魯妮

“蒼黃原野囂張，山腳壑旁村莊。祖輩父輩墾荒，糧食飲水向蒼?！薄皷|亞細(xì)亞的腹地，一派空曠遼遠(yuǎn)、觸目驚心的蒼黃?！薄拔壹易≡邳S土高坡，四季風(fēng)從坡上刮過……”

蒼冷的詩(shī)句、形象的描述、耳熟能詳?shù)母枨?，將我們的思緒帶往神秘的黃土高原。“黃天厚土大河長(zhǎng)，溝壑縱橫風(fēng)雨狂”，描述的就是黃土高原溝壑縱橫、地表破碎的典型地貌特征和天氣多變的氣象特點(diǎn)。

近年來，在各項(xiàng)政策和措施的推動(dòng)下，黃土高原生態(tài)環(huán)境大幅改善。到底哪些措施、多大程度上讓黃土高原生態(tài)改善了？植被恢復(fù)的限度在哪里？這些都需要科學(xué)研究來為我們解答，要從科學(xué)的角度去評(píng)判和理解黃土高原各項(xiàng)治理措施的作用。

傅伯杰院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)對(duì)黃土高原地區(qū)的生態(tài)展開了深入研究。早在2005年，傅伯杰院士就獲得過國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，當(dāng)時(shí)的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目是《黃土高原土地利用與土壤侵蝕》。傅伯杰院士團(tuán)隊(duì)不斷探索，把研究主題綜合拓展與深化。時(shí)隔15年，他牽頭的《黃土高原生態(tài)系統(tǒng)過程與服務(wù)》項(xiàng)目再次獲得2020年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（團(tuán)隊(duì)成員：按照排名順序依次為傅伯杰院士、陳利頂研究員、呂一河研究員、馮曉明研究員、王帥教授）。

蒼涼成歷史，疑似到江南

廣義的黃土高原地區(qū)60余萬平方千米，風(fēng)成堆積（地表風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)過程產(chǎn)生的堆積物）始于250萬年前，黃土厚度達(dá)數(shù)十米至兩三百米，歷史氣候冷暖干濕交替，自古以來就是文人墨客眼中的荒涼秘境。

歷史上各朝代為了抵御北方游牧民族侵?jǐn)_，有過多次發(fā)動(dòng)百姓和軍隊(duì)去黃土高原農(nóng)墾和戍邊的情況。隨著人口增加和土地開墾，黃土丘陵坡地上原生植被逐漸被破壞，形成大量坡耕地，土壤疏松，抗侵蝕能力弱，一遇到侵蝕性降雨就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的水土流失，大量黃土通過大小支流匯入黃河。

中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員呂一河介紹，黃河輸沙量曾達(dá)到16億噸/年。而20世紀(jì)80年代以后，黃土高原地區(qū)的小流域綜合治理被提上日程，并進(jìn)行了一定范圍的試驗(yàn)示范及推廣。特別是2000年以來，“在退耕還林、還草的政策下，各種植被措施、工程措施聯(lián)合發(fā)力，近年來黃河的泥沙量被控制減少到2～3噸/年?！?/p>

黃土高原地區(qū)經(jīng)過多年的治理和發(fā)展，大部分坡耕地都退為林地或草地。蒼冷凄涼、滿目黃土的景象已成為歷史，取而代之的是綠油油的植被，以及降雨后云霧繚繞的山間、山下若隱若現(xiàn)的村莊和城鎮(zhèn)?！吧踔劣械娜巳チ撕蟾杏X仿佛到了江南?！眳我缓诱f，“歷史恰恰與當(dāng)前形成了鮮明的對(duì)照，我們國(guó)家大力開展生態(tài)文明建設(shè)，中國(guó)生態(tài)狀況得到了很大的改善。黃土高原地區(qū)尤其明顯，它是近20年全國(guó)植被恢復(fù)效果最顯著的地區(qū)?！?/p>

那么黃土高原地區(qū)的生態(tài)為什么能夠得到修復(fù)呢？哪項(xiàng)措施貢獻(xiàn)更大？

泥沙減少量化歸因：黃河泥沙為什么減少了

九曲黃河萬里沙，黃河曾經(jīng)是世界上輸沙量最大的河流，其中90%以上的泥沙來源于中上游的黃土高原。一直以來，黃河治理的難題就是水少沙多，含沙量大。近20年來，在退耕還林還草、水土保持綜合治理、流域治理等措施下，黃河里的含沙量大幅度下降。

那么，哪些因素對(duì)泥沙減少起作用了呢？各項(xiàng)因素分別起了多大的作用呢？

傅院士團(tuán)隊(duì)利用黃土高原過去60年的降水、徑流和泥沙等觀測(cè)數(shù)據(jù)，探索了黃河水沙變化過程的機(jī)制，定量甄別出各個(gè)因素對(duì)河流泥沙減少的貢獻(xiàn)率。我們知道，隨著降雨和地表產(chǎn)流、匯流過程，黃土高原的泥沙就會(huì)被帶到河流里，河流含沙量的多少跟降雨和地表產(chǎn)流、匯流過程相關(guān)的多種因素都會(huì)有關(guān)系，那么，不同因素對(duì)河流泥沙的影響如何呢？傅院士團(tuán)隊(duì)的研究表明，降水減少對(duì)黃河泥沙減少的貢獻(xiàn)率達(dá)到12%。此外，產(chǎn)流能力降低對(duì)泥沙減少的貢獻(xiàn)率達(dá)58%，產(chǎn)沙能力降低的貢獻(xiàn)率達(dá)30%。

除了自然因素，我們?nèi)藶榈母黜?xiàng)工程措施，哪些對(duì)減沙的貢獻(xiàn)更大呢？研究發(fā)現(xiàn)，壩庫(kù)、梯田等工程措施是20世紀(jì)70年代至90年代黃土高原產(chǎn)沙減少的主要原因，其減沙貢獻(xiàn)占54%。2000年以來，隨著退耕還林還草工程的實(shí)施，植被措施成為了土壤保持的主要貢獻(xiàn)者，其減沙貢獻(xiàn)占57%。坡面植被的改善，使淤地壩攔截的泥沙減少，也延長(zhǎng)了淤地壩的使用壽命?？偟膩碚f，坡面和溝道的措施共同作用把黃河泥沙量控制到了高強(qiáng)度人類活動(dòng)影響之前的程度。

但呂一河也指出，隨著壩庫(kù)等工程措施攔沙能力的逐漸下降，在黃土高原維持一個(gè)可持續(xù)的植被生態(tài)系統(tǒng)對(duì)有效保持土壤和控制黃河輸沙量反彈具有更加重要的作用。同時(shí)，水沙減少對(duì)黃河三角洲也具有重要影響，黃河生態(tài)保護(hù)修復(fù)與水沙管理需要向全流域整體協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)變。

植被恢復(fù)并不是越多越好

若不了解實(shí)際情況的話，很多人可能會(huì)認(rèn)為，退耕還林還草，植被恢復(fù)越多，生態(tài)就越好，實(shí)際上并非如此。

呂一河介紹，任何生物的生存和發(fā)展都要依靠水、消耗水。植被恢復(fù)越多可以增加植被和土壤里的碳，增加生物量的供給，養(yǎng)活更多依靠植物生存的生命，但是綠色植被系統(tǒng)也要消耗更多的水，需要考慮水資源條件并進(jìn)行合理判定。

也就是說，我們需要考慮植被恢復(fù)的程度應(yīng)該被控制在什么范圍內(nèi)而不會(huì)加劇水資源匱乏。黃土高原地區(qū)大部分處于半干旱和半濕潤(rùn)氣候條件，水資源原本就比較緊缺，植被過度恢復(fù)可能會(huì)影響到人們的生產(chǎn)生活用水。

那么各個(gè)區(qū)域的植被具體應(yīng)該恢復(fù)到什么程度呢？傅院士團(tuán)隊(duì)結(jié)合遙感技術(shù)、大尺度生態(tài)模型模擬，對(duì)碳水關(guān)系進(jìn)行了量化研究?！盎谶@套定量的方法，我們初步量化了黃土高原地區(qū)水資源條件能夠承載的植被生產(chǎn)力水平。同時(shí)，我們也面向未來預(yù)估了人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水需求和植被修復(fù)需求應(yīng)達(dá)到一個(gè)怎樣的平衡?！眳我缓诱f。

研發(fā)綜合模型助力生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域化評(píng)估

基于對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究，傅院士團(tuán)隊(duì)還發(fā)展了一個(gè)在區(qū)域尺度上定量評(píng)價(jià)和模擬的模型。該模型受到國(guó)際專家的廣泛認(rèn)可，模型的設(shè)計(jì)思路和優(yōu)化方法的應(yīng)用被認(rèn)為可能是未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域化綜合模型的一個(gè)發(fā)展方向。

“在進(jìn)行模型設(shè)計(jì)時(shí)，我們也參考了一些國(guó)際上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估模型?，F(xiàn)有模型雖然考慮了多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的協(xié)同和彼此間的矛盾，但并沒有很好地從定量評(píng)價(jià)和模擬的角度來解決這個(gè)問題?！备挡茉菏繄F(tuán)隊(duì)采取了多模塊系統(tǒng)化的模型設(shè)計(jì)，納入情景創(chuàng)建模塊、權(quán)衡分析模塊和基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化模塊，在方法上具有創(chuàng)新性。呂一河說：“我們將這一模型在50平方千米的小流域進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證，取得了良好的效果。模型仍在不斷拓展和完善之中。”

生態(tài)保護(hù)：機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

2015年，聯(lián)合國(guó)發(fā)布了面向2030年的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)體系，其中第15個(gè)目標(biāo)中就有實(shí)現(xiàn)土地退化零增長(zhǎng)的內(nèi)容。在呂一河看來，實(shí)現(xiàn)土地退化零增長(zhǎng)，一是要遏制土地退化，二是要加大土地生態(tài)修復(fù)力度。2020年，聯(lián)合國(guó)為了推動(dòng)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，又發(fā)布了從2021年到2030年的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)10年計(jì)劃，號(hào)召各國(guó)在生態(tài)恢復(fù)領(lǐng)域把工作做得更好?！捌鋵?shí)，在2030年實(shí)現(xiàn)所有目標(biāo)還會(huì)面臨非常多的困難?！眳我缓诱f。

中國(guó)以山地為主，高質(zhì)量土地資源少，生態(tài)脆弱區(qū)面積很大。并且，即便是在生態(tài)脆弱區(qū)，也有很多老百姓在那里生產(chǎn)生活，勢(shì)必會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定的壓力和干擾。呂一河表示，促進(jìn)生態(tài)保護(hù)和民生福祉關(guān)系協(xié)調(diào)，也是中國(guó)推進(jìn)生態(tài)修復(fù)工作面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

在挑戰(zhàn)中也蘊(yùn)含著機(jī)遇。一方面，國(guó)家重視生態(tài)保護(hù)，通過國(guó)土空間規(guī)劃及其生態(tài)修復(fù)專項(xiàng)規(guī)劃，強(qiáng)化了生態(tài)修復(fù)工作的地位及其系統(tǒng)化的落實(shí)，還發(fā)布了一些生態(tài)補(bǔ)償政策予以支撐。另一方面，在做生態(tài)修復(fù)時(shí)不能單純就自然而修復(fù)自然，實(shí)際上更深層的修復(fù)是把人和自然關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào)和修復(fù)，這是一個(gè)長(zhǎng)期的過程。需要從產(chǎn)業(yè)發(fā)展、就業(yè)引導(dǎo)、生態(tài)文化振興等多方面采取措施，加強(qiáng)研究和實(shí)踐，促進(jìn)人與自然和諧共生的生態(tài)文明建設(shè)深度發(fā)展。

從蒼茫黃土到綠意盎然，在生態(tài)保護(hù)政策推動(dòng)下，青草綠樹長(zhǎng)起來了;“荒山種果樹，綠化又致富了”;沙塵少了，空氣好了;就業(yè)選擇多了……“我們要進(jìn)一步豐富生態(tài)學(xué)這一學(xué)科的內(nèi)涵，把老百姓的生計(jì)、福祉和國(guó)家政策考慮進(jìn)來，加強(qiáng)對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然3個(gè)維度的綜合，來研究生態(tài)修復(fù)。研究生態(tài)修復(fù)工程在什么程度上取得了成功，還有哪些問題，如何動(dòng)態(tài)優(yōu)化，為未來理論和實(shí)踐發(fā)展提供可靠的科學(xué)依據(jù)?！眳我缓?說。

知識(shí)鏈接

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)：指人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得的各種惠益，包括供給服務(wù)（如提供食物和水）、調(diào)節(jié)服務(wù)（如控制洪水和疾?。⑽幕?wù)（如精神、娛樂和文化收益）以及支持服務(wù)（如維持地球生命生存環(huán)境的養(yǎng)分循環(huán)）等。

產(chǎn)流能力：降水經(jīng)地表植被、土壤等的緩沖和調(diào)節(jié)后，產(chǎn)生地表徑流的能力。

產(chǎn)沙能力：侵蝕性降雨條件下，地表土壤發(fā)生侵蝕產(chǎn)沙的強(qiáng)度。