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水土保持对黄河流域生态承载力影响的分析

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扬州一怪姚大鹏 发表于 2017-11-15 13:51:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
新中国成立以来,经过大规模水土保持综合治理,黄土高原地区农、林、牧业产品的产量显著增加,入黄径流、泥沙同步减少。随着黄河年径流显著减少,下游断流日益严重,水土保持与黄土高原及黄河流域可持续发展的关系已经成为人们关注的热点问题。曹文洪、高季章等人提出了在黄土高原地区发展节水型水土保持的设想[1-2]。孙立安等人通过测算水土保持的生态、经济、社会效益论证了黄土高原水土保持世行贷款项目对当地可持续发展能力的影响[3-4]。戴全厚、刘国彬等人利用系统工程方法,通过多目标线性加权函数建立了综合评价模型,评判小流域的可持续发展水平并提出了有利于小流域可持续发展的具体对策和建议[5-6]。但是已有的研究尚不能综合评价减水、减沙、增产三方面因素对黄河流域可持续发展能力的影响。生态承载力是一种基于物理过程的区域可持续发展能力评价模型,具有物理意义明确、结构简单、应用广泛的特点[7],目前尚未应用于水土保持对可持续发展影响的研究与评价。
1 生态承载力和生态足迹理论要点
生态承载力(ecological capacity)和生态足迹(ecological footprint)理论是20世纪90年代以来,国际上用以解释人类活动与生态、环境关系的一种新理论[7]。生态承载力可以理解为地球生态系统所能提供的、满足人们活动需要的土地面积;生态足迹是与生态承载力相对应的概念,即人类活动占用的地球生态系统的面积;如果生态足迹大于生态承载力,称为生态赤字(ecological defict),反之称为生态赢余(ecological surplus)。生态足迹和生态承载力理论反映了生态系统满足人类社会需求的能力,对可持续发展评价具有一定的指导作用[7-8]。考虑地球生态系统的复杂性和人类经济社会生活的多样要求,生态足迹和生态承载力的大小用标准化的地球生态系统的面积表示,一般由农业用地、建筑用地、化石能源用地三部分组成。农业用地中包括耕地、林地、草地、水域4种土地利用类型。
农业和建筑用地直接改变了生态系统的面貌。
化石能源用地包括两层含义:一是人们目前使用的化石燃料都是地质历史时期生态系统固定并保存下来的太阳能;二是燃烧化石能源释放的CO2,需要植物特别是森林生态系统吸收并转化为新的能源物质。因此化石能源用地可以用固定一定数量太阳能或吸收一定数量CO2的绿色植物(森林)的面积来表示。
某一地区某种土地利用类型的生态承载力可以用下式表示[8]:
(1)
式中:Ecj为某一地区某种土地利用类型的生态承载力,hm2;Ai为生产产品i土地的实际面积,hm2;ki为产品i产量因子。
(2)
式中:Yai为产品i单位面积上的实际产量,kg/hm2;YSi为产品i单位面积上的标准产量,kg/hm2[9]。
某种人类活动的生态足迹表示为[10]:
(3)
式中:Efi为某种生态足迹的面积,hm2;Pi为产品i的产量,kg;Ii为产品i的进口量,kg;Oi为产品i的出口量,kg;YSi为产品i单位面积上的标准产量,kg/hm2。
由于耕地、草地、林地、建筑用地、化石燃料用地和水域等不同土地利用类型单位面积生产能力差异很大,不能直接相加,因此必须对每一土地面积乘以均衡因子(nj),以转化为统一的、可以比较的土地面积[11-12],耕地和建筑用地的均衡因子为2.82,林地和化石能源用地为1.14,草地为0.54,水域为0.22,即[9]:
(4)
(5)
式中:Ec为总生态承载力,hm2;Ecj为不同土地利用类型(耕地、草地、林地、建筑用地、化石燃料用地、水域)的生态承载力,hm2;Ef为总生态足迹,hm2;Efj为不同土地利用类型的生态足迹,hm2;nj为不同土地利用类型的均衡因子。
由于水土流失严重,生态环境脆弱,黄土高原地区经济落后,土地生产力低,人均生态承载力有限,生态赤字问题较为严重;突出表现为20世纪80年代以前很长的一段历史时期内,当地粮食不能自给,依靠区外调剂。通过分析生态承载力的变化,我们可以了解黄土高原水土保持带来的生态与环境效应。
2 黄土高原生态承载力的变化
统计资料显示:截止2000年,黄土高原地区共兴修梯田400万hm2、坝地33万hm2、营造水土保持林512万hm2、水土保持种草210.7万hm2[13--14]。
黄土高原地区坡耕地粮食单产只有750-1500kg/hm2,按式(1)、(2)、(4)计算,每公顷坡地生态承载力只有1.16hm2,“坡改梯”后,单产可以增加1500kg/hm2左右,相当于每公顷梯田增加生态承载力约1.54hm2,目前黄土高原地区梯田面积已达到400万hm2[7],其增加生态承载力(减少生态赤字)的效应达到616.62万hm2。
坝地也具有显著的增产作用,单产达4500-6000kg/hm2,较坡耕地增产3750-5250kg/hm2,根据式(1)、(2)、(4)计算,每公顷坝地可以增加生态承载力4.23hm2。黄土高原地区坝地约有33.3万hm2[7],总计增加生态承载力141.17万hm2。
黄土高原地区水土保持林年生长量约为1.7m3/hm2[15],根据式(1)、(2)、(4)计算,黄土高原地区每公顷林地的森林(能源)承载力为0.97hm2,黄土高原地区水土保持造林约512万hm2[2],其生态承载力总计约为498.62万hm2。
草地的生态承载力可以通过畜产品转化计算。黄土高原人工草地产草量在干旱地区为15000kg/hm2,在半干旱和半湿润地区为30000kg/hm2[9],载畜量为4.11-8.22只/hm2。黄土高原畜牧业生产相当于全国平均水平,按2000年我国羊只存栏2.9亿只、产羊肉274万t[16]计算,平均每只羊每年产肉9kg,则黄土高原地区每公顷人工草地每年可以产肉37-74kg,按照式(1)、(2)、(4)计算,其生态承载力为0.61-1.21hm2。黄土草原人工草地约为210.7万hm2,总生态承载力约为191.35万hm2。
黄土高原水土保持林草主要来源于坡耕地退耕还林和荒山、荒沟造林。经验表明,基本农田建设会带动一定比例的坡耕地还林还草。如果该比例为0.5,则黄土高原地区水土保持林草中,坡耕地还林还草面积为217万hm2,荒坡荒沟绿化面积为506万hm2。坡耕地产粮以1125kg/hm2计算,荒坡荒沟按载畜量(1只/hm2)折算,则水土保持林草原有的生态承载力为325.06万hm2。通过水土保持综合治理,生态承载力增加364.91万hm2,其中造林增加268.33万hm2,种草增加96.58万hm2。
黄土高原水土保持对区域外(下游地区)生态承载力的影响有正有负,负面影响主要为减少黄河径流。
根据《中国水土保持》一书,除去水库拦蓄作用外,黄土高原水土保持措施年均减沙约为2.16亿t;每年减少入黄径流约7.2亿m3[17]。目前黄河下游地区1m3灌溉水可以生产1kg粮食,因此黄土高原地区水土保持大约造成下游地区粮食减产7.2亿kg/a,按式(3)、式(5)计算,其生态足迹为73.65万hm2。
但是,由于黄土高原水土保持,入黄泥沙减少,黄河下游冲沙用水也在减少,按照黄河中游陕县(三门峡)多年平均实测含沙量(37kg/m3)计算,黄土高原水土保持每减少入黄泥沙1t,相应的黄河下游减少输沙用水27m3,因水土保持减少的黄河下游输沙用水数量显著大于入黄径流的减少量,约增加黄河下游可利用水资源31.33亿m3/a(见表3);可以增产粮食31.33亿kg,相应增加生态承载力395.19万hm2。两项合计,黄土高原水土保持可以净增加黄河下游灌区生态承载力321.54万hm2。
由以上分析可知,黄土高原水土保持总计增加黄河流域生态承载力1,444.24万hm2。
3 结论
通过对生态承载力变化过程的对比分析,可以评价人类活动对生态环境的复杂影响。
黄土高原水土保持对整个黄河流域生态承载力的影响是复杂的,其中正效应占绝对优势。正效应主要来源于增产和减沙,总计约1,824.01万hm2;负效应为减水,主要影响流域下游,其绝对值为73.65万hm2,仅占正效益的4.85%。黄土高原水土保持总计净增加黄河流域生态承载力1,444.24万hm2,除去12%的生物多样性用地面积后为1,270.94万hm2,每进行1hm2水土保持综合治理可以增加生态承载力1.25hm2。
黄土高原水土保持可以增加当地生态承载力1,122.70万hm2,占净增加值的77.74%,每进行1hm2水土保持综合治理可以增加当地生态承载力0.97hm2。
根据文献[18]、[19]按各省人口[20]加权平均,黄土高原地区人均生态足迹为1.23hm2。因此,水土保持可以增加黄土高原人口承载力804万人(除去12%的生物多样性面积),相当于水土流失区人口[21]的25.4%。这从理论上解释了为什么最近20年来黄土高原在人口大幅度增加的同时,生态环境有所改善,粮食基本自给、丰年有余,农村贫困问题逐步得以解决。
黄土高原水土保持可以增加黄河下游地区生态承载力321.54万hm2,占净增加值的22.26%,其中减沙为395.19万hm2、减水为-73.65万hm2。
单位面积水土保持措施增加生态承载力的能力不同,不论是对当地还是整个黄河流域,由大到小的顺序依次为坝地、梯田、林地、草地。坝地增加的生态承载力主要来自减少的冲沙用水量,集中在下游地区,占增加值的63.90%;梯田、林地、草地增加的生态承载力主要集中在黄土高原当地,占增加值的87%-96%。
4 参考文献
[1]曹文洪.黄土高原地区提倡节水型水土保持.中国水土保持科学,2003,(1)1:41-44
[2]杨爱民,王浩,高季章,等.黄土高原节水生态型淤地坝建设的方法与措施.中国水土保持科学,2005,(3)3:92-97
[3]孙力安.陕西省黄土高原水土保持世行贷款项目可持续发展效益及管理措施评价.水土保持通报,2005,25(3):105-110
[4]王越,王还珠,赵华.黄土高原水土保持世行贷款项目促进了区域经济的可持续发展.中国水利,2005(12):19-20
[5]戴全厚,刘国彬,刘普灵,等.黄土丘陵区中尺度生态经济系统健康诊断方法探索.中国农业科学,2005,38(5):990-998
[6]刘国彬,杨勤科,郑粉莉.黄土高原小流域治理与生态建设.中国水土保持科学,2004,(2)1:11-15
[7]徐中民,张志强,程国栋.可持续发展定量研究的几种新方法评介.中国人口•资源与环境,2000,(10)2:60-64
[8]Wackernagel M,Onisto L,Bello P,etal..National natural capital accounting with the ecological footprint concept.Ecological Economics,1999,(29):375~390
[9] Wackernagel M,Monfreda C,Schulz N B,Erb K H,Haberl H. footprint analysis method in measuring ecological sustainable .Krausmann F. Calculating national and global ecological footprint time serie:resolving conceptual challenges.Land Use Policy, 2004, 21:271-278
[10]Wackernagel M,Oisto L,Bello P,etal.,Ecological Footprints of Nations.Commissioned by the Earth Council for the Rio+5 Forum. International council for local Environmental Initiatives,Toronto,1997
[11]Haberl H, Erb K H, Krausmann F.How to calculate and interpret ecological footprints for long periods of time: the case of Austria1926-1995. Ecological Economics,2001, 38:25-45.
[12]Wackernagel M,Monfreda C,Erb K H,Haberl H,Schulz N B.Korea for 1961-1999: comparing the conventional approach to anactual land area' approach. Land Use Policy,2004,21:261-269.
[13]杨振怀.关于陕西省水土保持的几点建议.中国水土保持,2000,(1):14-16
[14]陈雷.抓住机遇开拓创新推动我国水土保持工作再上新台阶.中国水土保持,2002,(1):1-4
[15]王佑民.黄土高原防护林生态特征.北京:中国林业出版社,1994
[16]国家统计局.中国统计年鉴(2001).北京:统计出版社,2000
[17]唐克丽.中国水土保持.北京:科学出版社,2004
[18]陈东景,徐中民,程国栋,等.中国西北地区的生态足迹.冰川冻土,2001,23(2):164-169
[19]兰叶霞,赵先贵.山西省2002年生态足迹分析.陕西农业科学,2005,(4):31-35
[20]黄土高原治理综合科学考察队.黄土高原地区的人口问题.北京:中国经济出版社,1990
[21]彭珂珊,上官周平,彭琳.黄土高原水土流失区人口、粮食发展模式与有关政策探讨.青海民族研究(社会科学版),2000,11(3):47-53
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