氣候變化與人類活動對鹽池縣生態(tài)環(huán)境的影響

文 琦，丁彩霞

（1.寧夏大學 資源環(huán)境學院，寧夏 銀川750021；2.陜西師范大學 旅游與環(huán)境學院，陜西 西安710062；3.中國科學院 地理科學與資源研究所，北京100101）

在氣候變化和人類活動的雙重驅(qū)動下，中國西北干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境問題已成為全球變化與可持續(xù)發(fā)展領域關注的焦點。氣候變化和人類活動造成土地利用結構變化、土壤污染、地下水系及大氣惡化等，導致區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的微氣候、水文、植被、生物等生境發(fā)生變化，進而發(fā)展為不可逆轉(zhuǎn)的生態(tài)問題［1］。鹽池縣地處干旱與半干旱過渡區(qū)，屬典型的農(nóng)牧交錯帶，區(qū)域氣候暖干化趨勢顯著。氣候變化與人類活動成為該區(qū)域生態(tài)環(huán)境演變的重要驅(qū)動力，以土地荒漠化為特征的生態(tài)環(huán)境演變嚴重威脅著當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展與生態(tài)安全。學者們建立了縣域尺度上生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價指標體系，并運用GIS手段對該縣生態(tài)環(huán)境動態(tài)進行監(jiān)測，對農(nóng)牧交錯帶生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況進行了發(fā)展趨勢預測，研究認為自然因素控制著土地覆被狀況和變化，而人類的社會經(jīng)濟活動則決定了它的變化速率和方向，對土地沙漠化變化起著主導作用，兩者在不同時間和空間尺度上相互作用［2－5］。氣候變化與人類活動對于生態(tài)環(huán)境的作用難以完全孤立研究，因此將二者綜合進行研究成為新時期生態(tài)脆弱區(qū)研究的重點命題。本文通過研究氣候演變與人類活動對生態(tài)環(huán)境的作用，以期在正確反映氣候變化過程及人類活動影響的情況下為生態(tài)環(huán)境建設提供可靠及時的理論和現(xiàn)實依據(jù)，并為鹽池縣生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展，水土資源可持續(xù)利用提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

鹽池 縣 位 于 寧 夏 東 部 （106°30′—107°47′E，37°04′—38°10′N），總面積8 661.3km2。北與毛烏素沙地相連，南接黃土高原，處于半干旱向干旱區(qū)，草原向荒漠區(qū)，農(nóng)區(qū)向牧區(qū)的過渡地帶，屬典型的農(nóng)牧交錯生態(tài)脆弱區(qū)。地處溫帶大陸性氣候區(qū)，多年平均降雨量282mm，且集中在7—9月。植被稀少，以草本植物為主，其中以草原植被、沙地植被和沙柳等灌叢居多。土地資源豐富，主要為牧草地，其次為農(nóng)業(yè)與林業(yè)用地。截止至2010年底，全縣總?cè)丝跒?.67×105人，國民生產(chǎn)總值2.67×109元，經(jīng)濟結構以畜牧業(yè)為主。氣象數(shù)據(jù)主要取自鹽池氣象站1981—2010年氣溫和降水觀測資料，采用1981—2010年平均氣溫、年降水量、年蒸發(fā)量等對鹽池縣近30a來氣候演變進行分析。社會經(jīng)濟活動數(shù)據(jù)來源于寧夏統(tǒng)計年鑒和鹽池縣國民經(jīng)濟統(tǒng)計公報。

以1981—2010各年份為自變量，鹽池縣年平均氣溫、年降水量和年蒸發(fā)量等氣象要素為因變量，利用一次直線方程和氣候要素距平變化定量描述氣候變化趨勢。

2 結果與分析

2.1 氣候變化

氣候變化是指氣候平均值和距平值兩者中的一個或兩個一起出現(xiàn)了統(tǒng)計意義上的顯著變化。距平值增大表明氣候狀態(tài)不穩(wěn)定性增加，氣候變化敏感性增大。

2.1.1 氣溫變化趨勢 從1981—2010年鹽池縣年均氣溫可以看出（圖1），鹽池縣溫度序列在波動中上升。一次線性擬合方程為：y＝0.022 2x＋8.212，氣溫以0.22℃／10a的速率在上升。多年平均氣溫為8.56℃，20世紀80年代平均氣溫為8.1℃，90年代為8.89℃，2000—2010年為8.63℃，除80年代以外，其他各年代氣溫均高于多年平均氣溫。其中，90年代比80年代高出0.79℃，2000—2010年較20世紀80年代高出0.53℃，較90年代下降了0.26℃。由圖1看出鹽池縣年氣溫距平在1987年以后進入以正距平為主的階段。1997—2002年出現(xiàn)連續(xù)正距平，且距平值較高，1999年最高距平達到1.44℃，20世紀90年代氣溫達到了近30a的最高值。

2.1.2 降水量的變化 1981—2010年鹽池縣年均降水變化顯示，降水量在波動中呈下降趨勢（圖2）。一元線性擬合方程為：y＝－0.144x＋282.81，表明鹽池縣降水以1.44mm／10a的速率在減少。多年平均降水量282.58mm，20世紀80年代平均降水量266.49mm，90年代為309.92mm，降水量相對增多；2000年和2005年嚴重干旱，導致2000—2010年平均降水量為270.9mm，低于近30a平均降水量。從鹽池縣降水量距平百分率變化可看出，2004年以前主要以正距平為主，2004年后降水量持續(xù)低于近30a平均水平。

圖2 鹽池縣年降水量及距平變化

2.1.3 蒸發(fā)量的變化 1981—2010年，鹽池縣蒸發(fā)量在波動中呈下降趨勢（圖3）。多年平均蒸發(fā)量為1 899.83mm。一元線性擬合方程為：y＝－9.857 6x＋205 2.6。該區(qū)域蒸發(fā)量以9.85mm／a的速率在下降。從年蒸發(fā)量總量的年際變化來看，80年代年平均蒸發(fā)量1 982.12mm，90年代為1 961.33mm，均高于多年平均的1 899.8mm，進入21世紀以后，2000—2010年的平均蒸發(fā)量為1 776.6mm，低于多年平均值123.2mm。主要因為退耕還林、禁牧政策的實施，植被恢復迅速，地表覆蓋度逐年提升，蒸發(fā)量減少。

圖3 鹽池縣年平均蒸發(fā)量與干濕度變化

2.1.4 干濕度的變化 干濕度（Iah）是表示氣候干燥度和濕潤程度的指標之一［6］，是一定時期內(nèi)實測降水量與同期蒸發(fā)量的比值，干濕度值越大表示氣候越濕潤，其計算公式如下：

式中：Iah——干濕度（%）；E——實測蒸發(fā)量；P——同期降水量。

鹽池縣的年干濕度變化總趨勢上升，一元線性擬合方程：y＝0.077 1x＋14.02，說明干濕度以0.77／10a的速率在增加，主要原因在于這一時期蒸發(fā)量減少，使得干燥度相對降低。

在全球變暖的大背景下，鹽池縣近30a的年平均氣溫呈上升趨勢，以每年0.022 2℃的幅度升高；降水量總體上有所減少。鑒于氣溫和降水的波動特征在時段上并不同步，在綜合考慮氣溫和降水的波動特征下，將鹽池縣氣候變化分為以下3個時段：20世紀80年代為暖干期，多年平均溫度8.89℃，多年平均降水量為266.49mm；90年代為暖濕期，多年平均氣溫8.89℃，多年平均降水量為309.92mm；進入21世紀以后為暖干期，多年平均氣溫8.63℃，多年平均降水量為270.9mm。

2.2 氣候變化對鹽池縣生態(tài)環(huán)境的影響

2.2.1 氣候變化對植被的影響 植被物候變化隨自然季節(jié)呈現(xiàn)一定規(guī)律性，根據(jù)其演變規(guī)律可分析氣候變化與人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響程度［7］。鹽池縣主要氣候特征為干旱少雨、冬冷夏熱、風大沙多、日照充足、蒸發(fā)強烈，據(jù)1981—2010年的氣象資料，多年平均降水量為282.58mm，且主要集中在夏秋兩季；多年平均蒸發(fā)量為1 899.83mm，遠遠大于其降水量。氣溫增高、降水減少使植物存活率降低，導致植被覆蓋率下降。

從1981—2010年鹽池縣降水量和蒸發(fā)量（圖4）可以看出，1982，1987，2000，2005 年降水量不足200mm，2001年開始實施退耕還林工程以來，植被覆蓋度逐漸增加，但2005—2006年的高溫、少雨天氣對植被生長繁衍產(chǎn)生了極大的影響。從鹽池縣近10a土地覆被面積值變化可見（表1），2006年灌叢地、高蓋度草地為54 358.85，69 580.78hm2，分別比2003年減少了3 631.04，29 814.56hm2；而2006年裸地面積（7 086.31hm2）比2003年增加了857.54hm2?？梢钥闯觯瑲夂蜃兓瘜}池縣植被生長產(chǎn)生了不利的影響。

圖4 鹽池縣年降水量與蒸發(fā)量對比變化

2.2.2 氣候變化對荒漠化的影響 氣候變化和人類活動是荒漠化過程的兩大驅(qū)動因子，氣候變化控制植被生長，植被生長又是荒漠化的直觀反映，人類活動是疊加在氣候演變之上的作用［8］。研究表明，近30a鹽池縣人為因素對土地沙漠化的驅(qū)動力占57.82%，自然因素占32.40%，兩者綜合因素占9.78%［9］。從鹽池縣1981—2010年降水、蒸發(fā)量變化（圖2—3）可以看出，鹽池縣近30a降水和蒸發(fā)都呈下降趨勢。20世紀80—90年代氣候變化的總體趨勢呈波動性向暖濕方向發(fā)展，80年代為暖干期，90年代為暖濕期，21世紀以來，降水有所波動，但整體生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)好轉(zhuǎn)，1999—2009年，鹽池縣流動沙地總量減少30 277hm2。

表1 鹽池縣1999－2009年土地覆被面積統(tǒng)計 hm2

2.3 人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，人口數(shù)量增多，科學技術進步，人類活動對于生態(tài)環(huán)境的影響逐漸顯著。人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響包括正反兩方面：一方面，濫挖、濫采、超載放牧等一系列不合理的人類活動嚴重破壞了生態(tài)環(huán)境，造成生態(tài)系統(tǒng)紊亂；另一方面，封山育林、退耕還林、保護水源地等活動使生態(tài)環(huán)境向著良性方面發(fā)展。

2.3.1 人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響

（1）人類活動強度加大導致草場退化。1949年鹽池縣總?cè)丝跒?.69×104人，2010年全縣總?cè)丝谶_1.67×105人（表2）。人口高速增長給生態(tài)環(huán)境帶來巨大壓力。由于20世紀80，90年代糧食單產(chǎn)提高有限，為了滿足人口激增對糧食的需求，只能通過開荒、擴大耕地面積的方式提高產(chǎn)量，但有些宜林宜草區(qū)并不適合農(nóng)耕，因此，在開墾幾年后又被棄耕，地表原生植被和土壤結構被破壞，從而造成大量水土流失和沙漠化的發(fā)展［10］。

表2 鹽池縣社會經(jīng)濟指標演化態(tài)勢

20世紀80年代以來，鹽池縣畜牧業(yè)發(fā)展較為迅速，但短期的牲畜數(shù)量增加導致草場超載，致使大量草場退化、沙化。1980年，鹽池縣羊只數(shù)量由原來的2000只迅速增至2×104只，1985年羊只存欄數(shù)達6.99×105只，當年飼草產(chǎn)量為6.40×108kg，可供5.66×105只羊放牧，實際草場超載1.30×105只，1992年仍超載1.16×105只，長期超載放牧，導致草場嚴重退化。2002年，鹽池縣實行了封山禁牧，又恰逢2003年降水充沛，植被覆蓋率明顯上升，林地從1999年占全縣總面積的9.79%上升到2003年的11.12%，高蓋度和中蓋度草地從1999年占全縣總面積的36.1%增加到2003年的40.68%。另外，甘草、發(fā)菜的大規(guī)模采挖導致土地退化嚴重。20世紀80年代以來，鹽池縣采挖甘草逐漸成風，年均采挖甘草最高可達3.26×106kg，進入90年代后，濫挖濫采由原來的零星采挖升級為成片采挖。據(jù)調(diào)查，2000年以前，每年僅挖甘草一項就破壞草地7 000hm2，不僅嚴重破壞了地表植被，加劇了土地沙漠化程度，而且甘草資源本身也遭到了毀滅性的破壞［11］。

（2）能源資源開發(fā)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成環(huán)境污染。西部大開發(fā)以來，鹽池縣憑借其豐富的資源優(yōu)勢，也成為能源資源開發(fā)區(qū)之一，目前探明遠景石油儲量近1.00×108t，煤炭儲量5.40×108t。特別是2003年以后，該縣政府明確了“工業(yè)強縣”的發(fā)展思路，以工業(yè)重點項目為切入點，把“煤炭、石油、水泥”作為主攻方向，加速資源優(yōu)勢向經(jīng)濟優(yōu)勢的轉(zhuǎn)化步伐，全縣工業(yè)化進程明顯加快。2004—2010年鹽池縣原煤和原油產(chǎn)量逐年增加（表3），1999年鹽池縣居民工礦用地8 655.93hm2，占全縣總面積的1.28%，到2003年增加到11 834.61hm2，2006年為20 988.96hm2，到2009年更是增加到了28 364.04hm2，占全縣土地面積的4.20%，2003—2009年增加了19 708.12hm2，增幅逐漸加大，主要占用草地、農(nóng)地以及部分未利用地。與此同時，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥、地膜施用量逐年增加，對生態(tài)環(huán)境的污染較為嚴重。

表3 鹽池縣2004－2010年煤炭石油開采量 104 t

2.3.2 人類活動對生態(tài)環(huán)境的恢復與重建 早在20世紀80年代初，鹽池縣就提出了“南治土，中治水，北治沙”的戰(zhàn)略方針，開展了大規(guī)模的水土流失防治工作。進入21世紀以后，在國家“退耕還林、封山綠化、以糧代賑、個體承包”的政策指導下，鹽池縣堅持因地制宜地進行以灌為主，喬、灌、草相結合的防沙治沙措施，有步驟有計劃地實施退耕還林還草、封山育林、陡坡地禁止開荒等措施，經(jīng)過多年的努力，生態(tài)狀況明顯恢復。2002年鹽池縣開始實行封山禁牧，大力發(fā)展舍飼養(yǎng)殖。草地生態(tài)得到恢復，農(nóng)牧戶經(jīng)營理念和生產(chǎn)方式發(fā)生變化，由自由放養(yǎng)轉(zhuǎn)為舍飼養(yǎng)殖，由飼養(yǎng)品種復雜轉(zhuǎn)變?yōu)轱曫B(yǎng)品種專一，由粗放式畜牧業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榧s式畜牧業(yè)。截止2008年底鹽池縣退耕還林工程造林封育1.10×105hm2，其中退耕地造林2.80×104hm2，宜林荒山造林7.97×104hm2，封山育林2.70×103hm2。2010年全年完成造林面積8 622hm2，年末實有封山育林面積12 800hm2。本年新育苗木面積86hm2。幼林撫育作業(yè)面積179 053hm2，成林撫育面積29 490hm2。退耕還林還草工程、草原禁牧、禁止濫挖濫采等一系列生態(tài)保護措施，極大地促進了當?shù)刂脖坏幕謴停瑢Ψ乐紊衬鸬搅酥陵P重要的作用，水土流失減輕，生態(tài)環(huán)境有所改善，扭轉(zhuǎn)了20世紀90年代生態(tài)環(huán)境惡化的局面，并開始表現(xiàn)出一定的抵御自然災害的能力。

3 結論

（1）1981—2010年，鹽池縣年平均氣溫為8.56℃，以0.22℃／10a的速率在上升；年平均降水量為282.58mm，在波動中呈下降趨勢，以1.44mm／10a的速率在減少；蒸發(fā)量在波動中呈下降趨勢，多年平均蒸發(fā)量為1 899.83mm，且以9.85mm／a的速率下降，2000—2010年平均蒸發(fā)量為1 776.6mm，低于多年平均值123.2mm。

（2）氣候變化對鹽池縣植被生長產(chǎn)生了很大影響。自2001年實施退耕還林（草）工程以來，鹽池縣植被覆蓋度逐漸增加，但2005—2006年的高溫少雨天氣對植被生長產(chǎn)生了不利的影響。鹽池縣近30a降水和蒸發(fā)都呈下降趨勢。20世紀80—90年代氣候變化的總體趨勢呈波動性向暖濕方向發(fā)展，80年代為暖干期，90年代為暖濕期，21世紀以來，降水有所波動，但整體生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)好轉(zhuǎn)，1999—2009年，鹽池縣流動沙地總量減少30 277hm2。

（3）人類活動強度加大導致草場退化。1949—2010年，鹽池縣人口增長了6倍多，為了滿足人口激增對糧食的需求，通過開荒、擴大耕地面積的方式提高產(chǎn)量，造成局部地區(qū)水土流失和沙漠化，人口高速增長也給生態(tài)環(huán)境帶來巨大壓力。20世紀80年代以來，鹽池縣畜牧業(yè)發(fā)展較為迅速，但短期的牲畜數(shù)量增加導致草場超載，致使草場退化、沙化趨勢顯著。另外，能源資源開發(fā)與工業(yè)化的快速推進，造成水土資源污染，生態(tài)環(huán)境惡化。

（4）20世紀80年代初以來，鹽池縣先后采取了水土流失防治，退耕還林（草），封山禁牧，禁止濫挖濫采等生態(tài)保護措施，促進了當?shù)刂脖坏幕謴?，對防治沙漠化起到重要作用，使該區(qū)水土流失減輕，生態(tài)環(huán)境有所改善。

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