民勤绿洲生态环境恶化的驱动因素

　　0 引言

　　民勤绿洲位于东经103°02′-104°02′，北纬38°05′-39°06′，处于河西走廊东部北侧石羊河流域下游，深居沙漠腹地，处于腾格里和巴丹吉林2个沙漠间，中部由石羊河洪积及湖积形成的绿洲[1],总面积1.6×104km2,其中沙漠、戈壁、剥蚀山地和盐碱滩地占总面积的91%,农田绿洲占总面积的9%.辖20个农业乡（镇），3个牧业乡，共249个行政村，总人口28.86万。盆地大部分为沙漠所覆盖，气候干燥，年降水量仅为115 mm,但蒸发量却高达2646 mm.

　　民勤绿洲地区，曾经是植被茂密、物种丰富、水草特别丰美的天然柴湾[2].但是，由于石羊河上游农业生产规模扩大及水资源的需求增加，流入石羊河中下游的水量急剧减少[3-4].为了维持下游的生产规模和缓解生态用水的需求，在上游来水量急剧减少的情况下，从20世纪70年代开始，该流域中下游地区出现了大规模开采地下水的现象，特别是民勤绿洲区更为严重，到1995 年该县已打井 11000 余眼，造成地下水位下降 4~17 m.据统计，1995 年民勤全县实际播种面积仅占总耕地的1/2,造成土地大面积弃耕而撂荒[5-7].如果管理不当，这些退耕地就会不断退化，甚至引起风蚀沙化，成为新的沙尘源，势必会加快石羊河中下游地区向中国沙尘源区和特级生态危机区转变，由于上述人类活动，违背了绿洲的生态规律，使自然条件严酷、生态环境脆弱的民勤绿洲呈现不断衰退的趋势[8],生态环境面临着严峻的挑战。因此，如何促进该地区生态环境的保护、修复和改善是亟待解决的新课题，同时也关系到该地区生态环境的可持续发展及绿洲生态系统的安全及稳定。

　　1 民勤绿洲生态环境现状及其特征
　　
　　1.1 地下水位下降，水质恶化

　　近年来，随着石羊河流域中上游工农业生产规模的不断扩大和超量开采地下水，使地下水位大幅下降，民勤流域水资源严重缺乏，生态环境进一步恶化[9-10].

　　民勤绿洲目前地下水位已达10~30 m,重复利用地下水，加剧水质的恶化，地下水矿化度增加了0.5~5.6 g/L,同时范围也逐渐扩大，水质恶化的趋势由北向南推移。1995年湖区一带分布约250 km2土地地下水矿化度超过5 g/L,有的地方高达16 g/L.导致7.61万人、12.41 万头牲畜饮水极度困难，目前仍以年均 0.12 g/L的速度上升[11].

　　1.2 土壤盐渍化

　　民勤绿洲是该地区一种特殊水热条件组合下形成的特殊景观， 绿洲内部土壤盐渍化区域是人类活动最为集中的地方，也是遭受盐渍化危害最严重的地方[12].

　　近些年来，石羊河流入民勤境内的水量急剧减少、淡水资源紧缺，不得不打井引用地下水灌溉或弃耕，地下咸水大量灌溉于农业，而全年有效降水不能淋溶出植物根区的盐分，使得盐分在土壤中不断积累，影响土壤质量，进而降低作物产量[13-14].20世纪60年代初退耕地盐渍化面积从1.25×104hm2上升到80年代初的2.2×104hm2,到90年代初，盐渍面积已扩大到4.1×104hm2.根据甘肃省地矿局统计，1994 年民勤具有细土带面积3733.5 km2,其 中 非 盐 渍 化 土 地 1205 km2,剩 余2528.5 km2土地都有不同程度的盐渍化。其中，轻盐渍化的有325 km2,轻盐土为20 km2,多数分布在湖区一 带 . 据 调 查 湖 区 1958 年 耕 地 盐 渍 化 面 积 为105.33 km2,到1981年上升到255.93 km2[15].

　　1.3 植被减少，沙丘活化

　　上游地区超量用水，使下游地区的地表径流量锐减，不能满足农田灌溉，便转向地下水开采。近20年来，地下水量的严重超采，造成民勤绿洲地下水大幅度下降，植被枯梢甚至死亡。20世纪50年代民勤仅天然“柴湾”就有724 km2,截至1991年，累计营造灌木林274.2 km2,沙枣林172.5 km2.后来人工林发生严重衰退，天然“柴湾”有58 km2生长不良，360 km2死亡；沙化退化面积有4463.33 km2[16].

　　近20年来，地下水位逐年下降，草本严重衰退，尤其是草甸植被，大幅降低生物生产量。20世纪50年代，沙枣是民勤绿洲主要的治沙造林树种，地下水位下降到6 m以下时，沙枣就会衰败甚至死亡[17-18].旱生的沙拐枣、油蒿等取代了由于缺水逐步衰亡的半固定沙丘上的梭梭；旱生的白刺群丛逐步代替了弃耕地上的湿生植物。在现存的小灌木、半灌木荒漠植被中，只有衰败的沙蒿和苦豆子群丛，其他植物很少，植物衰退十分严重，凝结水与大气降水成了天然植被生长所需要的唯一水分。植物根系由于吸不到水分而严重衰退甚至死亡，导致风沙威逼民勤绿洲，流动沙丘每年以3~6 m的速度向前推进[19].

　　1.4 土地荒漠化和沙漠化

　　土壤盐渍化会影响人类的生存环境，同时，也会加剧土壤荒漠化和沙漠化，绿洲边缘的沙丘正逐步推向农户住宅区，面积也在逐步扩大，生态环境的日益恶化，严重摧残了本来就十分脆弱的荒漠生态系统，使其处于危机之中。

　　自清代康熙年间，土地荒漠化程度不断加重。解放前200年内，民勤绿洲内大量农田遭到了流沙埋压，被吞噬的农田约1.7×104hm2;原石羊河的终端湖--青土湖，成了沙漠入侵绿洲的通道；绿洲内唐代连古城及汉代三角城这2座文化遗址陷入沙漠6 km[20].

　　植被衰退甚至死亡，导致民勤绿洲防风固沙天然屏障的破坏，使沙丘活化，荒漠化与风沙灾害加剧。全县有荒漠化土地889.20 km2 [21],约1/3的现有灌区内耕地遭受风沙威胁，时常发生毁种、毁苗的现象。

　　1.5 土地因灌溉水源严重不足而弃耕

　　石羊河流域中上游大量用水，下游来水量的减少，造成民勤盆地地表水严重不足，使成片土地撂荒或者弃耕。民勤绿洲内用河水灌溉播种的面积，由原来6×104hm2减少到2.7×104hm2,坝区原有2×104hm2耕地可利用河水灌溉苗水1~2次，现已全部用井水灌溉。湖区因缺水大约 0.67×104hm2水歇地全部弃耕或者撂荒，1.2×104hm2耕地改为轮休地或部分撂荒弃耕。据民勤县资料显示，1995年，全县耕地有8×104hm2以上，而实际耕种面积只有4×104hm2[22].长期的弃耕又会引起土地风蚀沙化，形成一个恶性循环。水源匮乏是制约民勤绿洲生态环境恢复及工、农业发展的主要的限制因子[23].

　　1.6 土壤板结适耕性日趋变差
　　
　　民勤绿洲由于水源匮缺，部分耕地灌溉不得不使用高盐、高碱的地下水，使土壤含盐、咸量迅速增加，土地生产力持续下降，破坏了耕地的物理性质、化学性质及生物学性质，久而久之土地的适耕性逐渐变坏。钠离子大量存在于高矿化度地下水中，使土壤中胶体分散，耕地板结硬化，孔隙堵塞，透气性变差，不但翻耕困难，而且耕后土块大而坚硬，难以敲碎，使农业用工和费用增加。

　　1.7 风沙灾害和沙尘暴

　　据记载，近年来历史上罕见的强东风和沙尘暴多次袭击民勤绿洲，次数越来越频繁，间隔时间也越来越短，且风力大多数在 9 级以上，有时风速达 22 m/s.1993 年 5 月 5 日，在民勤绿洲一带出现的特沙尘暴，黑霾墙高300~400 m,瞬时高达700 m,最大风速34 m/s,使民勤遭受的直接经济损失达2.36亿元，并造成数十名小学生和数千头牲畜伤亡[24].2010年4月24日，民勤县遭受了10~11级特强沙尘暴袭击，持续约3 h.最小能见度为0 m,瞬间极大风速达到28 m/（s阵风10级）。据初步统计，这次灾害给民勤县造成直接经济损失达2.5亿元。

　　1.8 部分水体污染加剧

　　河西走廊疏勒河水系污染较严重，其支流石油河有66.7%的项目超标，挥发性酚超标65.2倍、石油类24.2 倍、氨氮 2.74 倍、铜 2.00 倍、高锰酸钾盐指数超标0.45 倍；其次是石羊河水系，仅武威市 2000 年排入石羊河的废污水量就达2471147万t[25],生化需氧量、高锰酸钾盐指数、大肠菌数等均超标。水质的污染及盐化不仅加剧了水资源危机，而且也加剧了生态环境的劣变。绿洲农业中下游生态环境严重恶化，造成中游报喜，下游报忧，绿洲上移的局面，这都是由于石羊河上、中游过度用水而造成的不良结果。

　　上述体现的由于水体污染而使生态环境恶化问题中，土壤积盐和气候干旱极其相关的[26].民勤绿洲区内不断退化和被损坏的生态系统功能，限制了社会经济的发展，同时随着生态屏障的消失，不但加剧了民勤绿洲生态环境的恶化，也会使武威盆地环境与经济的发展面临更大的威胁。

　　2 民勤绿洲生态环境恶化的驱动因素

　　2.1 自然生态环境十分脆弱
　　
　　民勤绿洲地处黄土高原与内蒙古高原交汇地带，是中国生态环境脆弱区之一。三面环沙，绿洲北部、西部、东部为巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠，仅有南部沿石羊河一条绿色通道与流域中上游的武威绿洲相连，绿洲内大部分土地由沙砾石覆盖，具有地缘性、维水性和脆弱性的特点。在气候上是温带半干旱荒漠气候区，日照丰富，寒暑巨变，大风、沙尘暴多，降水量少，蒸发量大；在景观上表现为一望无际的沙漠与戈壁。

　　2.2 上游需水量增加，流入中下游水量急剧减少。

　　石羊河是唯一流入民勤地区的地表水源河流，流域上游各支流的出山口径流量由20世纪50年代的15.592×108m3减少成20世纪90年代的的13.716×108m3[6],且上游支流出山口年均径流量最小值11.606亿m3出现于40年前的1970-1974年[27].近30年，由于上游武威盆地兴建山谷水库和水利配套工程，上流灌溉等用水量增加，使得流入民勤绿洲地表水逐年递减，由50 年代 5.935 亿 m3降到90年代1.805亿m3,上、下游地表用水比例由1950年的1:0.62降至1990年的1:0.15（见表1）。

　　石羊河径流的演变情况表明，该流域在水资源管理及开发利用等各方面都存在弊端，这些弊病已造成民勤绿洲缺水严重，耕地面积日益退化萎缩，使民勤绿洲乃至整个石羊河流域的土地沙化及荒漠化严重，农业及生态环境日趋恶化[28].

　　2.3 掠夺式开采地下水资源

　　近些年来，石羊河流入民勤绿洲内的水量急剧减少。根据有关水文资料，20世纪50年代民勤绿洲地表水年均径流量为5.0亿~6.0亿m3,70年代大幅减少，平均为3.23亿m3,到90年代仅约2亿m3,比50年代减少了近2/3.特别是近40年来，民勤绿洲地表水流量以年均2%的速度减少。为了维持原有的农业生产及生态用水，大规模超量开采地下水的现象出现，人们从20 世纪 60 年代末 70 年代初开始打井提取地下水，至今已打井11000余眼，其中6000眼深水井。年均提水量4.5亿~5.0亿m3,年均超采约2.4亿m3.由于采补失调，最后导致地下水位大幅度下降，有的地区下降17 m.

　　当地农民为了提水，不断更换深井机泵，取水材料及电费等运行成本逐年增加。掠夺式开采地下水使地下苦水出现了穿层运动，造成湖区人畜饮水质量恶化；地表水的严重不足，不得不反复提灌地下水，导致地下水浓缩水质变劣，造成大面积土地盐渍化[18].

　　2.4 区内人口压力过大

　　据史料记载，1934 年民勤县仅有人口 11.3 万，1996 年达到了 28.86 万，增长 2.5 倍以上。过去人们主要依靠泉水与河水进行农业灌溉。近几十年来，由于人口迅速增加，河水急剧减少，开采地下水成为民勤绿洲生存的必然之举。导致地下水位急剧下降，使得绿洲内原有林木逐渐死亡，很多“柴湾”变为活化沙丘。不仅如此，由于没有根本解决将近30万人的粮食、燃料及家畜饲料等问题，其长期的樵采天然植被、开垦农田，严重地破坏生态环境，加剧了民勤绿洲的沙化进程。

　　总之，民勤绿洲生态环境的恶化无论是自然因素还是人为因素，各种矛头都指向日益短缺的水资源。

　　3 结论与讨论

　　经过对民勤绿洲生态环境现状、特征及其恶化的因素进行分析，笔者认为从以下8点出发，可促进民勤绿洲该地区生态环境的保护、修复、改善及其可持续发展，同时也有得于民勤绿洲生态系统的安全及稳定。

　　3.1 充分发挥石羊河流域管理机构的职能，统筹规划，依法治水

　　3.1.1 按照“代内公平”原则，合理调配流域水量 在干旱环境条件下，一个流域的水资源数量是有限的。要发展河流全流域的社会经济，不能超越“绿洲经济”发展的客观规律。必须参照国内外用水标准，在上、中、下游全范围内，根据其发展状现状和水资源的多少，以水定人口、耕地、林牧，甚至以水定产业结构。但从目前经济发展状况看，不可能也不应该为保证上、中游的经济发展而牺牲下游，更不能以制约上、中游发展工业与农业的代价来维持下游的生态自然平衡。这些矛盾迫切需要寻求一种切实可行的水资源调配方案，确保石羊河流域上、中、下游3个范围内可持续的发展。

　　据石羊河水土资源现状分析显示，多年平均水资源量为17亿m3.按照现行灌水方法，可灌溉面积最大为24.5×104hm2,而当前实际灌溉面积已达33.4×104hm2[22],而且流域内生活和工业用水不断增加，水资源明显利用过度，使得中下游用水矛盾突显。今后需根据水土资源的承载能力，流域综合水利合理开发利用程度，并结合适度规模经营的实际，统筹兼顾，妥善处理全流域内的关系，发挥流域生态系统的调节功能，增加石羊河下游水量。要以持续发展的战略统筹考虑环境与资源的承载能力。在提高水资源利用效率和节约用水同时，应给予民勤绿洲地区合理适量的地表水，尽早制定落实整个流域分水方案，使民勤盆地有一定的生态用水和生产用水。

　　首先，按照统筹兼顾的原则，使石羊河流域各地区用水得到合理分配，不能偏废任何一个区域，真正发挥甘肃省石羊河流域管理局的权威水量管理职能，并以工程措施及相应的管理制定，保证实施流域内地表水分配方案；其次，以建设节水型社会为中心，破解“结构性缺水”难题，进行跨流域调水，促进生态持续好转；最后，扎实推进石羊河流域后期治理项目，将民勤地下水开采量控制在8506万m3,确保石羊河流域内蔡旗断面过水量在3亿m3.

　　3.1.2 改善地下水质，合理治理地下水 民勤绿洲地下水水质差是符合水质分异规律的，从地理位置来讲民勤盆地是石羊河流域的尾闾区；从自然形成过程来讲，这个区域成了积盐场。改善地下水质最终目标就是降低地下水的矿化度，最好的方法就是使地下水中的盐分合理转移。其主要途径有：（1）建立盐场进行晒盐，或将高矿化度的地下水抽出并排入沙漠低地，综合利用地下水；（2）利用地表水源补给地下水，稀释地下水；（3）结合盐碱地改良，进行综合治理。

　　3.1.3 采取严厉措施，限额地下开采《武威快报》显示，民勤绿洲的湖区在1995-1997年间共打井170眼，静水位逐年下降，有的区域下降10 m,水质日趋恶化。为解决人畜及生产用水，原中渠乡（现合并为西渠镇）所打的70眼深井中，已有20眼井水中矿化度超过2 g/L,5 眼已超过 5 g/L 以上。根据考察成果可知，应采取严厉措施，在采补平衡的前提下进行限量开采，使地下水资源得到合理利用，对当地开采地下水的行为作出规划，并论证。逐步实现生态平衡，使地下水位停止下降，使生态环境得到改善和恢复。

　　3.1.4 从外流域调水，以缓解当地的用水矛盾 武威地区水利部门资料显示，民勤绿洲共有水资源2.8亿m3/a,其中，可利用的水资源有2.2亿m3/a,已实施调水工程可供水6×107m3/a.人畜的用水量为 2.95×106m3/a,林地、草的地用水量为0.2亿m3/a,工业的用水量为 1.27×106m3/a,可利用于农业的水资源每年只有2.5578亿m3.

　　按当前平均灌溉用水量7.5×103m3/hm2计算，可灌溉农业用地 3.14×104hm2,也就是说 3.14×104hm2耕地与2.56 亿 m3水是维持生态系统良性循环的平衡点。石羊河流域属于典型的水资源匮乏地区，从长远看节流确有巨大潜力，但跨流域调水是破解该区域“结构性缺水”的根本途径，应加快改善技术和经济条件，使异域调水切实可行。

　　自20世纪50年代以来，石羊河流域上游建立水库13 座，截留了流入民勤绿洲的地表水，同时又高标准衬砌水渠786 km,渠道渗入量大为减少，各项水利工程在兴建前都没有进行对生态环境影响的论证。环境影响评价是大的水利工程必不可少的过程，对生态环境的影响尤其要多方论证。故应坚持生态环境影响论证评价，分析论证地表水与地下水的相互作用，通过石羊河流域综合治理项目的实施，真正达到可持续发展的目的。

　　3.2 发展人工植被的同时保护现有植被

　　为了保护现有植被应该加强林业保护区的管护，严禁滥垦滥伐；与此同时，借助天保工程和中央财政造林补贴项目等大力发展人工植被；借助石羊河流域防沙治沙及生态恢复项目和省财政防沙治沙项目加速防护林体系的建设，减少民勤绿洲风沙灾害。树种选用上应把营造防护林带和建设燃料基地结合起来，要选用耐干旱的沙拐枣、柠条等优良固沙植物，也可引种黄芪、枸杞、甘草等药用植物和一些效益好的经济抗旱植物，如文冠果、沙棘、新疆大沙枣等，使民勤绿洲修复与开发齐头并进，走可持续发展之路。

　　3.3 合理分流当地居民，限制牲畜数量

　　为了缓解人口及牲畜等动物给民勤绿洲生态环境带来的压力，根据当地现有水土资源，核定区域内人口及牲畜承载量，严格控制人畜量的增长，并把富余的农民，部分劳务输出到外地；努力提高人口素质，把优质人力输入乡镇企业，稳步推进农村转移人口市民化。

　　按照以水定牧的原则，限制牲畜数量，优先保证当地居民的生存及生活环境。

　　3.4 增强环保意识，积极治理污染

　　从区域上协调环境与发展的根本途径是协调人口、资源、环境及经济发展的关系。加大环保宣传力度，提高全民环保意识，落实严格的源头保护制度和节能减排目标责任制，认真搞好环境规划，实施大气污染防治行动和清洁水行动计划，提高环境承载能力。同时，实施“谁污染、谁治理”,把环境治理纳入法制的轨道。只有道德和法律的双重约束，才能确保民勤绿洲水土资源的可持续发展。

　　3.5 调整农业结构，推广节水灌溉

　　建立节水型高效农业是民勤绿洲的最终出路和前途，利用节水灌溉（滴灌、喷灌等）及温棚种植、养殖技术，提高规模效益；通过农副产品的深加工，提高当地居民的经济收入；发展第三产业与环保工业，调整经济及农业结构。推广抗旱节水作物品种，提高水的经济效益与生态效益。把民勤绿洲建设成一个稳定、高效、良性循环的农业生态系统。

　　根据调查资料显示，地膜种植每hm2可节水4500m3,如果地膜种植 1.3×104hm2,产量可以增加。15%~20%.如果采用滴灌节水技术，原来灌 1 hm2地的水现在可以灌4~5 hm2,每公顷地用水量相当于漫灌的1/4.

　　测算成本可得，1 hm2渗灌需投入近1.5万元，基础设施可用 20 年，比漫灌 1 年每 hm2节水 6000 m3,节约电1200 kW· h,节约化肥 450~600 kg,节工 135 个，增产幅度为15%~30%,这样3年可以收回成本。根据民勤县薛百乡的实际调查，他们采用地膜栽培、棚膜育苗等方法，使得辣椒产量增长为52.5 t/hm2,为过去的5倍，使原来1 hm2地的利用率相当于现在5 hm2的。这种做法不仅提高了用水效率，大大缓解了水资源紧缺的现状，更提高了单位产量，改善了农民的生活环境和生存条件。基于以上调查研究，民勤绿洲应利用喷灌、滴灌等节水措施，大力推广日光温棚养殖及温棚、地膜种植等农业新技术。

　　3.6 加强科学研究和水资源管理

　　认真做好天然植被的退化与地表水、地下水之间的相关性研究，深入探讨降水、蒸发、林地渗透量、流沙地含水量等因素之间的关系，测定固沙林植物种的蒸腾强度，测算可供植物生长利用的有效水量，研究固沙林合理的营造密度，基于定量的科学研究基础来建立生态环境保护方案。在管理方面，首先石羊河流域管理局要加强对水资源的行政立法管理，及时做到监督检查；然后，各级政府部门要加大对生态环境保护和水资源紧缺的宣传力度，增强当地居民坚持走可持续发展道路的意识。

　　3.7 积极申请国家支持

　　在搞好现有灌区节水灌溉、退耕还草工作的同时，抓住《全国生态环境建设规划》和对西部地区生态环境建设投资基金，积极向国家争取资金，在民勤绿洲选择具有代表性的区域，申请建立省级甚至国家级沙漠化治理及节水性生态工程示范区。

　　3.8 充分利用已经建的连古城自然生态保护区做好宣传教育工作，提高民勤绿洲内人民群众的生态环境保护意识，严禁农民采挖沙生药材提高经济收入及砍伐植物作燃料首先要解决认识问题，上至农村干部，下至群众。要充分利用已经建立的连古城自然保护区，耐心细致的对当地农民进行思想教育工作，让群众认识到生态危机，不要为了眼前利益而破坏长远利益，不但要做到造福当代，还要惠及子孙。以上措施的贯彻实施，可以很好地遏制民勤绿洲的土地荒漠化趋势，有效防止腾格里沙漠南侵，改善该地区群众的生存条件，使民勤绿洲的生态环境实现可持续发展，上可为国分忧，下可为民造福。

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