京张区域生态环境环境问题研究

京张区域生态环境环境问题研究

自20世纪70年代以来，北京的环境问题引起了国家和北京的关注。早在1973年,国家就开始治理官厅水库(北京的两大水源水库之一)的生态与环境,1978年,以京津周边环境整治为重点的“三北”防护林工程开始启动。20世纪80年代以来,国家进一步加大了对北京市及其周边地区环境的治理力度,实施了多项重大生态工程。然而,由于我国环境治理长期以来都是按照行政区分别实施的,生态区和行政区的不一致性与环境的外部性具有明显冲突,北京及其周边地区环境的整体性未被引起足够的重视,这极大地影响了环境的治理效果。从30多年的治理实践看,北京市及其周边环境只是局部好转,整体恶化。虽然北京市域的环境治理取得了一定效果,但与区域因素相关的生态问题却一直困扰着北京,以水资源短缺、沙尘危害为特征的生态安全形势日趋严峻,生态安全问题已成为影响北京可持续发展的首要问题。在有关北京城市生态安全的理论研究方面,也重点在北京城市生态系统内部考察城市生态安全问题,忽视对城市与区域的生态联系及区域对城市生态安全影响方面的研究。水资源短缺和沙尘危害问题是区域性问题,所以,解决北京生态安全问题必须突破行政区划制约,从生态区域视角寻求其解决的途径。张家口东南与北京相邻,处在北京的上风上水方向,与北京同属一个自然生态区域,京张生态联系极其密切。张家口虽是我国首都圈的重要组成部分,然而,京张生态联系并未得到应有的重视。本文以京张区域为研究对象,对其整体生态与环境特征和问题进行系统的分析,旨在为解决北京生态安全问题和有效进行首都圈区域环境治理提供新的思路。1北京首都圈总体规划区域特别景观、地质环境三大区域京张区域(图1)是指由北京市和河北省张家口市共同组成的区域,地处39°28′~42°10′N,113°50′~117°30′E,全区总面积5.33×104km2,总人口1.96×107(2005年末常住人口数)。京张生态联系极其密切,京张区域是中国首都圈的生态功能核心区域,在首都圈可持续发展中具有极其重要的地位。本区域地势西北高、东南低,呈三级阶梯状分布。高原占据着该区域的西北部,是内蒙古高原的一部分,当地俗称“坝上”,亦称“张北高原”,海拔1300~1600m,构成第一级阶梯;在张北高原南、东南部,为山地和冀西北山间盆地,大部分地区海拔为500~1000m,构成该区域的第二级阶梯;第三级阶梯为北京平原丘陵区,海拔多为500m以下。本区域第一级阶梯大部分为内流区,第二级、第三级阶梯为外流区,均在海河流域范围内,贯通京张区域的水系主要隶属于海河水系的永定河水系和潮白河水系等,是北京市两大水源——官厅水库和密云水库的水资源供给水系。本区域属于温带大陆性季风气候,风向有明显的季节变化,冬季盛行西北风,夏季盛行东南风,冬季风强于夏季风。大风和干旱是该区域不利的生态因子,降水是该类地区土地利用变化的主要生态背景因素之一。2北京张区生态和环境的基本特征2.1首都圈和东部地区的生态区位设置从生态与环境角度讨论区域的区位,可理解为区域的“生态位”。京张区域是首都圈的一部分,处在内蒙古高原和华北平原的交接带,湿润向干旱的过渡带,农业和牧业的交错带,西部落后地区和东部地区的承接带,其中最现实、最引人关注的是其主体处在首都圈的核心及其上风上水带,生态位特殊而重要,生态区位具有不可替代性。在首都圈中,京张区域是首都的生态屏障和水源涵养与供应地,是首都生态圈的核心区域。该区域环境的好坏,不仅关系到当地农牧业生产、经济社会的可持续发展,也关系到首都的社会稳定和北京的国际形象,关系到首都圈的生态安全,还对振兴西部经济、促进生态恢复、实现区域协调发展具有重要的示范意义。2.2农业和牧荒区的特殊区位该区域处于我国农牧交错带及其边缘地区,也是典型的环境脆弱带。农牧交错带在系统学上是大尺度的混沌边缘,存在着高度的生态压力和多组分相互作用的激烈张力,该区域特有的自然地理环境,形成了系统层次结构简单、生物多样性减少、自我调节能力差的脆弱生态系统。从该区域所处的特殊区位看,这里是各种自然要素和人文要素的突变区域,也是农业和牧业两个系统主体行为和结构发生“突发转换”的空间域。由于年降水变率的不稳定和盛行强劲的西北风,易于发生水土流失及干旱,抵抗外部干扰能力弱,是荒漠化潜势强的前沿地带。在草原和丘陵区虽然土层不厚,但相对肥沃,对垦荒种粮有极大的诱惑力,而因土质粗而疏松,且多为坡地,开垦后极易因风蚀、水蚀而退化,所以,区域农业利用处于临界状态。区域内梯度巨大,经济发展与生态保护矛盾十分突出,人类活动已在一定程度上超出了生态阈限。2.3北京重要水源的分布京张区域是生态功能一体化区域,空气的上下风向和水系的上下游关系是生态功能一体性形成的基础。该区域盛行风向是西北风和东南风,侵袭北京的风沙是冬春季来自西北方向的大风造成的。张家口地区是风沙由内蒙古侵袭北京的主要通道,也是北京的主要沙源地之一。受地形影响,在近地面层,冬春强劲的西北风主要通过三条路径从张家口进入北京市域:①康庄-八达岭-南口-北京温榆河谷;②黑河、白河谷-潮白河谷;③洋河、桑干河谷-永定河谷。此外,坝上高原草场沙化严重,坝下桑-洋间山盆地黄土及河沙覆盖广泛,沙源丰富,也具有扬沙起沙的物质条件,成为影响北京的主要沙源地之一。潮白河水系及永定河水系也从北向南、从东向西贯通全域,将京张区域连为一体,构建了京张生态联系的又一重要基础。密云水库、官厅水库是北京市的两大重要水源,而官厅水库96%的水量是张家口的资源,密云水库46%的水量由张家口区域提供,两大水库流域面积的40%均在张家口境内,张家口是北京的重要水源涵养区,其环境好坏直接关系到北京两大水源的生态安全。如永定河上游地区降水少,植被覆盖度低,黄土覆盖广泛,加之该地区地形较平坦,人口密度较大,工农业较发达,水土流失和水污染较严重,使官厅水库水质恶化,淤积严重,早于1997年就被迫退出北京饮用水源。2.4北京市行政区的建立地域分割性是指该区域自然形成的环境统一体被人为分割为两个行政区域,即北京市域和河北省张家口市域。自北京定都以来,绝大多数时期京、张是同属一个行政区,直到民国时期,随着我国城市行政区地位的确定,北京和张家口开始分离1。中华人民共和国成立后,行政区划又进行了多次重大调整(表1),但遗憾的是,北京市的发展及其行政区划的变动,长期以来一直考虑的是政治、军事因素,生态因素没有得到应有的重视。京张生态一体化区域被分割的局面数十年未曾改变,长期作为北京市军事屏障地带的张家口市,现在终于演变成为对北京构成生态威胁的区域。2.5从农业产业视角京张地域分割数十年,京张发展的二元性表现十分突出。一是京张经济差距极大(图2),目前张家口13个县中就有10个国家级贫困县。张家口市怀来县东花园镇西榆林村与北京市延庆县康庄镇榆林堡村,相距不足1.5km,人口、耕地数量相差无几,自然环境相同,经济都以农业为主导产业,绝大多数村民依靠种植庄稼、蔬菜及外出打工为生,但两村公共设施、村容村貌差距明显,村民贫富悬殊。2004年,西榆林村人均年收入2600元,榆林堡村人均年收入7000多元,而西榆林村经济状况在张家口属于中上,榆林堡村经济状况在北京市属于较差。二是京张城市化程度不同。北京市城市化水平高,进程快,而张家口市城市化水平较低,速度缓慢,至今还没有一个县级市,张家口坝上地区城市化水平低于河北省平均值近5个百分点,张家口坝下地区城市化水平虽高于坝上地区,但工业布局不合理,村及村以下工业占比重过高,大量非农劳动力滞留于农村,达重度危机,增加了对本已脆弱的环境的压力。三是京张环境问题的表现不同。从整体上看,水土流失不是北京的主要环境问题,北京自身主要是环境污染问题,而张家口的环境污染问题目前看尚不突出,主要是水土流失问题,治理难度较大。3北京张区生态问题3.1水民机制的现状由于该区域水源涵养区地处我国半干旱地区,降水量少,植被覆盖度低,水源涵养能力差,区域人口密度相对较高,人均水资源占有量就很低。张家口市域人均水资源占有量490m3/人,北京当地水资源人均占有量仅有272.8m3/人,仅为全国平均水平的1/8,世界水平的1/30,远远低于国际公认的人均1000m3的下限,属极度缺水地区,水资源问题已成为影响和制约该区域经济社会发展的主要因素。张家口市域共有1.10×106hm2耕地,旱地面积占77%,其中坝上4县耕地面积占90%,张家口市的农业产业基本是靠天吃饭,十年九旱,干旱是制约张家口市农业的主要因素。水资源问题也严重影响了张家口的工业发展,为确保北京水资源需求,自20世纪80年代以来,张家口市先后关停数百家中小型企业和部分大型企业,同时严格禁止在官厅水库、密云水库上游再建有污染、高耗水的工业项目,这在很大程度上也制约了当地经济的发展。1949年以来,北京市多次出现比较严重的水危机,特别是20世纪80年代初期连续5年枯水导致的水资源危机,对北京市发展造成了极为严重的影响。为了缓解北京市的水资源危机,国务院果断采取行政措施,做出了密云水库不再向天津、河北供水的决策,张家口市也多次放弃了对官厅水库水资源的使用权,河北省为确保北京市用水做出了重大贡献,也付出了巨大代价。北京市政府也积极采取多种措施,平衡水资源使用,克服水资源紧缺的重重困难,在一定程度上缓解了北京市的水供需矛盾。但现状的表面平衡是以牺牲相邻地区的利益、环境为代价的,并没有从根本上解决首都水资源紧缺问题。据预测,北京市2010年、2020年、2030年分别缺水7×108m3,8.55×108m3,10.55×108m3,缺水形势十分严峻。3.2坝上土地现状该区域地处华北半干旱区域,干旱少雨,无论坝上、坝下还是北京平原地区,地下沙层疏松深厚,土地沙漠化现象极为严重。目前张家口土地沙漠化面积已达9330km2,占全市土地总面积的25%,其中坝上4县土地沙化面积达7330km2以上,占坝上土地面积的54%。该地区在明清时代还是一个水草丰美的天然牧场,自清末开始大面积放垦后,草场退化,土地沙漠化逐渐加剧,尤其是中华人民共和国成立后的20世纪50年代末、60年代初和70年代初的3次有组织、有计划的大规模垦殖,使得原生草原生态又遭到巨大破坏,至80年代中期,沙漠化面积增速高达4.5%,坝上是我国土地沙漠化发展最迅速的地区。坝下沙漠化土地主要集中5大片,有洋河流域内的黄羊滩(位于宣化县,面积97km2),金沙滩(位于怀安县,面积300km2);桑干河流域内的开阳滩(位于阳原县,面积107km2);官厅水库沿岸的甘家滩(位于怀来县官厅水库北岸,面积70km2)和南马场滩(位于怀来县的官厅水库南岸,面积90km2)。另外,坝下还存在一些河流谷底沙滩。3.3侵蚀及下基层损失张家口的水土流失主要由水蚀、风蚀共同作用所致。张家口境内地形复杂,土质松散,土壤贫瘠,植被稀少,侵蚀类型多种多样,侵蚀程度严重。1991年河北省根据卫星遥感影像进行了全省的水土流失遥感调查,根据解译调查数据,张家口地区水土流失面积21215.14km2,占总面积的57.5%,其中风蚀面积7955.68km2,占水土流失面积的37.5%;侵蚀总量为6.05×107t(其中风蚀量占26.6%),占全省侵蚀总量的32.8%,土壤侵蚀模数和总侵蚀量仍位于全省之首。官厅水库自1954年建库以来已淤积了总库容的1/4(6×108m3以上),即便是白河流域水土流失较轻的地区,输入密云水库的泥沙也已达1.70×106t以上。据保守测算,张家口对首都的淤积域外损失已达2.04×108元(表2)。北京市尚有水土流失面积4089km2,占总面积的24.3%,主要分布在密云县、门头沟区、延庆县、房山区、怀柔县等一些山区及河滩,其中轻度侵蚀2974.7km2,中度侵蚀1114.21km2,全市多年平均土壤侵蚀模数为1200~1600t/(km2·a)。3.4北京时期中国沙区的成因该区域气候干旱,多大风天气,水土流失问题突出,引发了严重的风沙危害问题,突出表现为每年春季的沙尘天气频繁,1977年世界防治沙漠化会议将北京列为沙漠化边缘城市。有的学者认为,北京地区沙尘天气自20世纪50年代以来是波动性减弱的,而有的学者认为是逐渐加强的,但有一点是公认的,即从21世纪初开始,北京地区风沙危害明显增强,首都地区的环境质量和生态安全已受到风沙的严重威胁。对北京地区造成重大影响的沙尘主要发源于内蒙古中西部和河北西北部,分布在张家口市坝上、坝下共9330km2的沙化土地是北京沙尘天气的重要来源,据保守测算,张家口对首都的降尘域外损失高达2.93×108元(表2),所以,京张区域既是受风沙严重危害的地区,也是风沙危害的生成区。3.5永定河水系污染严重,在现有的规划指引下造成了以下三环境污染与工业发展密切相关,张家口属于工业经济相对落后的区域,加之从20世纪70年代以来国家重视官厅水库水源保护工作,因此,张家口市域的环境污染问题尚不突出,但由于其地处官厅水库上游、北京上水方向,生态区位的特殊性已决定了其目前环境污染问题的敏感性。官厅水库流域上游地区包括了张家口市主要的工矿企业和城镇,近年来,由于工业的发展、城镇人口的增长以及生活水平的提高,污水排放量逐年增加,永定河水系水质不断下降,官厅水库流域上游地区永定河水系污染严重,早在1997年官厅水库就被迫退出北京饮用水源。现官厅水库水质仍不符合Ⅱ类水质标准,现状水质类别为Ⅳ类,水质无明显改善,原计划2005年底恢复官厅水库饮用水源的目标至今尚未实现。中华人民共和国成立后,由于对首都城市职能定位的失误,使北京发展了大量原材料消耗高、能耗高、运输量大、用水量大和污染严重的都市工业,严重破坏了北京的城市环境。通过近些年的防治工作,市区空气中二氧化硫、二氧化氮等主要污染指标均有明显改善,现已低于国家二级标准(图3a、图3b),但空气中颗粒物浓度一直居高不下,可吸入颗粒物年均浓度超出国家二级标准的40%以上(图3c),并在全年各个季节污染都比较严重,尤其是沙尘天气对空气质量的负面影响十分突出。联合国全球环境项目对世界主要城市的观测记录表明,北京是世界上空气污染最严重的城市之一,其中空气中颗粒物污染超过世界卫生组织规定健康标准的4~5倍,而颗粒物中的50%以上是沙尘。据化验分析,这些沙尘多属于栗钙土颗粒,与坝上地区的土壤类型相同。同时,由于人口