黄土高原近60年生态治理分析及未来发展建议

第6卷第4期2015年8月地球环境学报JournalofEarthEnvironmentVol.6No.4Aug.2015doi:10.7515/JEE201504007收稿日期：2015-02-27基金项目：中国科学院重点部署项目（KZZD-EW-04）；中国科学院“西部之光”项目通讯作者：金　钊，E-mail:[e-mail]黄土高原近60年生态治理分析及未来发展建议李相儒1,5，金钊1，张信宝2，周卫健1,3,4（1.中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室，西安710061；2.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，成都610041；3.国家大型科学仪器中心西安加速器质谱中心，西安710061；4.西安交通大学，西安710049；5.中国科学院大学，北京100049）摘 要：黄土高原作为黄河中游独特的地理单元，维系黄河的健康运行和中华文明的传承。本文简要介绍了黄土高原的地理背景及水土流失问题，总结分析了近60年生态治理的历史，对未来发展提出了建议。根据主要治理措施的差异，黄土高原近60年生态治理历史可划分为5个阶段，即1950—1960s中期、1960s中期—1970s末期、1970s末期—1990s末期、2000—2010年、2010年至今。这5个不同时段，淤地坝、梯田等工程治理和植树造林、植被自然修复等生物治理交替出现，并逐步走向工程治理和生物治理全面结合的发展阶段。我们认为，在未来很长一段时间，退耕还林还草政策不能变；科学开展淤地坝建设和治沟造地工程，加快治理黄土高原水土污染，提高人民生活质量。关键词：水土流失；梯田；淤地坝；植树造林；退耕还林还草工程；治沟造地工程中图分类号：S157文献标志码：A文章编号：1674-9901(2015)04-0248-07AnalysisofecosystemmanagementoftheLoessPlateauduringthepast60yearsandsuggestionsforthefuturedevelopmentLIXiang-ru1,5,JINZhao1,ZHANGXin-bao2,ZHOUWei-jian1,3,4(1.StateKeyLaboratoryofLoessandQuaternaryGeology,InstituteofEarthEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Xi'an710061,China;2.InstituteofMountainHazardsandEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,China;3.TheNationalCenterforLargeScientificInstruments,Xi'anAcceleratorMassSpectrometryCenter,Xi'an710061,China;4.Xi'anJiaotonngUniversity,Xi'an710049,China;5.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)Abstract:TheLoessplateauisauniquegeographicalunitlocatedinthemiddlereachesoftheYellowRiver,whichsustainthehealthoftheYellowRiverandinherittheancientcivilizationofChina.ThepaperbrieflyintroducedthebackgroundoftheLoessPlateauanditssoilerosionproblems.Moreover,wesynthesizedthehistoryofecosystemmanagementoftheLoessPlateauduringthepast60yearsandputforwardsuggestionsforthefuturedevelopment.Accordingtothedifferenceofprimaryecologicalmeasures,thehistoryofecosystemmanagementoftheLoessPlateauhadbeendividedintofivestages.StageⅠistheperiodof1950tothemiddleof1960s,stageⅡistheperiodofmiddleof1960stotheendof1970s,stageⅢistheperiodofendof1970stotheendof1990s,stageⅣistheperiodof2000—2010andstageⅤistheperiodof2010untilnow.WesuggestthattheGrainforGreenProgramcannotbereplacedinthefuture.Moreover,checkdamprojectandfillinggullyprojectshouldbescientificallyimplemented,andsoil-waterpollutionshouldbecontrolledassoonaspossible.AlltheseworkwouldbereallyelevatethequalityofpeoplelifeontheLoessPlateau.第4期李相儒，等：黄土高原近60年生态治理分析及未来发展建议2491 黄土高原地理背景黄土高原位于黄河中游，总面积约64万km2，是世界上最大的黄土分布区。黄土高原具有连续的第四纪黄土堆积，除土石山区黄土厚度低于50m外，其余区域黄土厚度为50~300m（图1）。黄土高原地貌主要由高塬沟壑区（塬面地形为主）和丘陵沟壑区（梁峁为主）组成。这两种地貌类型的海拔高度约为1000~2000m，均受到侵蚀冲沟的切割作用。沟谷密度大都高于3~4km∙km−2，最大密度超过10km∙km−2（田剑等，2013）。从沟谷地形来看，沟壑区可分为两种地貌单元，即坡度较陡的沟谷地（30~75°）和地势较为平坦的沟间地。在塬区，沟间地十分平坦；但在梁峁区，沟间地具有一定坡度（0~30°）（刘东生等，1985）。黄土高原气候为温带大陆性气候，年均降雨量250~600mm。黄土高原80%降雨集中在6—9月，且以暴雨形式为主。从空间分布来看，东南部降雨量高，至西北降雨逐渐减少。黄土高原塬面的原始植被为温带草原，沟谷底部和土石山区的原始植被为针叶和落叶阔叶混交林。从地带性植被来看，黄土高原可分为5种植被类型，即森林、森林草原、典型草原、荒漠草原和草原化荒漠（程积民等，2002）。自人类文明开始，黄土高原植被分布变化很大，特别是随着人口增长、农业发展和城市建设对土地、粮食等需求的不断增加，黄土高原天然森林遭到严重破坏，草原退化（史念海，1981，1991）。黄土易于耕作，是黄土高原成为中华文明发祥地的重要原因。公元6—15世纪，黄土高原人口约占中国总人口的25%（Cai，2001）。历史上，黄土高原人口经历了3次大的起伏。西汉初年、隋唐时期、清康熙到光绪年间是该地区人口发展的3个高峰期，而东汉西晋时期、宋元时期、清末民国时期是该地区人口发展的3个低谷期（图2）。1949年以来，黄土高原人口快速增长，从建国初期的不足4000万增长至1亿800万。短短50年，人口增加6000多万，这同新中国成立后经济、社会、医疗和卫生条件的改善相关。人口的快速增长，使得对土地资源的利用加剧。1980年代，黄土高原的梁峁和塬面土地几乎全部被开垦，沟谷的部图1黄土高原黄土厚度分布图（Wangetal，2010）Fig.1ThespatialdistributionoftheLoessdepositsdepthoftheLoessPlateau(Wangetal,2010)Keywords:soilandwaterloss;terrace;checkdam;afforestation;GrainforGreenProgram;fillinggullyproject250地球环境学报第6卷分坡地也被利用（Cai，2001）。2 黄土高原水土流失问题黄土高原主要为风尘粉砂堆积，质地疏松多孔，极易发生土壤侵蚀和水土流失。黄土高原坡耕地土壤侵蚀为面蚀和细沟侵蚀，而沟谷地为冲沟侵蚀。张信宝等利用137Cs指纹示踪技术研究发现，河流泥沙主要来自沟谷地区，约占河流泥沙总量的70%~80%（ZhangandZhang，1995）。上世纪70年代前，三门峡水文站观测的黄河输沙量约为每年16亿吨，其中90%来自黄土高原（Wangetal，2007）。由于黄土的粉砂性质和陡峭的地貌特征，黄土高原的泥沙输移比接近1（陈永忠等，1988，1989）。除土石山区和汾—渭流域外，黄土高原大部分地区土壤侵蚀模数高于1000t∙km−2·a−1（图3）。此外，黄土高原年均降雨量低于300mm的地区，土壤侵蚀模数也较低。丘陵沟壑区土壤侵蚀十分剧烈，土壤侵蚀模数大部高于5000t∙km−2·a−1。晋—陕—蒙接壤区是黄土高原土壤侵蚀最为剧烈的地区，土壤侵蚀模数通常高于10000t∙km−2·a−1，其中皇甫川流域土壤侵蚀模数最高，接近25000t∙km−2·a−1（Cai，2001）。图21949年前历史时期黄土高原人口总量变化（刘艳华等，2012）Fig.2Populationchangebefore1949intheLoessPlateauregion(Liuetal，2012)图3黄土高原土壤侵蚀强度空间分布（数据来自黄土高原水土保持专业数据库）Fig.3ThespatialdistributionofthesoilerosionintensityoftheLoessPlateau(DataderivedfromtheEcologicalEnvironmentDatabaseofLoessPlateau)第4期李相儒，等：黄土高原近60年生态治理分析及未来发展建议251黄土的基本性质、陡峭和密集的沟谷地形以及暴雨集中的特点是黄土高原土壤侵蚀剧烈的主要自然因素。此外，土地的开垦和利用是加剧土壤侵蚀的主要人为因素。在长达5000年的人类文明史中，黄土高原塬面的草原植被和沟谷的森林植被几乎被破坏殆尽，陡峭坡地的草灌植被也被用来放牧。16世纪后期人口的持续增长加剧了土地的利用强度和土壤侵蚀的烈度。陕西子洲黄土洼聚湫侵蚀历史研究表明，17世纪明朝边关屯军，沟间地被广泛开垦生产粮食，加剧了土壤侵蚀，使得这一时期土壤侵蚀模数和现在接近（Zhangetal，2009）。地质历史时期黄河输沙量约为9亿t·a−1，然而1930s—1960s，黄河输沙量达到16亿t·a−1（任美锷，2006；Wangetal，2007），这表明约每年7亿t的泥沙来自人类活动的贡献。黄土高原剧烈的水土流失，使得区域生态环境恶化，同时土壤侵蚀产生的泥沙也对黄河的健康运行产生影响。黄土高原的土地资源由于水土流失变得十分贫瘠，粮食产量低，产生了“越垦越穷，越穷越垦”的恶性循环。据估计，每吨土壤流失中，包含0.8~1.5kg铵态氮、1.5kg全磷和20kg全钾。以每年16亿t土壤流失计算，总共约3800t铵态氮、全磷和全钾流失（Cai，2001）。到目前为止，黄土分布区土壤有机质含量大部分低于1%，甚至低于0.5%，粮食生产力低，而且十分不稳定，因此贫困问题一直是黄土高原主要的经济社会问题。由于大量的泥沙通过黄河携带至下游地区，使得下游河床抬升，洪水频发，是中国历史上洪水灾害最频繁的地区。据记载，公元前602年至1946年，黄河下游共发生洪水1593次，决口1000次，改道7次（唐克丽，2004）。3黄土高原近60年生态治理分析自1949年新中国成立以来，国家投入巨大的人力、物力和