书城科普读物科学探究丛书-沙漠
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第12章 沙漠化(2)

沙漠化过程的反馈特性,还反映在沙漠化成因(发展过程)中。当过多的人口为维持生存而过度开发或放牧时,使土地发生沙漠化过程。反过来正是由于土地沙漠化的原因,使生产力下降,从而使供应人畜需求的能力减弱,其反馈作用需要再度扩大开发。这样周而复始造成更大面积的沙漠化土地出现,发生沙漠化正反馈过程。

在草原地带的自然条件下,历史上曾有一些区域出现过沙漠化现象。但是在当时的历史条件下,由于人口压力小,当土地因发生沙漠化而变得生产低下时,人们即将其舍弃,而转向开发新的处女地。被舍弃的土地由于减去人为干扰而自行恢复,沙漠化过程逐渐减弱,产生了沙漠化的负反馈过程。所以,在历史长河中出现过一个区域曾重叠发生沙漠化过程的现象。

深入分析沙漠化进程的反馈作用,不仅使我们认识到沙漠化过程一经发生后就有自行扩展的特性,更重要的是使人们在生产开发活动的实践中,懂得利用实践效果反馈的意义。把实际效果与预期的目的相比较,并将这种信息反馈到实践中,反过来研究实践活动本身存在的问题,探索解决办法,对实践进行调整。

2.自我恢复能力

沙漠化过程的第二个生态属性是在沙漠化过程中,如消除外界干扰。其过程具有逐渐终止的特征。

自我恢复能力的大小,取决于沙漠化过程的演化阶段和程度,也取决于沙漠化发生区的地带性特点,故具有明显的地带性特征。例如,科尔沁草原南、东部,榆林风沙区东部,年降水量在400毫米以上,属易恢复地区。恢复时间三至五年;乌兰察布盟南部奴察哈草原等地,年降水量在300~400毫米之间,地表有斑点分布的流沙及灌丛沙堆,沙漠化自我恢复时间为五至七年;鄂尔多斯西部,沙丘密集,降水量为200~300毫米之间,恢复的时间在10年以上。

沙漠化过程的自我恢复属性,是由于生态系统具有弹性所决定的,认识并掌握这一属性,对于防治沙漠化有一定意义。在沙漠化发生初期,或自然条件相对较好的局部地区,利用沙漠化自我恢复属性,采取封育的办法,控制人为的干扰,是有效果的。鉴于沙漠化过程的自我恢复能力是件随沙漠化进程发展而减弱的,因此,治理沙漠化的政策应当是从沙漠化程度较轻的地区和初期阶段开始整治,以便于收到事半功倍的效果。

(三)沙漠化程度的生态学指标

沙漠化程度是沙漠化地区环境退化程度的客观反映。通常采用生态系统破失度与沙漠化程度对照的办法确定沙漠化程度的生态学指标。即以生态系统结构功能协调程度来判定破失程度。生态系统的结构与功能各有不同层次,如下结构:一级结构系指物质代谢的基本成分(即生产者、消费者、分解者和无机环境)。二级结构指一级结构中各类组成成分(即各类生物等)。三级结构指各类生物组成成分的数量与质量功能一级功能指基本代谢功能(如能流、物质循环及再生功能等)。二级功能指生态系统的协调功能(如防御机能、共生互生机能等)。三级功能指生态系统的物质交换效率和再生效率及生产力。

与之对应,生态系统的破失度分为O、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级。

最高破失度(Ⅲ):损害生态系统高层次(一级破失度的结构和动能,使生态系统崩溃,称之为生态系统“解体”)Ⅱ级破失度:损害结构中各类组成成分和协调功能的,称为“衰败”。Ⅰ级破失度:损害组成成分的数量、质量及物质交换效率为开始阶段,称为“退化”。

将沙漠化程度类型与破失度相对应,即为沙漠化程度的生态学指标。例如,生态系统破失为Ⅰ时,该系统正处于退化初期,表现在生态系统的结构和功能上,是生物组成成分数量的减少和物质交换效率的减弱,而沙漠化程度是“正在发展”中的阶段。当生态系统破失度进入Ⅲ级,此阶段生态系统的物质代谢基本成分消失(如绿色植被第一性生产者消失),基本代谢功能丧失,整个生态系统崩溃。此时,沙漠化过程已发展到严重阶段,呈现流沙密集的沙质荒漠景观。

利用能量分析手段,研究某种土地利用方式下的生产系统效率,并通过对效率的分析比较,也可作为对沙漠化程度量的判断。如农田生产系统是投放能量和物质并有产出的开放系统。但由于自然条件和经济水平的制约,等量投入所换取的效益却不尽相等,即农田生态系统的能量转化效率不同。农田生态系统能量转化效率采用某种农田产品产出(输出)能量与投放(输入)的能量的比值(E)来表示。我国一些农业生态工作者认为,合理的农林牧结构对提高农田产投比有作用。据沈享理先生的资料,以产量为标准:高产型(产量为800斤/亩)。产投比值为2.4以上;中产型(550~800斤/亩),产投比为1.8~2.4;低产型(少于400斤/亩),产投比为0.9~1.4。能量计算方式,是一种经济分析与生产效益的综合标志,也是人类活动与自然条件综合反映,可作为农田生态系统功能的标志。因而可将其引申运用到沙漠化地区。用其衡量农田沙漠化程度。

根据推算,当耕地范围内沙漠化土地已占50%时,产投比值在1.0以下;当沙漠化土地占耕地比例为30%左右,沙漠化程度属于中等时,产投比值在1.0~1.5之间;当沙漠化土地占耕地面积10%以下,产投比值为1.5。可见沙漠化程度反映到农田生态系统能转化效率上,当能产投比值为1时,表明此生产系统中,能投入量与产出量相等,是该系统可能存在的下限。因为转化效率在1以下的生产过程是入不敷出的生产损耗过程,标志着该种生产系统的衰败。此值相应于农田沙漠化程度从“正在发展”阶段向“强烈发展”阶段转化的临界值。

从以上讨论中可看到,在沙漠化过程的进程中,存在物质运动量与质的关系。如从原生环境开始退化。首先是量的变化(生物数量减少、产量降低)。当这种量变达到一定的“度”时,便产生质的变化,进入新的过程阶段,即环境退化至不易复元的临界值。例如,生态系统的破失度为Ⅱ,能产投比值为1,都是有数量内涵的,这种“度”是决定物质的数量界限,是事物存在的界限。因而着力研究“度”的衡量有着实际意义,它显示着一定环境下自然资源可能负载的开发能力。因此,我们探讨沙漠化过程生态指标,可以帮助人们了解人与环境之间相互作用;研究沙漠化地区自然资源开发方法,可以从中获得在开发利用干旱、半干旱地区生态系统转化的临界值。将其作为判断开发程度和自然环境变化过程的预报指标。

沙漠化的防治

(一)沙漠化土地恢复的生态工程

在保护自然环境的前提下,充分合理地开发利用干旱、半干旱地区自然资源,是防治沙漠化的生态工程基础。所谓沙漠化生态工程是把生态学高效能结构原理,应用于沙漠化防治过程,并模拟生态系统原理,建成适应沙漠化特殊环境的各类生产防治体系。根据我国沙漠化问题的现状,沙漠化过程的生态工程可分为两大类:一是在沙漠化危险地区的合理开发调节的生态工程——即通过有目的地干预、调节生态系统内部能量、物质循环关系、使生态系统取之于环境的物质,在“适度”的范围内予以补偿,构成资源再生能力;二是在业已沙漠化的土地上进行修复环境的复元型工程——通过人为投入相应附加能量及物质,重建(恢复)生态系统。但无论哪一种生态工程类型,其内涵都包括应用生态学原理抉择对策原则和寻求具体措施两方面。

(二)调节型生态工程的对策原则和实施措施

1.资源开发的双项目标原则

目标是在特定时间内,想要达到的境地或标准。因此,对潜在沙漠化地区进行开发,受环境条件所制约,不能仅仅以追求近期最佳经济效益为目标,应当遵循生态、经济双项目标原则。所以,在潜在沙漠化地区进行经济开发方案论证的全过程,应采用定性、定量的分析方法,对方案的经济的和保护环境的预期效果进行评估,实质上是促进生产发展的原则。但是,沙漠化本身演化发展过程有其阶段性,因此,在总目标原则确立之后,还可以有不同的阶段性的子目标,分期、有步骤地逐步加以实现。

2.资源开发适度利用原则

在资源开发过程中贯彻适度利用的原则,是实现潜在沙漠化地区开发的双项目标的实施手段。适度利用是指把开发利用再生资源的程度,限定在足以保持资源自我复苏潜力的范围内。具体地说,结合沙漠化地区自然条件特点,可用物理的、生物的方法确定在沙漠化过程中,生态系统可能负载度的临界值。超过允许界限,就是破坏事物的质,就会使遭受破坏的自然综合体难以自我恢复。在潜在沙漠化地区,需要确立的可能负载度很多,但人口容纳量(由一定区域内粮食、经济作物、水源、可供开采的矿藏资源及其他财政收入的综合量来评定)应作为首要因素进行确定。因为人口增长作为第一性压力对生态系统的冲击最为明显。其次是草场的载畜量和各类草场最适度放牧率。采用建立围栏草场,实行轮牧以及在天然草场上适量增加抗逆性强的多年生乔、灌木、使之构成多层次结构草场等,都是提高草场适度利用指数的有效措施。值得提出的是,由于沙漠化易于发生地区所处的自然地理位置不同(干旱、半干旱、半湿润地带),即便是同样的资源开发途径,它们允许度也不尽相同。因之,需要因地制宜结合开发实践来逐一确定。

3.多项互补原则

在潜在沙漠化地区,由于生态条件脆弱,开发这一地区采用的社会经济系统应当尽可能保持复合状态,使其成分复杂多样,具有较强的弹性。当该社会经济系统某一部分受到障碍时,其他部分有可能为之补偿,这便是开发中采用多项互补原则的出发点。具体讲,“多项互补”体现为如下层次。

(1)对土地依附性强的农林牧部门与工、商等行业相互结合,达成互为补充的作用,由于本区自然环境的不稳定,造成这类部门经济活动的不可靠性和低效益。

(2)农林牧业之间形成合理结构,加强彼此间互补功能,以期调整本身物质流输入输出量之间的关系,形成良好循环。根据本区当前旱作农田占地比例过大的情况,需适当扩大旱作农田中林地占地比例,加强林网保护作用。另外,增加大田饲草种植比例,并利用饲草→家畜→肥料之间反馈作用,也是提高系统机能的措施。上述两种措施之间,也有互补作用(林带嫩枝可作饲草,饲草补足林带的防风蚀效能),在林网下进行草田轮作,可使两种措施作用相叠,构成多成分的互补。根据线性规划,在科尔沁南部、鄂尔多斯草原南部,农林牧之间的优化结构是:粮食种植占土地20%~30%,林业占30%,饲草占50%~40%。

(3)粮食种植内部不同作物的合理配置,形成对土壤有机质及营养元素的补缺作用。例如,从作物对养分关系分析,大麦、玉米为耗地作物,草木栖、苜蓿为养地作物,大豆等为自养作物。三种作用类型形成适当比例结构,会自行调节系统土壤库中营养物质,从根本上改善生态系统的功能。

“多项互补”原则体现为补充、补足、补缺三个层次,相互形成互补网络。网络效应不仅是组成成分作用的相加,且使系统整体水平具有可靠的弹性,适应潜在沙漠化地区不稳定的自然环境特点。依靠“多项互补”原则所形成的生态工程,是利用社会经济发展来预防沙漠化发生后果的措施,也是充分发挥人类作为生态系统主体,对系统进行主导调控作用原则的体现。

(4)宏观经济开发规划与家庭经济发展对策结合原则。

此项原则的出发点,在于使上述原则得以实施。当前,通过倡导调整微结构的办法,将家庭经济对策纳入整体宏观决策中来,使每个家庭的经济发展对策都符合生态学规律。即应用自然界中生物群落相互制约的食物链类型联系,分析利用自然界提供物质的有限空间原理,逐步形成各自有效的生态工程。例如,在半干旱潜在沙漠化地区有些生产户的生产模式,不再单一种植粮食,而是饲养牲畜和家禽,并用牲畜和家禽的排泄物肥田或培殖水藻等等,形成多层次生产体系,这便是应用食物链联系原理的生态工程。

(三)复元型工程的对策原则和措施

在沙漠化已进入严重阶段,上述生态工程已难奏效,故在这些区域必须投入相应的附加能量才能达到(或重建)生态系统的目的。它多用于保护某种客体(交通线、绿洲等)或专门开发利用(林业、牧业等)时采用。所以,复元型的工程有明确的防治目标和要求。为了达到可靠的防治效果。一般多是由数种单一措施相结合构成效能高的体系。例如,选择条件较好的丘间低地,采用封育,促进天然生草类或人工造林、种草等办法。构成镶嵌分布、结构多样的绿地。从整个区域宏观看来,形成被绿地分割的格局,使环境有助于沙丘的逐步稳定。其次是使用机械固沙、植物固沙和封育多项措施相结合,形成沙丘地复元型工程体系,机械固沙是该体系的重要组成部分。在复元型的重建生态工程系统中,这两种主要成分相互联系。互为条件,显现示系统效果。

总之,沙漠化问题已为人们愈来愈重视,在不断实践过程中,相应地探索其理论依据,无疑对防治沙漠化危害是有很大意义的。