黄河流域-黄土高原水土保持与高质量发展:成效、问题与对策

邓蕾,王凯博,汪晓珍,李继伟,上官周平

(1.西北农林科技大学 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西 杨凌 712100;2.中国科学院 水利部水土保持研究所,陕西 杨凌 712100;3.中国科学院 地球环境研究所,西安 710075)

水土保持是江河治理的根本措施,也是提升生态系统质量和稳定性的有效手段,更是我国生态文明建设的重要内容和全面推进乡村振兴的重要基础[1-2].水土保持既是一项必须长期坚持的基本国策,也是新时期山水林田湖草沙系统治理的核心.黄土高原位于黄河流域中游(图1),其范围包括河南、山西、陕西、甘肃、宁夏、青海、内蒙古7个省(区)的全部或部分地区,总面积约64万km2,占全国陆地总面积的6.7%[3].黄土高原不仅是中华文明的重要发祥地,也是我国重要的能源基地.由于历史上黄土高原水土流失比较严重,因此,其一直是我国水土保持和生态建设的重要区域[3-4].

黄土高原生态环境的健康状况直接关系到黄河中下游地区人民群众的生存和发展.新中国成立以来,黄土高原实施了坡耕地整治、淤地坝建设、退耕还林(草)工程、治沟造地、小流域综合治理等一系列生态保护和水土保持工程[5-6],对土壤侵蚀控制、旱区农业生产力提升和生态环境建设等均起到了良好作用[4].与此同时,随着社会经济的发展和城镇化水平的提高,人们对环境的干扰也在逐渐减轻,但迄今仍未从根本上改变区域的生态脆弱性和重大灾害风险性[7],而且重点地区严重的水土流失现状没有发生根本性改变.如何根据新时期黄土高原的生态资源禀赋,及其不同类型区的地理环境、经济条件和发展目标,将不同要素优化整合进行综合研究,因地制宜地规划水土保持与生态高质量发展蓝图与实施路线图,对黄土高原社会经济可持续发展具有重要作用.

随着黄河流域生态保护和高质量发展战略的实施,如何破解生态、生产与生活“三生”协同发展难题,亟待深入研究黄土高原水土保持与高质量发展问题,这对于贯彻落实“绿水青山就是金山银山”理念和生态文明思想具有十分重要的现实意义.本文拟通过分析黄土高原水土保持高质量发展成效和存在的主要困难,提出黄土高原水土保持高质量发展的对策建议,为该区域的绿色发展与生态文明建设提供科技支撑.

1 黄土高原水土保持与高质量发展的成效

新中国成立以来,黄土高原的水土保持工作经历了从坡面治理、沟坡联合治理、小流域综合治理、退耕还林还草、治沟造地、生态保护和高质量发展等阶段,在区域生态建设、生态功能提升等方面成效显著.

1.1 植被覆盖度显著提高,生态系统碳汇功能增加明显

实施退耕还林还草政策以来,黄土高原林草植被大幅度增加,生态景观实现了由“黄”到“绿”的转变(图2).植被覆盖度由1999年的31.6%提高到了2020年的65.0%,其中黄土丘陵沟壑区的植被覆盖率增加最明显[8],陕西省的绿色版图向北推进超过400 km.黄土高原生态系统的年均固碳量从2000年的383.7 g·m-2增加到2020年的479.9 g·m-2(图3)[9].退耕还林工程的实施使得黄土高原的生态系统碳储量增加了约3.2亿t,而且仍具有较大的固碳潜力[4].黄土高原生态环境状况呈现出“总体改善,局部良性循环”的发展态势.

1.2 水土流失得到有效控制,入河泥沙显著减少

黄土高原建成5.6万多座淤地坝,淤成坝地330多万亩,累计拦泥210多亿t,水土流失得到有效控制[4].2000年以来,黄土高原土壤侵蚀强度整体呈现下降趋势,并具有明显的区域性差异,入黄泥沙量由20世纪70年代中期16亿t/a减至现在的平均2亿t/a左右[10](图4).黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀模数下降明显,降幅超过50%[11].退耕还林还草工程实施前,降雨减少、大型水库拦沙及水土保持措施(林草、梯田、淤地坝等)对黄河泥沙减少分别起到30%、30%和40%的作用;退耕还林草工程实施后,三个因素的减沙贡献变为19%、22%和59%,其中林草的减沙贡献增加20%左右,水土保持治理等人类活动对水沙变化的影响程度逐渐增强,而降雨的作用则相对减弱[3].

1.3 产业结构不断优化,耕地生产能力明显提升

黄土高原是连接我国传统农耕区与畜牧区的核心区域,该区发达的传统有机农业曾在历史上创造了灿烂的中华文明.在长期探索中逐步形成了旱作农业、有机农业、低碳农业、设施农业和精准农业等生产性生态农业,以及在部分地区因地制宜地形成了都市农业、休闲观光农业、水土保持型生态农业等综合性生态农业,引领了我国生态保护与农业可持续发展[7].黄土高原地区通过兴修水平梯田为主的农田基本建设,引进抗旱、高产和稳产的农作物品种,采取集水保水的工程和作物栽培技术等管理措施,使该地区粮食及经济作物产量不断提升,有效实现了高产高效农业,保障了区域粮食安全.截至目前,年人均占有粮食约496 kg,高于小康水平人均400 kg[12].

1.4 乡村基本实现脱贫致富,“三生”空间不断优化

黄土高原退耕还林还草政策与农业结构调整、城镇化同步推进,促进了农业生产专业化、剩余劳动力非农化发展,农民增收渠道有所拓展.特别是通过加强生态经济林建设,已形成苹果、枸杞、马铃薯、花椒等主导产业区.据调查,退耕还林还草以来农户收入平均增长了2倍以上,非农收入超过60%[3].同时,区域“三生”空间得到优化,农业生产由坡地向宽幅梯田、坝地和川地集中,生活居住逐渐从山坡向城镇集中,促进了农业向机械化和规模化转型,取得了明显的社会、经济和生态效益.

2 黄土高原水土保持与高质量发展存在的主要困难

黄土高原处于我国干旱半干旱地区,水蚀风蚀并存,受水土资源自然禀赋限制.虽然经过近70年的生态治理,但生态环境的脆弱本质仍未根本改变,灾害风险呈现加重趋势,民生保障仍然十分薄弱,绿色发展面临巨大挑战等问题.

2.1 区域脆弱的生态环境仍未根本改变

黄土结构性差、易于侵蚀,造就了黄土高原严重的水土流失和地质灾害风险.回顾黄土高原的生态治理历程,过去一直偏重于工程或生物治理,生态治理未能与当地产业结构调整、经济发展和民生保障进行充分结合,也缺乏分区分类的精准治理和系统治理.黄土高原在侵蚀面积和强度双下降的背景下,水土流失面积仍有约23.42万km2,约占黄河流域水土流失面积的90%[13].其中,黄河中游多沙粗沙集中来源区面积为1.88万km2,仅占黄土高原总面积的2.9%,但产沙量占到黄河来沙总量的22%[14].因此,黄土高原局部水土流失仍然严重,生态环境依然较为脆弱.

2.2 灾害风险依然较为严重

黄土高原滑坡、崩塌、地裂缝等地质灾害致灾体十分普遍.如陕甘宁地区地质灾害高危险区和极高危险区面积约18万km2;延安市地质灾害易发区面积约3万km2,共有地质灾害隐患点737处,其中滑坡324处,崩塌314处,且活动性较强.在极端气候频发的背景下,洪灾和干旱进一步加剧,加上黄土高原2/3以上大中型淤地坝存在不同程度的病险状况,淤地坝坏损风险剧增,严重制约区域生态安全.2017年,陕西绥德县发生的“7·26”特大暴雨洪灾,损毁淤地坝337座,导致43.27万人受灾,12人死亡,直接经济损失达69.33亿元[11],反映了黄土高原灾害风险加重、危害加剧的现实.

2.3 生态系统稳定性仍面临巨大挑战

黄土高原自实施退耕还林还草以来,地表蒸散发显著增加[15],导致土壤水过度消耗,土壤干层发育迅速[16-17],引发“小老头树”甚至林木枯死现象[18-19],加上林草结构单一、生物多样性较低,导致生态功能未能充分发挥,大规模人工植被恢复已达到水土资源的阈值.因此,如何继续恢复和维持目前林草植被状况是未来面临的重大挑战.例如:由于对植被的过度利用和不合理的植被建设,使沙区的地带性植被从稀树灌丛草原向荒漠化草原、草原化荒漠过渡;“三北”防护林退化严重,生态防护效能下降,而植被建设和土地使用缺乏统筹规划,致使部分区域水土流失、次生盐渍化严重[20].耕地质量等级总体水平偏低.参照全国耕地等级划分档次,该区高等地不足7.6%,92%以上的耕地都是中低等地[21].

2.4 水土保持综合监管技术薄弱

黄土高原水土保持监测平台和制度建设已有较大进展,但监测体系仍不健全,尤其是黄河流域多沙粗沙区尚未建立起必要的监测体系.现有水土流失监测站网布设的覆盖面、代表性不足,监测内容和指标不完善,缺乏水土流失多参数、空-天-地立体化实时自动化监测平台,监测的规范化和自动化程度不高,多站点监测系统协同不够,未能构建起监测数据同化、遴选与挖掘以及评估分析的技术体系[22].另外,以往的监测站网布设及监测内容设计多侧重于科学研究需求,缺少服务国家监管需求的监测,需要加强顶层设计[22].

3 开展黄土高原水土保持与高质量发展的对策建议

3.1 推进黄土高原生态综合治理工程,创新黄土高原生态治理技术体系

在黄土高原生态治理中,创新不同类型区生态治理工程措施.一是塬区固沟保塬,按照“塬面径流调控、沟头沟岸加固防护、坡面植被恢复、沟道水沙集蓄”四道防线进行科学布局,以防止沟道侵蚀扩张,保护优质耕地资源.二是坡面林草保量增效,前期退耕还林还草工程已取得显著成效,林草覆盖面积已趋近阈值.在此基础上,需突破生态系统立体配置与多功能提升技术,实现植被由“浅绿”向“深绿”的转变,达到生态系统服务功能整体提升.三是沟道拦蓄造地,根据沟道水沙特征,完善淤地坝系建设,建设高标准农田体系,巩固提升拦沙与防洪能力,全面提升造地质量与用地综合效益.四是沙区固沙还灌草,科学配置沙区水土资源,加大退化土地整治修复力度,发展形成乔、灌、草、生物结皮相适宜的生态修复模式和防沙治沙为主的“带-网-片”治理技术,恢复稀树灌丛草原景观.

3.2 实施以特色生态衍生产业为中心的“绿水青山”提质增效工程,加快区域生态文明与乡村振兴进程

随着退耕还林还草措施的实施和区域经济的发展,黄土高原植被覆盖明显增加,仅陕西绿色版图向北延伸400 km,建议国家尽快实施以特色生态衍生产业为中心的“绿水青山”提质增效工程,解决生态建设由量变到质变、生态功能提升和高质量发展三大问题,打造坝系田园经济综合体,实现流域清洁生产,壮大现代特色农业发展实体,确保绿色长久的科技支撑能力持续加强,促进绿色升级发展,创新与突破“绿水青山”转变为“金山银山”的关键技术与途径.从区域整体生态功能改善和经济社会发展的视角,明确黄土高原生态保护与修复中“三生”空间格局和生态产业布局,注重生态系统功能提升与社会经济发展相协调,力保黄土高原的生态环境、社会生活与经济状况得到综合发展.

3.3 全面强化水土保持监测监督,创新黄土高原生态治理体制机制

黄土高原亟待构建智能化的水土保持监测与评价科技云,全方位提升水土保持监测与评估水平.建议建立黄土高原空-天-地协同的生态监测网络和数据中心,研发土壤侵蚀快速调查与评价系统、水保工程措施实时感知系统、流域水沙自动监测与智能化监管系统,为水土流失监管提供现代技术平台.各级部门要认真履行管理保护职责,严格执行法规制度,全面落实河长制和湖长制,保护水土资源,遏制水资源过度开发利用,控制人为新增水土流失行为.同时,要推进黄土高原生态治理体制机制创新,健全部门协作和资金投入机制,统一管理自然资源,创新生态补偿机制,激活自然资源资产价值,为乡村振兴和美丽中国建设提供重要支撑.

3.4 加强水土保持基础理论与技术研究,服务山水林田湖草沙系统治理

黄土高原水土流失分布分散,且侵蚀环境复杂,土壤侵蚀从坡面逐渐转为沟道,侵蚀的主要源头发生了改变.面对黄河流域生态保护和高质量发展国家重大战略对水土保持提出的新要求,科技创新能力不强是制约黄土高原水土流失治理的瓶颈.为此,立足水土流失系统治理的理论和技术创新链条,聚焦土壤侵蚀过程与模拟、水土流失阻控与精准治理、流域生态修复与功能提升、水土保持与区域发展等面临的关键科学问题与技术难题,亟须揭示复杂多变环境下土壤侵蚀发生过程与演变规律,阐明水土流失精准阻控与生态系统多功能协同提升的内在机制,剖析山水林田湖草沙系统演化过程与互馈机制,发展水土保持和流域系统治理理论,构建流域生态-资源-经济-社会发展的综合评价体系,补齐水土保持生态功能单一、水土流失精准治理技术缺乏、水土保持系统治理能力不足等短板,支撑黄土高原水土保持与生态文明建设.

4 结 语

黄土高原是我国乃至全球水土流失最为严重和生态环境最为脆弱的地区之一.自20世纪50年代以来,国家和地方政府先后开展了一系列的水土流失和生态环境治理工程,使该区植被得以显著恢复,水土流失得到遏制,生态环境明显改善,实现了由“黄”变“绿”,人民生活亦不断富足,“三生”空间亦不断优化.在黄河流域生态保护和高质量发展上升到国家战略之际,黄土高原水土保持应践行“重在保护,要在治理”,坚持山水林田湖草沙综合治理、系统治理、源头治理,注重生态建设与社会经济发展协同,落实“绿水青山就是金山银山”理念,不断优化水土保持战略布局,充分发挥在黄河流域生态保护和高质量发展战略中的作用,改善区域生态环境,保障黄河长治久安[23],实现乡村振兴和区域绿色发展.