地球系統(tǒng)科學是開啟黃河流域生態(tài)保護的鑰匙

張萬益,王豐翔,宋澤峰

1.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心,北京 100037;2.河北地質(zhì)大學,河北 石家莊 050031

0 引言

黃河流域治理是歷史性難題。歷史上黃河曾“三年兩決口、百年一改道”,給流域內(nèi)的百姓造成嚴重損失。受生產(chǎn)力水平的限制和其它諸多主客觀因素制約,黃河流域?qū)抑螌覕　｜h的十八大以來,在“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力” 的治水思路指導下,將原來涉及多個部門以及地理上不相連的地區(qū)整合起來,黃河流域生態(tài)環(huán)境向好發(fā)展。2019 年9月18 日,習近平總書記在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會上發(fā)表重要講話,著眼全局,在尊重自然規(guī)律前提下,提出黃河生態(tài)系統(tǒng)是一個有機整體的科學論斷,為黃河流域治理開出了良方。

1 生態(tài)文明建設(shè)對黃河流域的重要意義

1.1 保護黃河是事關(guān)中華民族偉大復興的千秋大計

“黃河寧、天下平”。黨的十八大以來,習近平總書記多次實地考察黃河流域生態(tài)保護和發(fā)展情況,多次就三江源、祁連山、秦嶺等重點區(qū)域生態(tài)保護建設(shè)提出要求。習近平總書記強調(diào)“要堅持綠水青山就是金山銀山的理念” “共同抓好大保護,協(xié)同推進大治理,著力加強生態(tài)保護治理、保障黃河長治久安、促進全流域高質(zhì)量發(fā)展、改善人民群眾生活、保護傳承弘揚黃河文化,讓黃河成為造福人民的幸福河”。這是新時代黨和國家對黃河流域生態(tài)文明建設(shè)的重要部署,充分體現(xiàn)了以人民為中心、始終把人民對美好生活的向往作為奮斗目標的使命宗旨。

1.2 黃河是中華民族的母親河,“百川之首”“四瀆之宗”

黃河是中華民族的重要發(fā)祥地,是中華民族文明的搖籃。千百年來,她滋養(yǎng)著中華民族,維系著中華民族的血脈。“早在上古時期,炎黃二帝的傳說就產(chǎn)生于此。在我國5 000 多年文明史上,黃河流域有3 000 多年是全國政治、經(jīng)濟、文化中心,孕育了河湟文化、河洛文化、關(guān)中文化、齊魯文化等,分布有鄭州、西安、洛陽、開封等古都,誕生了“四大發(fā)明” 和《詩經(jīng)》《老子》《史記》等經(jīng)典著作”①。

1.3 黃河流域具有豐富的自然資源

河套灌區(qū)、汾渭平原、黃淮海平原等是我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟開發(fā)的重點地區(qū),小麥、棉花、油料、煙葉、畜牧等主要農(nóng)牧產(chǎn)品在全國占有重要地位。流域內(nèi)現(xiàn)狀有耕地1.79 億畝,林地1.53 億畝,牧草地4.19 億畝,宜于開墾的荒地約3 000 萬畝②。流域內(nèi)土地、水能、煤炭、石油、天然氣、礦產(chǎn)等資源豐富,上游水能資源、中游煤炭資源、下游石油和天然氣資源分布格局明顯,在全國占有極其重要的地位,黃河流域也因此被譽為中國的“能源流域”。

1.4 黃河流域是我國重要的經(jīng)濟地帶

黃河發(fā)源于青藏高原巴顏喀拉山,流經(jīng)9 個省區(qū)71 個市,全長5 464 km,水面落差4 480 m,流域總面積79.5 萬平方公里(含內(nèi)流區(qū)面積4.2 萬平方公里)③,流經(jīng)市域總面積198.46 萬平方千米[1]。2019年黃河流域9 個省(區(qū)) GDP 合計24.74 萬億元,占全國四分之一,人口4.35 億,占全國31.1%。糧食產(chǎn)量2.34 億噸,占全國35.3%;肉類總產(chǎn)2 407 萬噸,占全國31.5%;原煤產(chǎn)量30.78 億噸,占全國近80%;天然氣產(chǎn)量 585.8 億立方米,占全國33.3%[2]。黃河流域擁有中原城市群、關(guān)中平原城市群、呼包鄂榆城市群、蘭州—西寧城市群,西安、鄭州是國家級中心城市。依托豐富的資源,流域內(nèi)建設(shè)有能源和重化工基地、鋼鐵生產(chǎn)基地、鋁業(yè)生產(chǎn)基地、機械制造和冶金工業(yè)基地。

2 黃河流域生態(tài)保護存在的問題

2.1 水資源不均衡

一是水資源時空分布不均。黃河流域?qū)俅箨懶约撅L氣候,大部分地處干旱半干旱地區(qū),降水量少而蒸發(fā)量大,流域多年平均降水量為445.8 mm,而蒸發(fā)量為1 199.7 mm。黃河多年平均徑流量為534.8 億立方米,人均水資源量不足全國平均的四分之一,且具有年際變化大、年內(nèi)分配集中、空間分布不均等特征[3]。二是水沙問題嚴重。泥沙問題始終是黃河治理開發(fā)的一個重要問題,嚴重威脅下游地區(qū)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展[4]。頭道拐—潼關(guān)地區(qū)是黃河泥沙主要來源地,潼關(guān)斷面年均輸沙量占入黃泥沙總量的90%以上[5]。研究表明,人類活動是近70 年來影響黃河泥沙減少的主要驅(qū)動因素[6]。三是水污染嚴重。黃河流域以占全國 2%的水資源承納了全國約6%的廢污水排放量和7%的化學需氧量,部分干支流污染嚴重[7]。干流及主要支流重點河段,符合標準的二、三類水質(zhì)河長僅占38.7%,四類水質(zhì)河長占20.1%,五類和劣于五類水質(zhì)河長占41.2%①。

2.2 土地資源減少明顯

黃河上中游流經(jīng)世界上最大的黃土高原,由于黃土土質(zhì)疏松,水土流失嚴重,造成該地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化。黃河晉陜峽谷段黃土侵蝕嚴重,尤其是西部黃土高原溝谷發(fā)育[8]。草地、旱地、林地是黃河的主要土地利用類型,2000 年之前,草地、林地和濕地等生態(tài)用地減少,草地退化、沙化、土壤侵蝕等效應加劇[7,9]。2000 年以后,黃河流域中部和東部地區(qū)城鄉(xiāng)土地類型增加顯著(增加率達到44.32%),草地和旱地各自減少了1.6%和1.23%,而林地則增加了2.53%[10]。

2.3 生物多樣性缺失

黃河流域內(nèi)有三江源草原草甸濕地生態(tài)功能區(qū)、黃土高原丘陵溝壑水土保持生態(tài)功能區(qū)等國家重點生態(tài)功能區(qū)12 個,設(shè)立了近100 個涉水類保護區(qū),試點建設(shè)三江源國家公園。黃河上中下游生物多樣,生態(tài)結(jié)構(gòu)與服務功能獨特,有重要的生物多樣性保護價值,分布有高寒冷水、峽谷激流和平原過河口洄游保護魚類等水生生物的重要棲息保護地,黃河源區(qū)、寧蒙河段、中下游河道和河口區(qū)分布有廣闊的濕地資源,同時黃河對華北部分地區(qū)和渤海生態(tài)系統(tǒng)良性維持發(fā)揮著重要作用③。黃河流域城市與農(nóng)田、共享景觀和大面積荒野三類分區(qū)中面臨5 類生物多樣性的直接威脅因素:棲息地喪失和退化、氣候變化、污染、過度開發(fā)與不可持續(xù)的利用和外來物種入侵[11]。近40 年來,梯級水電開發(fā)、水資源過度利用、外來物種入侵、水域污染和過度捕撈是導致目前黃河魚類多樣性大幅降低的重要因素,受威脅魚類種數(shù)占總數(shù)的14.7%[12]。黃河流域以上中游四川、甘肅、陜西的高原與山地內(nèi)鳥種最為豐富,鳥類整體物種多樣性由南向北遞減,受威脅鳥類物種多樣性集中在黃河中下游,以下游黃河三角洲及鄰近平原區(qū)最為突出[13]。

3 地球系統(tǒng)科學在黃河生態(tài)保護中的作用

3.1 地球系統(tǒng)科學已成為全球或區(qū)域治理的重要手段

面對全球資源能源約束趨緊、環(huán)境污染嚴重、生態(tài)系統(tǒng)退化、氣候變化及其有關(guān)的一系列全球變化問題的共同挑戰(zhàn),人類需要生態(tài)文明建設(shè)和全球尺度的社會—環(huán)境系統(tǒng)管理已逐步成為全球共識和全民行動。支撐人類生態(tài)文明建設(shè)的科學理論與技術(shù)、區(qū)域和全球治理理論和方法已成為世界各國競相發(fā)展的戰(zhàn)略研究前沿。地球及其系統(tǒng)科學正是生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵領(lǐng)域之一。

地球系統(tǒng)科學根植于地球科學。20 世紀80 年代,人們?nèi)找嬲J識到臭氧消耗和氣候變化的嚴重性。為了解決這一問題,學術(shù)界廣泛呼吁,要建立一個基于地球是一個完整實體的新“地球科學”。NASA 將這項新的科學命名為“地球系統(tǒng)科學”。1986 年,為了積極應對國際承諾和學科整合的挑戰(zhàn),國際科學理事會(ICSU) 啟動了國際地圈生物圈計劃(IGBP),并加入了設(shè)立于1980 年的世界氣候研究計劃(WCRP)。在20 世紀初,這套更完整的全球變化方案,連同正在出現(xiàn)的可持續(xù)性概念,產(chǎn)生了可持續(xù)性科學。2001年,由四個國際全球變化方案(世界氣候研究計劃、國際地圈生物圈計劃、國際全球變化人文因素計劃、國際生物多樣性計劃) 共同主辦“改變地球的挑戰(zhàn)”會議。會議介紹了《阿姆斯特丹宣言》,著重研究糧食、水、健康、碳和能源等4 大關(guān)系人類生計與生存的關(guān)鍵可持續(xù)性問題,目的是綜合研究地球系統(tǒng)變化及其對全球可持續(xù)性的影響。2012 年6 月,為應對全球環(huán)境變化給各區(qū)域、國家和社會帶來的挑戰(zhàn),里約熱內(nèi)盧召開的聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展大會上,正式發(fā)起了為期十年的未來地球計劃(Future Earth) (2014—2023 年)。至此,地球系統(tǒng)科學從一個非常具有挑戰(zhàn)性的概念,轉(zhuǎn)變成為了一門能夠有效整合所有學科的強大新科學,為人類全球和區(qū)域自治、解決人類生存發(fā)展難題發(fā)揮了重要作用。

3.2 將地球系統(tǒng)科學應用于自然資源保護利用的全過程是時代發(fā)展必然要求

地球系統(tǒng)科學的優(yōu)點之一就是體現(xiàn)了系統(tǒng)觀念,將地球作為一個由許多不同但相互作用的部分組成的系統(tǒng)的整體,為研究地球提供了一種全新的思路與方法,為人類了解地球、適應地球、利用地球,更好地提高人類生存的質(zhì)量建立起了系統(tǒng)的認識。

系統(tǒng)觀念在我國由來已久。比較有代表性的是我國古代“天人合一” 理論觀點?！洞呵锓甭丁分械摹暗?王道也;王者,人之始也。王正,則元氣和順,風雨時,景星見,黃龍下;王不正,則上變天,賊氣并見”?！兜赖陆?jīng)》中的“人法地,地法天,天法道,道法自然” 等,均體現(xiàn)了天、地、人相互作用及其之間聯(lián)系的系統(tǒng)理念。我國的中醫(yī)是系統(tǒng)觀最典型的代表,“中醫(yī)的特點在于從整體、從系統(tǒng)來看問題”[14]。黨的十八大以來,習近平總書記就“堅持系統(tǒng)觀” 作出了一系列重要論述和指示要求。提出山水林田湖草是生命共同體的系統(tǒng)觀,并指出“人的命脈在田,田的命脈在水,水的命脈在山,山的命脈在土,土的命脈在樹”,強調(diào)生命共同體之間的相互依存和相互聯(lián)系。地球系統(tǒng)科學理論的出發(fā)點就是通過多圈層、多空間尺度、多時間尺度、多學科交叉融合研究,更好地揭示人與自然和諧共處的根本規(guī)律,使人類更好地認識所賴以生存的環(huán)境,做到尊重自然、順應自然、保護自然。發(fā)端于系統(tǒng)觀和地球科學的地球系統(tǒng)科學,正是解決新時代黃河流域生態(tài)保護的關(guān)鍵鑰匙。

3.3 建立黃河流域調(diào)查監(jiān)測模擬工作體系勢在必行

黃河流域生態(tài)問題體現(xiàn)在地球各圈層,根在人類活動。針對“十四五” 期間黃河生態(tài)環(huán)境如何治理,自然資源部牽頭編制黃河流域重點生態(tài)區(qū)生態(tài)保護和修復重大工程專項建設(shè)規(guī)劃給出了上中下游組合拳的明確答案。在上游開展封育保護,加強原生林草植被和生物多樣性的保護,提升水源涵養(yǎng)能力;在中游完善水土流失的綜合治理,推進小流域綜合整治,有效遏制水土流失和水土沙化問題;在下游開展重點河湖、黃河三角洲等濕地的保護與恢復,保證生態(tài)流量、實施地下水超采綜合治理,同時開展灘區(qū)的土地綜合整治。2020 年12 月17 日,自然資源部國土空間生態(tài)修復司司長周遠波在國新辦新聞發(fā)布會表示:一要堅持系統(tǒng)觀念,對黃河流域生態(tài)系統(tǒng)進行整體保護、系統(tǒng)修復和綜合治理,要克服“單打一”,也要注意不搞整齊劃一。二要注意科學方法,立足自然地理格局,特別要注重水資源的剛性約束作用,進行科學修復,追求實效。這里所說的系統(tǒng)觀、科學方法,筆者認為就是要以山水林田湖草是生命共同體的系統(tǒng)觀,充分領(lǐng)會習近平總書記“黃河生態(tài)系統(tǒng)是一個有機整體,要充分考慮上中下游的差異”講話精神,運用地球系統(tǒng)科學思想和方法解決問題,建立黃河流域調(diào)查監(jiān)測模擬工作體系。

(1) 黃河生態(tài)保護,首先要查清自然生態(tài)本底數(shù)據(jù)。認識自然是保護自然的基本前提。認識自然首先要查清自然本底數(shù)據(jù),需要廣泛開展各項地質(zhì)調(diào)查工作,包括服務耕地資源保護的土地質(zhì)量地球化學調(diào)查,服務森林、草原、濕地等重要生態(tài)功能區(qū)整體保護的林草濕生態(tài)地質(zhì)調(diào)查,服務石漠化、沙漠化、鹽漬化綜合治理的荒漠化生態(tài)地質(zhì)調(diào)查,服務礦山地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)修復治理的生態(tài)地質(zhì)調(diào)查等,查明自然資源賦存的地質(zhì)背景、地質(zhì)條件、賦存狀態(tài)和空間分布等。

(2) 其次要監(jiān)測自然生態(tài)數(shù)據(jù)變化。圍繞黃河流域山水林田湖草沙,以地質(zhì)、地球物理、地球化學和遙感為手段,建立空天地一體化的生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測體系,充分利用現(xiàn)代科技手段提高監(jiān)測水平,實現(xiàn)監(jiān)測體系的網(wǎng)絡化、常態(tài)化,突出原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)性、完整性,并及時掌握數(shù)據(jù)變化。建立山水林田湖草沙各子系統(tǒng)以及子系統(tǒng)之間的聯(lián)系,尤其是水系統(tǒng)、土地系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等各圈層以及圈層之間、上下游、左右岸之間的相互作用和影響。

(3) 再次要模擬預測自然生態(tài)數(shù)據(jù)。人類活動被認為是太陽和地核之外的第三大地球驅(qū)動力。人與自然交織在一起并嵌入到生物圈,人類已成為塑造整個地球系統(tǒng)的未來主要力量[15]?；诘厍蛳到y(tǒng)模型,研究黃河流域山水林田湖草沙各子系統(tǒng)以及子系統(tǒng)運行的基本關(guān)系和相互作用,開展系統(tǒng)研究和機理驗證,理解和發(fā)現(xiàn)各系統(tǒng)的運行規(guī)律,預測黃河流域系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢,為人類行為的轉(zhuǎn)變(經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展) 和活動空間的調(diào)整(國土空間規(guī)劃) 等決策提供科學依據(jù)。

注釋:

① 2019 年9 月18 日,習近平在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會上的講話。

② 開源地理空間基金會中文分會,黃河流域的自然資源。

③ 生態(tài)環(huán)保部網(wǎng)站.https:/ /huanghejg.mee.gov.cn/xxgk/hhlyjxbzhgk/hhzrgk/。