的植被恢复是以植树造林为主的,忽视灌草作用。在干旱最为严酷、生境退化最为严重的岷江正河谷茂县段所开展的工作成功的并不多见;而已有的生态恢复重建的研究、试验和示范项目,主要是在岷江上游一些半干旱甚至半湿润的支流或小流域进行的,例如大沟流域,其研究和示范成果对干流干旱河谷生态恢复重建的指导意义不大。为了保证所植树木的成活率,维持树木的成活,甚至采用从河里提水的办法。而一旦保水措施停止,树木的存活就失去保证,所植树木不能存活;即使存活也成为老头树,旱季枯萎,雨季返青,生长量极为有限,如“六五”期间以来有关科研单位在静州撮箕山造的岷江柏林。在岷江干旱河谷的植被恢复与重建的实践和效果看,基本上是失败的,即使成功的造林技术也由于投入大而难于大面积推广应用。1.2.3干旱河谷生态系统论的应用在许多对干旱河谷的研究和退化生态系统的治理中,都将干旱河谷的干旱化和干旱河谷的生态环境退化混为一谈,尽管二者有密切的关系,但二者是不同的概念和过程。这是由于基础研究方面缺乏,特别是干旱河谷地质时期环境演变和历史上干旱河谷生态演替的系统研究不足,对干旱河谷本质的认识的模糊性造成的。在干旱河谷环境、资源和可持续发展中,分清哪些是自然过程,哪些是人为过程,非常重要。干旱河谷到底哪些部分是自然形成的,其本身就是荒漠化景观;哪些部分是人类干扰形成的,是可以逆转的?到目前为止,几乎所有的研究均认为干旱河谷就是生态退化和环境恶化,干旱河谷治理也就是整个干旱河谷的生态恢复重建。治理的重点应当是人为引起的退化环境和次生干旱化生境,而不是全部干旱河谷,因为自然进程难以人为干预,或者干预成本太高而失去意义。1.2.4加强水利工程建设和水生态保护金沙江及其主要支流雅砻江、大渡河是我国水能资源蕴藏最为丰富的地区,将是我国解决能源问题的主要途径之一,即将建成我国最大的能源基地。金沙江虎跳峡至宜宾下游段长1290km,可利用水头1617m,规划九级,目前金沙江下游河段乌东德、白鹤滩、向家坝、四溪洛渡个梯级电站已经批准了规划。雅砻江两河口-河口段规划十一级开发,大渡河中游大岗山以下规划五个梯级开发。由于这些工程建设地区山高谷狭,淹没土地主要是金沙江干流的平坝或者是主要支流的河谷地带。当地是经济落后、人口较少的地区,如果没有充分的移民安置和农业综合建设工程配套,对当地未来经济和社会持续健康发展、甚至社会安定都有极大的影响,这些前期配套工程应当引起充分的重视。另外,这些水利工程对于生态环境影响,移民后对干旱河谷生态系统的影响,干旱河谷环境容量变化等方面的工作还远远落在工程后面,有些连基本的预研究都还没有开展,这对水电工程建设、库区生态环境保护、水土保持防治以及整个地区的长远发展都至关重要。“南水北调”西线调水工程调水区位于长江上游通天河及其支流雅砻江和大渡河。尽管在通天河、雅砻江、大渡河上游年调水量分别为100亿m3、50亿m3与40亿m3的情况下,下游河道的水面面积不会有明显的变化,但是由于该地区海拔高,生境复杂脆弱,应当深入研究调水工程本身和调水量以及调水对当地环境和生态系统的影响,包括对当地生态系统的影响和下游干旱河谷的生态风险评价。干旱河谷区水热矛盾突出。从理论上说,调水将降低一定范围内的大气湿度和增加土壤干旱度,加大发展农业的难度,使生态系统朝干旱化方向发展。在西线调水工程规划阶段,应特别注意对该区域生态环境的影响,一旦破坏便很难恢复,并使干旱河谷的生态环境问题日益严重。该区域干旱河谷海拔高、土层薄,土壤保水保肥能力差,植被多为旱生灌木,光照条件充分,制约植物生长的主要因素就是水分条件。因此,应开展高海拔地区适生的乡土植物、耐干旱的速生树种和草种的收集和筛选。其次,应当关注调水对当地社会经济和当地传统的影响。南水北调西线工程实施后,由于国家投入增加和政策倾斜,将给雅砻江和大渡河流域的干旱河谷地区带来新的发展契机。但是,当地传统生活方式对于维持该地区持续发展和生态环境保护举足轻重,在新观点和新技术对当地的观念和生态系统的冲击应当受到更多的关注,现代化和环境资源可持续利用如何协调,这不单是自然科学和技术水平能够完全解决的问题,需要进一步深入系统的开展与人文社会科学结合的多学科综合研究。2干旱河谷研究2.1干旱河谷区系统干旱河谷是典型的脆弱生态系统,以其环境容量小和生态阈值低为特点。从理论上讲,这样的生态系统对任何环境和气候的变化的响应要比其它生态系统敏感,干旱河谷生态系统对全球变化应当有放大的效应,也更加容易监测和评估。尽管我国积极对全球变化进行了大量研究,包括东北陆地样带(NECT)、CERN监测等,横断山区系列干旱河谷实际上可以提供一系列完整的水平和垂直的生态系统、气候、地形、土壤、生物多样性、土地利用格局、环境历史演变和人为扰动强度等带谱,并具有系统性和可参比性,但是,对干旱河谷的这方面的系统研究价值还未引起足够的重视。干旱河谷从北到南纵贯横断山区长达1000余km,集中了不同的农林牧各种生态系统、生态交错带和热带至寒温带各种气候条件,呈现环境条件的垂直和水平分异、人为干扰梯度、社会经济状况的显著分异,为全球变化的研究提供了良好的研究本底和监测对象。从近期来看,在干旱河谷区可系统开展如下方面的研究工作:该区域环境变迁和生态演替的规律与趋势研究;全球变化对我国西南地区的影响以及该地区对全球变化的可能响应;西部社会经济发展对全球变化影响、响应与适应性研究:在过去气候环境变化研究基础上,对未来西部气候环境预测及相应措施研究;西南地区尤其是生态脆弱区社会经济发展(农林牧、水土资源管理、能源体系以及宏观经济布局)趋利避害的途径;通过研究西部生态环境演变规律与水土资源持续利用的途径,为国家的宏观战略决策服务;通过加强西部生态环境监测和典型退化生态系统重建示范区建设,为生态恢复和农业可持续发展提供实用技术和示范样板。2.2干旱河谷环境退化原因与平原和低地相比,干旱河谷区乃至整个横断山区环境具有更明显的脆弱性、异质性、多样性和复杂性。干旱河谷区人地系统并不是一个孤立的系统,干旱河谷区人地系统是和下游平原(低地)人地系统相互联系和发生作用的。由于日益加大的资源开发强度及外来人口、思想、观念、技术的介入,改变了干旱河谷原有生态系统、本地居民观念和生活方式,并打破原有人地系统协调的状态。近代以来,干旱河谷环境退化和次生干旱化是与当地经济、社会的边缘化与贫困化是密不可分的。要实现本区域人口与环境的良性互动和山区的可持续发展,必须深入系统研究干旱河谷这个横断山区核心区域在历史时期人地关系相互作用规律与机制,从政策,制度和技术等各个层面上对现有人地系统中不协调的方面进行革新,理顺干旱河谷本身的人地关系和上下游的人地关系。2.3干旱河谷地区的景观和土地利用/覆盖特点另外一个方面,在对干旱河谷