石羊河流域綜合生態系統管理研究

王國斌 紀永福 方峨天

（1.甘肅省水利水電學校 蘭州 730021；2.甘肅省治沙研究所 蘭州 730070）

自古以來，人類隨水而居，于是流域生態系統就形成了以水為介質，由水、土、氣、生等自然要素和人口、社會、經濟等人文要素相互關聯、相互作用而共同構成的自然、社會、經濟復合系統―即流域綜合生態系統［1－4］。它以豐富的水、土、光、熱、生物等資源養育著人類，支撐著社會經濟的發展。在過去的100多年里，生態學不僅在個體生態學、種群生態學、群落生態學和生態系統生態學領域取得了重大突破，而且在空間尺度上，逐步向區域性、全球性乃至宇宙性發展，相繼誕生了景觀生態學、生物圈生態學或全球生態學等眾多分支學科［5］。流域生態系統成為系統生態學研究的中小尺度的范圍，在近年來受到眾多科學家的重視，已經得到了快速的發展［6］。在近幾十年來，由于水資源污染、水土流失、河道淤泥阻塞、水資源短缺、土地退化等一系列生態環境問題給人類生產和生活帶來了嚴重影響，并引起了相關流域科學家和政府部門的高度關注，于是流域綜合生態系統可持續發展逐步成為研究的熱點，并吸引了許多科學家來研究［7－12］。

石羊河流域位于甘肅省河西走廊東部、祁連山北麓，東以烏峭嶺、毛毛山、老虎山與黃河流域為界；西以大黃山－馬營灘與黑河流域為界；南以祁連山主脈為界；北至甘肅與內蒙交界。地理坐標為東經101°22′－104°04′，北緯37°07′－39°27′，總面積為4.16×104km2。行政區劃上包括武威市涼州區、民勤縣、古浪縣、天祝縣，金昌市永昌縣、金川區，還有張掖市肅南縣、山丹縣的部分區域。作為我國西北干旱區生態環境最脆弱的地區之一，生態惡化的現狀反映了區域人地關系的不協調，水資源、土地承載力負擔過重，在很大程度上是人類活動強烈干擾環境演變所產生的不利后果。

1 石羊河流域生態功能區劃

為了便于操作，需要將石羊河流域進行生態功能區劃。生態功能區劃是根據環境要素、生態敏感性與生態服務功能空間分異規律，將區域劃分成不同生態功能區，其目的是為制定區域環境保護與建設規劃、維護區域生態安全以及資源合理開發利用與工農業生產布局、保育區域生態提供科學依據，為環境管理和決策部門提供管理信息和管理手段。在參與政府管理、指導生態保護和規范生態建設中將發揮重要作用。

2.1 流域生態功能區劃的基本原則

參照國家環境保護部和中國科學院共同頒布的《全國生態功能區劃》和國內相關區域生態功能區劃的案例［13－17］，石羊河流域生態功能區劃要遵循以下原則。

①主導性原則：區域內生態功能的確定以生態系統的主導服務功能為主。在具有多種生態服務功能的地域，以生態調節功能優先；在具有多種生態調節功能的地域，以主導調的節功能優先。在不同地區生態環境的敏感性和制約因素不同，要優先考慮生態環境建設的必要性。石羊河領域水資源十分短缺，由水資源引發生態環境問題嚴重，水資源是制約生態環境建設和社會經濟發展的主要因素［18－22］。

②流域相關性原則：在生態功能區劃過程中，綜合考慮流域上中下游的關系、區域間或區域內生態功能的互補作用。近幾十年來，石羊河流域上游大量修建水庫攔截地表水，致死下游的民勤地區缺水，不得不超量開采地下水來生產，導致地下水位急劇下降，引起荒漠植被衰憊死亡，荒漠生態環境惡化的后果。所以石羊河領域生態功能區劃要充分考慮上中下游的關系［19，22，24］。

③協調性原則：流域生態功能區的確定要與國家主體功能區規劃、重大經濟技術政策、社會發展規劃、經濟發展規劃和其他各種專項規劃相銜接。石羊河領域是生態脆弱區，水資源是生態功能區劃的主導因子，合理分配與利用水資源對生態環境建設、國民經濟發展至關重要。

④分級區劃原則：流域生態功能區劃應與全國生態功能區劃相銜接，要根據流域內不同生態系統服務功能的實際情況，在區劃尺度上應更能滿足區域經濟社會發展和生態保護工作微觀管理的需要，從大尺度到小尺度逐級區劃，以直接的服務功能單元為最基本的劃分單元，基本劃分單元要體現既方便管理又有利于生態服務功能的充分發揮。

2.2 石羊河流域生態功能區劃

表1 石羊河流域生態功能區特征

綜合地貌類型和生態系統中的熱量、水分、植被、土壤、氣候和社會經濟要素等相關要素，大體可劃分為南部祁連山地、走廊綠洲、荒漠等三大相對獨立又相互聯系的一級生態區。一級生態區可以根據生態功能和社會經濟利用價值進一步劃分出若干二級生態功能區。一級生態功能區反映生態功能的總體格局。其命名采用地貌單元＋生態功能兩名法；二級生態功能區反映一級區內生態功能的差異性，是基本的生態功能類型單位，采用中級地貌單元＋植被類型＋生態功能三名法［17］。遵照上述原則，將石羊河流域劃分為3個一級生態功能區及12個亞區。石羊河流域主要生態功能區及其主要特征見表1。

祁連山山地一級生態功能區共劃分了5個二級生態功能區，生態功能主要是水源涵養，經濟利用價值較少，主要是適度放牧和提供一點木材。在流域綜合生態系統管理中，要著重強調生態功能，適度開發經濟效益。綠洲生態功能區共劃分了3個功能區，是石羊河流域主要的經濟生產活動區域，生態服務功能主要是綠洲農田防護林、村鎮園林綠化和綠洲邊緣防風固；這一區域以經濟發展為主，生態服務功能是經濟發展的保障。在流域綜合生態系統管理中，要把經濟建設和生態環境建設并重，片面強調經濟建設就會影響生態功能的發揮。荒漠生態功能區以防風固沙為主，經濟利用價值很低，只有適度放牧。所以在流域綜合生態系統管理中要強調生態建設，限制過度經濟開發利用。

3 石羊河流域生態系統存在的主要生態環境問題

3.1 祁連山地生態系統（功能區Ⅰ）

祁連山區的冰川融水和大氣降水是石羊河流域的主要水源，經過高寒草甸生態系統和森林生態系統綜合調控后，匯集成8條河流，流入石羊河水系；祁連山是石羊河流域的水源地。

目前，高寒草甸生態系統和森林生態系統主要存在的問題是：①受全球氣候變暖的影響，雪線上升，水資源存儲量減少。②過牧：在森林線以下的灌叢牧場和森林線以上的高山草甸牧場，過牧現象非常嚴重，載畜量都在160%以上，使得草場沒有機會更新修復，植被衰敗，草場退化，生產力很低。③墾荒：在山區海拔2700m的高度上，仍然大量開荒種植大麥、油菜、胡麻等作物。④森林破壞：偷盜樹木等現象沒有徹底禁止，以云杉為主的針葉林和混交林都不同程度遭到濫伐和破壞。⑤水源涵養功能降低：祁連山區整體植被退化，淺山草場向灌叢推進，灌叢向森林推進；水源涵養功能降低，局部地方有水土流失面積增大［23，25－27］。

3.2 綠洲系統（功能區Ⅱ）

石羊河流域的平原綠洲系統是指石羊河水資源養育下的天然綠洲和人工綠洲，是整個石羊河流域農業生產和經濟活動的主體；為方便綜合治理規劃，綠洲系統可劃分為：生態系統（包含生態環境、資源等）和社會系統、生產系統三大部分：社會系統包括人口、文化、科教、衛生、交通等等；生產系統包括了農業生產和工業生產；生態系統主要包括城鎮綠化、農田防護林、綠洲邊緣防風固沙林等；生產系統是綠洲系統的核心，包括種植業、養殖業、工業等，是水資源消耗的最主要的部分，在石羊河流域中90%的水資源消耗在綠洲生產系統。

主要問題是：①是生態用水不足，防護林殘缺不全，樹種單一，病蟲害嚴重，抵御自然災害能力差。②灌溉制度和技術落后，水生產效益低，水資源浪費嚴重。③產業結構不合理，高耗水作物種植面積大，如辣椒、洋蔥等。④生產技術落后，科技不發達，科技成果轉化滯后。⑤由于受到水、經濟投入、生產技術等因素限制，綠洲承載能力有限。⑥人口壓力大，人員文化程度低，技術水平不高。

3.3 荒漠生態系統（功能區Ⅲ）

荒漠生態系統就是綠洲外圍的沙漠、戈壁及荒漠草場，是重要的干旱荒漠牧場，也是影響綠洲生態安全的主要因素，是風沙危害的策源地。

主要問題：①綠洲外圍過渡墾荒，過渡放牧，尤其以民勤最為嚴重，沿民勤綠洲外圍，從衛星影像上可以看到在沙漠邊緣開墾的耕地；②由于大量提取地下水灌溉農田，導致地下水位持續下降，水質惡化；③天然、人工防風固沙植被衰敗死亡；④沙丘活化，流沙移動加速，沙害加劇，沙塵暴頻繁，流沙入侵綠洲，直接威脅綠洲生產活動和居民生活。

3.4 水資源管理歷程

石羊河流域一方面水資源短缺，另一方面是上游和下游用水矛盾突出。石羊河流域已建成水庫26座，總庫容4.5億m3，建成干支渠以上渠道713條，長6716km，襯砌率達81%。這些水庫和人工渠道對徑流起到了調節控制作用，保障了工農業發展和居民生活用水，但是卻擠占了生態用水，給生態帶來了災難。石羊河流域水資源管理一直存在管理不到位的情況。為了協調上下游用水，石羊河流域訂立了一系列的分水協議。

1962年制定了《關于解決武威、民勤、永昌三縣用水問題的報告》，明確三縣用水協議和章程，但并未得到真正執行。1990年《甘肅省人民政府關于石羊河流域初步水利規劃問題的批復》對中下游水量分配提出了意見：①保證民勤綠洲長期生存的最低限度需水量。近期香家灣平水年來水量應在不少于現狀2.3×l08m3；②永昌和武威給民勤調水的前提是通過修建工程，增加可用水量；③ 同意修建雜木河水庫和雜木河至香家灣專用輸水渠，平水年按渠尾計量向民勤輸水0.3×l08m3；④在民勤縣境內采取工程措施，大力推廣節水農業，并力爭在2000年以前使民勤來水量達到3×l08m3。

2000年以后，考慮到石羊河流域水資源管理問題的復雜性和生態環境問題的嚴重性，甘肅省水利廳報請省人民政府批準成立了石羊河流域管理局。其主要職責為：①受水利廳委托，負責法律法規的組織實施和監督檢查；②負責流域綜合治理，會同有關部門和地方政府，編制和修訂流域規劃，中長期水供求計劃，并負責監督實施；③統一管理流域水資源，制定、修訂水量分配方案并組織實施，負責流域水資源保護工作；④組織申請、審批、建設、管理流域內控制性重要水工程或調水工程；直接管理干流和一級支流的主要取水工程、總干渠和水庫，負責干流和一級支流的河道管理；⑤制定流域防洪方案，組織協調流域的防洪抗旱工作；⑥協調處理武威、金昌兩市之間的水事糾紛。其職能表明，石羊河流域管理局是省水利廳的派駐機構。盡管其成立可以在一定程度上改善流域的水資源管理，但由于水資源問題并不全是由水造成的，因此仍有局限性。

4 石羊河流域綜合生態系統管理

4.1 主要行政部門及職責

針對以上分析的石羊河流域綜合生態系統存在的問題，提出石羊河流域綜合生態系統管理的具體措施。為了更加清楚的反應流域生態系統管理的組織機構及其職能，首先將石羊河流域武威市的主要相關參與綜合生態系統管理行政機構列入表2。

表2 石羊河流域綜合生態系統管理相關機構的作用和職責

表2是主要參與綜合生態系統管理的行政部門，這些部門必須各司其職，協同管理，才能夠實現綜合生態系統良性發展。除了表2列出的行政部門外，應該在行政部門的組織和協調下，相關的科研單位和社區群眾參加綜合生態系統管理。科研單位主要職責是根據科學研究結果為行政部門的決策提供依據，研究和解決相關領域技術難題，通過技術示范和推廣，為生態工程建設項目提供科技支撐。社區廣大群眾是綜合生態系統中數量最大的群體，也是對影響較大和受益最直接的群體，所以只有廣大社區群眾參與到綜合生態系統管理和建設中，才可以真正做到生態系統的綜合管理，起到較好的效果。

4.2 石羊河流域綜合生態系統管理

在以上分析石羊河流域綜合生態系統中存在的主要問題和應該參與管理的行政部門后，為了更加清楚的反應石羊河流域綜合生態系統管理的整體思路，將石羊河流域綜合生態系統管理做一個簡單的示意圖。石羊河流域綜合生態系統管理見圖1。

圖1 石羊河領域綜合生態系統管理示意圖

將石羊河流域以水資源為紐帶，劃分為水資源形成區（產流區）和水資源消耗區兩大部分。水資源形成區（產流區）主要有稀疏灌叢淺山草場生態系統、森林生態系統、高山草甸生態系統、冰川等。水分消耗區可主要有綠洲系統和荒漠系統，其中綠洲系統有生態系統、生產系統和社會系統。

祁連山地生態系統管理：實施移民政策，將山區的牧民搬遷出來，建立生態無人區，減輕因牧民放牧對生態環境造成的破壞和人口對環境的壓力，配合封育管護措施，在人工干預下促進天然植被恢復與更新，增強天然植被的水源涵養功能；在適宜人工造林的地段進行人工造林；加強山區生態恢復的技術研究和基礎理論研究，提高科技含量。

由發改委、扶貧辦等部門負責生態移民工作，由林業、水保等部門負責生態環境建設、天然植被封育管護和人工造林工作，由本地區或者邀請省上、國家相關科研單位負責科研工作。

綠洲生態系統管理：綠洲生態系統對綠洲生產系統和社會系統起著極其重要的保護作用，主要是農田防護林體系和城市綠化體系。主要管理是加強科學研究，選育和引進適宜防護林樹種，改變目前以單一的楊樹為主的格局，完善農田防護林和綠洲邊緣防風固沙林；增加城市園林綠化面積，主要是擴大以喬木為主的行道樹、四旁植樹、公園和廣場等地的喬木數量，適度發展草坪和小灌木；保證生態用水，確保農田防護林、綠洲邊緣防風固沙林和城市綠化地的用水。

由林業部門會同科研、設計單位提出農田防護林和綠洲邊緣防風固沙林建設規劃，并由林業部門負責實施，由水利部門會同林業部門計算和規劃生態用水的數量和使用范圍、使用方法，由林業部門結合林業建設來負責生態用水的使用；科研單位負責綠洲生態系統基礎研究和相關技術研究，并建立示范區，為林業、水利等工程建設提供科技支撐。

綠洲生產系統和社會系統管理：綠洲生產系統和綠洲社會系統是緊密聯系的，也是認為活動最密集的系統，是綜合生態系統管理服務的核心。綠洲生產系統主要是指農業生產和工業生產，社會系統主要是指社會公共服務體系和人居環境。

建立健全水資源調配制度，農業生產用水、工業生產用水、生態用水和居民生活用水統一協調，合理分配；加強水利基礎設施建設，研究和引進新型節水技術措施，調整產業結構，培育和發展節水產業，提高水資源承載力，提高水資源利用效率；加強科學研究和技術培訓，挖掘科技潛力，提高綠洲生產的科技含量；加強人才培養和引進力度，實施人才戰略。實施計劃生育政策和剩余勞動力轉移政策，加大扶貧工作，有計劃有組織的將部分人口搬移到環境較好的地方；培育第三產業，發展混合經濟；建立健全科教、文衛、交通、信息和專業市場及產供銷等社會服務體系。

綠洲生產系統和社會系統是資源的主要消耗系統，管理最為復雜，涉及到的部門也最多，主要有農業、水利、發改委、商業、交通、教育、立法、科研等諸多部門和單位，政府需要將這些部門和單位統一協調起來，各司其職，統一安排，協調工作。

荒漠生態系統管理：荒漠區生態用水，主要是通過綠洲灌溉補給或者減少地下水開采，使綠洲外圍荒漠區的地下水位恢復到接近荒漠植被衰敗的臨界水位以上（通過研究，大多數荒漠植物衰敗的臨界水位是3～5m）；關停綠洲邊緣荒地的機井，退出近年新墾荒地、還草還荒；嚴禁在荒漠區以任何名義墾荒種地、采挖、濫樵等行為；禁牧或嚴格控制荒漠草場載畜量，減輕對荒漠草場的壓力；采取封育管護或適度人工輔助措施，盡快恢復重點防護區荒漠植被；水分條件較好的地段和重點防護區要進行人工治沙造林，增強防護功能；加強對荒漠化防治技術的研究，主要研究方面有：干旱荒漠植被研究，包括更抗逆的樹種、植被恢復技術、水分平衡技術等；工程治沙技術研究，包括治沙材料、治沙方法、治沙技術等。

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