1.2 锡林郭勒草原退化成因及对水土流失的影响
1.2.1 草地退化原因
我国有400万km2不同类型的草地,其中90%以上处于不同程度退化中。草地退化已是限制我国草地生态功能发挥、生产力提高的重要因素。科学家们认为,草地退化是草地生态系统在其演化过程中,结构特征和能流与物质循环等功能的恶化,即生物群落(植物、动物、微生物群落)及其赖以生存环境的恶化。它既包括“草”的退化,也包括“地”的退化;不仅反映在构成草地生态系统的非生物因素上,也反映在生产者、消费者、分解者3个生物组成上,因而草地退化是整个草地生态系统的退化。
1.2.1.1 自然因素对草原退化的影响
1.气温
气温升高能够导致土壤水分快速流失,影响草原植被的生长环境。从气温资料中可以看出,20世纪60年代锡林郭勒盟年均气温为1.96℃,70年代为2.31℃,比60年代上升了0.35℃;80年代年均气温为2.46℃,90年代为3.25℃,比80年代升高0.79℃;到21世纪的前10年,年均气温为3.76℃,比90年代又上升了0.51℃。其中,上升幅度最高的是20世纪90年代。
锡林郭勒草原地区温度一共出现了5个波峰,分别在1961年、1975年、1989年、1998年和2007年,年均气温分别为3.0℃、3.4℃、3.6℃、4.5℃和4.6℃,后一个波峰值都高于前一个波峰值,平均升幅为0.4℃,间隔周期在9～14年,并呈现间隔周期越来越短的趋势。同时也出现了5个波谷,分别在1969年、1985年、1993年、2000年和2010年,年均气温分别为1.1℃、1.3℃、2.4℃、2.9℃和3.1℃,后一个波谷值也高于前一个波谷值,平均升幅为0.5℃,间隔周期在7～16年,也呈现出间隔周期缩短的趋势。这些资料说明,在全球气温变暖的大趋势下,锡林郭勒盟的气温也在不断升高,气温升高,会加剧草原土壤水分的流失,导致区域干旱化,进而加速该区域草原的退化进程。
2.降水量
降水量是影响草原植被变化的主要气候因素,决定了草原植被的空间分布。有研究资料指出,水分条件对草地植被生长及产量影响较大,在牧草生长期间降水每减少0.1cm,将会使牧草产量减少15750kg/km2。
锡林郭勒盟的地理位置、地形结构及气候特点决定了其四季降水分布十分不均。锡林郭勒盟春季降水量大部分在1～8cm,占全年降水量的15%左右,夏季降水量大部分在14～25cm,占全年降水量的60%以上。从春季和夏季年均降水量趋势来看,也没有十分明显的变化规律。将春季降水量按10年为一周期做统计,从20世纪60年代到21世纪前10年的降水量平均值分别为3.92cm、3.6cm、3.29cm、4.04cm和4.67cm,从80年代以后春季降水量呈现比较明显的上升趋势。将夏季降水量按10年为一周期做统计,从20世纪60年代到21世纪前10年的降水量平均值分别为为18.62cm、18.52cm、19.32cm、20.48cm和15.23cm,前40年基本呈上升趋势,但近10年降水量下降趋势明显。降水量的这些变化对草原植被的生长产生了重要的影响。据气象资料统计,1999—2001年,锡林郭勒盟中部草原3年间夏季降水量普遍较往年减少,导致发生严重干旱灾害,对草原植被的密度、盖度和天然牧草的产量影响极大。其中,天然牧草平均高度较往年低8～14cm,天然牧草生物量较往年减产25650～91950kg/km2,天然牧草覆盖度较往年降低7%～32%。综合以上分析,锡林郭勒草原近50年气温呈逐渐升高趋势,降水量呈逐渐减少趋势,尤其是近二三十年干旱成为了锡林郭勒盟地区发生频率极高的主要气候灾害。在锡林郭勒盟近几十年的气象灾害记录中,干旱记录就有47年,占统计年数的94%;其中,严重干旱有19年,占38%。连续干旱对草原植被产生的危害极大,导致干燥度明显增加,使得土壤水分耗损增大,加剧土地的沙化,进而增大了沙尘暴发生的概率,而沙尘暴对草原植被和草原生态环境的破坏力很大,会进一步加剧草原植被的退化。
3.鼠虫害等自然灾害
随着草地资源的退化,鼠虫害等自然灾害的频繁发生也加剧了草原退化进程。鼠类直接破坏草场,挖洞和食草根破坏了牧草根系,导致牧草成片死亡,害鼠挖的土被推出洞外形成许多洞穴和土丘,土压植被也会引起牧草成片死亡,成为次生裸地。20世纪80年代以来,锡林郭勒草原鼠害爆发频繁,发灾面积达13.3万km2,造成草场退化面积达4.83万km2,占草原总面积的24.5%。20世纪90年代以后,蝗虫大规模发生,虫口密度不断加大,成灾面积逐年扩大,特别是21世纪初,发生了严重干旱灾害的同时,蝗虫灾害变得越发严重,成灾面积达到6万km2。2003年锡林郭勒盟爆发了有记录以来最严重的一次蝗灾,成灾面积4.67万km2,其中严重成灾面积2万km2。蝗虫啃食过的草原,牧草等植被基本不存在,造成草原地表裸露,水土流失严重,加剧了草原的退化沙化。
1.2.1.2 人为因素对锡林郭勒草原退化的影响
1.人口增长
人口增长过快一直被认为是导致草原退化的重要原因,主要体现在人口增长超过了自然资源尤其是草原资源的增殖,即草原的可承载能力。草地资源的增量远远不能满足人口日益膨胀的需求,必然会促使人们加大对草原资源的开发利用,从而造成进一步开垦草原、过度放牧等。为了维持收入不降低,人们除了增加放牧外,还要从草原上攫取其他的生产和生活所需资源,比如获取薪柴和草药等,使草场得不到休养生息,草原更新能力下降,从而加剧草原的退化。
据统计,锡林郭勒盟总人口从1949年的20.52万人增加到2008年的98.74万人,增加了4.8倍;其中农牧民人口从18.64万人增加到44.9万人。农牧民人口从1949年开始增长很快,到1991年最高,达到60.21万人。20世纪90年代农牧民人口数比较稳定,增速放缓,从2000以后,农牧民的人口数逐年下降。从整体上看,锡林郭勒盟人口自然增长率并不高,主要的增长来源于外来人员的迁入。草原地区本身就属于生态脆弱地带,其人口的承载能力远不及内地及沿海地带。锡林郭勒地区的草原以典型草原为主,资料显示典型草原的人口承载力大概为5～7人/km2,但一直以来,锡林郭勒盟主要的草原牧区实际承载人口都超出该地区人口承载量的50%以上。
2.超载放牧
我国的天然草原普遍存在着超载放牧的现象,2011年全国草原监测报告显示,我国天然草原牧区的超载率为28%,其中牧区牲畜超载率为39%,半农半牧区超载率为46%。随着人口数量的增加及利益的驱使,农牧民会盲目增加牲畜的数量,导致超载放牧。牲畜数量远远超过草原的承载能力,会导致草原植被的品质和生产力降低,同时草原载畜能力随之降低,不能满足大量牲畜的饲料要求,牧民就会加大放牧强度,两者之间互相影响,进而加剧草原的进一步退化。长期以来,盲目追求牲畜数量的增长,使牲畜平均占有草地面积急剧减少,草畜矛盾十分突出。锡林郭勒草原的超载放牧现象非常严重,据测定,锡林郭勒盟大多数牧区草场超载率一般在50%以上。锡林郭勒盟的牲畜总头数从1979年到2008年,基本呈增长的趋势,尤其是2000年以前,增长趋势非常明显,从1979年的643.8万头(只)达到2000年的1808.3万头(只)。其中,小畜数占牲畜总数量的比例不断增加,2000年左右达到最高,接近于95%,20年间增长了15%。小畜对草原植被的破坏极为严重,尤其是山羊直接啃食草根,对草原植被的破坏可以说是毁灭性的。20世纪60年代锡林郭勒草原载畜量为2500万个羊单位,到2000年减少到1040.2万个羊单位,而当时实际载畜量却达到2450.9万个羊单位,同期,锡林郭勒盟可利用草原的面积却减少了4000多km2,可见,超载过牧成为了锡林郭勒盟草原退化的最主要因素。
3.垦草种粮
随着人口不断增长,人们为了生存,必须获取大量的粮食,不得不进行土地开发以扩大耕地面积。草原牧区居民不顾环境条件,只为眼前的利益,无计划地乱垦,造成草原植被被破坏。从新中国成立到改革开放,内蒙古地区共出现3次开荒高潮,第一次1958—1959年,第二次20世纪60年代初,第三次1966—1976年,三次共开垦草原2.47万km2,并且开垦的都是优良草场。
在锡林郭勒盟的各个不同历史阶段,人们为了获取更多的粮食及经济利益,曾经将大量草原开垦为耕地,使草原受到大面积破坏。20世纪50年代后期到60年代初提出了“以粮为纲”的口号,锡林郭勒盟大办农业,开垦草原997km2。进入70年代又提出了“牧民不吃亏心粮”致使又开荒种地600km2。20世纪80年代后期,受粮食价格上涨的影响,部分人又大面积开荒种地,使草原再一次被开垦。1949—1998年,锡林郭勒盟耕地面积由1414km2增加到2943km2,增加了1529km2。近年来,政府采取了一系列草场保护和恢复措施,耕地面积有所减少,截至2007年,锡林郭勒盟耕地面积降低到1975km2,但是,大面积的撂荒耕地,如果得不到及时的治理,将进一步加剧草原的退化。
4.无序开采矿产等资源
锡林郭勒盟地处华北板块和西伯利亚板块交汇地带,地质成矿和赋存条件好,矿产资源十分丰富,已发现矿种80余种,其中探明储量的有30余种,煤、钼、铜等储量都很大。其中,煤炭探明储量1448亿t,探明加预测储量超过2600亿t,居内蒙古自治区第2位,褐煤总储量居全国第1位。为了促进锡林郭勒盟本地经济的快速发展,当地政府不断开采矿物资源,锡林郭勒盟煤层埋藏较浅,大多采用剥离土层的方法进行开采,大面积草场被连根拔起,致使地表裸露,引起并加速了矿区周围草原的退化与沙化。同时,在开采运输过程中,由于草原上没有固定道路,大量的运输车辆对草原任意碾压,大面积占用草地,极大地破坏了草原植被,严重影响了草原植被的生长。同时,这些企业在生产过程中排放大量的工业“三废”和生活垃圾,对大面积的草场造成了严重污染,牲畜因饮用工业排放废水中毒死亡事件时有发生;而且,企业用水大多是抽取地下水,造成草原地下水位下降,河流干涸,导致草原干旱化、沙漠化,这些行为极大地破坏了草原生态环境,使得草原治理恢复起来极为困难。
5.樵采过度
在牧区和半牧区,广大农牧民主要依靠野生植物作为燃料,为了解决薪柴等问题,只能大量采伐草原乔木、灌木、半灌木等草本植物,使大面积草原植被遭到破坏。内蒙古草原区出产甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch)、草麻黄(Ephedra sinica)等多种药材,人们为了增加经济收入,从而大规模、频繁地挖掘。由于缺乏完善的监督管理,农牧民只顾眼前利益,不断从草原采挖草药,却不懂得培育,造成中草药的质量和产量大幅下降。同时草原被挖出许多的坑穴,造成草原退化。发菜(Nostoc commune)是一种珍贵的食用菌,锡林郭勒盟草原盛产发菜,在草地上搂发菜极大地破坏了草地的植被。目前,锡林郭勒盟仅搂发菜就破坏草原达3000km2,其中2000km2严重沙化。樵采及挖掘药材等不适当的人为活动,直接破坏草原植被,使土地失去了保护层,地表裸露,容易加剧水土流失。
1.2.2 草原退化对水土流失的影响
一般地说,草地土壤侵蚀可分为水蚀和风蚀两种类型,土壤水蚀是由于降雨本身和地面径流造成的,雨滴的冲击和径流使土壤颗粒脱离并被带往下坡地的下端。土壤风蚀是由于气候干旱、缺少植被、地面平滑、风速大引起的。在草原地区,风蚀和水蚀同时存在。冬春以风蚀为主,夏秋以水蚀为主。土壤侵蚀虽然是不可避免的自然过程,但土壤侵蚀的程度(减弱或加剧)决定于地面植被的多少。国内外科学家对植被,特别是牧草在保持水土、改善生态环境方面的作用进行了大量的研究和报道,归纳起来植被有以下功能:
(1)拦截雨滴,缓和雨滴的冲击作用。雨滴降落时具有一定的速度和能量,如果落在裸地上,雨滴就直接打击地面的土块,它的动能成为侵蚀力,使土粒分散、飞溅,形成溅蚀作用。在植物生长茂盛的草地,植物的地上部分能够拦截降雨,使雨滴不直接打击地面,速度减小,因而能有效地削弱雨滴对土壤的破坏作用。
(2)阻挡水的流动,减缓径流速度。在植物生长良好的草地,一般都有一层枯枝落叶,它对保护土壤起着重要的作用。枯枝落叶层增加了地面的糙率,从而起到阻挡和分散径流、减缓流速以及促进拦淤等作用,并能像海绵一样吸收雨水,使水分慢慢渗入土壤下层,减少径流的产生。
(3)固结土壤,防止土壤冲刷和吹蚀。一般地说,植被地下部分(根系)的生长量要大大超过地上部分的生长量。植物的根系对土体有良好的穿插、缠绕、网络、固结作用。由于各种植物根系分布深度不同,所以在良好的草地,植物根系与土壤密集交织在一起,形成生草土一样的土壤,这样便加强了固持土体的能力,减少土壤受冲刷和吹蚀的可能性。
(4)增加土壤有机质,改良土壤结构。土壤有机质的多少和土壤结构的好坏都会影响到土壤侵蚀的程度。土壤有机质有利于土壤团聚体的形成,并可增加土壤的孔隙度。植物根系腐烂后,为水的渗透留下了通道,因此,良好结构的土壤,更有利于水的渗透,从而减少径流的形成。
草原上植被的覆盖率和植物群落的种类成分对保持水土最为重要,植被覆盖是自然因素中对防止水土流失起积极作用的主导因素,几乎在任何条件下都有阻止水蚀和风蚀的作用。据Trimble和Mendel(1995)报道,在美国密苏里州裸地的土壤损失量比有草皮的土壤多132倍,而有草皮的土壤损失量少于10t/(km2·a);在犹他州和蒙大拿州,由于地表覆盖从100%减少为1%以下,因而使侵蚀速率增加200倍。我国的许多研究也表明,黄土高原种草的坡地比不种草的坡地地面径流减少47%,冲刷量减少77%。在一般情况下,草地比裸地的土壤含水量高20%以上,在大雨情况下,草地可使陡坡地面径流减少47%～60%,泥土冲刷量减少75%。许志信等(2001)在内蒙古自治区东乌旗草甸草原上进行的放牧强度模拟试验结果也表明,利用强度大的草地,由于草层盖度小,地上生物量少,因而水土流失量要比轻度利用的草地大得多。内蒙古草地植被与风蚀程度的关系:森林草原的植被盖度最大,草层高度最高,植物密度最大,风蚀程度最轻,而典型荒漠的植被情况最差,风蚀最为严重。草原退化最明显的特征是草群的种类成分发生变化,丛生禾草数量减少,且草群的盖度变小,地面裸露面积大,因此,草原退化为土壤侵蚀的发生提供了内部条件(敖特根,2001)。