農業生態環境變更及其驅動因素
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本文作者：盧鶴立、劉桂芳 單位：河南大學資源與環境研究所、河南大學環境與規劃學院
引言
新鄉縣位于華北平原的中西部，處于35°05'-35°24'N、113°04'-114°04'E之間，面積364．6km2，屬河南省新鄉市所轄的一個境域較小的縣份。縣域屬太行山山前洪積平原與黃河、衛河沖積平原的交接地帶，但絕大部分屬黃河沖積平原。地勢由西南向東北傾斜，地表被第四紀的厚層松散堆積物所覆蓋。地貌發育受黃河作用的深刻影響，是歷史上黃河決口、泛濫、改道最頻繁的區域之一［1］。在豫北的諸多平原縣份中，本區農業生產基礎條件、農業生態環境本底具有較強的代表性。
新鄉縣農業開發歷史悠久，土地墾殖指數達64%，是河南省重要的糧棉產地。長期的農業生產建設和高投入，極大地改善了區域農業生態環境。近些年，本區經濟發展迅速。目前，不僅農業現代化水平較高，農村工業化水平也已躍入全省與華北地區的先進行列。隨著農村工業、鄉鎮企業、交通事業和建筑事業等蓬勃興起，大量耕地被占用。耕地面積的減少，導致單位耕地面積上化肥、農藥等的投入增加，由此產生的農業污染和工業污染使區域生態環境發生新的變化，出現新的問題，并在一定程度上影響到了區域農業的可持續發展。為促使區域開發和農業生產的協調穩定發展，進行農業生態環境變化的驅動機制研究十分必要。
1農業生態環境區域差異的內在機制
地貌是自然環境結構系統的重要組成要素之一，各個地區的地貌，因形態、成因、發育和分布等的特點與規律，均具有空間差異性，直接或間接地影響到氣候、地表徑流、地下水、土壤和生物等其他自然資源。各自然資源相互作用和影響，使各地區的自然條件具有區域差異性特點，以自然條件和環境為物質基礎的農業生態環境和生產開發方式，其途徑和效果也必有差異。
1．1地貌與農業生態環境
本區地貌形態對環境的影響比較明顯［2］。區內地勢平緩，地域開闊，屬于典型的平原地貌環境，利于耕種及農業現代化、農田水利化建設和農田管理。水流緩慢，侵蝕作用微弱，以堆積作用為主，對土壤改良和水土保持有利。區內大部分土層深厚，土壤肥沃，農作物穩產高產，農業生產水平較高。盛產小麥、棉花、稻谷、玉米及各種蔬菜瓜果，其中，小麥、棉花以其產量高、質量好而聞名全國，被定為全國優質棉生產、出口縣。總之，具有多方面的有利的農業生態環境條件。由于區境絕大部分地區的地貌長期受古黃河的作用和影響，平原地貌形態發生區域差異性變化，形成次一級的地貌形態景觀，地貌環境也產生區域差異性。較顯著的是，區境西北部的合河鄉一帶，屬黃河、衛河沖積平原和太行山山前洪積傾斜平原交接地帶，地勢低洼，衛河沿岸及其以北廣大地區，多雨季節特別是大暴雨時，絕大部分要受到太行山洪水影響。共產主義渠修建以后，對其南部地區雖起了防洪作用，但使其北部顯得更加低洼，阻滯洪水下泄，延長洪澇時間，常造成季節性積水，多雨年份造成嚴重減產。東南部的朗公廟、古固寨等鄉鎮地區，屬黃河古河床、古河漫灘部分，漏水漏肥，土壤貧瘠，為沙丘、沙地分布區，農業生態環境惡劣。全區的總體地勢，呈西南部高，東北低。西南部地表坡降又較大，排泄作用較強，地下水位較深，水和鹽不易積聚。由西南部到東北部，地表坡降逐漸變小，水利坡度也減小，地表水和地下水流速降低，水流滯緩，排泄困難，地下水位較淺，尤其是古陽堤以北以及東孟姜女河沿岸一帶，有較大面積的洼地，聚集流水和鹽分，常造成洪澇、鹽堿危害。
1．2土壤與農業生態環境
本區地表組成物質，絕大部分為河流相沉積物［3］。這些沉積物源系干旱或半干旱氣候條件下的巖石風化物，由于未經過強烈的天然淋洗作用，含有一定量的可溶性鹽分，形成的土壤和次生鹽堿化的發生有著密切的關系。由于河流沉積方式的地區差異，同一地區往往又是經河流的多次輪回沉積，因此，土壤的成土時間短、剖面的質地很不均一，造成生態環境的區域差異。區內地表的組成物質，可分為黏土、亞黏土、亞砂土和砂土等幾種主要類型。分別以它們為母質所形成的土壤，其耕性、肥力和抗鹽漬化等性能各不相同。黏質土和亞黏質土，多集中分布在本區西北部和東北部的低洼地區，面積約占全區總面積的15%。該土質養分含量較高，但顆粒較小，發育形成的土壤偏粘，耕作不便。由于其分布區大多地勢低洼，排水不暢，土壤中水分較多，主要為嫌氣分解過程，風化分解過程較慢，因此土壤養分釋放較少較慢，有效性不很高。本區東南部的黃河故道區，主要為粉砂質土，面積約占全區總面積的13%。該土質顆粒較粗，發育的土壤通氣透水性較好，養分分解釋放很快，有效性很高，但保水保肥能力差，缺肥現象較嚴重，多為中、低產田。尤其是有沙丘、沙崗分布的沙荒地區，水肥貧乏，植被稀疏，土壤化過程微弱，生態環境惡劣。亞砂質土，是本區分布面積最大的一種地貌組成物質，面積約占全區總面積的70%。以它為母質發育的土壤兼有上述兩種土壤的性能，不粘不砂，保水保肥能力和耕性都較好，養分含量和有效性均較高，其分布地區的生態環境條件好，是本區商品糧棉的生產基地。
1．3氣候與農業生態環境
本區屬溫帶大陸性氣候，多年平均降水量565mm，時空分布不均。每年6-9月降雨量占年降雨量的70%，其中7-8月尤為集中，占年降雨量的65%。新中國成立以來至2005年，新鄉縣共發生較大水災37年(次)，其中最嚴重的1956、1963、1970、1996年4次重大水災，均在7月下旬至8月上旬［4］。降雨量的相對集中，是造成洪澇災害的直接原因。此外，本區北靠太行山，衛河、共產主義渠從北部穿境而過，尤其是后者，是豫北地區重要的防洪河道。汛期，不僅要排泄境內的內澇積水，還要承受上游4000多km2集流面積匯集下泄的每秒達上千立方米的客水，常形成主水未排完、客水又來臨的洪澇交織局面。同多年平均降雨量565mm相比，本縣多年平均蒸發量卻高達1652．86mm，因此氣候干旱。新中國成立至1998年，新鄉縣共發生旱災26年(次)，其中最嚴重的1960、1961、1962、1974年4次嚴重旱災，年降雨量在非汛期8個月分別為76．5、193．7、202．7、102．7mm。此外，降雨量年際相差懸殊，枯水年份最小降雨量只有249．4mm(1997年)。長期干旱無雨，是形成旱災的直接原因。
1．4不同自然要素組合與土壤鹽堿化
土壤鹽堿化是本區一個重要的農業生態環境問題。長期以來，對土壤鹽堿的治理進行了大量工作，現大部分鹽堿地得到改良，但仍存在次生鹽堿化的潛在威脅。如前所述，歷史上黃河多次在縣境內遷徙改道，遺留下一些起伏坡平地、沖槽洼地與沙丘沙地。平原的微地貌形態和地表沉積物性質的不同，相應地引起了潛水埋藏、礦化度和土壤發育的地域分異(圖1)。加之冬春干旱多風、夏秋降雨集中、年蒸發量大于年降水量的氣候條件，不同類型的土地便出現了易旱、易澇和風沙移動等現象，其土壤鹽堿化狀況也表現出明顯的區域差異性。有關調查表明:區內土壤鹽堿化的地區分布，多與咸水(礦化度大于2g/L)和微咸水(礦化度為1～2g/L)的地區分布范圍相吻合。可見，區內鹽堿化分布區與區域水化學類型及礦化度有密切關系。水化學類型和礦化度大致呈帶狀分布，大多是北東東向，或是近北東東向，基本上與區境河流相沉積的物質來源方向及其形成的地貌分帶方向一致，其形成與地貌直接相關。從最南部的古河道，向北經古漫灘，再到泛流平地，隨著地貌條件、地貌組成物質的變化，水化學類型和礦化度也發生了相應的變化。
東南部的黃河故道區，主要為粉砂質土，地下水礦化度小于1g/L，鹽度與堿度也較小。粉砂質土因較松散，空隙度大，便于水、鹽的運移，但上升高度很小，在地下水位較深的地區，鹽分一般不能被毛管水帶至地表，故不易發生鹽堿化。本區東南部地區，地下水位較深，埋深大部分為3～4m，一般鹽堿化現象不明顯。往北、往西到古陽堤一帶，地表組成物質多為沖積黃土狀亞砂土。古陽堤南為黃河故道的古漫灘，地下水礦化度仍小于1g/L，加之這里地勢較高，排水條件好，地下水位深，埋深大多2～4m，一般無鹽漬現象，多是糧棉高產地。但同為亞砂質土分布的古陽堤以北地區，由于地處古黃河背河洼地及泛流平原范圍，地勢平坦低洼，排水困難;地下水埋深較淺，一般1～2m;同時，地下水礦化度也較高。從小冀至郎公廟一帶再向北，到古背河洼地的翟坡一帶，地下水礦化度為1～2g/L，往北至大召營，礦化度已高達2～5g/L。這些地區因地下水礦化度高，多為咸水和微咸水，水質苦澀，是新鄉縣原生鹽堿地分布的主要地區，也極易發生次生鹽堿化，是區境歷史上遭受鹽堿危害最嚴重的地區。因此，這些地區的改造治理，應以治堿治鹽為重點，努力根除鹽堿危害。本區西北部的合河鄉一帶，地處洪沖積交接洼地，地表組成物質絕大部分為黏土和亞黏土，質地偏粘，空隙度小，毛管水上升高度大，地表有積鹽的可能性，但因每年都從共產主義渠和衛河大量提取引黃河水灌溉，本區地下水礦化度并不高，大部分小于1g/L。因此，鹽堿化不易發生，沒有原生鹽堿地存在，少部分次生鹽堿地也易改良。
2．1水利工程建設活動
水利工程建設活動，是本區一種廣泛而頻繁的人類活動。經過近幾十年來大規模的水利工程建設，區內已形成了系統的排灌網絡。水利工程的建設，不僅造成了一系列新的人工地貌形態，并且還在不同程度上改變了現代地貌過程，直接間接地影響了環境變化。水利工程建設使地表徑流狀況發生了變化。本區年降水量的一半以上集中在7、8兩月，此間常發生瀝澇和洪水危害。治理洪澇需要修筑排水工程，改變地表徑流情勢，控制水流方向。如通過拓寬加深東、西孟姜女河，使徑流順暢，迅速匯入和及時泄流出境，起到了除澇作用。又如本區西北部，為了抵御山洪威脅，開挖了排洪大渠，引山坡洪流入渠，使洪水歸流排出，保證了新鄉市區和防洪區的村莊以及京廣鐵路的安全。
水利工程設施的應用過程，使地表組成物質的土壤化過程發生了變化。如引黃灌溉，由于黃河水流含有大量泥沙，大部分泥沙在地表發生沉積，就改變了土壤組分，改善了土壤化過程。本區東南部大面積的沙丘、沙地的治理，除植樹造林外，還進行了引黃淤灌，收效明顯。引黃水利工程的運用，還影響到地下水動態發生變化。引黃灌溉水對地下水起重要補給作用:引黃灌溉量增大，補給量亦增大，地下水位升高;灌溉量減少或停止引水，補給量減少，地下水位進一步降低。此外，引黃水還是本區許多地方生產的重要補充源。隨著工農業和第三產業的發展，需水量越來越大。據水賬資料，本區水資源總量有9．43×108m3，但地表水8．4×108m3由雨季集中降水形成，災多利少，大量排泄出境，潛層地下水只有1．02×108m3可提供利用。本區工農業用水量需3．3×108m3，不足部分依引黃河水予以補充。若停止引用或減少引黃河水量，必然要加大對地下水的開采，超采便形成地下水下降漏斗，失去平衡。
本區鹽堿地的改良更是離不開排灌系統的建設和完善。鹽堿地主要分布在古黃河背河洼地，據歷史記載1900年前就已形成，在1963年治理前，糧食單產(667m2產量)僅70多kg。之后，在中國農業科學院農田灌溉研究所的幫助下，采取排、灌、平、肥綜合措施，改良了鹽堿地，糧食單產持續超過500kg。所謂排，主要是排澇和排鹽。排澇要求排地面水，溝要密;排鹽要求排地下水，溝要深。因此在排水配套上采取深、淺溝結合的方式。所謂灌，就是通過灌溉沖洗鹽堿問題，其效益的發揮與土地平整關系密切。土地不平，洼地難排，灌水不勻，易生鹽斑。土地平整后，調整了土壤水鹽動態不均衡的狀況，變積鹽過程為脫鹽堿均衡的過程。
2．2林業活動
林業生產活動對環境的作用與影響，不受任何區域限制。人們通過植樹造林種草，直接建立良性環境，提高環境質量，改善地表結構，改變地貌作用過程的形式和強度，對農業生態環境以直接間接的影響。本區林業生產活動的歷史久遠，林業活動對環境帶來的影響亦十分顯著［5］。
本區東南部的沙丘、沙地分布區，20世紀50年代初注重了植被保護，有片林分布，生態系統相對較為穩定。到60年代初期，部分林木被砍，灌木草叢等植被遭到破壞，風沙危害加重，農業減產，生態環境系統嚴重失調。位于此地的古固寨鎮，全鎮0.24萬公頃耕地，80年代沙化面積高達70%以上。之后，進行了長期大規模的植樹造林。2004年以來，僅古固寨鎮就實施了333公頃的退耕還林荒山荒地造林項目。2010年，全縣林木綠化率為10.24%，森林覆蓋率為6．33%，已建設起大型林帶林網，再加上灌溉面積的逐年擴大，以及土壤改良工作的進行，農業生態環境大大改善，黃河故道區的大風危害，小麥灌漿期的“干熱風”危害，均已大幅度減弱，小麥、玉米等糧食作物的產量有了明顯提高。
2．3化肥、農藥、農膜等的使用
農藥、化肥、農膜、人畜糞便和秸稈是構成農業面源污染的主要污染源，也是本區目前農業環境的主要污染源。與點源污染相比，面源污染的時空范圍更廣，更加難以控制［6－7］。化肥作為一種農用肥料，若與有機肥料平衡施用，不但可以取得高產，而且不會影響地力。但在實際農業生產過程中，部分農民過分強調眼前利益，大量施用化肥，忽視有機肥，直接導致土壤板結，地力下降。過量的化肥有相當大一部分流失到水體中，進入地下水，可造成硝酸鹽含量過高，進入地表水則造成水體的富營養化，進而污染農業生態環境。農藥使用，無疑對提高土地生產力起到了一定的促進作用，但盲目過量的使用，則會使農產品殘留農藥，品種下降甚至發生農產品中毒事件。農膜造成的農業污染是由于近年來高效設施農業規模的不斷擴大，可降解農膜推廣使用力度不夠，一部分農膜長期積累殘留土壤中，造成耕地理化性狀惡化，土壤通透性變差。此外，養殖場露天堆放糞肥，糞肥的流失及臭氣污染處理不徹底會引起水體和大氣的污染;秸稈綜合利用率低，就地焚燒秸稈則造成了大氣污染。目前，農藥、化肥和農膜造成的污染已逐步引起各方面的重視并有所緩解，但人畜糞便、秸稈引起的污染還較嚴重。
2．4其他活動
近一二十年來，本區經濟發展迅速，農村工業、鄉鎮企業、交通和建筑事業等蓬勃興起。這些活動已直接間接地對農業生態環境產生了多方面的作用和影響［8］。
一是交通活動與農業生態環境問題。近些年來，本區為了發展交通運輸業，進行了大量的道路工程建設活動，改善了生產和投資條件，推動了經濟發展。但也帶來一些與環境有關聯的問題。最明顯的是，鐵路和公路的修建選線。在本區這種地勢平緩的平原地貌區域，交通線一般都選擇從地勢較高、排水條件較好的地帶通過，有的地段需經過較低洼地帶，一般也是就近挖方，進行填墊，抬高路基，其結果加大了地表起伏，造成排水不便的人工洼地。有的新建鐵路和公路，還打亂了區內原有的水利灌溉工程系統，出現次生鹽漬化等連鎖反應。目前，本區交通運輸業的發展，還遠不能滿足區域經濟發展的要求。隨著各項建設的全面開展，公路和鐵路均有待于進一步建設。今后要注重統一規劃，加強管理，確保生產生活和環境質量的協調穩定提高。
二是廠房和住宅等建筑活動與農業生態環境問題。本區隨著鄉鎮企業的發展，各種生產廠房和管理用房的建筑相應地大量進行;隨著人口的增加和廣大人民群眾生活水平的提高，住宅大批興建。這諸多建筑不僅使農用土地縮減，還引起一系列的環境問題。最突出的是，使地表起伏形態發生變化，使原無排水、排污設施的地區環境問題更加突出;使有的地區的原有排水、排污系統遭到擾亂和破壞，引起環境污染加劇;局部地方造成水土流失。今后，應提倡和推廣多層立體建筑，改變平面利用狀況，盡量減少建筑用地，同時必須加強統一規劃，嚴格依法管理，確保環境日漸優化。
三是工業生產過程造成的農業生態環境劣變問題。本縣是豫境和全國有名的鄉鎮企業十分發達的縣份，大多數鄉鎮擁有各具特色的多家企業。目前由于一般規模都不大，資金和技術等條件均有限，一些企業部門如醫藥、化肥、化工和造紙等工廠的三廢排放較多，有的嚴重超標，污染周圍地區的大氣和部分水源，造成附近一帶農作物減產，使人畜健康受到危害。這類環境問題，雖較普遍，具有廣域性，但不能因此而稍有輕視，應列為工農業協調發展中必須解決的問題。
3結論與討論
本區是典型的黃河故道平原縣，農業生產自然條件較好，開發歷史悠久。長期頻繁的農田水利建設、平整土地、植樹造林等都大大改善了本區的農業生態條件，使本區農業生產始終保持較高的水平。雄厚的農業基礎極大帶動了鄉鎮企業的發展，交通運輸業、建筑業等隨之蓬勃興起，這些直接導致了耕地面積的大量減少。作為一個傳統的重要的國家糧棉生產基地，保障糧食生產始終是根本。如何在日益有限的耕地上保持和提高農業生產數量和質量，并且降低或避免農業投入和工業發展帶來的對農業生態環境的新污染，將是本區農業生態環境研究的重要課題。
