南亚地区农业发展状况及其对河流下游和沿岸地区的影响

[斯里兰卡]锡特拉.S.阿塔帕图 德克希卡.C.科迪图沃库

农业是全球最大的水资源消耗者,在水资源短缺的时代已越来越引起人们的关注。在发展中国家,水资源问题变得更加复杂,贫困和人口数量的不断增加,促使必须对有限的水资源进行有效的管理。除了马尔代夫和不丹以外,几乎所有的南亚国家都高度依赖于农业(20%以上的国土是可以耕种的),孟加拉国尤其如此。目前,南亚各国面临的挑战是如何在满足人们即时之需和维持生物圈长期提供资源的能力之间保持平衡。

在南亚地区,大约有94%的适合于农作物种植的耕地都已经进行了耕种,可以扩张的农业土地非常有限。由于当地的食品高度短缺,在管理好有限资源的同时,平衡河流下游和沿岸地区的需要显得非常重要。尽管已有很多针对农业方面的研究,但是很少有人注意到实施水资源管理对河流下游和沿岸地区的影响。目前对于水资源,往往是以一种分割性的方式进行管理,而没有注意到其与河流系统,包括沿岸在内的联系。本文以南亚地区为重点,主要是因为该地区快速的人口增长、经济发展和饮食结构的变化。南亚地区各国的社会文化价值相似,并且也都高度依赖于农业灌溉。该地区已呈现出了仅次于中亚的第二大取水区的特点。

本文旨在评估目前的农业实践和存在的问题以及对下游河流的影响,以便于在南亚地区采取以流域为基础的方法进行水资源管理。

1 农业背景

尽管南亚地区面临水短缺,但是根据现有资料统计,这种水短缺主要是经济性的缺水而非物理性的缺水。除了巴基斯坦以外,该地区其他国家的取水率比水源的可利用率要低很多,巴基斯坦的取水量和水资源可利用量分别是1187m3和1415m3。最近研究人员使用沃特斯姆模型(Watersim Model)进行了水短缺的分析,结果表明,斯里兰卡是该地区唯一一个不存在缺水或水资源短缺的国家,而印度和巴基斯坦已经濒临水资源短缺的物理边缘。

孟加拉、印度、巴基斯坦和尼泊尔的人口预计会以指数的形式增长,人们对土地和水资源的需求会与日俱增。2004年,不丹和尼泊尔的农业活动人口数量很高,分别为其总人数的50%和 42%。这种农业依赖与其国内人口大多数为农业人口有关,而就从事农业的实际人口来看,孟加拉国是排在印度之后农业人口最多的国家。

尽管南亚地区所占的面积少于全球陆地面积的2%,却构成了全球农业用地面积的14%。除了马尔代夫外,所有南亚国家有20%以上的耕地具有灌溉系统,其中巴基斯坦的耕地灌溉率为最高,达到了81%,其次是孟加拉,其耕地灌溉率为55%。取水较多的国家多为种植高耗水量农作物的国家,例如种植水稻等,斯里兰卡和孟加拉两国即是这样,这两个国家的水稻产量占其国内农作物产量的一半以上,分别为 85%和55%。大量的取水还归因于年久失修和低效率的基础设施所造成的大量浪费。

2 农业景观和土地退化

在考虑上游的农业活动对下游的生态系统的健康和可持续性造成影响的时候,有必要认识上游的农业景观及其变化,包括土地退化等方面。因为这些情况对河流的下游会有明显的影响。

2.1 农业景观

流域景观由湿地构成,包括水稻等农业景观,南亚地区的马尔代夫和不丹的农业景观自1990年以来已显示出可喜的效果。

农业管理实践对土地退化的脆弱性具有明显的影响。粗放型和管理不善的用地系统比集约型和精心管理的土地更容易退化。同时,沿河农业管理不善而导致的洪水,会对河岸造成严重的侵蚀以及造成沿岸生产性农地的损失,从而导致景观的总体改变,同时也会增加向河流下游的泥沙输移。

坡度为 40°～60°的坡地等敏感地段的景观更容易发生变化及退化,尤其是更容易受到水的侵蚀。在这样的坡地上修筑梯田会导致表层土慢慢地流失,这些流失的表层土最终会在洪泛区和河流系统的水体中堆积,导致增加洪水发生的概率。

图1为南亚地区各国可再生水资源状况以及人均可获得的水资源与取水情况的对比(马尔代夫和阿富汗的数据无法获得)。本数据来自第4届世界水理事会(2006年)和联合国开发计划署(UNDP)发布的《人类发展报告》(2006年)。

集约型农业景观来源于南亚的“绿色革命”,由于处于边缘地带的农地已被过度开发而导致超出其生产能力,这些革命性的实践采用了可溶性的化肥和杀虫剂,由此使得其下游的营养成分不断流失,这是造成流域内水质恶化的主要原因。在亚洲,在1985年之前,据估计大约有27%的内陆和滨河泽地(包括小湖泊和水塘)由于集约型农业的发展而枯竭。

图1 南亚地区各国可再生水资源状况

引水系统和水利设施(水库、水坝等)造成印度一些江河萎缩以及三角洲系统的退化。另外,印度通过实施国家河流联接项目(NRLP)计划来实现跨流域调水,也会给下游地区造成巨大的影响。

2.2 土地退化

土地退化是南亚地区面临的严重问题,植被层的迁移所引起的耕地土壤侵蚀和土地条件退化等问题,将会不可避免地影响到食品的安全。南亚地区河流的水质正在恶化,这就迫使人们必须采取强有力的人工干预措施来挽回水质恶化的局面。

在全球背景下,用地变化预计是造成2050年以前生态系统服务功能改变的主要原因。在最近几十年,农耕地、牧场的扩张,再加上能量、水和化肥消耗量的增加,以及大量的生态多样性的丧失、森林覆盖率降低等原因,导致了很多地方的景观难堪重负。生态多样性的丧失是由于生态栖息地的丧失、改变和破碎,土壤和水的退化,以及当地物种的过度开发所造成的。用地的改变和水文状况的变化导致了流域和湿地生态系统结构的重大损失。

在南亚地区,人口数量在不断地增加,因此需要增加农业用地和满足人们的居住用地,从而就导致了5800k m2林地覆盖的丧失。农业活动对森林的破坏,例如建立永久性农作物种植区、改变耕地和牲口畜养等,将造成该地区的土壤侵蚀和土地退化。

由于农业方面的管理措施不完善而造成的土地严重退化现象在斯里兰卡很普遍。南亚地区土地退化的比例为:斯里兰卡 ＞50%、印度 ＞50%、巴基斯坦 ＞20%、孟加拉 ＞25%。被开垦的喜玛拉雅山区种植带已经经受了严重的水蚀和风蚀。

大范围的林地转变为其他形式的农业用地,尤其是在陡峭的山地种植茶叶,例如在坡度为 35°以上的坡地种植茶树,并且没有采取足够的保护措施,导致了严重的土壤侵蚀。在热带山地生态系统中,茶树总是被单列出来,被认为是对生态系统的威胁,因为茶树会导致表层土的缺失,从而耗尽土壤的肥力,结果致使农民更加地依赖于化肥。

其他一些导致土地退化的原因还包括土壤的酸化和盐碱化,这些通常与农业活动有关,对印度北部、孟加拉和印度的恒河平原的状况都有报道。在印度哈里亚纳邦(Haryana),有60%的耕地面临着土壤退化(水涝、盐碱化)。

3 上游地区的农业措施

3.1 取 水

据估计,全球淡水取水总量为 3800km3,其中的70%被用来进行农业灌溉。然而,各国的情形却各有不同。在南亚地区,可再生淡水资源的总量为3655 km3,而每年用于农业灌溉的水量为 842 km3,农业是最大的水量消耗大户。马尔代夫和不丹的取水量较低,这也反映出两国的农业不够发达,这两个国家主要依赖于雨养农业。巴基斯坦地下水的人均取水量是最大的,孟加拉国的最低。

3.2 灌溉系统和地表水的提取

南亚地区的耕地有41.7%以上是采用灌溉,该地区的主要灌溉系统包括大型水库、地下水灌溉、水箱系统和地下灌渠。每个系统都存在有一些正面和负面的管理问题,而且还面临土地退化的危险。

斯里兰卡的乌达瓦拉维(Uda Walawe)的灌溉系统使用混凝土作为保存水资源和增加蓄水能力的措施。但这种方式已经给地下水带来了负面的效应,因为混凝土阻碍了地表水向地下水的渗透,从而也就阻断了与地下水的交换。

在巴基斯坦,塔贝拉(Tarbela)和门格拉(Mangla)大坝的年平均过沙量分别为3.16亿 t和1.44亿 t。每年有约38.31亿 t的泥沙输移至印度河流域,其泥沙淤积量在全球排第5(每公顷面积的泥沙淤积量约为4.5 t),但总体上来说,该地区的人均农业取水量较高,为 86%～98%。

3.3 地下水开采

在过去的 40a,孟加拉、印度、尼泊尔和巴基斯坦等主要依赖地下水进行小农耕作体系的国家,经历了农业用水方面的变迁。沿岸地区的地下水开采系统大体上可以分为 3类,即产业农业系统、小农耕作系统(这些在南亚地区很常见),以及地下水支持的粗放型畜牧系统。集约型的地下水灌溉在干旱和半干旱地区可以随处见到,由于这些地区有集约型农业,因此会导致水体的退化,同时对环境和人们的生活也会带来负面影响。在一些实例中,这些农业活动如果发生于沿岸地区,将会造成严重的环境威胁,例如海水入侵等。

3.4 土壤准备和农药的应用

由人类管理实践所驱动的农业生产行为,例如土壤耕种、灌溉和营养物质添加,这些传统的耕种活动破坏了地表上的草本,使表层土松驰,水更易下渗,可能会有利于农作物的生长。然而,对表层土的不断干扰,也掩埋了覆土并破坏了土壤结构的稳定性,使得土壤易受到水的侵蚀,往往会对农作物的产量带来负面影响。

土壤准备是指使用化肥和杀虫剂来增加农业产量。在全球范围内,化肥的年均消耗量从20世纪60年代中期的不足100万 t到今天的大约1700万t;1990年以后,南亚地区和世界其他地方使用化肥的趋势相同,但是后来南亚地区的化肥使用水平出现了偏离,表现为南亚地区的化肥使用量比世界的其他地区都要高。在南亚,化肥使用量居前的国家分别是孟加拉、巴基斯坦和斯里兰卡。

渗入地表水或者地下水水体的化肥是一种重大的污染源。过量水平的氮和其他营养物质,例如磷等,是水体富营养化的主要来源。

在印度,吉尔卡湖(Chilka Lagoon)流域受到人为活动过程的影响,例如农田排水会影响河流的水质等。在孟加拉,每年大约要使用 9000t的杀虫剂和200万 t的化肥。目前,通过径流,每年大约有1800t的杀虫剂残留流入到了沿岸水体中。

杀虫剂、除草剂和灭菌剂在发展中国家被大量施用,从而形成很多的致癌物和有毒物,污染着淡水水源,同时也影响着淡水和沿岸水体的生态健康。多用途的杀虫剂不仅会杀死有害的物种,而且对其他有益的的物种也会造成伤害。而这些有益的物种可能就是维持生态系统动态平衡和生态健康的关键性物种。

3.5 畜牧养殖

畜牧养殖系统会对河流下游的环境造成一定的影响,也会消耗大量的水(南亚地区为此每年需消耗水量约1240亿 m3)。

畜牧养殖如果不采取良好的管理措施,将会导致过度放牧、踩踏和践踏事件的发生,从而造成严重的土壤侵蚀和水土流失。畜牧业生产会对人工池塘和河流两岸的环境等造成不利的影响,改变水体的化学、物理和细菌组成成分。随着畜牧养殖业的深入发展,需要采取有效的环境管理措施来阻止土壤和水体受到污水和牲畜粪便的污染。

在5 a时间内,孟加拉、印度、尼泊尔和巴基斯坦等国的畜牧放养密度有小量的增长,而在阿富汗、不丹和斯里兰卡,畜牧放养的密度则有所下降。畜牧放养密度较高的国家有可能会出现水短缺的状况。

4 农业对沿岸生态系统的影响

4.1 上游活动

众所周知,上游的农业发展活动会影响河流的水文特征,进而影响下游的生态系统。水资源和土地管理方式改变着内陆和沿岸水体生态系统的物理和化学特征,进而也改变着河流下游水体的水质和水量。这些活动的效应彼此之间密不可分,一个地区的问题会对其他地区造成连锁式的反应,一些最常见的对下游的影响行为,包括由于抽水和引水造成河水流量的减少、由于过量使用化肥造成河流富营养化以及河流水质变差,出现泥沙流等。内陆和沿岸水体重复性的富营养化和有毒藻类的生长,最终会导致组织性缺氧,组织性缺氧又会导致很多水生物种的死亡,影响化学循环和为生物提供能量的食物链。这种状况会产生不利的生态条件,从而又影响到生物的生长、生态的多样性和生态系统服务。然而,通过对比20世纪 80年代和21世纪初的情况,发现尽管南亚地区化肥的使用量总体上是一种增加的趋势,但该地区的水体含氮量降低的情况有所改善。这种改善可能是得益于控制农业径流进入河流或者湖泊的结果。

杀虫剂可能是另外一种农业水污染的主要来源,并且其残留量在沿岸和内陆湿地不断地累积。DDT(滴滴涕)和莠去津等杀虫剂残留量的累积与化肥残留量的累积并不相同,杀虫剂残留量长期存留会产生生物性的累积,对水体造成污染。一项对印度柯钦(Cochin)河口三角洲地区的研究表明,该河口三角洲地区在季风季节的 DDT含量高达55.422 ug。尽管已有禁令,某些国家却仍在使用DDT,在一些海洋环境中还能够探测到这些物质的存在。在孟加拉湾,人们在鲣鱼体内发现了高浓度的莠去津,因此,鲣鱼体内的莠去津含量成了反映该海域污染程度的生物指示剂。

不合适的土地使用加重了侵蚀和相应的营养物质的含量,导致滨河湿地的淤积并造成缺氧环境。河流上游用地的改变导致泥沙含量和流量的改变,造成海岸侵蚀。同时滨河湿地因农业造成的枯竭也减少了其控制生态系统服务的能力,致使这些地区更容易受到(通过孟加拉湾)孟加拉国常见暴雨和洪水的侵害,且加剧了水体富营养化的程度。被侵蚀的沿岸地区的输沙量相当高,这是人类不合适的用地管理和景观改造活动所造成的。河流从印度次大陆携带进入印度洋的泥沙为每年16亿 t。仅孟加拉一个国家的河流的总输沙量就达到每年25亿 t,其中,雅鲁藏布江为17亿 t,恒河为 8亿 t。这在南亚地区并不是十分常见的现象,但是如果不采取有效的管理措施,在不久的未来将会因为不断增加的泥沙量而成为一个潜在的问题。

减少的河水流量和河流水流特征的变化都与河流上游的农业发展有联系,尤其是上游存在涉及大坝和引水工程等河道整治的大型灌溉系统时。

河流整治对湿地和包括内陆及沿岸地区在内的相关生态系统有重大的影响。在过去的几十年里,在全球范围的河流上修筑的大坝,导致了输移到沿岸地区的泥沙量减少了 30%,淡水水量减少了15%。输移到沿岸泥沙量的减少又直接导致了沿岸三角洲地区农作物产量的下降,以及渔业捕获量的下降。大坝在很大程度上造成了水生态系统的破坏和改变,同时也改变了河流的水文特征以及相应的营养和能量,为迁徙性物种设置了障碍。例如,恒河上游国家(印度)的取水对下游国家孟加拉可获得的水量造成了重大的影响。印度河和恒河的环境流量已经被过度使用。孟加拉的孙德尔本斯(Sundarbans)红树林生态系统水文特征的空间和时间分布表明,在过去 30a里,进入红树林生态系统的入流量呈现出减少的趋势。与减少的河流流量相伴随的是海水的入侵,现在海水入侵已经越来越成为恒河下游主要关心的问题,入侵的海水在干旱的季节也不能往大海排泄。这主要是因为印度的法拉卡(Farakka)在沽水期进行了引水和分水,从而造成海洋咸水入侵至河流的下游。

农业生产使用了世界70%的淡水,造成不可避免的景观变化,很多变化已经对生态系统和过程造成了影响,在沿岸河口地区可以感受到这些累积的影响。

4.2 下游活动

南亚地区的海岸线长达10000km,越来越多的人口与沿海地区性物理变化的大小和所引起的地区性破坏有着明显的关系。沿海地区所感受到的最重要而又最明显的影响是生态系统的平衡被打破、物理性的破坏和生态栖息地的破坏以及对野生生物和渔业的损害。

理解和认识发生于沿岸地区本身的现象,以及那些作用在这些沿岸生态系统上的影响是很重要的,因为正是上下游活动共同作用的结果而导致沿岸生态的退化。

4.3 沿岸地区的人类活动

最具有破坏性的人类活动是用地属性的改变,包括农业、居民生活和水产养殖业用水时向湿地和红树林地排水。

红树林地被用作发展水产养殖业和农业,甚至出现退化,原因包括放牧和牲口圈养或者骆驼圈养(在巴基斯坦,骆驼圈养是对红树林生态系统的第二大威胁)。在斯里兰卡,从1986年到2002年间,红树林的覆盖面积减少了50%,很大原因是因为耕地被侵占。红树林也受到流域、近沿岸地区水文特征的变化,以及上游农业生产造成的大量污染的影响。滨河湿地的减少,红树林的消失等,降低了环境的服务功能,例如对营养物质的吸附功能、自然排水和交换功能、作为沿岸和三角洲地区动物的栖息和保护环境功能等。红树林面积的减少或者消失,导致了沿岸侵蚀和泥沙特征发生变化,以及海岸线的改变。红树林面积的减少在印度、巴基斯坦和斯里兰卡非常明显,斯里兰卡的红树林面积减少最为严重。

河流下游另一个比较重要的农业活动是水稻的种植。河流下游的水稻生态系统高度地依赖于氮化肥和杀虫剂来增加其产量。这些化学物质会发生氨挥发,因此土壤容易发生酸化,并且多余的氮则会通过田间径流渗透到开放的水体中,从而影响下游的生态系统。例如,对孙德尔本斯红树林附近胡格利(Hugli)河口三角洲地区的泥沙采样进行了研究,该研究是跟踪监测 DDT和其他杀虫剂的含量。研究结果表明,污染与使用农业化学物质和森林采伐有密切的关系。

泥炭沼泽的排水和燃烧是对下游生态系统的另外一个威胁。除了沿岸地区自身的活动以外,淡水使用量的增加和在边境流域开展的人类活动,是沿岸地区发生变化的主要原因。

4.4 渔业和水产业

沿岸的渔业常常是上游农业活动影响的直接受害者,这种影响有时又被下游开展的人类活动加剧了。减少的水流和河流流态的变化对鱼类的栖息地和产卵繁殖模式会产生不利的影响,包括海洋和内陆水体的相互作用,例如海虾的天然繁殖产卵区在内陆的沿岸水体。总之,各种人类活动会影响鱼类获取栖息地和渔业的产量。农业化学物质残留量的累积又加剧了这种破坏,水污染对沿岸渔业的影响常常是致命的。来自耕地的高含沙量和淤泥以及河流和河岸管理方式的改变,也在破坏着鱼类的产卵场所以及沿岸的生态栖息地。在孟加拉湾,由于上游天然流态的水文特征发生了改变,从而造成河流和三角洲地区的泥沙的淤积,使其与自然的泥沙特征不同。

河流上游地区的农业灌溉活动已经打破了自然流动的淡水系统的生态过程,对沿岸地区和沿岸渔业生产造成影响。江河截流、拦河坝和分洪闸阻碍了营养物质和泥沙输移所需要的自然水流,不能保证三角洲地区鱼类生产所必须的营养物质。

南亚地区的 3个主要流域分别为恒河、雅鲁藏布江和印度河流域,它们都受到了河流治理和修建大型大坝的影响。这些流域已经发生了严重的淡水生态多样性的改变,有一些物种已经受到了威胁。例如在恒河和印度河中发现的恒河豚,是世界濒临生存威胁最为严重的几个物种之一。

水产养殖业最近成为南亚沿岸地区比较常见的产业,对周边的生态系统有明显的影响。最大规模的水产养殖业位于孟加拉的沿岸地区,这里的养虾业占其国内生产总值的5.2%,养虾场的扩张面积从1983年的51812 hm2发展到2002年的141335 hm2。由于水产养殖业需从三角洲地区取淡水,从而造成流入沿岸地区养殖场和渔场以及漫滩的水沙量大大减少。水产养殖业的发展增加了退化土壤的盐碱化程度,同时也影响着水体的富营养化程度,尤其是使用过量的食物,最容易导致开放水体的富营养化问题。这些污染物会最终进入与流域相联接的水体之中,这些活动也影响着一些依赖沿岸渔业和以洪水消退期的农业生产为生的人们。例如,由于各种人为原因造成急剧的森林采伐,使得孟加拉国的玛塔目湖日(Matamuhuri)河的水流量和输沙量增加。

5 结 语

综上所述,在南亚地区,农业的扩张仍然是对湿地的一大威胁。为增加农业单位产出又不破坏生态平衡而进行的技术发展、评估和推广,会减轻对滨河湿地的压力。而用地方式的改变使人类能更好地利用地球资源,同时也会潜在地削弱生态系统长期维持食物产出及维护森林、淡水和沿岸资源的能力。

水资源方面的生产力等技术应该是优化食物产出、营养物质输送和农业用水的关键。目前,南亚地区水的利用效率是全世界最低的,原因与年久失修的水利基础设施、落后的灌溉技术和过时的管理体制有关。水生产力的加强也能确保有更多的环境流量,以保持包括沿岸地区的整个流域的健康和可持续性。其中一个提高水生产力的主要方法是通过减少蒸发量以及种植抗旱、抗虫害和抗盐碱化的作物来增加水的生产力。更先进的农作物系统也能够提高水的生产力。

本文分析了过量使用农业化肥的后果,强调南亚地区各国所面临的严重局面,并警告人们应立即采取强有力的管理措施以防止沿岸环境的进一步恶化。干旱造成的地下水水位的下降,会使得沿岸的地下蓄水层更容易受到海水的侵害,这种情况也会因为气候变化所导致的海平面上升状况变得更加严重。以上所有的问题表明,有必要以一种一体化的方式来管理一个河流流域。

经过分析研究,最终建议必须在南亚地区实行水资源综合管理(IWRM)。然而实施起来会有一定的难度,因为水资源综合管理需要统合复杂和有竞争性的元素,例如重新定义流域的边界,并将经常被忽略的沿岸地带等地方纳入实行水资源综合管理的范围内,而且也需要对既有的区域性流域的环境流量进行评估。目前,该地区缺少相应的数据和技术来预测环境流量,这对水资源的可持续管理是一个较大的障碍。使用流域模型来规划灌溉活动,对于避免沿岸水资源和土地的退化是十分必要的。此外,该地区的政策法规还不完善甚至缺乏,尤其是那些受到农业生产影响的沿海和沿岸地区。

知易行难,要实现愿望中的农业和环境保持平衡的目标还有许多问题亟待解决。2006年联合国开发计划署(UNDP)称,亚洲生产的粮食占世界粮食不安全因素的 65%,同时亚洲也是全球营养不良人口比例最高(22%)的地区之一。大部分南亚地区国家经历着物理性和经济性的水短缺,到2030年以前,有41%的可再生淡水将会被耗尽。

根据气候预测,未来的南亚地区将会有极端降雨且气温较高,这将会使未来的情形更加严竣。随着气候变化和水资源短缺状况的到来,将来农业耕地的产出将会受到限制,除非进行技术革新,例如提高水生产力和寻求更好的流域管理方式等。气候变化对雨养农业所带来的不确定性以及冰川径流量的减少,将会促使加大对蓄水需求的投资力度,以维持河流下游的健康和可持续性。因此,对有限资源的保护,对于南亚以及该地区各国来说都是一个挑战,尤其是南亚地区,还面临着农村贫困状况加剧以及预计的气候变化所引起的问题。