黃河流域-黃土高原水土保持與高質量發展:成效、問題與對策

鄧蕾,王凱博,汪曉珍,李繼偉,上官周平

(1.西北農林科技大學 黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室,陜西 楊凌 712100;2.中國科學院 水利部水土保持研究所,陜西 楊凌 712100;3.中國科學院 地球環境研究所,西安 710075)

水土保持是江河治理的根本措施,也是提升生態系統質量和穩定性的有效手段,更是我國生態文明建設的重要內容和全面推進鄉村振興的重要基礎[1-2].水土保持既是一項必須長期堅持的基本國策,也是新時期山水林田湖草沙系統治理的核心.黃土高原位于黃河流域中游(圖1),其范圍包括河南、山西、陜西、甘肅、寧夏、青海、內蒙古7個省(區)的全部或部分地區,總面積約64萬km2,占全國陸地總面積的6.7%[3].黃土高原不僅是中華文明的重要發祥地,也是我國重要的能源基地.由于歷史上黃土高原水土流失比較嚴重,因此,其一直是我國水土保持和生態建設的重要區域[3-4].

黃土高原生態環境的健康狀況直接關系到黃河中下游地區人民群眾的生存和發展.新中國成立以來,黃土高原實施了坡耕地整治、淤地壩建設、退耕還林(草)工程、治溝造地、小流域綜合治理等一系列生態保護和水土保持工程[5-6],對土壤侵蝕控制、旱區農業生產力提升和生態環境建設等均起到了良好作用[4].與此同時,隨著社會經濟的發展和城鎮化水平的提高,人們對環境的干擾也在逐漸減輕,但迄今仍未從根本上改變區域的生態脆弱性和重大災害風險性[7],而且重點地區嚴重的水土流失現狀沒有發生根本性改變.如何根據新時期黃土高原的生態資源稟賦,及其不同類型區的地理環境、經濟條件和發展目標,將不同要素優化整合進行綜合研究,因地制宜地規劃水土保持與生態高質量發展藍圖與實施路線圖,對黃土高原社會經濟可持續發展具有重要作用.

隨著黃河流域生態保護和高質量發展戰略的實施,如何破解生態、生產與生活“三生”協同發展難題,亟待深入研究黃土高原水土保持與高質量發展問題,這對于貫徹落實“綠水青山就是金山銀山”理念和生態文明思想具有十分重要的現實意義.本文擬通過分析黃土高原水土保持高質量發展成效和存在的主要困難,提出黃土高原水土保持高質量發展的對策建議,為該區域的綠色發展與生態文明建設提供科技支撐.

1 黃土高原水土保持與高質量發展的成效

新中國成立以來,黃土高原的水土保持工作經歷了從坡面治理、溝坡聯合治理、小流域綜合治理、退耕還林還草、治溝造地、生態保護和高質量發展等階段,在區域生態建設、生態功能提升等方面成效顯著.

1.1 植被覆蓋度顯著提高,生態系統碳匯功能增加明顯

實施退耕還林還草政策以來,黃土高原林草植被大幅度增加,生態景觀實現了由“黃”到“綠”的轉變(圖2).植被覆蓋度由1999年的31.6%提高到了2020年的65.0%,其中黃土丘陵溝壑區的植被覆蓋率增加最明顯[8],陜西省的綠色版圖向北推進超過400 km.黃土高原生態系統的年均固碳量從2000年的383.7 g·m-2增加到2020年的479.9 g·m-2(圖3)[9].退耕還林工程的實施使得黃土高原的生態系統碳儲量增加了約3.2億t,而且仍具有較大的固碳潛力[4].黃土高原生態環境狀況呈現出“總體改善,局部良性循環”的發展態勢.

1.2 水土流失得到有效控制,入河泥沙顯著減少

黃土高原建成5.6萬多座淤地壩,淤成壩地330多萬畝,累計攔泥210多億t,水土流失得到有效控制[4].2000年以來,黃土高原土壤侵蝕強度整體呈現下降趨勢,并具有明顯的區域性差異,入黃泥沙量由20世紀70年代中期16億t/a減至現在的平均2億t/a左右[10](圖4).黃土丘陵溝壑區土壤侵蝕模數下降明顯,降幅超過50%[11].退耕還林還草工程實施前,降雨減少、大型水庫攔沙及水土保持措施(林草、梯田、淤地壩等)對黃河泥沙減少分別起到30%、30%和40%的作用;退耕還林草工程實施后,三個因素的減沙貢獻變為19%、22%和59%,其中林草的減沙貢獻增加20%左右,水土保持治理等人類活動對水沙變化的影響程度逐漸增強,而降雨的作用則相對減弱[3].

1.3 產業結構不斷優化,耕地生產能力明顯提升

黃土高原是連接我國傳統農耕區與畜牧區的核心區域,該區發達的傳統有機農業曾在歷史上創造了燦爛的中華文明.在長期探索中逐步形成了旱作農業、有機農業、低碳農業、設施農業和精準農業等生產性生態農業,以及在部分地區因地制宜地形成了都市農業、休閑觀光農業、水土保持型生態農業等綜合性生態農業,引領了我國生態保護與農業可持續發展[7].黃土高原地區通過興修水平梯田為主的農田基本建設,引進抗旱、高產和穩產的農作物品種,采取集水保水的工程和作物栽培技術等管理措施,使該地區糧食及經濟作物產量不斷提升,有效實現了高產高效農業,保障了區域糧食安全.截至目前,年人均占有糧食約496 kg,高于小康水平人均400 kg[12].

1.4 鄉村基本實現脫貧致富,“三生”空間不斷優化

黃土高原退耕還林還草政策與農業結構調整、城鎮化同步推進,促進了農業生產專業化、剩余勞動力非農化發展,農民增收渠道有所拓展.特別是通過加強生態經濟林建設,已形成蘋果、枸杞、馬鈴薯、花椒等主導產業區.據調查,退耕還林還草以來農戶收入平均增長了2倍以上,非農收入超過60%[3].同時,區域“三生”空間得到優化,農業生產由坡地向寬幅梯田、壩地和川地集中,生活居住逐漸從山坡向城鎮集中,促進了農業向機械化和規?；D型,取得了明顯的社會、經濟和生態效益.

2 黃土高原水土保持與高質量發展存在的主要困難

黃土高原處于我國干旱半干旱地區,水蝕風蝕并存,受水土資源自然稟賦限制.雖然經過近70年的生態治理,但生態環境的脆弱本質仍未根本改變,災害風險呈現加重趨勢,民生保障仍然十分薄弱,綠色發展面臨巨大挑戰等問題.

2.1 區域脆弱的生態環境仍未根本改變

黃土結構性差、易于侵蝕,造就了黃土高原嚴重的水土流失和地質災害風險.回顧黃土高原的生態治理歷程,過去一直偏重于工程或生物治理,生態治理未能與當地產業結構調整、經濟發展和民生保障進行充分結合,也缺乏分區分類的精準治理和系統治理.黃土高原在侵蝕面積和強度雙下降的背景下,水土流失面積仍有約23.42萬km2,約占黃河流域水土流失面積的90%[13].其中,黃河中游多沙粗沙集中來源區面積為1.88萬km2,僅占黃土高原總面積的2.9%,但產沙量占到黃河來沙總量的22%[14].因此,黃土高原局部水土流失仍然嚴重,生態環境依然較為脆弱.

2.2 災害風險依然較為嚴重

黃土高原滑坡、崩塌、地裂縫等地質災害致災體十分普遍.如陜甘寧地區地質災害高危險區和極高危險區面積約18萬km2;延安市地質災害易發區面積約3萬km2,共有地質災害隱患點737處,其中滑坡324處,崩塌314處,且活動性較強.在極端氣候頻發的背景下,洪災和干旱進一步加劇,加上黃土高原2/3以上大中型淤地壩存在不同程度的病險狀況,淤地壩壞損風險劇增,嚴重制約區域生態安全.2017年,陜西綏德縣發生的“7·26”特大暴雨洪災,損毀淤地壩337座,導致43.27萬人受災,12人死亡,直接經濟損失達69.33億元[11],反映了黃土高原災害風險加重、危害加劇的現實.

2.3 生態系統穩定性仍面臨巨大挑戰

黃土高原自實施退耕還林還草以來,地表蒸散發顯著增加[15],導致土壤水過度消耗,土壤干層發育迅速[16-17],引發“小老頭樹”甚至林木枯死現象[18-19],加上林草結構單一、生物多樣性較低,導致生態功能未能充分發揮,大規模人工植被恢復已達到水土資源的閾值.因此,如何繼續恢復和維持目前林草植被狀況是未來面臨的重大挑戰.例如:由于對植被的過度利用和不合理的植被建設,使沙區的地帶性植被從稀樹灌叢草原向荒漠化草原、草原化荒漠過渡;“三北”防護林退化嚴重,生態防護效能下降,而植被建設和土地使用缺乏統籌規劃,致使部分區域水土流失、次生鹽漬化嚴重[20].耕地質量等級總體水平偏低.參照全國耕地等級劃分檔次,該區高等地不足7.6%,92%以上的耕地都是中低等地[21].

2.4 水土保持綜合監管技術薄弱

黃土高原水土保持監測平臺和制度建設已有較大進展,但監測體系仍不健全,尤其是黃河流域多沙粗沙區尚未建立起必要的監測體系.現有水土流失監測站網布設的覆蓋面、代表性不足,監測內容和指標不完善,缺乏水土流失多參數、空-天-地立體化實時自動化監測平臺,監測的規范化和自動化程度不高,多站點監測系統協同不夠,未能構建起監測數據同化、遴選與挖掘以及評估分析的技術體系[22].另外,以往的監測站網布設及監測內容設計多側重于科學研究需求,缺少服務國家監管需求的監測,需要加強頂層設計[22].

3 開展黃土高原水土保持與高質量發展的對策建議

3.1 推進黃土高原生態綜合治理工程,創新黃土高原生態治理技術體系

在黃土高原生態治理中,創新不同類型區生態治理工程措施.一是塬區固溝保塬,按照“塬面徑流調控、溝頭溝岸加固防護、坡面植被恢復、溝道水沙集蓄”四道防線進行科學布局,以防止溝道侵蝕擴張,保護優質耕地資源.二是坡面林草保量增效,前期退耕還林還草工程已取得顯著成效,林草覆蓋面積已趨近閾值.在此基礎上,需突破生態系統立體配置與多功能提升技術,實現植被由“淺綠”向“深綠”的轉變,達到生態系統服務功能整體提升.三是溝道攔蓄造地,根據溝道水沙特征,完善淤地壩系建設,建設高標準農田體系,鞏固提升攔沙與防洪能力,全面提升造地質量與用地綜合效益.四是沙區固沙還灌草,科學配置沙區水土資源,加大退化土地整治修復力度,發展形成喬、灌、草、生物結皮相適宜的生態修復模式和防沙治沙為主的“帶-網-片”治理技術,恢復稀樹灌叢草原景觀.

3.2 實施以特色生態衍生產業為中心的“綠水青山”提質增效工程,加快區域生態文明與鄉村振興進程

隨著退耕還林還草措施的實施和區域經濟的發展,黃土高原植被覆蓋明顯增加,僅陜西綠色版圖向北延伸400 km,建議國家盡快實施以特色生態衍生產業為中心的“綠水青山”提質增效工程,解決生態建設由量變到質變、生態功能提升和高質量發展三大問題,打造壩系田園經濟綜合體,實現流域清潔生產,壯大現代特色農業發展實體,確保綠色長久的科技支撐能力持續加強,促進綠色升級發展,創新與突破“綠水青山”轉變為“金山銀山”的關鍵技術與途徑.從區域整體生態功能改善和經濟社會發展的視角,明確黃土高原生態保護與修復中“三生”空間格局和生態產業布局,注重生態系統功能提升與社會經濟發展相協調,力保黃土高原的生態環境、社會生活與經濟狀況得到綜合發展.

3.3 全面強化水土保持監測監督,創新黃土高原生態治理體制機制

黃土高原亟待構建智能化的水土保持監測與評價科技云,全方位提升水土保持監測與評估水平.建議建立黃土高原空-天-地協同的生態監測網絡和數據中心,研發土壤侵蝕快速調查與評價系統、水保工程措施實時感知系統、流域水沙自動監測與智能化監管系統,為水土流失監管提供現代技術平臺.各級部門要認真履行管理保護職責,嚴格執行法規制度,全面落實河長制和湖長制,保護水土資源,遏制水資源過度開發利用,控制人為新增水土流失行為.同時,要推進黃土高原生態治理體制機制創新,健全部門協作和資金投入機制,統一管理自然資源,創新生態補償機制,激活自然資源資產價值,為鄉村振興和美麗中國建設提供重要支撐.

3.4 加強水土保持基礎理論與技術研究,服務山水林田湖草沙系統治理

黃土高原水土流失分布分散,且侵蝕環境復雜,土壤侵蝕從坡面逐漸轉為溝道,侵蝕的主要源頭發生了改變.面對黃河流域生態保護和高質量發展國家重大戰略對水土保持提出的新要求,科技創新能力不強是制約黃土高原水土流失治理的瓶頸.為此,立足水土流失系統治理的理論和技術創新鏈條,聚焦土壤侵蝕過程與模擬、水土流失阻控與精準治理、流域生態修復與功能提升、水土保持與區域發展等面臨的關鍵科學問題與技術難題,亟須揭示復雜多變環境下土壤侵蝕發生過程與演變規律,闡明水土流失精準阻控與生態系統多功能協同提升的內在機制,剖析山水林田湖草沙系統演化過程與互饋機制,發展水土保持和流域系統治理理論,構建流域生態-資源-經濟-社會發展的綜合評價體系,補齊水土保持生態功能單一、水土流失精準治理技術缺乏、水土保持系統治理能力不足等短板,支撐黃土高原水土保持與生態文明建設.

4 結 語

黃土高原是我國乃至全球水土流失最為嚴重和生態環境最為脆弱的地區之一.自20世紀50年代以來,國家和地方政府先后開展了一系列的水土流失和生態環境治理工程,使該區植被得以顯著恢復,水土流失得到遏制,生態環境明顯改善,實現了由“黃”變“綠”,人民生活亦不斷富足,“三生”空間亦不斷優化.在黃河流域生態保護和高質量發展上升到國家戰略之際,黃土高原水土保持應踐行“重在保護,要在治理”,堅持山水林田湖草沙綜合治理、系統治理、源頭治理,注重生態建設與社會經濟發展協同,落實“綠水青山就是金山銀山”理念,不斷優化水土保持戰略布局,充分發揮在黃河流域生態保護和高質量發展戰略中的作用,改善區域生態環境,保障黃河長治久安[23],實現鄉村振興和區域綠色發展.