寧南山區(qū)土地利用/土地覆蓋*變化研究——以固原上黃試區(qū)為例

郝仕龍,曹連海,李壁成

(1.華北水利水電學院資源與環(huán)境學院,河南鄭州450011;2.中國科學院水利部水土保持研究所,陜西楊陵712100)

土地利用/土地覆蓋(LUCC)變化研究是國際上目前研究的核心領域之一,而區(qū)域性土地利用變化驅動機制是土地利用/土地覆蓋變化研究的重要方面[1-16]。黃土高原是中國土地利用/土地覆蓋變化最劇烈的地區(qū)之一,同時也是生態(tài)環(huán)境的脆弱區(qū)[17-19],通過對該地區(qū)LUCC的研究,將有助于揭示脆弱區(qū)形成演變機制,有利于人們對脆弱性的認識,及揭示各種自然和人文因素對土地利用/土地覆蓋變化的影響。

黃土高原嚴重的土地侵蝕現(xiàn)狀和根深蒂固的濫墾、濫伐、濫牧的經(jīng)營方式和廣種薄收的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)傳統(tǒng)。綜合治理黃土高原水土流失、改善生態(tài)環(huán)境和發(fā)展當?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟是一項復雜而艱巨的任務[20-24]。黃土高原西部的寧南山區(qū),長期以來由于受人為和自然環(huán)境的影響,其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨困境,其主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)植被稀少,水土流失嚴重,生態(tài)環(huán)境惡化,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本條件差。

(2)干旱缺水,廣種薄收,粗放經(jīng)營,水土資源利用不合理。

(3)人口膨脹壓力大,農(nóng)業(yè)結構單一,農(nóng)村經(jīng)濟落后,勞動者科技文化素質較低。

國家科技攻關固原上黃試驗區(qū)地處全國有名的“西海固”老少邊窮地區(qū)。黨中央、國務院對這一地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)建設十分關心與重視,曾決定從1983年起將“西海固”列為“三西”農(nóng)業(yè)專項計劃,以20 a時間集中解決這一地區(qū)的貧困問題。中國科學院根據(jù)中央領導指示和寧夏自治區(qū)要求,派出一批科學家和科技人員深入寧南山區(qū)進行調研與考察,為中央決策提供了科學依據(jù)。并在完成了“固原市農(nóng)業(yè)綜合考察與區(qū)劃”的基礎上,于1982年在固原河川鄉(xiāng)上黃村建立了科研基點,進行長期定位試驗研究和示范,拉開了科技攻關的序幕。通過近20 a的科技攻關,其效果如何？需及時總結在生態(tài)治理及經(jīng)濟建設中存在的問題和經(jīng)驗,為黃土高原廣大類似地區(qū)更好地進行生態(tài)治理及經(jīng)濟建設提供決策參考。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)來源與處理

1.1 研究區(qū)概況

固原市上黃試驗區(qū)位于寧夏南部黃土丘陵溝壑區(qū)的河川鄉(xiāng)上黃村,地處黃土高原西部寬谷丘陵溝壑區(qū) ,地理位置在東經(jīng) 106°26′-106°30′,北緯 35°59′-36°02′,總土地面積 7.61 km2,屬暖溫帶半干旱區(qū)。海拔1 534.3～1 822 m,年平均降水415.1 mm,干燥度 1.55,年日照時數(shù)2 518 h,年總輻射量5 342.4 MJ/m2,年平均氣溫 6.9℃,＞10℃積溫2 350℃,無霜期155 d,現(xiàn)有農(nóng)戶108戶,534人,其中回民占24.6%,人均土地1.43 hm2,退耕后人均耕地0.13 hm2。

1.2 數(shù)據(jù)來源

(1)土地利用數(shù)據(jù)。1982年由寧夏測繪局繪制的1∶1萬地形圖,主要是農(nóng)地規(guī)劃和農(nóng)田基本建設用圖,農(nóng)、林、草地等地類界線在圖中都已標明,因而是比較理想的地理底圖和土地利用信息源。以此圖為基礎,并通過查閱試區(qū)“六五”前期資料和農(nóng)戶調查,核對了土地利用歷史,編制了1982年土地利用圖,以此作為試區(qū)建點時和“六五”前期的工作基礎。“七五”期間,開展了航空遙感監(jiān)測試驗研究,分別于1987年和1990年進行了彩紅外攝影,并編制了土地利用圖等專題圖件,“八五”又進行了地面補充調查,編制了試區(qū)土地利用圖件,制圖比例尺為1∶1萬。2000年利用1995年彩紅處航空攝影像片為信息源,采用4D技術,編制了試區(qū)彩紅外1∶5 000正射影像圖,以正射影像圖為基礎,對試區(qū)進行了土地利用現(xiàn)狀的調查,編繪了土地利用現(xiàn)狀圖。2008年在“十五”的基礎上,對該試區(qū)退耕后土地利用進行了全面的調查,掌握了土地利用動態(tài)變化情況。

(2)農(nóng)村社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)。在研究期間內,該試區(qū)不同時期的社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)主要來源于參與式農(nóng)村評估方法(Participatory Rural Appraisal,PRA),獲得不同時期該試區(qū)家庭經(jīng)濟狀況、人口數(shù)量、糧食生產(chǎn)、收入變化等相關數(shù)據(jù)。

(3)綜合治理措施。根據(jù)試區(qū)不同時期的綜合治理研究報告,主要有不同時期的綜合治理措施,及這些措施的生態(tài)、經(jīng)濟及社會效益的變化。

1.3 研究方法

把試區(qū)劃分為3個不同的主要時期,第一階段為試區(qū)治理前的3 000 a土地利用歷史變化情況,說明這一時期傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營模式的演變及特點,主要采用歷史地理法進行研究,第二階段為試區(qū)進行傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)改造時期,即1982-2000年,說明這一時期土地利用變化與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)改造的措施及其效果,第三階段為2000-2008年,這一時期主要表現(xiàn)為退耕時期,說明退耕后土地利用變化的特點。以不同時期的土地利用變化為主線來描述土地利用變化對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展變化的影響。

2 結果與分析

2.1 寧南山區(qū)近3 000 a土地資源利用及其演化特征分析

試區(qū)大部分為深厚的黃土所覆蓋,其植被分布以海原西華山、南華山經(jīng)固原須彌山至炭山一線為界,以南為溫帶森林草原,以北為溫帶干草原。這實際上就是全新世晚期的近3 000 a來的天然植被分布狀況。據(jù)考古研究,距今5 000～6 000 a的全新世中期,這一地區(qū)的自然環(huán)境要比現(xiàn)在優(yōu)越,具有暖溫帶植被特點,森林分布較今日廣泛,林草植被更為茂密,因此才會有眾多先民在這里繁衍生息,發(fā)現(xiàn)的大量新石器時代遺址即是證據(jù)。在這一自然環(huán)境中,寧南山區(qū)的農(nóng)牧業(yè)經(jīng)歷了漫長的演進歷史,根據(jù)大量歷史資料分析,寧南山區(qū)的農(nóng)牧業(yè)和生態(tài)環(huán)境演變,大體經(jīng)歷了以下5個時期(表1)。

表1 寧南山區(qū)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展歷史

2.1.1 新石器時代的原始農(nóng)耕為主的早期農(nóng)業(yè)時期 據(jù)考古發(fā)現(xiàn),寧南山區(qū)分布有大量新石器時代中晚期屬于甘肅仰韶文化類型的遺址,已發(fā)現(xiàn)此類文化遺址百余處。有的地方,如海原南華山北麓、西吉葫蘆河川道、隆德鳳嶺、固原六盤山東麓與清水河上游等,其分布幾乎和現(xiàn)在的村落一樣密集。遺址多分布在河流階地的向陽緩坡上,面積大,文化層深厚,出土的用于開墾的石質工具磨制十分精巧。由于生活食物來源有了較可靠保證,已不再為謀求生存而四處遷徙,開始較長時期過著定居生活。這一歷史文化現(xiàn)象表明,全新世中期寧南山區(qū)自然條件遠較今優(yōu)越,與陜西關中地區(qū)相仿,即氣候濕潤,林草茂密,河水豐沛,原隰平漫開闊,這里的氏族社會的先民過著與關中涇渭流域、甘肅洮河、大夏流域仰韶文化類型相似的原始農(nóng)耕為主的生活。

2.1.2 殷商-秦朝時代的游牧為主時期 到了商代,西北羌、戎等部族勢力逐漸強盛,控制了本區(qū),趕走或同化了原有農(nóng)耕氏族,從此形成了游牧民族的領地。這一游牧為主的生產(chǎn)方式,大約延續(xù)了1 400余年。期間中原周王朝雖進行征討,但始終未能征服西北最為強大的嚴允部族。春秋戰(zhàn)國時代,周室東遷,西北一帶諸戎部族更為活躍,寧南地區(qū)北部有朐衍戎,東部有義渠戎,南部有烏氏戎。直到秦惠王(公元前337-前310年)設置義渠、烏氏等縣,才開始對寧南部分地區(qū)實行有效的統(tǒng)治。到秦昭襄王時(公元前306-前251年),又起兵伐殘義渠戎,于是秦才牢固占領了隴西、北地、上郡等郡地,接著在今固原、西吉一帶修建長城,至此秦國統(tǒng)治勢力雖然控制了南寧大部分地區(qū),不過以游牧為主的生產(chǎn)方式并沒有因此而改變。

2.1.3 西漢-明末時代的以畜牧為主,農(nóng)牧兼營時期 西漢時期,西北邊境更為鞏固,漢武帝雖多次向西北邊境各郡移民屯墾,但終因寧南山區(qū)發(fā)展農(nóng)耕遠遠不及北部引黃條件有利,加之朝廷及王公貴族有意在這一帶發(fā)展養(yǎng)馬,因此畜牧得以發(fā)展。以后歷經(jīng)東漢、魏晉南北朝、隋、唐、北宋與西夏、金及元、明等朝代,在長達1 850 a中,盡管漢族與游牧民族在這一帶不斷遷徙流動,人口有增有減,農(nóng)、牧業(yè)互有消長,然而或由于游牧民族的傳統(tǒng)生產(chǎn)習慣使然,或出于鞏固邊防與政權所需,加之戰(zhàn)亂和地震等災害,人口增長緩慢,甚至減少,因此這一地區(qū)以牧為主,農(nóng)牧兼營的生產(chǎn)方式一直延續(xù)下來。

2.1.4 清代之后濫墾亂伐的農(nóng)耕發(fā)展時期 到了清代,固原由邊防重鎮(zhèn)變?yōu)閮鹊?社會趨于穩(wěn)定,清初,明代遺留的馬場及諸王府牧地盡招民墾種,河谷川道、山澗盆地與淺山緩坡草場、林地不斷被開墾為農(nóng)田。清末,同治年間清政府鎮(zhèn)壓了西北回民起義后,又將陜西關中回民移入深山密林的平化縣(今涇源縣),移民為求溫飽,毀林開荒,伐木燒炭,六盤山深山區(qū)的森林也開始遭到大面積破壞。

在清代以后,人口除本地增長外,大量外地移民也遷入本地。嘉慶二十五年(公元1820年),平?jīng)龈丝跒? 070 228人,當時轄14縣,平均每縣14.8萬人,寧南山區(qū)以5縣推算74萬余人。隨著人口的大量增長,土地開墾不斷擴大,據(jù)明《萬歷固原州志》記載,期間耕地為4.60萬hm2,到了清光緒三十四年(公元1908年)擴大為8.07萬hm2。民國期間墾荒加劇,到1946年僅固原一縣耕地即達12.25萬hm2。至此以農(nóng)耕為主,畜牧處于從屬地位的生產(chǎn)方式,延續(xù)至今。

2.1.5 中華人民共和國建國以來人口快速增長的以農(nóng)耕為主時期 建國以來,寧南山區(qū)由于人口過快增長,為了解決溫飽,在小農(nóng)經(jīng)濟的低生產(chǎn)水平條件下,濫墾濫牧,生態(tài)環(huán)境日趨惡化。以固原地區(qū)為例,1949年總人口為47.96萬人,到1999年人口增長到191萬人,50 a間人口增長了4倍,人口密度由1949年的28.6人/km2,提高到現(xiàn)在的113.7人/km2。在糧食短缺的計劃經(jīng)濟時期,迫使農(nóng)民不得不以主要精力進行糧食生產(chǎn)。但寧南山區(qū)自然災害頻繁,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件差,抗御干旱等自然災害能力薄弱,糧食生產(chǎn)低而不穩(wěn),長期以來形成了愈墾愈窮,愈窮愈墾的惡性循環(huán)。據(jù)有關資料分析,固原地區(qū)20世紀50年代人均吃國家返銷糧12.32 kg,60年代人均8.4 kg,70年代30.5 kg,1980-1984年人均達45.1 kg。實行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)責任制和改革開放以來,特別是經(jīng)過扶貧攻堅,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平雖然有了一定提高,但在嚴重干旱情況下,仍然不能穩(wěn)定解決溫飽,貧困問題依然是寧南山區(qū)的主題。

2.2 治理時期農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展與土地利用變化分析

2.2.1 土地利用優(yōu)化調控措施分析

(1)生態(tài)治理措施。生態(tài)治理措施主要是加強對水土流失的治理,通過土地利用結構的調整進行優(yōu)化(見表2),具體措施為坡耕地梯田化,宜林(草)荒山綠化及退耕種草等多種措施。從1982—2000年共有39.0 hm2的坡耕地進行了梯田改造,因退耕種草新增了41.3 hm2的人工草地,在對荒山的改造過程中有148.9 hm2的荒山轉變?yōu)榱值亍?/p>

表2 1982-2000年上黃試區(qū)土地利用變化情況 hm2

表3 不時階段生態(tài)、經(jīng)濟及社會效益變化

(2)經(jīng)濟建設措施。上黃試區(qū)的生態(tài)治理及經(jīng)濟建設的措施(見圖1),在經(jīng)濟建設方面,具體措施主要表現(xiàn)為在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上通過引進優(yōu)良品種、增加投肥量、擴大模式栽培與地膜覆蓋等方面促進大面積均衡增產(chǎn),針對干旱發(fā)展窯窖節(jié)水微灌抗旱奪豐收經(jīng)驗。示范各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營模式“果菜型”、“果苗型”、“果畜型”,大力發(fā)展蔬菜大棚等多種庭園經(jīng)濟模式。大力對農(nóng)戶進行專業(yè)生產(chǎn)培訓,提高他們的專業(yè)化生產(chǎn)及管理水平,試區(qū)涌現(xiàn)出不同生產(chǎn)領域的農(nóng)業(yè)專家及生產(chǎn)能手,有的是養(yǎng)殖能手、有的是種植業(yè)能手等。闖出一條“以庭園經(jīng)濟為突破口,著力提高農(nóng)民經(jīng)濟收入,加快生態(tài)環(huán)境建設”的新路子,創(chuàng)造了在干旱山區(qū)庭園經(jīng)濟667m2收入1萬元的奇跡,農(nóng)戶經(jīng)濟收入也有較大幅度地增長。

圖1 上黃試區(qū)土地利用結構優(yōu)化調控實施方案構架

2.2.2 生態(tài)治理及經(jīng)濟建設效果分析 經(jīng)過近5個五年計劃的生態(tài)治理與經(jīng)濟建設,上黃試區(qū)在生態(tài)治理、經(jīng)濟建設及社會發(fā)展方面都取得了較大的進步(見表3)。在經(jīng)濟建設方面,人均純收入、人均糧食、糧食單產(chǎn)及資金投產(chǎn)比都呈現(xiàn)穩(wěn)步的增長態(tài)勢,“十五”期間人均純收入達到 2 093.2元,試區(qū)基本告別貧困,為該試區(qū)農(nóng)戶資金積累及擴大再生產(chǎn)打下了堅實的基礎。生態(tài)治理也取得了較為突出的成績,林草覆蓋度由研究初期的1.9%上升到“十五”期間的55.7%。上升了53.8%,土壤侵蝕模數(shù)也由研究初期的6 000 t/(km2?a)降到“十五”期間的1 000 t/(km2?a),表明試區(qū)土壤侵蝕由過去的極強度侵蝕降為現(xiàn)在的輕度侵蝕,水土流失治理度從研究初期的2%提高到現(xiàn)在的99%,坡耕地利用率也由83.1%降為18.8%,土地利用合理性進一步加強。社會效益伴隨著經(jīng)濟效益及生態(tài)效益的提高也呈現(xiàn)較好的發(fā)展趨勢,通過教育及培訓,當?shù)剞r(nóng)戶文盲率也由過去的60%降為現(xiàn)在的2%,農(nóng)戶生產(chǎn)、生活條件也得到了明顯的改善。

2.3 退耕時期土地利用變化與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展變化分析

2.3.1 土地利用變化 這一時期土地利用變化情況見表4,從土地利用數(shù)量變化情況上看,坡耕地減少明顯,在國家退耕還林還草政策支持下,該試區(qū)坡耕地大部分轉變?yōu)榱值鼗虿莸?退耕期間共有142.3 hm2的坡耕地發(fā)生了變化,其中140.8 hm2的坡耕地進行了退耕還林還草,有80 hm2的坡耕地轉變?yōu)榱值?成為未成林造林地;有60.8 hm2的坡耕地轉變?yōu)槟敛莸?成為人工草地;有1.5 hm2的坡耕地轉變?yōu)榻煌ㄓ玫?。退耕后還有13.3 hm2坡耕地基本為緩坡耕地,其坡度基本小于15°。園地面積成倍增長,退耕后有6.3 hm2的川臺地轉變?yōu)閳@地,試區(qū)現(xiàn)有園地面積11.1 hm2,是退耕前的2.3倍。有0.4 hm2的川臺地轉變?yōu)榫用顸c用地,道路交通用地增加了11.2 hm2,為了改善試區(qū)道路交通情況,試區(qū)新規(guī)劃并建設了一條鄉(xiāng)村道路,增加了天然草地和坡耕地,分別為9.7 hm2和1.5 hm2。從土地利用結構上看,耕地面積所占比重從30%下降為10.4%,林地和草地所占比重分別提高了10.5%和8.0%,林草覆蓋率從退耕前的57%上升為75.5%,生態(tài)環(huán)境得到了改善,人工草地增加明顯,退耕后有60.8 hm2的坡耕地轉變?yōu)槿斯げ莸?其增加量是退耕前的1.3倍。

表4 2000-2008年上黃試區(qū)土地利用變化情況

2.3.2 土地優(yōu)化調控措施分析 “十五”時期的主要任務是推廣試區(qū)經(jīng)驗,大面積推廣庭園經(jīng)濟模式,形成規(guī)模優(yōu)勢,為當?shù)氐墓麡I(yè)、蔬菜走向市場打下了堅實的基礎。與此同時,試區(qū)響應國家退耕還林還草的政策,對大部分剩余的坡耕地實施了退耕措施,坡耕地進行人工種草、土地適宜性較好的耕地種植經(jīng)濟效益更高的飼料玉米,大力發(fā)展舍飼養(yǎng)殖業(yè),主要是舍飼養(yǎng)牛、舍飼養(yǎng)羊,土地適宜性最好的耕地大力發(fā)展果業(yè)。在上述措施前提下,上黃試區(qū)雖然在這一時期進行大面積的退耕還林還草,但當?shù)剞r(nóng)戶經(jīng)濟收入呈現(xiàn)較大幅度地增長,人均純收入達到2 093.2元,人均糧食在退耕補助的基礎上增加到684.6 kg,生態(tài)效益進一步提高,試區(qū)生態(tài)治理與經(jīng)濟建設進入良性循環(huán),人地關系和諧。

3 結 論

(1)這一區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了近3 000 a的歷史演變,從原始農(nóng)耕-游牧-畜牧主導-農(nóng)耕發(fā)展為主到現(xiàn)在的傳統(tǒng)農(nóng)耕為主的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營模式,驅動這些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營模式轉變的原因主要表現(xiàn)為生產(chǎn)生活方式、自然資源條件、歷史變革、人口變化等因素。在土地利用上經(jīng)歷了對土地資源的輕度干預-適度干預發(fā)展到重度干預,研究期未,人類干預的土地面積占試區(qū)總面積的64.5%。

(2)生態(tài)治理的成果依賴于經(jīng)濟建設的不斷發(fā)展,上黃試區(qū)在生態(tài)治理的過程中,經(jīng)濟問題一直是試區(qū)科技工作者關注的問題,“六五”至“九五”糧食問題經(jīng)科技攻關得以解決,人均糧食從研究初期的230 kg增長到現(xiàn)在的684.6 kg,“九五”、“十五”通過大力發(fā)展果業(yè)及牧業(yè)使試區(qū)農(nóng)戶經(jīng)濟收入有較大幅度地增長,人均純收入也從研究初期的47.2元增長到現(xiàn)在的2 093.2元,生活水平的提高同時也保障了試區(qū)生態(tài)治理的成果,試區(qū)植被覆蓋度從研究初期的1.87%增長到現(xiàn)在的75.5%,土壤侵蝕模數(shù)從6 000 t/(km2?a)降到“十五”期間的1 000 t/(km2?a),生態(tài)環(huán)境得到徹底改善,濫砍濫伐的現(xiàn)象基本消除。

(3)從多年來的生態(tài)治理及社會經(jīng)濟發(fā)展的探索情況來看,寧夏南部山區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的普遍性方向是以控制水土流失和生態(tài)環(huán)境治理為前提,以建設基本農(nóng)田為主導措施,以發(fā)展畜牧業(yè)、林果業(yè)為主體的畜牧產(chǎn)業(yè)鏈和林果產(chǎn)業(yè)鏈,形成由畜牧業(yè)、林果業(yè)及配套后續(xù)加工業(yè)和服務業(yè)組成的各具特色的生態(tài)適宜型農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結構模式。

(4)國家退耕還林(草)政策在農(nóng)村產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面具有較強的推動作用,主要表現(xiàn)為使農(nóng)戶徹底改變粗放的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營模式,使農(nóng)戶有了面對市場的勇氣,使農(nóng)戶在生產(chǎn)經(jīng)營過程有了承擔市場風險的最低保障。在生存與發(fā)展的壓力下,主動尋求新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營模式,并學習掌握相關農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理方法。更為可貴的是,試區(qū)20多年研究成果成為巨大的輻射源,在國家退耕還林(草)政策推動下,“上黃經(jīng)驗”已作為整個寧南山區(qū)生態(tài)治理及經(jīng)濟建設的示范,并在整個寧南山區(qū)進行了推廣,經(jīng)濟效益、生態(tài)效益及社會效益顯著。

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