黄土高原近60年生态治理分析及未来发展建议

李相儒，金 钊张信宝，周卫健

（1.中国科学院地球环境研究所 黄土与第四纪地质国家重点实验室，西安710061；2.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，成都 610041；3.国家大型科学仪器中心 西安加速器质谱中心，西安710061；4.西安交通大学，西安 710049；5.中国科学院大学，北京100049）

doi：10.7515/JEE201504007

黄土高原近60年生态治理分析及未来发展建议

李相儒1，5，金 钊1，张信宝2，周卫健1，3，4

（1.中国科学院地球环境研究所 黄土与第四纪地质国家重点实验室，西安710061；2.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，成都 610041；3.国家大型科学仪器中心 西安加速器质谱中心，西安710061；4.西安交通大学，西安 710049；5.中国科学院大学，北京100049）

黄土高原作为黄河中游独特的地理单元，维系黄河的健康运行和中华文明的传承。本文简要介绍了黄土高原的地理背景及水土流失问题，总结分析了近60年生态治理的历史，对未来发展提出了建议。根据主要治理措施的差异，黄土高原近60年生态治理历史可划分为5个阶段，即1950—1960s中期、1960s中期—1970s末期、1970s末期—1990s末期、2000—2010年、2010年至今。这5个不同时段，淤地坝、梯田等工程治理和植树造林、植被自然修复等生物治理交替出现，并逐步走向工程治理和生物治理全面结合的发展阶段。我们认为，在未来很长一段时间，退耕还林还草政策不能变；科学开展淤地坝建设和治沟造地工程，加快治理黄土高原水土污染，提高人民生活质量。

水土流失；梯田；淤地坝；植树造林；退耕还林还草工程；治沟造地工程

Key words:soil and water loss；terrace；check dam；afforestation；Grain for Green Program；filling gully project

1 黄土高原地理背景

黄土高原位于黄河中游，总面积约64万km2，是世界上最大的黄土分布区。黄土高原具有连续的第四纪黄土堆积，除土石山区黄土厚度低于50m外，其余区域黄土厚度为50～300m（图1）。黄土高原地貌主要由高塬沟壑区（塬面地形为主）和丘陵沟壑区（梁峁为主）组成。这两种地貌类型的海拔高度约为1000～2000m，均受到侵蚀冲沟的切割作用。沟谷密度大都高于3～4km·km-2，最大密度超过10km·km-2（田剑等，2013）。从沟谷地形来看，沟壑区可分为两种地貌单元，即坡度较陡的沟谷地（30～75°）和地势较为平坦的沟间地。在塬区，沟间地十分平坦；但在梁峁区，沟间地具有一定坡度（0～30°）（刘东生等，1985）。

图1 黄土高原黄土厚度分布图（Wang et al，2010）Fig.1 The spatial distribution of the Loess deposits depth of the Loess Plateau（Wang et al，2010)

黄土高原气候为温带大陆性气候，年均降雨量250～600 mm。黄土高原80％降雨集中在6—9月，且以暴雨形式为主。从空间分布来看，东南部降雨量高，至西北降雨逐渐减少。黄土高原塬面的原始植被为温带草原，沟谷底部和土石山区的原始植被为针叶和落叶阔叶混交林。从地带性植被来看，黄土高原可分为5种植被类型，即森林、森林草原、典型草原、荒漠草原和草原化荒漠（程积民等，2002）。自人类文明开始，黄土高原植被分布变化很大，特别是随着人口增长、农业发展和城市建设对土地、粮食等需求的不断增加，黄土高原天然森林遭到严重破坏，草原退化（史念海，1981，1991）。

黄土易于耕作，是黄土高原成为中华文明发祥地的重要原因。公元6—15世纪，黄土高原人口约占中国总人口的25％（Cai，2001）。历史上，黄土高原人口经历了3次大的起伏。西汉初年、隋唐时期、清康熙到光绪年间是该地区人口发展的3个高峰期，而东汉西晋时期、宋元时期、清末民国时期是该地区人口发展的3个低谷期（图2）。1949年以来，黄土高原人口快速增长，从建国初期的不足4000万增长至1亿800万。短短50年，人口增加6000多万，这同新中国成立后经济、社会、医疗和卫生条件的改善相关。人口的快速增长，使得对土地资源的利用加剧。1980年代，黄土高原的梁峁和塬面土地几乎全部被开垦，沟谷的部分坡地也被利用（Cai，2001）。

2 黄土高原水土流失问题

黄土高原主要为风尘粉砂堆积，质地疏松多孔，极易发生土壤侵蚀和水土流失。黄土高原坡耕地土壤侵蚀为面蚀和细沟侵蚀，而沟谷地为冲沟侵蚀。张信宝等利用137Cs指纹示踪技术研究发现，河流泥沙主要来自沟谷地区，约占河流泥沙总量的70％～80％（Zhang and Zhang，1995）。上世纪70年代前，三门峡水文站观测的黄河输沙量约为每年16亿吨，其中90％来自黄土高原（Wang et al，2007）。由于黄土的粉砂性质和陡峭的地貌特征，黄土高原的泥沙输移比接近1（陈永忠等，1988，1989）。除土石山区和汾—渭流域外，黄土高原大部分地区土壤侵蚀模数高于1000t·km-2·a-1（图3）。此外，黄土高原年均降雨量低于300mm的地区，土壤侵蚀模数也较低。丘陵沟壑区土壤侵蚀十分剧烈，土壤侵蚀模数大部高于5000t·km-2·a-1。晋—陕—蒙接壤区是黄土高原土壤侵蚀最为剧烈的地区，土壤侵蚀模数通常高于10000t·km-2·a-1，其中皇甫川流域土壤侵蚀模数最高，接近25000t·km-2·a-1（Cai，2001）。

图2 1949年前历史时期黄土高原人口总量变化（刘艳华等，2012）Fig.2 Population change before 1949 in the Loess Plateau region（Liu et al， 2012)

图3 黄土高原土壤侵蚀强度空间分布（数据来自黄土高原水土保持专业数据库）Fig.3 The spatial distribution of the soil erosion intensity of the Loess Plateau（Data derived from the Ecological Environment Database of Loess Plateau)

黄土的基本性质、陡峭和密集的沟谷地形以及暴雨集中的特点是黄土高原土壤侵蚀剧烈的主要自然因素。此外，土地的开垦和利用是加剧土壤侵蚀的主要人为因素。在长达5000年的人类文明史中，黄土高原塬面的草原植被和沟谷的森林植被几乎被破坏殆尽，陡峭坡地的草灌植被也被用来放牧。16世纪后期人口的持续增长加剧了土地的利用强度和土壤侵蚀的烈度。陕西子洲黄土洼聚湫侵蚀历史研究表明，17世纪明朝边关屯军，沟间地被广泛开垦生产粮食，加剧了土壤侵蚀，使得这一时期土壤侵蚀模数和现在接近（Zhang et al，2009）。地质历史时期黄河输沙量约为9亿t·a-1，然而1930s—1960s，黄河输沙量达到16亿t·a-1（任美锷，2006；Wang et al，2007），这表明约每年7亿t的泥沙来自人类活动的贡献。

黄土高原剧烈的水土流失，使得区域生态环境恶化，同时土壤侵蚀产生的泥沙也对黄河的健康运行产生影响。黄土高原的土地资源由于水土流失变得十分贫瘠，粮食产量低，产生了“越垦越穷，越穷越垦”的恶性循环。据估计，每吨土壤流失中，包含0.8～1.5kg铵态氮、1.5kg全磷和20kg全钾。以每年16亿t土壤流失计算，总共约3800t铵态氮、全磷和全钾流失（Cai，2001）。到目前为止，黄土分布区土壤有机质含量大部分低于1％，甚至低于0.5％，粮食生产力低，而且十分不稳定，因此贫困问题一直是黄土高原主要的经济社会问题。由于大量的泥沙通过黄河携带至下游地区，使得下游河床抬升，洪水频发，是中国历史上洪水灾害最频繁的地区。据记载，公元前602年至1946年，黄河下游共发生洪水1593次，决口1000次，改道7次（唐克丽，2004）。

3 黄土高原近60年生态治理分析

自1949年新中国成立以来，国家投入巨大的人力、物力和财力开展黄土高原生态治理工作。梯田、植树造林、植被自然恢复和修建淤地坝是黄土高原控制水土流失的四种主要方法（唐克丽，2004）。梯田主要通过平整土地和减少坡长来控制坡耕地水土流失，植树造林和植被自然恢复主要通过增加植被盖度来降低土壤流失，淤地坝则能够直接拦截沟谷泥沙，淤地造田。随着科学技术的进步和区域经济社会的发展，这四种方法随着时间变化交替使用。

根据水土保持目标，治理模式和措施的变化（Zhao et al，2013；Zhou et al，2013；Wang et al，2015），我们将黄土高原近60年生态治理历史划分为如下5个阶段：1950s—1960s中期、1960s中期—1970s末期、1970s末期— 1990年代末期、1990s末期— 2010、2010年至今（表1）。各个不同治理阶段，治理的主要措施存在明显的差异。

表 1 黄土高原过去60年生态治理分析Tab.1 Historical analysis of ecosystem management during the past 60 years on the Loess Plateau

阶段Ⅰ（1950s—1960s中期）：当时认为黄河泥沙主要来自坡面，因此主要的水土保持措施是坡耕地修建梯田，非坡耕地植树造林（竺可桢，1955，1960），但植树造林效果不理想。除控制水土流失外，该阶段修建梯田的一个重要目的是提高粮食产量，保障群众口粮。在这一阶段，黄河泥沙没有出现明显的减少。学术界和政府部门开始怀疑这些治理措施对减少入黄泥沙的作用。当时，学术界对侵蚀泥沙来源也存在较大争议，泥沙主要来自沟谷地还是沟间地，尚不确定。这一时期，黄土高原生态治理以梯田等工程治理为主，辅以植树造林等生物治理措施。

阶段Ⅱ（1960s中期—1970s末期）：淤地坝和梯田成为主要治理措施，显示出这一阶段以工程治理为主。然而，1973年陕北发生特大洪水，大量淤地坝被损毁（Zhang et al，1997），使得当时对淤地坝建设产生争议。一方认为淤地坝建设灾害风险大，一方认为通过科学设计和提高工程质量，灾害风险可降低，淤地坝工程可推广（唐克丽，2004）。1970年代，黄河泥沙出现明显的减少（陈永忠等，1988，1989），淤地坝的拦沙功能显现出来。农村地区出现户包治理这一新的水土保持治理理念。1970s末期，小流域综合治理这一新的水土保持治理政策出现（唐克丽，2004）。

阶段Ⅲ （1970s末期—1990s末期）：这一时期以小流域综合治理为主，由工程治理逐渐向生物治理转变，探讨多种措施的结合（王化云，1984，1986；钱正英，1985，1988；鄂竟平，1997）。张信宝等研究发现侵蚀泥沙主要来自沟谷地，约占全部产沙的70％～80％，而沟间地侵蚀产沙只占20％～30％（Zhang and Zhang，1995）。这一发现使得淤地坝大规模建设和推广。此外，张信宝和安芷生研究发现厚层黄土区不适合植树造林（张信宝和安芷生，1994），为黄土高原植被建设提供了更为科学的指导。1990s末期，随着大量的农民工开始进城务工，很多土地被弃耕，为后续退耕还林还草政策的实施提供了契机。1990s末期，由于前期修建的淤地坝大量被淤满，骨干坝工程开始出现。

阶段Ⅳ（2000—2010年）：这一时期最主要的治理措施为退耕还林还草工程，以生物治理为主。退耕还林还草工程实施十余年，取得巨大成就。2000—2008年，黄土高原植被覆盖度提高11.5％，年减少土壤侵蚀量34.4亿t（Lü et al，2012），黄河年均输沙量由上世纪70年代16亿t锐减到退耕还林还草后的不足3亿t（其中包括小浪底等水利工程的贡献）（Jin et al，2012）。由于大规模的退耕，黄土高原部分地区出现土地资源不足现象。以延安为例，由于大规模退耕，耕地面积由退耕前的近2000万亩减少至2010年的900万亩，耕地面积减少一半多。

阶段Ⅳ（2010年至今）：这一时期退耕还林还草政策坚持不变，但出现新的治理措施——治沟造地工程。治沟造地是由延安干部群众最早发起实施，主要目的是增加优质耕地，扩展土地资源，保障粮食安全，促进城镇化和新农村发展（Liu et al，2013）。到目前为止，延安已治沟造地18万亩，有效增加了耕地面积。治沟造地实质上是淤地坝的扩展和延伸，应继承淤地坝建设的成功经验，进一步科学规划和设计，重视黄土的湿陷性和极端气候造成的自然灾害问题（Jin et al，2014）。

4 未来可持续发展对策

（1）坚定执行退耕还林还草政策不变，提高黄土高原自然生态系统质量

退耕还林还草工程作为一项“修身养息”的生态工程，在过去十余年已取得举世瞩目的成就。植被覆盖度大幅增加，土壤侵蚀减弱，生态系统服务功能增强，入黄泥沙减少，获得政府、学术界和普通民众的一致认可。因此，未来很长一段时间，应坚定执行退耕还林还草政策不变，提高黄土高原自然生态系统的质量。

（2）科学实施淤地坝和治沟造地工程，解决区域土地资源不足的问题

黄土高原淤地坝建设已有几十年的成熟经验和技术，建议后期淤地坝建设应集中在黄土高原粗泥沙集中来源区（图4）。从社会发展的角度看待治沟造地工程，科学实施，合理规划，降低灾害风险；同时将农民迁移到较为平坦的地方居住，发展小城镇，提高农民的公共福利水平，促进农村地区脱贫致富和可持续发展。

图4 黄河中游粗泥沙集中来源区（徐建华等，2000）Fig.4 The source area of coarse sediment in the middle reaches of the Yellow River （Xu et al，2000)

（3）重视黄土高原水土污染治理，提高人民生活质量

当前，由于煤矿、石油和化工业的快速发展，黄土高原环境污染问题已十分严重。建议科学家和政府部门重视黄土高原水土污染问题，加快治理，保障区域水资源的安全，提高人民的生活质量。

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Analysis of ecosystem management of the Loess Plateau during the past 60 years and suggestions for the future development

LI Xiang-ru1，5，JIN Zhao1，ZHANG Xin-bao2，ZHOU Wei-jian1，3，4
（1.State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology，Institute of Earth Environment，Chinese Academy of Sciences，Xi'an 710061，China；2.Institute of Mountain Hazards and Environment，Chinese Academy of Sciences，Chengdu 610041，China；3.The National Center for Large Scientif c Instruments，Xi'an Accelerator Mass Spectrometry Center，Xi'an 710061，China；4.Xi'an Jiaotonng University，Xi'an 710049，China；5.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China)

The Loess plateau is a unique geographical unit located in the middle reaches of the Yellow River，which sustain the health of the Yellow River and inherit the ancient civilization of China.The paper brief y introduced the background of the Loess Plateau and its soil erosion problems.Moreover，we synthesized the history of ecosystem management of the Loess Plateau during the past 60 years and put forward suggestions for the future development.According to the difference of primary ecological measures，the history of ecosystem management of the Loess Plateau had been divided into f ve stages.StageⅠis the period of 1950 to the middle of 1960s，stageⅡis the period of middle of 1960s to the end of 1970s，stage Ⅲ is the period of end of 1970s to the end of 1990s，stage Ⅳ is the period of 2000—2010 and stage Ⅴ is the period of 2010 until now.We suggest that the Grain for Green Program can not be replaced in the future.Moreover，check dam project and f lling gully project should be scientif cally implemented，and soil-water pollution should be controlled as soon as possible.All these work would be really elevate the quality of people life on the Loess Plateau.

S157

A

1674-9901（2015)04-0248-07

2015-02-27

中国科学院重点部署项目（KZZD-EW-04）；中国科学院“西部之光”项目

金 钊，E-mail：jinzhao@ieecas.cn