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第13章 人工植被建设研究(2)

[9]20世纪70年代末以来,黄土高原植树造林日渐被重视,截至1995年共造林种草1010万hm2,其中营造乔木林386.7万hm2,灌木林320万hm2,经济林74.2万hm2,种草234.5万hm2。植被破坏的状况被初步扼制,部分地区植被覆盖度提高,生态环境有所改善。

2黄土高原的古环境气候对生态的影响

众多的史前黄土高原自然环境变迁研究,尤其是对黄土剖面中古土壤条带的研究表明,黄土高原生态恶化有其悠远的地学背景。自第四纪黄土沉积以来,已经经历了三个大的气候回旋和相应的侵蚀回旋,目前已进入第四个侵蚀回旋之中。冰期主要表现为黄土沉积,而侵蚀微弱;潮湿期即间冰期黄土沉积缓慢,古土壤发育,雨量增加,剥蚀和侵蚀作用相对强烈。也就是说,黄土高原至第四纪初开始堆积黄土以来,随着多次冰期和间冰期的交替出现,这一地区的气候、水文、土壤、植被等相应地发生交替回旋,黄土的堆积和侵蚀一直在伴生且非对称地进行着,呈强弱交替的螺旋型上升发展趋势,前一次侵蚀期形成的沟谷系统给下一次侵蚀回旋创造了自然加速侵蚀的基础。因此,黄土高原千沟万壑的地貌景观早在无人类社会的地质时期已发育和发展,黄河泥沙起源于地质时期的自然侵蚀,目前的沟谷系统正是在原沟谷系统基础上形成的。

对旧石器时代早期的古环境与古文化的研究表明,地质年代更新世早期和中期的大部分时间,渭河黄土高原呈森林—草原的植被景观和温暖湿润的气候。多种代用资料分析表明,在中更新世时期,黄土高原地区曾存在远较现代湿润的气候。自中更新世“雨期”以后,后一湿润期的湿润程度都较相应的前一湿润期降低;后一干旱期的干旱程度都较相应的前一干旱期增强。晚更新世晚期,干旱趋势渐明显。

由孢粉分析得知,地质年代的中更新世晚期到晚更新世早期,气候温和半湿润。更新世时期我国环境演变的重大事件之一是现代季风,只有在现代季风形成之后,热量、水分条件的空间分布便进行调整,从而决定现代自然地理环境分布差异的规律。青藏高原的间歇、加速隆起,与此同时所伴随着的现代季风出现并日益加强的过程,是我国境内第四纪时期环境演变的两大影响因素,深刻地控制和改变着大高原及周围地区的自然面貌,奠定了我国三大自然地理区分异的基础。

20世纪60年代,真锅淑郎等人所做的数值模拟表明,对于无山模式,即青藏高原不存在时,现今东亚大陆上,冬季的西伯利亚高压和南亚夏季的印度低压都不出现,即不存在现代季风;增入高原影响后,出现与现代季风环流特征相接近的高低压分布形势。近年来的研究工作证明确实存在着这样一个转变过程,现代季风是青藏高原上升到某个高度之后的产物。喜马拉雅地区,在始新世时还是海洋环境,中新世时强烈的造山运动使这一地区上升为陆地,上新世晚期青藏高原已抬升到平均海拔1000m左右,更新世早期平均海拔为2000m,更新世中期高原面在3000m左右,更新世晚期广大高原面已达4500m~5000m的高度,由于青藏高原隆起初期(更新世早期)平均海拔约达2000m,此时现代季风已经形成,而青藏高原此时的高度还不足以阻挡湿润夏季风的向北深入。高原本身及其周围的黄土高原,由于现代季风的出现迎来了气候比较湿润的时期。相应地,黄土高原是一个天然动植物园。至更新世晚期,随着青藏高原高度不断增长,对湿润夏季风的屏障作用越来越强。当高度超过3000m以上时,愈益强大的西伯利亚冷高压势力范围日渐扩大,干冷气流顺高原东侧而下,黄土高原气候向干冷和干旱化方向发展,黄土高原从一个天然动植物园向草原、荒漠化演变。晚更新世的后一阶段,渭水流域大部分地方的植被已草原化了。由于黄土质地疏松均一,抗蚀力弱,土壤侵蚀现象在一定气候、地貌、植被等因素作用下显得十分活跃。在地质年代第四纪期(更新世早期至全新世早期),尽管没有人类对植被的破坏,但随着气候变化,自然植被也相应发生变化,当气候由湿润向干冷方向发展时,地面植被相应由森林向灌丛、草原演变,直到荒漠化,植被自然退化稀疏,土壤抗蚀性减弱,侵蚀转向相对强烈,形成现代千沟万壑的基本骨架。全新世气候变化的最大特点是旱化趋势明显,春秋至西汉前期(前8世纪中期—前1世纪末),即春秋、战国、秦与西汉时代,年平均气温较现今要高约1℃~2℃,年均降雨量也多于现在。秦和西汉时期(前221—29年),持续的温湿气候使得塔克拉玛干沙漠边缘的丝绸之路上建成了新拓居民点。西汉末年,气候首次明显变冷,黄土高原地区雨量明显减少,干旱相继而至,带来大面积的饥荒。公元前1世纪至6世纪,黄土高原气候属于凉干气候,发生了极度的干旱,在309年,达到了顶点,那时黄河、汉水、漯河都干涸了,以至于人们可以徒步过河。利用陕、甘、宁等省区的历史记载所作分析表明,黄土高原半干旱地区,自公元前2世纪以来,干旱年份出现的频率在不断加大:公元9世纪隋唐及以前,干旱年份出现的几率不超过17%,10世纪至14世纪增大到27%,15世纪至17世纪上升至43%,18世纪再上升为46%,19世纪30年代以来已超过51%。

气候的旱化趋势,对黄土高原的环境影响,可能比气温变化导致的结果更为重要。多年来地理和考古研究已经证实:近两万年中,距今5000年是一个气候变化的分界线。5000年以前气候和温度明显上升,而5000年以后,气温逐渐下降,干燥度增加。持续至现在,其间又有若干次以世纪为期的气温回升和复降。距今10000年至8300年的早全新世,是三个阶段中最冷最干的时期。中全新世(约距今8300至3000年)前后,是暖湿阶段,比当前温度高2.5℃左右,降水量比现在多50%左右,黄土高原年降水量比现今约多100mm。近年的研究分析资料表明,中全新世存在一个相对于现今的高温气候适宜期。中全新世气候适宜期间,夏季风影响范围可能比今天向西向北扩张,气温、降水上升均达到顶点,自然植被带向北推移,土壤的成土作用增强。末次盛冰期间夏季极锋位置约在黄河中游地区,而在气候适宜期极锋位置曾北进到北纬45°以北。现代夏季风影响的北界约比气候适宜期偏南5个纬度左右,长江、黄河流域的年降水量偏少100mm左右。比较有代表性的考古发现是——西安半坡遗址发现距今6000年的獐、竹鼠和貉的动物遗骸,但是它们生活在关中以南气候湿润的长江流域。秦安大地湾遗址,属于仰韶文化晚期的建筑,多用立木支撑房屋,有的主竖墙体竟用150根大小木柱。当时生产力水平低下,还不能长途运输,这些木材只能采伐自当地。大批的考古工作,在黄河中、下游地区发现了许多热带动物遗骸,如野象、犀牛等。

这些证明:距今6000年前渭河流域的黄土高原是森林草原类型的景观,比今天要湿暖。气候适宜期约至距今3000年前结束,约自公元前1100年至公元后1400年,我国气温属寒暖交替时期,气候趋势是变冷、变干。随着气候由湿暖变干冷,黄土高原的植被种属和分布也逐渐发生变化。一方面是耐旱植物成分的增加。而喜温湿阔叶乔木分布区在周秦时期的黄河中游今离石、延安、庆阳一线,到南北朝后期开始逐渐向南退缩,陕北等广大地区则变为以松柏针叶类乔木为主。

3人类侵扰促使黄土高原生态逆向演替不断加速

上述事实并不能阻止人们对黄土高原在人类历史时期生态演化愈来愈强烈的关注,这种演化不仅无法回避,而且最具有科研价值和实际意义。自进入全新世以来,黄土高原各地区先后进入新石器时代,原始农牧业逐步发展起来,人类活动已经作为新的作用力参与到生态植被演替之中,至此,生态植被演变出现了新的态势。

夏、商、周以前,由于人类干扰轻微,黄土高原表现为自然生态系统。自夏、商、西周至汉代,人类在这一地区活动迅速向广度和深度推进。这一时期黄土高原气候温暖湿润,森林草场茂密,生产力不断发展。但由于农业主要在平原河谷区,但渔猎和畜牧也还占有比较重要的地位,广大的丘陵沟壑仍为放牧区,垦荒也仅限于平原,人类活动对自然活动的影响仍然有限,故从人类活动对自然环境的影响的角度,可以把夏、商、西周与新石器时代视为同一时期,黄土高原仍保持原有自然生态环境景观。“丈夫不耕,草木之实足食也。妇女不织,禽兽之皮足衣也。不事力而养足,人民少而财有余”。随着人口增加,兵燹战乱频繁,生态破坏的速率也进一步增大,据郑粉莉等人的研究,人口增加量与侵蚀增加量呈正相关关系。

3.1人口增长

李玉山指出,愈以增高的人口密度和侵蚀环境构成了黄土高原治理的基本矛盾,成为制定治理发展方略、方针的出发点。

龙山文化一开始,或在这之前,黄土高原的人口数不足100万,人口密度仅2人/km2左右。公元前2000年,人口达到700万,人口密度14人/km2左右。在夏、商、周近1500年中,人口总数一直在这个水平上。到了战国末期,铁农具的使用对技术发展而言是一次质的飞跃,农耕者可以在连作的基础上大幅度提高产量,土地所能供养的人口数量也大大提高。出现了“今人有五子不为多,子又有五子,大父未死而又有二十五孙。是以人民众而货财寡,事力劳而供养薄”的现象。当时黄河中上游“庐田庑舍,曾无刍牧牛马之地。人民之众,车马之多,日夜行不止,已无异于三军之众”。

西汉元始二年(2年),关中地区人口已达230万,年均增长率为8.8%,人口密度250人/km2左右。东汉末到西晋至五胡十六国时期,由于人口的大量减少,弃农从牧,人类活动对自然界的影响又转为减弱,自然生态环境趋于逐渐自然恢复阶段,森林植被逐渐增加。西晋太康元年(280年),人口为309万人。隋代和唐代,国家统一,社会安定,同时又处于气候温暖时期,有利于农业生产,社会经济得到较大发展,到处呈现繁荣景象,人口又出现大幅度增长。至公元609年,黄土高原人口达1250万。游牧民族的内迁或内附打破了单一种植业为主的传统经营方式,呈现出农牧混杂的交错状态,从陇山—关中北山—龙门山一线,形成农区与半农半牧区的界线,此线以南为农区,以北为牧区。

北宋时期,黄土高原为三足鼎立之势,战争频繁,对抗激烈,是中原对外矛盾非常激烈的时代,北与契丹对峙,西与党项抗争,都需要屯驻大量军队进行戍守降御。除屯兵外,还招募民众到沿边地带垦种,屯垦戍边,西夏和辽也在沿边地带进行移民屯垦,使人口大量增加。

元代黄土高原地区处于相对稳定时期,但由于残酷的屠杀和战争,人口大量减少,山西人口密度只有8.2人/km2,陕西为2.57人/km2,宁夏1.81人/km2,甘肃1.15人/km2。黄土高原大部分地区居住着游牧民族,以放牧为主或半农半牧。明代为防止蒙古、瓦剌等部落的南侵骚扰,继续在黄土高原屯兵数十万人,明令规定守边士兵以三分守城,七分屯垦,每个屯垦士兵要耕种“百亩”甚至“百亩以上”的土地,兵屯垦田达“153.8万hm2”,年收粮近“105万石”,并向长城沿线大量迁移人口。清代至新中国初期的300多年间,是黄土高原自然环境变化较大的特殊时期。这一时期人口增长较快,到1840年黄土高原人口达到空前的3850多万人,明显高于民国时期1936的3000万人。

黄土丘陵区人口密度在20人/km2~50人/km2左右,黄土塬区达到50人/km2~100人/km2,即使在一些聚落稀疏的荒漠或边远地区,人口密度也大大增加。清嘉庆二十五年(1820年),人口增至2995万人,1949年达到为3639万人。

新中国成立后,社会安宁,人民安居乐业,人口迅速增长,到1980年增至7521万人,1990年达9031万人。黄土高原地区人均耕地已从建国初期的0.457hm2下降到1991年的0.23hm2(调查数据为0.34hm2),低于世界发达国家水平。

随着人口增长,土地开发指数愈来愈高,生态植被愈来愈少。

3.2土壤侵蚀加剧

据叶清超文献,如以距今3000至6000年的全新世中期土壤侵蚀速率为1%计算,则1020年至1194年约2400年间的侵蚀速率为8%,1494~1855年360年间的速率为116%,1949至1980年的30年间则达557%,即建国以后的侵蚀速率远大于历史时期的侵蚀速率;据史德明文献,黄河中游土壤侵蚀自然背景值为每年6.5%亿t~10%亿t,平均由公元前的10.75%亿t%增至1855%年的13.3%亿t,1949年的16.8%亿t,1987%年的22.3%亿t。扣除自然侵蚀率外。人为侵蚀率由6.7%增加到24.8%;据陆仲臣文献,黄土丘陵沟壑区人为因素在加速土壤侵蚀中所占比例,在8000年前为0,6000年前为2%,4000年前为8%,2000年前为18%,而到现代已达30%,可见人为加速侵蚀在生态环境逆向演替中起着主要作用。刘东生等认为除地质环境背景和流水侵蚀的作用外,由于高悬于沟谷之上的黄土层中水分越见减少,从而促进了黄土沉积、环境旱化和草原化的加强。人口迁移、战乱、开荒屯田、滥垦、滥伐等始终伴随着黄土高原森林植被的衰减,导致其面积越来越少,林分质量越来越低,形成了今天童山秃岭的局面。在屯田开发中,由于历史上生产力低下或其他经济、政治、自然的因素,常出现已耕地的搁荒,由于失去原始植被的保护,这些土地不可避免地出现了沙化。毛乌素沙漠原本农耕业很发达,但因超负载的人类经济活动最终演变成了沙漠。中国科学院水土保持研究所安塞水土保持试验站通过近20年的小区试验,结果显示每年由于径流造成减产的农作物平均为153.4kg/hm2,土壤养分流失造成的农作物减产量达10.38kg/hm2。严重的土壤侵蚀,不仅破坏着当地的生产和生活环境,而且直接威胁着黄河下游等地人民的生命和财产安全。

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