石羊河流域综合生态系统管理研究

王国斌 纪永福 方峨天

（1.甘肃省水利水电学校 兰州 730021；2.甘肃省治沙研究所 兰州 730070）

自古以来，人类随水而居，于是流域生态系统就形成了以水为介质，由水、土、气、生等自然要素和人口、社会、经济等人文要素相互关联、相互作用而共同构成的自然、社会、经济复合系统―即流域综合生态系统［1－4］。它以丰富的水、土、光、热、生物等资源养育着人类，支撑着社会经济的发展。在过去的100多年里，生态学不仅在个体生态学、种群生态学、群落生态学和生态系统生态学领域取得了重大突破，而且在空间尺度上，逐步向区域性、全球性乃至宇宙性发展，相继诞生了景观生态学、生物圈生态学或全球生态学等众多分支学科［5］。流域生态系统成为系统生态学研究的中小尺度的范围，在近年来受到众多科学家的重视，已经得到了快速的发展［6］。在近几十年来，由于水资源污染、水土流失、河道淤泥阻塞、水资源短缺、土地退化等一系列生态环境问题给人类生产和生活带来了严重影响，并引起了相关流域科学家和政府部门的高度关注，于是流域综合生态系统可持续发展逐步成为研究的热点，并吸引了许多科学家来研究［7－12］。

石羊河流域位于甘肃省河西走廊东部、祁连山北麓，东以乌峭岭、毛毛山、老虎山与黄河流域为界；西以大黄山－马营滩与黑河流域为界；南以祁连山主脉为界；北至甘肃与内蒙交界。地理坐标为东经101°22′－104°04′，北纬37°07′－39°27′，总面积为4.16×104km2。行政区划上包括武威市凉州区、民勤县、古浪县、天祝县，金昌市永昌县、金川区，还有张掖市肃南县、山丹县的部分区域。作为我国西北干旱区生态环境最脆弱的地区之一，生态恶化的现状反映了区域人地关系的不协调，水资源、土地承载力负担过重，在很大程度上是人类活动强烈干扰环境演变所产生的不利后果。

1 石羊河流域生态功能区划

为了便于操作，需要将石羊河流域进行生态功能区划。生态功能区划是根据环境要素、生态敏感性与生态服务功能空间分异规律，将区域划分成不同生态功能区，其目的是为制定区域环境保护与建设规划、维护区域生态安全以及资源合理开发利用与工农业生产布局、保育区域生态提供科学依据，为环境管理和决策部门提供管理信息和管理手段。在参与政府管理、指导生态保护和规范生态建设中将发挥重要作用。

2.1 流域生态功能区划的基本原则

参照国家环境保护部和中国科学院共同颁布的《全国生态功能区划》和国内相关区域生态功能区划的案例［13－17］，石羊河流域生态功能区划要遵循以下原则。

①主导性原则：区域内生态功能的确定以生态系统的主导服务功能为主。在具有多种生态服务功能的地域，以生态调节功能优先；在具有多种生态调节功能的地域，以主导调的节功能优先。在不同地区生态环境的敏感性和制约因素不同，要优先考虑生态环境建设的必要性。石羊河领域水资源十分短缺，由水资源引发生态环境问题严重，水资源是制约生态环境建设和社会经济发展的主要因素［18－22］。

②流域相关性原则：在生态功能区划过程中，综合考虑流域上中下游的关系、区域间或区域内生态功能的互补作用。近几十年来，石羊河流域上游大量修建水库拦截地表水，致死下游的民勤地区缺水，不得不超量开采地下水来生产，导致地下水位急剧下降，引起荒漠植被衰惫死亡，荒漠生态环境恶化的后果。所以石羊河领域生态功能区划要充分考虑上中下游的关系［19，22，24］。

③协调性原则：流域生态功能区的确定要与国家主体功能区规划、重大经济技术政策、社会发展规划、经济发展规划和其他各种专项规划相衔接。石羊河领域是生态脆弱区，水资源是生态功能区划的主导因子，合理分配与利用水资源对生态环境建设、国民经济发展至关重要。

④分级区划原则：流域生态功能区划应与全国生态功能区划相衔接，要根据流域内不同生态系统服务功能的实际情况，在区划尺度上应更能满足区域经济社会发展和生态保护工作微观管理的需要，从大尺度到小尺度逐级区划，以直接的服务功能单元为最基本的划分单元，基本划分单元要体现既方便管理又有利于生态服务功能的充分发挥。

2.2 石羊河流域生态功能区划

表1 石羊河流域生态功能区特征

综合地貌类型和生态系统中的热量、水分、植被、土壤、气候和社会经济要素等相关要素，大体可划分为南部祁连山地、走廊绿洲、荒漠等三大相对独立又相互联系的一级生态区。一级生态区可以根据生态功能和社会经济利用价值进一步划分出若干二级生态功能区。一级生态功能区反映生态功能的总体格局。其命名采用地貌单元＋生态功能两名法；二级生态功能区反映一级区内生态功能的差异性，是基本的生态功能类型单位，采用中级地貌单元＋植被类型＋生态功能三名法［17］。遵照上述原则，将石羊河流域划分为3个一级生态功能区及12个亚区。石羊河流域主要生态功能区及其主要特征见表1。

祁连山山地一级生态功能区共划分了5个二级生态功能区，生态功能主要是水源涵养，经济利用价值较少，主要是适度放牧和提供一点木材。在流域综合生态系统管理中，要着重强调生态功能，适度开发经济效益。绿洲生态功能区共划分了3个功能区，是石羊河流域主要的经济生产活动区域，生态服务功能主要是绿洲农田防护林、村镇园林绿化和绿洲边缘防风固；这一区域以经济发展为主，生态服务功能是经济发展的保障。在流域综合生态系统管理中，要把经济建设和生态环境建设并重，片面强调经济建设就会影响生态功能的发挥。荒漠生态功能区以防风固沙为主，经济利用价值很低，只有适度放牧。所以在流域综合生态系统管理中要强调生态建设，限制过度经济开发利用。

3 石羊河流域生态系统存在的主要生态环境问题

3.1 祁连山地生态系统（功能区Ⅰ）

祁连山区的冰川融水和大气降水是石羊河流域的主要水源，经过高寒草甸生态系统和森林生态系统综合调控后，汇集成8条河流，流入石羊河水系；祁连山是石羊河流域的水源地。

目前，高寒草甸生态系统和森林生态系统主要存在的问题是：①受全球气候变暖的影响，雪线上升，水资源存储量减少。②过牧：在森林线以下的灌丛牧场和森林线以上的高山草甸牧场，过牧现象非常严重，载畜量都在160%以上，使得草场没有机会更新修复，植被衰败，草场退化，生产力很低。③垦荒：在山区海拔2700m的高度上，仍然大量开荒种植大麦、油菜、胡麻等作物。④森林破坏：偷盗树木等现象没有彻底禁止，以云杉为主的针叶林和混交林都不同程度遭到滥伐和破坏。⑤水源涵养功能降低：祁连山区整体植被退化，浅山草场向灌丛推进，灌丛向森林推进；水源涵养功能降低，局部地方有水土流失面积增大［23，25－27］。

3.2 绿洲系统（功能区Ⅱ）

石羊河流域的平原绿洲系统是指石羊河水资源养育下的天然绿洲和人工绿洲，是整个石羊河流域农业生产和经济活动的主体；为方便综合治理规划，绿洲系统可划分为：生态系统（包含生态环境、资源等）和社会系统、生产系统三大部分：社会系统包括人口、文化、科教、卫生、交通等等；生产系统包括了农业生产和工业生产；生态系统主要包括城镇绿化、农田防护林、绿洲边缘防风固沙林等；生产系统是绿洲系统的核心，包括种植业、养殖业、工业等，是水资源消耗的最主要的部分，在石羊河流域中90%的水资源消耗在绿洲生产系统。

主要问题是：①是生态用水不足，防护林残缺不全，树种单一，病虫害严重，抵御自然灾害能力差。②灌溉制度和技术落后，水生产效益低，水资源浪费严重。③产业结构不合理，高耗水作物种植面积大，如辣椒、洋葱等。④生产技术落后，科技不发达，科技成果转化滞后。⑤由于受到水、经济投入、生产技术等因素限制，绿洲承载能力有限。⑥人口压力大，人员文化程度低，技术水平不高。

3.3 荒漠生态系统（功能区Ⅲ）

荒漠生态系统就是绿洲外围的沙漠、戈壁及荒漠草场，是重要的干旱荒漠牧场，也是影响绿洲生态安全的主要因素，是风沙危害的策源地。

主要问题：①绿洲外围过渡垦荒，过渡放牧，尤其以民勤最为严重，沿民勤绿洲外围，从卫星影像上可以看到在沙漠边缘开垦的耕地；②由于大量提取地下水灌溉农田，导致地下水位持续下降，水质恶化；③天然、人工防风固沙植被衰败死亡；④沙丘活化，流沙移动加速，沙害加剧，沙尘暴频繁，流沙入侵绿洲，直接威胁绿洲生产活动和居民生活。

3.4 水资源管理历程

石羊河流域一方面水资源短缺，另一方面是上游和下游用水矛盾突出。石羊河流域已建成水库26座，总库容4.5亿m3，建成干支渠以上渠道713条，长6716km，衬砌率达81%。这些水库和人工渠道对径流起到了调节控制作用，保障了工农业发展和居民生活用水，但是却挤占了生态用水，给生态带来了灾难。石羊河流域水资源管理一直存在管理不到位的情况。为了协调上下游用水，石羊河流域订立了一系列的分水协议。

1962年制定了《关于解决武威、民勤、永昌三县用水问题的报告》，明确三县用水协议和章程，但并未得到真正执行。1990年《甘肃省人民政府关于石羊河流域初步水利规划问题的批复》对中下游水量分配提出了意见：①保证民勤绿洲长期生存的最低限度需水量。近期香家湾平水年来水量应在不少于现状2.3×l08m3；②永昌和武威给民勤调水的前提是通过修建工程，增加可用水量；③ 同意修建杂木河水库和杂木河至香家湾专用输水渠，平水年按渠尾计量向民勤输水0.3×l08m3；④在民勤县境内采取工程措施，大力推广节水农业，并力争在2000年以前使民勤来水量达到3×l08m3。

2000年以后，考虑到石羊河流域水资源管理问题的复杂性和生态环境问题的严重性，甘肃省水利厅报请省人民政府批准成立了石羊河流域管理局。其主要职责为：①受水利厅委托，负责法律法规的组织实施和监督检查；②负责流域综合治理，会同有关部门和地方政府，编制和修订流域规划，中长期水供求计划，并负责监督实施；③统一管理流域水资源，制定、修订水量分配方案并组织实施，负责流域水资源保护工作；④组织申请、审批、建设、管理流域内控制性重要水工程或调水工程；直接管理干流和一级支流的主要取水工程、总干渠和水库，负责干流和一级支流的河道管理；⑤制定流域防洪方案，组织协调流域的防洪抗旱工作；⑥协调处理武威、金昌两市之间的水事纠纷。其职能表明，石羊河流域管理局是省水利厅的派驻机构。尽管其成立可以在一定程度上改善流域的水资源管理，但由于水资源问题并不全是由水造成的，因此仍有局限性。

4 石羊河流域综合生态系统管理

4.1 主要行政部门及职责

针对以上分析的石羊河流域综合生态系统存在的问题，提出石羊河流域综合生态系统管理的具体措施。为了更加清楚的反应流域生态系统管理的组织机构及其职能，首先将石羊河流域武威市的主要相关参与综合生态系统管理行政机构列入表2。

表2 石羊河流域综合生态系统管理相关机构的作用和职责

表2是主要参与综合生态系统管理的行政部门，这些部门必须各司其职，协同管理，才能够实现综合生态系统良性发展。除了表2列出的行政部门外，应该在行政部门的组织和协调下，相关的科研单位和社区群众参加综合生态系统管理。科研单位主要职责是根据科学研究结果为行政部门的决策提供依据，研究和解决相关领域技术难题，通过技术示范和推广，为生态工程建设项目提供科技支撑。社区广大群众是综合生态系统中数量最大的群体，也是对影响较大和受益最直接的群体，所以只有广大社区群众参与到综合生态系统管理和建设中，才可以真正做到生态系统的综合管理，起到较好的效果。

4.2 石羊河流域综合生态系统管理

在以上分析石羊河流域综合生态系统中存在的主要问题和应该参与管理的行政部门后，为了更加清楚的反应石羊河流域综合生态系统管理的整体思路，将石羊河流域综合生态系统管理做一个简单的示意图。石羊河流域综合生态系统管理见图1。

图1 石羊河领域综合生态系统管理示意图

将石羊河流域以水资源为纽带，划分为水资源形成区（产流区）和水资源消耗区两大部分。水资源形成区（产流区）主要有稀疏灌丛浅山草场生态系统、森林生态系统、高山草甸生态系统、冰川等。水分消耗区可主要有绿洲系统和荒漠系统，其中绿洲系统有生态系统、生产系统和社会系统。

祁连山地生态系统管理：实施移民政策，将山区的牧民搬迁出来，建立生态无人区，减轻因牧民放牧对生态环境造成的破坏和人口对环境的压力，配合封育管护措施，在人工干预下促进天然植被恢复与更新，增强天然植被的水源涵养功能；在适宜人工造林的地段进行人工造林；加强山区生态恢复的技术研究和基础理论研究，提高科技含量。

由发改委、扶贫办等部门负责生态移民工作，由林业、水保等部门负责生态环境建设、天然植被封育管护和人工造林工作，由本地区或者邀请省上、国家相关科研单位负责科研工作。

绿洲生态系统管理：绿洲生态系统对绿洲生产系统和社会系统起着极其重要的保护作用，主要是农田防护林体系和城市绿化体系。主要管理是加强科学研究，选育和引进适宜防护林树种，改变目前以单一的杨树为主的格局，完善农田防护林和绿洲边缘防风固沙林；增加城市园林绿化面积，主要是扩大以乔木为主的行道树、四旁植树、公园和广场等地的乔木数量，适度发展草坪和小灌木；保证生态用水，确保农田防护林、绿洲边缘防风固沙林和城市绿化地的用水。

由林业部门会同科研、设计单位提出农田防护林和绿洲边缘防风固沙林建设规划，并由林业部门负责实施，由水利部门会同林业部门计算和规划生态用水的数量和使用范围、使用方法，由林业部门结合林业建设来负责生态用水的使用；科研单位负责绿洲生态系统基础研究和相关技术研究，并建立示范区，为林业、水利等工程建设提供科技支撑。

绿洲生产系统和社会系统管理：绿洲生产系统和绿洲社会系统是紧密联系的，也是认为活动最密集的系统，是综合生态系统管理服务的核心。绿洲生产系统主要是指农业生产和工业生产，社会系统主要是指社会公共服务体系和人居环境。

建立健全水资源调配制度，农业生产用水、工业生产用水、生态用水和居民生活用水统一协调，合理分配；加强水利基础设施建设，研究和引进新型节水技术措施，调整产业结构，培育和发展节水产业，提高水资源承载力，提高水资源利用效率；加强科学研究和技术培训，挖掘科技潜力，提高绿洲生产的科技含量；加强人才培养和引进力度，实施人才战略。实施计划生育政策和剩余劳动力转移政策，加大扶贫工作，有计划有组织的将部分人口搬移到环境较好的地方；培育第三产业，发展混合经济；建立健全科教、文卫、交通、信息和专业市场及产供销等社会服务体系。

绿洲生产系统和社会系统是资源的主要消耗系统，管理最为复杂，涉及到的部门也最多，主要有农业、水利、发改委、商业、交通、教育、立法、科研等诸多部门和单位，政府需要将这些部门和单位统一协调起来，各司其职，统一安排，协调工作。

荒漠生态系统管理：荒漠区生态用水，主要是通过绿洲灌溉补给或者减少地下水开采，使绿洲外围荒漠区的地下水位恢复到接近荒漠植被衰败的临界水位以上（通过研究，大多数荒漠植物衰败的临界水位是3～5m）；关停绿洲边缘荒地的机井，退出近年新垦荒地、还草还荒；严禁在荒漠区以任何名义垦荒种地、采挖、滥樵等行为；禁牧或严格控制荒漠草场载畜量，减轻对荒漠草场的压力；采取封育管护或适度人工辅助措施，尽快恢复重点防护区荒漠植被；水分条件较好的地段和重点防护区要进行人工治沙造林，增强防护功能；加强对荒漠化防治技术的研究，主要研究方面有：干旱荒漠植被研究，包括更抗逆的树种、植被恢复技术、水分平衡技术等；工程治沙技术研究，包括治沙材料、治沙方法、治沙技术等。

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