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我国土壤退化现状

在我们这一代人的记忆中,小学语文课本上有这样的一段话,至今仍难以忘记:“我国幅员辽阔,地大物博,不但有美丽的草原,还有浩瀚的大海、广阔的平原、连绵的群山、现代化的都市……”幼年时的家国自豪感,久久地随着这一段文字烙印在我们的心中。

 

  然而,随着一个30多年前所未有的时代变革,如今已过而立之年的我们,却对这段话产生了不一样的解读:我们的土地幅员辽阔、地大物博,然而我们13亿人口的衣食住行都在这960万平方公里上(中国人均耕地面积只有0.21公顷,约为世界平均水平的一半)。更加岌岌可危的是,我国40%以上农业土壤出现了严重的退化和地力减退。

 

  自20世纪80年代以来,我国人均卡路里摄入量从2163千卡增长到3036千卡,比世界平均水平快得多。在此期间,我国人口增长了31%,粮食产量从1980年的2937公斤/公顷增加到2016年的6029公斤/公顷,增长了105%(相比之下,世界平均增长了73%)。中国在仅占全球13.4%的土地水平下,生产了20%的粮食,养活了18%的世界人口。

 

  然而,如此高的生产率是要付出代价的。这一增长只有通过大量和不断增加的化肥使用才能实现:中国农民平均每年每公顷使用305公斤氮肥,是全球平均水平的四倍多。这反过来又导致了土壤退化,造成目前中国遭受了世界上最严重的土壤退化:超过40%的土地被侵蚀。而其中退化土壤,大多数发生在中国中部山区,黄土高原是最重要的地区。

 

  土壤退化有广泛的后果,其中一个直接后果是:农业用地的减少和土地生产力的降低。富含有机质和养分的表层土壤流失,会降低土壤的肥力和持水能力。同时也包括导致土壤盐渍化、土壤酸化和沙漠化。这些过程往往发生在北部和西部人口较少的地区。由于这些地区的肥沃土壤本身就很少,因此,土壤持续退化对粮食产量和牲畜生产也有重大影响。

 

  我国人均土地面积已经很小,而由于管理不善导致耕地减少、土地退化,这对土地生产力、人民生活和环境条件有着重大影响。据估计,土地退化导致的年直接经济成本达到5400亿元人民币,而间接成本大约是这一数字的两倍。

 

  一、土壤退化可以分为三种主要类型

 

  01  土壤盐渍化

 

  根据定义,盐渍土含有非常高的可溶性盐浓度,能够影响植物生长。但是,当高浓度的钠积累在根区并开始干扰植物生长时,盐分就成了一个问题。过多的盐分会阻止植物根系吸收土壤中的水分,从而对植物造成压力。蒸腾流中过量的盐分会破坏蒸腾叶片的细胞,进而影响植物的生长。

 

  在早期,溶解的盐类通过影响土壤有机物的新陈代谢而降低土壤生产力,但在长期,它们会破坏了生活在土壤中的植被和其他有机物,基本上把可耕地变成贫瘠的土地,甚至沙漠化土地。

 

  02  土壤酸化

 

  土壤pH值是衡量植物生长的重要指标。

 

  植物一般生长在弱酸性(pH值低于7)或中性(pH值为7)土壤中。当pH值降低时,土壤会对病虫害变得敏感,从而降低植物的生长速度。强酸性条件也会导致有毒物质泄漏到附近的水体中。此外,土壤酸化有助于增加某些重金属如Cd()在粮食作物中的累积。

 

  一项全国性的土壤调查,研究对比了从1980年到2000年粮食作物和经济作物的表层土pH数据。这两种作物,尤其是经济作物,自20世纪80年代以来迅速蔓延。其中经济作物(如温室蔬菜)使用了了非常高的肥料投入。研究结果表明,所有表层土壤均出现明显的酸化,平均pH值下降0.130.8

 

  在同一土壤组中,经济作物(pH值下降0.30.8)的酸化比粮食作物(下降0.130.76)更严重。在一些地区,在过去的20年里,pH值下降了高达0.8。一些高投入的经济作物土壤,pH值最低达到5.07。相比之下,在自然条件下,至少需要100年才能达到这种酸化水平。酸化使某些地区的作物产量减少了30-50%

 

  中国农业大学张福锁院士表示,“在南方,化肥的大量使用已经使一些地方的pH值降低到34。在这种酸性条件下,玉米、烟草和茶叶都将不能种植。如果土壤退化持续下去,从长远来看,一些地区的土壤pH值会降到3以下,并警告说,在这种程度的酸化条件下,作物将完全无法生长”。

 

  03  沙漠化

 

  据国家林业局介绍,“土地沙漠化是我国生态建设面临的最严重威胁”。中国现在有2.61亿公顷的土壤被归类为正在沙漠化的土壤。这相当于中国大陆的27.2%,分布在18个省、自治区、直辖市的528个县,直接影响人口约4亿。

 

  沙漠化的过程是由自然和人为因素共同造成的。自然原因包括风蚀、水蚀和冻融侵蚀。沙漠化主要分布在新疆、内蒙古、新疆、甘肃、青海等省区,占中国沙漠化土地总面积的95.48%

 

  根据1983年至2012年间新疆、内蒙古、甘肃和宁夏回族沙漠地区气候变化和人类活动的影响研究,结果表明,“牲畜数量、耕地面积、道路建设和年平均气温与荒漠化面积的变化呈显著正相关,分别占荒漠化面积的30.8%21.9%4.1%14.6%”。畜牧业对各地区的荒漠化都有极大影响,禁牧是生态恢复的一种有效途径。而另一方面,植树造林却产生了不同结果的影响。在甘肃、宁夏回族自治区,植树造林是生态恢复的一种有效途径。然而,在内蒙古和新疆,植树却造成了该地区沙漠化程度增加。事实上,在干旱地区植树,有时会导致更严重的沙漠化。

 

  此外,沙漠化一直是农牧民面临的各种问题的根源,最终导致当地人民的贫困和人们不可持续地利用环境,试图维持其原有的贫困生活水平,这种恶性循环进一步降低了环境的等级。在内蒙古察右后旗和化德县,9万多人被迫放弃家园,迁往更适宜居住的地区。在宁夏回族自治区西海固地区,水土流失和风蚀的综合危害已使环境恶化,近几年已搬迁20万人。

 

  二、土壤退化的间接后果

 

  健康土壤是一个国家经济的支柱。土壤退化具有广泛的后果,不仅农村居民感受到这种后果,而且影响到国民经济。

 

  01  降低粮食产量

 

  尽管过去几年,我国的粮食产量有了显著的提高,但农业总产量却减少了。根据2016年发布的一份报告,中国小麦产量可能在12年内首次出现下降。

 

  此外,除了土壤退化外,一些肥沃的农业用地被转为城市用地(如公园、道路、住宅和工业综合体)。城市化导致土壤物理和生物特性的不可修复性破坏,在粮食供应紧急情况下,这些城市用地,不可能快速地转为作物生产用地。

 

  科研工作者通过对我国1980-2008年粮食产量变化趋势的研究,发现全国主要粮食产区均呈现产量停滞的特点。研究发现,53.9%的县级城市水稻产量出现明显的停滞,其次是玉米产量占42.4%,小麦产量占42%。另一项研究结果表明,在侵蚀作用下,黑土的生产力水平每厘米下降1%左右。从长远来看,中国东北黑土的侵蚀可能严重影响该地区的粮食生产。

 

  如果中国继续遭受同样的土壤侵蚀,在未来50年内,将有相当于塞浦路斯或波多黎各国土面积大小的耕地将消失,导致粮食产量下降40%。同样,中国目前对产量的关注,可能会对农业发展产生严重影响。“如果我们不提高耕地质量,而仅仅依靠增加投资和改进技术,那么即便是超级稻、超级小麦或者其他优质作物,都不能帮助我们保证农业的可持续发展。

 

  02  对草地的破坏导致畜牧业生产的减少

 

  草地退化是植被越来越稀疏、越来越矮小、草密度越来越低的过程。草地生产力按草地每公顷年干物质产量分级:(1)高产:每公顷每年干物质产量>2000公斤;(2)稳产:每公顷每年干物质产量1000-2000公斤;(3)低产:每公顷每年干物质产量<1000公斤。不幸的是,中国的大部分草原产量都很低。上世纪90年代末,我国低产区占草地总面积的三分之二,而高产区仅占草地总面积的10%多一点。不幸的是,自那以后,情况一直在恶化。

 

  河北省西北部(坝上高原)的固原牧区,固原牧区从20世纪50年代的高产区发展到21世纪末的低产区,可能是我国其它许多地区的标志。20世纪50年代,固原牧区牧草年产量达到250-300公斤,牧草覆盖率达90%,草高50-100厘米。但是到21世纪末,牧草覆盖率仅为40%左右,草高为20-40cm,而干草产量已降至50-100公斤。

 

  类似的过程也发生在耕地上。西部地区贫瘠的农业用地和人们的贫困程度之间存在着联系:尽管我国北部和西部土地面积是东部地区的1.76倍,而人口密度仅为东部地区的43%,但是北部和西部的粮食产量仅为东部地区的50%,人均消费和储蓄量仅为33%,学校的密度只有49%,诊所的密度只有8%,而这些学校和诊所的质量都很差,严重影响人们的生活水平。

 

  03  对生态系统的影响

 

  土地退化已导致可利用的草原和林地减少,并且由于自然栖息地的丧失、脆弱或者与自然环境的隔离,使环境中的生物多样性水平降低。此外,它还改变了动物种群和群落的结构,降低了物种的生产力和活力(其中包括通过降低出生率/存活率和抗虫/抗病能力),逐渐将它们推向灭绝的边缘。

 

  例如,20世纪50年代,内蒙古自治区草原上生活着500多万只蒙古瞪羚,但其现在的残存数量不足30万只;此外,豹子、野牛和野骆驼几乎灭绝;灰土拨鼠、狐狸和狼的数量显著下降。

 

  04  土壤退化引起的沙尘暴

 

  由于“过度放牧、过度耕作、过度用水或气候变化”,中国超过四分之一的总面积被土地退化或沙漠化所影响。中国北部,尤其是内蒙古,沙尘暴频繁,每年大约20天。尤其是在春天。沙尘暴不仅破坏环境质量,而且对健康也有负面影响。许多研究表明,粉尘事件与呼吸和心血管住院治疗之间有着显著的相关性。此外,科学家还发现,尘埃云可能是流感、非典、手足口病等疾病的传播者。

 

  05  洪水和滑坡

 

  黄河在中国被称为黄河,为1.55亿人(约占中国人口的12%)供水,灌溉面积730万公顷(约占中国农田的15%)。超过4亿人生活在黄河流域,而黄河对他们的生存至关重要。然而,黄河也是世界上最具破坏性的荒野河流之一。自从公元前602年开始保存记录以来,这条河已经改变了26次航道,发生了1500次洪水,造成数百万人死亡。这些灾害的根源是土壤侵蚀产生的大量泥沙。每年有高达15亿吨泥沙被冲入黄河。此外,降雨和地震虽然被认为是诱发滑坡的主要因素。然而,人类活动,包括建筑、砍伐树木和耕作,也导致了山坡的不稳定性,这已经成为中国发生滑坡的主要原因。

 

  06  水坝的淤泥堆积

 

  自1950年以来,中国建造了世界上一半以上的大型水库,主要用于水力发电。当河流中的泥沙到达水库时,它会下沉并沉淀在大坝后面。河流携带的泥沙越多,泥沙堆积得越快。随着水库底部泥沙堆积,大坝慢慢失去了蓄水能力和原有功能,特别是发电能力。除了填满水库外,大量的泥沙也破坏了大坝的结构和组成部分。水轮机叶片尖端被水和泥沙冲蚀和开裂,大大降低了叶片的腐蚀性,通常需要昂贵修缮。不幸的是,目前还没有安全和经济的方法来清除水坝中的泥沙。

 

  据报道,美国水坝的平均存储容量损失率约为每年0.2%。在世界范围内,由于水库沉积造成的年平均蓄水损失率估计在总蓄水量的0.5%1%之间。然而,中国的主要的水库正以每年2.3%的速度失去其容量,比美国的平均速度快10倍以上。

 

  


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