张万益,王丰翔,宋泽峰
1.中国地质调查局发展研究中心,北京 100037;2.河北地质大学,河北 石家庄 050031
黄河流域治理是历史性难题。历史上黄河曾“三年两决口、百年一改道”,给流域内的百姓造成严重损失。受生产力水平的限制和其它诸多主客观因素制约,黄河流域屡治屡败。党的十八大以来,在“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力” 的治水思路指导下,将原来涉及多个部门以及地理上不相连的地区整合起来,黄河流域生态环境向好发展。2019 年9月18 日,习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上发表重要讲话,着眼全局,在尊重自然规律前提下,提出黄河生态系统是一个有机整体的科学论断,为黄河流域治理开出了良方。
“黄河宁、天下平”。党的十八大以来,习近平总书记多次实地考察黄河流域生态保护和发展情况,多次就三江源、祁连山、秦岭等重点区域生态保护建设提出要求。习近平总书记强调“要坚持绿水青山就是金山银山的理念” “共同抓好大保护,协同推进大治理,着力加强生态保护治理、保障黄河长治久安、促进全流域高质量发展、改善人民群众生活、保护传承弘扬黄河文化,让黄河成为造福人民的幸福河”。这是新时代党和国家对黄河流域生态文明建设的重要部署,充分体现了以人民为中心、始终把人民对美好生活的向往作为奋斗目标的使命宗旨。
黄河是中华民族的重要发祥地,是中华民族文明的摇篮。千百年来,她滋养着中华民族,维系着中华民族的血脉。“早在上古时期,炎黄二帝的传说就产生于此。在我国5 000 多年文明史上,黄河流域有3 000 多年是全国政治、经济、文化中心,孕育了河湟文化、河洛文化、关中文化、齐鲁文化等,分布有郑州、西安、洛阳、开封等古都,诞生了“四大发明” 和《诗经》《老子》《史记》等经典著作”①。
河套灌区、汾渭平原、黄淮海平原等是我国农业经济开发的重点地区,小麦、棉花、油料、烟叶、畜牧等主要农牧产品在全国占有重要地位。流域内现状有耕地1.79 亿亩,林地1.53 亿亩,牧草地4.19 亿亩,宜于开垦的荒地约3 000 万亩②。流域内土地、水能、煤炭、石油、天然气、矿产等资源丰富,上游水能资源、中游煤炭资源、下游石油和天然气资源分布格局明显,在全国占有极其重要的地位,黄河流域也因此被誉为中国的“能源流域”。
黄河发源于青藏高原巴颜喀拉山,流经9 个省区71 个市,全长5 464 km,水面落差4 480 m,流域总面积79.5 万平方公里(含内流区面积4.2 万平方公里)③,流经市域总面积198.46 万平方千米[1]。2019年黄河流域9 个省(区) GDP 合计24.74 万亿元,占全国四分之一,人口4.35 亿,占全国31.1%。粮食产量2.34 亿吨,占全国35.3%;肉类总产2 407 万吨,占全国31.5%;原煤产量30.78 亿吨,占全国近80%;天然气产量 585.8 亿立方米,占全国33.3%[2]。黄河流域拥有中原城市群、关中平原城市群、呼包鄂榆城市群、兰州—西宁城市群,西安、郑州是国家级中心城市。依托丰富的资源,流域内建设有能源和重化工基地、钢铁生产基地、铝业生产基地、机械制造和冶金工业基地。
一是水资源时空分布不均。黄河流域属大陆性季风气候,大部分地处干旱半干旱地区,降水量少而蒸发量大,流域多年平均降水量为445.8 mm,而蒸发量为1 199.7 mm。黄河多年平均径流量为534.8 亿立方米,人均水资源量不足全国平均的四分之一,且具有年际变化大、年内分配集中、空间分布不均等特征[3]。二是水沙问题严重。泥沙问题始终是黄河治理开发的一个重要问题,严重威胁下游地区社会经济可持续发展[4]。头道拐—潼关地区是黄河泥沙主要来源地,潼关断面年均输沙量占入黄泥沙总量的90%以上[5]。研究表明,人类活动是近70 年来影响黄河泥沙减少的主要驱动因素[6]。三是水污染严重。黄河流域以占全国 2%的水资源承纳了全国约6%的废污水排放量和7%的化学需氧量,部分干支流污染严重[7]。干流及主要支流重点河段,符合标准的二、三类水质河长仅占38.7%,四类水质河长占20.1%,五类和劣于五类水质河长占41.2%①。
黄河上中游流经世界上最大的黄土高原,由于黄土土质疏松,水土流失严重,造成该地区生态环境恶化。黄河晋陕峡谷段黄土侵蚀严重,尤其是西部黄土高原沟谷发育[8]。草地、旱地、林地是黄河的主要土地利用类型,2000 年之前,草地、林地和湿地等生态用地减少,草地退化、沙化、土壤侵蚀等效应加剧[7,9]。2000 年以后,黄河流域中部和东部地区城乡土地类型增加显著(增加率达到44.32%),草地和旱地各自减少了1.6%和1.23%,而林地则增加了2.53%[10]。
黄河流域内有三江源草原草甸湿地生态功能区、黄土高原丘陵沟壑水土保持生态功能区等国家重点生态功能区12 个,设立了近100 个涉水类保护区,试点建设三江源国家公园。黄河上中下游生物多样,生态结构与服务功能独特,有重要的生物多样性保护价值,分布有高寒冷水、峡谷激流和平原过河口洄游保护鱼类等水生生物的重要栖息保护地,黄河源区、宁蒙河段、中下游河道和河口区分布有广阔的湿地资源,同时黄河对华北部分地区和渤海生态系统良性维持发挥着重要作用③。黄河流域城市与农田、共享景观和大面积荒野三类分区中面临5 类生物多样性的直接威胁因素:栖息地丧失和退化、气候变化、污染、过度开发与不可持续的利用和外来物种入侵[11]。近40 年来,梯级水电开发、水资源过度利用、外来物种入侵、水域污染和过度捕捞是导致目前黄河鱼类多样性大幅降低的重要因素,受威胁鱼类种数占总数的14.7%[12]。黄河流域以上中游四川、甘肃、陕西的高原与山地内鸟种最为丰富,鸟类整体物种多样性由南向北递减,受威胁鸟类物种多样性集中在黄河中下游,以下游黄河三角洲及邻近平原区最为突出[13]。
面对全球资源能源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化、气候变化及其有关的一系列全球变化问题的共同挑战,人类需要生态文明建设和全球尺度的社会—环境系统管理已逐步成为全球共识和全民行动。支撑人类生态文明建设的科学理论与技术、区域和全球治理理论和方法已成为世界各国竞相发展的战略研究前沿。地球及其系统科学正是生态文明建设的关键领域之一。
地球系统科学根植于地球科学。20 世纪80 年代,人们日益认识到臭氧消耗和气候变化的严重性。为了解决这一问题,学术界广泛呼吁,要建立一个基于地球是一个完整实体的新“地球科学”。NASA 将这项新的科学命名为“地球系统科学”。1986 年,为了积极应对国际承诺和学科整合的挑战,国际科学理事会(ICSU) 启动了国际地圈生物圈计划(IGBP),并加入了设立于1980 年的世界气候研究计划(WCRP)。在20 世纪初,这套更完整的全球变化方案,连同正在出现的可持续性概念,产生了可持续性科学。2001年,由四个国际全球变化方案(世界气候研究计划、国际地圈生物圈计划、国际全球变化人文因素计划、国际生物多样性计划) 共同主办“改变地球的挑战”会议。会议介绍了《阿姆斯特丹宣言》,着重研究粮食、水、健康、碳和能源等4 大关系人类生计与生存的关键可持续性问题,目的是综合研究地球系统变化及其对全球可持续性的影响。2012 年6 月,为应对全球环境变化给各区域、国家和社会带来的挑战,里约热内卢召开的联合国可持续发展大会上,正式发起了为期十年的未来地球计划(Future Earth) (2014—2023 年)。至此,地球系统科学从一个非常具有挑战性的概念,转变成为了一门能够有效整合所有学科的强大新科学,为人类全球和区域自治、解决人类生存发展难题发挥了重要作用。
地球系统科学的优点之一就是体现了系统观念,将地球作为一个由许多不同但相互作用的部分组成的系统的整体,为研究地球提供了一种全新的思路与方法,为人类了解地球、适应地球、利用地球,更好地提高人类生存的质量建立起了系统的认识。
系统观念在我国由来已久。比较有代表性的是我国古代“天人合一” 理论观点。《春秋繁露》中的“道,王道也;王者,人之始也。王正,则元气和顺,风雨时,景星见,黄龙下;王不正,则上变天,贼气并见”。《道德经》中的“人法地,地法天,天法道,道法自然” 等,均体现了天、地、人相互作用及其之间联系的系统理念。我国的中医是系统观最典型的代表,“中医的特点在于从整体、从系统来看问题”[14]。党的十八大以来,习近平总书记就“坚持系统观” 作出了一系列重要论述和指示要求。提出山水林田湖草是生命共同体的系统观,并指出“人的命脉在田,田的命脉在水,水的命脉在山,山的命脉在土,土的命脉在树”,强调生命共同体之间的相互依存和相互联系。地球系统科学理论的出发点就是通过多圈层、多空间尺度、多时间尺度、多学科交叉融合研究,更好地揭示人与自然和谐共处的根本规律,使人类更好地认识所赖以生存的环境,做到尊重自然、顺应自然、保护自然。发端于系统观和地球科学的地球系统科学,正是解决新时代黄河流域生态保护的关键钥匙。
黄河流域生态问题体现在地球各圈层,根在人类活动。针对“十四五” 期间黄河生态环境如何治理,自然资源部牵头编制黄河流域重点生态区生态保护和修复重大工程专项建设规划给出了上中下游组合拳的明确答案。在上游开展封育保护,加强原生林草植被和生物多样性的保护,提升水源涵养能力;在中游完善水土流失的综合治理,推进小流域综合整治,有效遏制水土流失和水土沙化问题;在下游开展重点河湖、黄河三角洲等湿地的保护与恢复,保证生态流量、实施地下水超采综合治理,同时开展滩区的土地综合整治。2020 年12 月17 日,自然资源部国土空间生态修复司司长周远波在国新办新闻发布会表示:一要坚持系统观念,对黄河流域生态系统进行整体保护、系统修复和综合治理,要克服“单打一”,也要注意不搞整齐划一。二要注意科学方法,立足自然地理格局,特别要注重水资源的刚性约束作用,进行科学修复,追求实效。这里所说的系统观、科学方法,笔者认为就是要以山水林田湖草是生命共同体的系统观,充分领会习近平总书记“黄河生态系统是一个有机整体,要充分考虑上中下游的差异”讲话精神,运用地球系统科学思想和方法解决问题,建立黄河流域调查监测模拟工作体系。
(1) 黄河生态保护,首先要查清自然生态本底数据。认识自然是保护自然的基本前提。认识自然首先要查清自然本底数据,需要广泛开展各项地质调查工作,包括服务耕地资源保护的土地质量地球化学调查,服务森林、草原、湿地等重要生态功能区整体保护的林草湿生态地质调查,服务石漠化、沙漠化、盐渍化综合治理的荒漠化生态地质调查,服务矿山地质环境系统修复治理的生态地质调查等,查明自然资源赋存的地质背景、地质条件、赋存状态和空间分布等。
(2) 其次要监测自然生态数据变化。围绕黄河流域山水林田湖草沙,以地质、地球物理、地球化学和遥感为手段,建立空天地一体化的生态系统监测体系,充分利用现代科技手段提高监测水平,实现监测体系的网络化、常态化,突出原始基础数据采集的系统性、完整性,并及时掌握数据变化。建立山水林田湖草沙各子系统以及子系统之间的联系,尤其是水系统、土地系统、生态系统等各圈层以及圈层之间、上下游、左右岸之间的相互作用和影响。
(3) 再次要模拟预测自然生态数据。人类活动被认为是太阳和地核之外的第三大地球驱动力。人与自然交织在一起并嵌入到生物圈,人类已成为塑造整个地球系统的未来主要力量[15]。基于地球系统模型,研究黄河流域山水林田湖草沙各子系统以及子系统运行的基本关系和相互作用,开展系统研究和机理验证,理解和发现各系统的运行规律,预测黄河流域系统未来的发展趋势,为人类行为的转变(经济高质量发展) 和活动空间的调整(国土空间规划) 等决策提供科学依据。
注释:
① 2019 年9 月18 日,习近平在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的讲话。
② 开源地理空间基金会中文分会,黄河流域的自然资源。
③ 生态环保部网站.https:/ /huanghejg.mee.gov.cn/xxgk/hhlyjxbzhgk/hhzrgk/。