书城自然黄土高原生态建设效率研究
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第6章 黄土高原生态建设研究主要观点综述(1)

1关于气候变化

周晓红等认为,近100年来,黄土高原降水量减少了约100mm,气候带的变动导致植被带的相应变迁。长城以北的暖温带典型草原带,受降水量减少的影响,已不适宜于大面积种植速生草类,只能对现有植被加以保护,以防止进一步被破坏。

姚玉璧等的研究结果表明,中国黄土高原各年和各季节的平均气温均呈明显的上升趋势,增温速度大于全国同期增温速度;年降水量和作物生长季节降水量均呈下降的趋势;气候生产力呈递减趋势。

许喜明等人的研究结果显示,黄土高原半干旱区不同树种林地土壤含水量很低,接近于凋萎湿度,且不同林地土壤含水量随深度变化趋势一致,降水作用仅发生在地表至2m左右土层内,在1.8m~4.0m有明显的土壤干化现象,含水量保持在凋萎湿度。土壤干层的存在是该区域林地和荒坡土壤水分分布的普遍规律,主要是由特殊的气候条件造成的土壤水分收支长期亏损的积累结果,并非林木生长的必然现象。

王毅荣等的研究结果表明,黄土高原气候生产力呈递减趋势;存在相关程度高的3个次区域(西部、东部和南部),次区域间气候生产力时间演变差异较大;小波分析表明气候生产力变化2~4a%周期振荡比较明显;气候生产力变化空间系统的移动方向、强度等在4a%内变化明显;高原中北部是气候生产力变化的敏感区;气候生产力的空间变化幅度南部明显大于北部,变化信息有从高原中东部向四周传播的趋势。

2关于生态植被的地带性划分吴钦孝等人对黄土高原重点土壤流侵蚀进行了植被带的划分,将该地区由南向北依次划分森林带、森林草原带、典型草原带和荒漠草原带。其中,森林带北界划定为自山西离石南部,沿西南方向,由石楼过黄河进陕西,经延川、延安,沿子午岭西麓,经志丹县南部进入甘肃,折向西经平凉过关山北端,止于天水。而森林草原带北界则始于神池,由兴县和临县间过黄河至绥德、志丹,经甘肃华池、宁夏固原、越六盘山过华家岭,终止于定西南部,

杨勤业等(1991)在其所制定的黄土高原自然区划方案中,划分了3个地带,依次以年降水量500mm和300mm等值线为界线,即降水量500mm以上区域为森林带,300mm~500mm为森林草原带,300mm以下为草原带。侯学煜在由他主持的中国植被地理研究(2001)中,对黄土高原的天然植被地带性分布进行了划分,由东南向西北依次划分为南部落叶阔叶林带——北部森林草原带、典型草原带——半荒漠带、荒漠带。朱志辉(2005)经过研究发现,天然植被各带之间的界限,与他所计算出的NPP(自然植被初级生产力)等值线的走向是平行的,且存在着一定的对应关系。南落叶阔叶林带在NPP等值线10t/hm2·a的东南,北落叶阔叶林带在NPP等值线9mmt/hm2·a~11t/hm2·a之间,森林草原带在NPP等值线6t/hm2·a~9t/hm2·a之间,典型草原带在NPP等值线1t/hm2·a~7t/hm2·a之间,半荒漠、荒漠带在NPP等值线1t/hm2·a的西北。从而表明NPP可以作为天然植被类型的替代指示指标。许炯心的研究结果与朱志辉相互印证。认为NPP表征的天然植被特征值在黄土高原地区的分布具有显著的地带性。NPP与年平均降水量的关系中存在着两个临界点,分别代表着植被类型的变化,Pm=250mm可视为荒漠与草原植被之间的临界点,而Pm=480mm则为草原(森林草原)与森林(落叶阔叶林)之间的临界点。尽管次生的人工植被受人为因素的控制,由于存在着自然稀疏化过程,将使人工林地最终达到某种与水分承载能力相一致的平衡状态,自然条件如年降水仍然是决定其覆盖度的重要因素。在森林覆盖率与年平均降水量的关系中表现出一个临界点。当Pm<;480mm时,森林覆盖率很低,且随年降水的增大而增大的速率很慢;当Pm>;480mm时,森林覆盖率随年降水量而急剧增大。人为建造的水土保持植被,是一个自然的人工生态系统,也是一个自组织系统,它通过自我调节而趋向于达到某种平衡,建立一定的群落结构甚至于趋向于某种顶极群落,从而实现乔木、灌木、草本植物组成的最优组合。

3关于生态植被的非地带性特征

秦保芳(1992)建议黄土高原植被建设应特别重视非地带性特征。

一是土质非地带性。因为黄土颗粒组成细,孔隙度高,在降水不丰沛的半湿润、半干旱区,降水入渗浅,地面蒸发耗水多。厚层黄土坡地相对干旱,自然植被为草原;在裂隙发育的岩质坡地,降水入渗深,地面蒸发耗水少,自然植被为森林;薄层黄土坡地,由于地下水位较高,树木可通过发达的根系吸取地下水,自然植被也为森林。二是微地貌非地带性。因为黄土高原沟壑密集,地形切割深。沟坡森林植被的分布自南向北呈降低的趋势。在半干旱、半湿润气候条件下,沟谷及沟坡中下部的自然植被为森林,梁峁、塬面及沟坡地中上部的自然植被为草原。三是坡向非地带性。因为阳坡地的地面蒸发耗水大于阴坡,其土壤水分条件也比阴坡干旱,因此,阴坡的的森林分布上限高于阳坡。董林水等的观点与秦保芳基本一致。认为,虽然植被分区建设的理论得到了多数学者的认同,但是各植被分区(落叶阔叶林区、森林草原区、典型草原区、荒漠草原区)在天然植被分布上并没有较明显的差异,尤其是在黄土塬面上,因为土层巨厚的黄土塬面上,很少或根本见不到成片的天然或次生森林群落。实际上,因为黄土特殊岩土性质和土壤水分物理特性,决定了其植被的分布更多地受地形、坡向、坡度等小环境因素的影响,有时甚至这种影响要大于降水及温度等气候因素对植被分布的影响。现有的植被分区过于粗放,与实际的植被分布情况差距较大。植被建设时,过多强调统一的建设模式,有时会导致治理工作上的很多误区。黄土高原应进行更为详细的区划,区划在降雨量、干燥度等气候因素基础上,更多地考虑局部地形以及小环境因素的影响,包括坡向、坡度、海拔、土壤性质等,最终区划结果应利用植被的实际栽培生长效果进行最终的校正。

胡伟等利用经典统计学方

法对黄土高原退耕坡地土壤水分在空间三维不同方向和不同位置的空间变异性进行了研究,并对空间变异的尺度和时间依赖性等问题进行了探讨,以便为坡地水分管理和植被恢复提供参考。研究结果表明土壤水分在垂直方向和水平方向(垂直于坡长方向)的平均变异程度为弱变异;而在东西方向(坡长方向)、二维平面和三维空间上为中等变异性;土壤水分沿坡长方向从坡顶到坡脚表现出先减小后增大的趋势,且在各坡位变异程度不一,呈现出变异程度为坡上>;坡中>;坡下的趋势;土壤水分沿南北方向表现为阴坡>;山脊>;阳坡的明显趋势,其变异程度为阳坡>;阴坡;在40cm~200cm土层深度内,土壤水分在垂直方向表现出先减小后增大的趋势,且在各土层的变异程度与各层平均土壤水分呈明显的正相关。

4关于生态植被演替

刘东生的研究结论为,战国时期由于铁器的广泛使用,农业获得了较快的发展,黄土高原南部如关中平原、汾河中下游平原被大量开垦成耕地,平原地区的森林、草原植被逐步为耕地所取代。大量的事实表明,战国时期是黄土高原植被仍保持原始天然状态的时间下限。

这一时期黄土高原的山地植被仍保持着较好的状态。“阴山(陕北黄龙山)……上多毂柞(楮树)”、“申山(延河上游山地)”、“鸟山(清涧河上游山地)……其上多桑,其下多楮(漆树)”、“诸次之山(米脂佳县之间山地)……多木无草”、“号山(榆林东部山地),其木多漆”、“白於之山(白于山),上多松柏,下多栎檀”。

史念海、曹尔琴、朱士光等人研究结果认为,唐宋时期是黄土高原植被变化的历史转折时期,隋唐初关中平原、汾涑河流域平原已没有天然森林植被。隋唐时期农耕业继秦汉以后达到新的高峰并不断向黄土高原中北部、西部推进,原有的林地、草地变为农田。同时唐长安人口达百万以上,建筑用材、生活用柴需求量很大,除就近在终南山采伐外,还在关中西部的岐山、陇山,山西北部的离石、岚县采伐木材,使黄土高原林草植被大范围遭到破坏。唐末随着隋唐暖湿期的结束,黄土高原气候趋于干化,加之隋唐长达三百多年对植被的开垦破坏,黄土高原植被已发生很大变化,北部毛乌素沙漠南侵,植被带界线南移,植被覆盖度大大降低。

唐后期“夏之属土(靖边、榆林一带),广长几千里,皆流沙,其所产无农桑,唯畜马、牛、羊、橐驼”。天然森林植被仅保存在太行山、吕梁山、芦芽山、云中山等山地。北宋时黄土高原植被状况进一步恶化,北宋初京城开封大兴土木,但附近的山地如蒿山、太行山南段、中条山已无林可采,采伐中心进一步向黄土高原腹地推移。北宋初年采伐中心位于天水西北的夕阳镇,三十年后进一步西移到武山县东的洛门镇。横山是北宋与西夏的界山,北宋政府禁止在横山采伐木材,但驻守官兵为谋利仍任意采伐,使横山“暴雨之期,湍湍大石”,如果横山植被不被破坏,土壤侵蚀也不至如此严重。金元时期黄土高原进一步开垦坡地,“田多山坂硗瘠”。坡地的开垦不仅使丘陵区疏林灌丛草原破坏,人为松动土体也造成严重的人为土壤侵蚀。金曾以开封为都城,皇统元年(1141年)“营建南京(开封)宫室,大发河东(吕梁山地区)、陕西材木,浮河而下”。元代兴建大兴城(北京),大量砍伐山西北部林木,沿桑干河顺流而下。明初在黄土高原北部修筑长城,驻守大量兵士,为解决驻军给养,发关内居民在长城沿线屯垦,黄土丘陵坡地和长城沿线草原遭受毁灭性破坏,明代官员庞尚鹏在《清理山西三关屯田疏》中记述山西北部宁武、偏关、雁门等地的山地几乎全被开垦。

明中叶这些地区“百家成群,千夫为邻,逐之不可,禁之不从”,“林区被延烧者一望成灰,砍伐者数里为扫”。经此破坏,晋北长城沿线再也难以找到成片的森林了。植被的破坏,加之明代中叶“小冰期”的到来,黄土高原自然环境进一步恶化。明末许论在《九边总论》中写到:“镇城(榆林)四望黄沙,不产五谷,不通货贿,一切草粮仰给腹里矣。”

清康熙十二年(1673年)《重修延绥镇志》中写道:“镇(榆林)之山荡然黄沙而已,连冈迭阜而不生草木,间有层崖,又率皆顽石。”

同时《延绥镇志》中记道:靖边“城中无泉,山中无薪,颇有水火不足之虑”。从明清时期的地方志可以看到,只有延安以南的崂山、桥山、黄龙山等地才有森林的记载,广大黄土丘陵区天然植被已荡然无存。

任瑾(1992)认为建国后黄土高原植被破坏主要有三个时期,即20世纪50年代末“******”;60~70年代“****”;70年代“农业学大寨”。建国后黄土高原人口的增长速度超过了历史上任何时期,对植被的破坏十分惊人。例如子午岭林区20世纪50至80年代林线后退20km,平均每年后退0.5km。林地面积减少了42.0%。宁夏固原县20世纪50年代初有天然次生林4.8万hm2,到1981年仅剩0.5万hm2,减少了88.9%。西吉县20世纪50年代有天然次生林0.26万hm2,到1981年仅剩0.03hm2,减少了88.4%。山西吕梁山北部20世纪50年代还生长着茂密的乔木和灌木,到80年代从山麓到分水岭已成裸露的山地,山坡几乎全部被开垦为农田。

桑广书、甘枝茂、岳大鹏等(2002)通过古代文献记录进行植被演替研究响应了以上观点:“周原瞴瞴,堇荼如饴。”

“作之屏之,其菑其翳。启之辟之,其柽其椐。攘之剔之,其髹其柘。”

“呦呦鹿鸣,食野之苹……呦呦鹿鸣,食野之蒿……呦呦鹿鸣,食野之芩。”

生动地描写了周原的肥沃和先周人在周原砍伐树木,开辟农田的过程,也说明当时周原森林,草原植被的繁盛。在周原考察中可以看到,法门—京当—岐阳这一周原的中心区域地表以下80cm~120cm处有一层40cm~110cm的灰色文化层,主要为树木燃烧后的灰烬。另外召陈发掘的宗庙遗址柱础直径达90cm~100cm。这些都可以说明先周时期,周原及附近有可供大量、长期采伐的森林作为燃料、建材,而且不乏直径达90cm~100cm的大树。

5关于植被类型选择

王正秋(2000)提出灌木较乔木更为适应干旱严酷的自然条件,因而在黄土高原地区应优先发展有经济价值的“灌木”树种,特别是在半干旱地区。许炯心(2005)认为,在不知道某地的水分承载条件的情况下,人们在种树时,单位面积上树木数量(即密度)常常会超过水分承载限度。随着树木的生长,对水分的需求量增大,部分植株会死亡,使乔木密度减小。经长期自适应调整后,便会自然地趋向于一个合理的乔木密度值。反之,若种树密度较小,则在某些情况下树木可以通过繁殖,增加自身数量,最后也会趋于一个合理的密度值。人为建造的水土保持植被,是一个自然的人工生态系统,也是一个自组织系统,它通过自我调节而趋向于达到某种平衡,建立一定的群落结构甚至于趋向于某种顶极群落,从而实现乔木、灌木、草本植物组成的最优组合。