黄土高原区制约粮食生产的干旱原因分析〔1〕，本文主要内容关键词为：黄土高原论文,干旱论文,粮食生产论文,原因论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
摘要 该文以大量翔实的调查资料，分析论证了西北黄土高原水土流失区制约粮食生产发展的因素，干旱发生规律及其主要类型，进而对该区干旱缺水的因素进行了深层次的研究；为粮食及农业生产的防旱抗旱减灾活动提供了理论依据。
关键词 生态系统 干旱 粮食生产 黄土高原水土流失区
黄土高原水土流失区东起吕梁山，西达兰州以东，南邻关中灌区，北至长城沿线，处于我国沿海经济发达区与西部后进区的过渡地带。全区土地面积27.7万km[2]，占全国的3%；人口2804.69万，密度101.2人/km[2]；辖区包括陕西、山西、甘肃、宁夏、内蒙的109个县（旗）。 主要作物有小麦、玉米、谷子和高梁。近年来，粮食平均亩产只有133kg， 这与辖区各级政府要求的到本世纪末和下世纪初，基本上达到自给，部分地区自给有余的目标相距甚远。由于该区又是我国能源、天然气和有色金属基地，这些基地的开发建设，同粮食及农业生产的发展相互依存，互相促进，就使粮食生产从对区域经济社会的影响，上升到一个重要的战略地位。而干旱对作物影响巨大，成为农业生产稳步增长的一大障碍。
1 干旱——粮食生产的制约因素
干旱制约着本地区的粮食及农业生产，已是个长期的历史性问题。解放后，尤其是改革开放十几年来，在兴修水利、科学种田、对农业投入等方面虽说进行了大量的工作，取得了很大成绩，但因历史及地理地域等方面的原因，干旱缺水，经常出现的旱灾仍然困扰着人们。1985年该区气候异常，1～4月份降水量比正常年景偏少3～5成，致使晋南、陕北、陇东、宁南发生春旱，陇海沿线出现夏旱，作物受灾面积占总面积的65%～70%，粮食比上年减产8.5%；1990年5～6月，陕北、 渭北干旱面积达2000万亩，仅渭北就有400万亩秋田作物无法播种，100万亩点播了玉米种子出苗困难，直接经济损失达3750万元。
由于干旱的影响，黄土高原水土流失区大部分地方只能种一茬作物，农田未能充分利用。辖区内中、低产田达80%，粮食单产低，农田配套设施差，灌溉率低，土壤养分失调面积大，难以发挥光热水肥的增产潜力。目前，靠天吃饭的“望天田”仍占4/5。
据我们在泾川、灵台、合阳、澄城、洛川、旬邑、正宁、吉县八县调查分析，小麦、玉米常年缺水率在10%～30%，减产率分别在28.9%和46.6%，因干旱缺肥，土壤肥力减产率分别为34.3%和41.9%。从干旱对作物发育影响的机理考察，禾谷类作物在花器管的发育开花期，较之叶片扩张期对干旱更为敏感。如果作物在此期缺水，减产量为严重。小麦对缺水的敏感程度为；开花期＞产量形成期＞营养生长期；玉米是；开花期＞子粒充实期。另外，干旱缺水会影响禾谷作物幼穗分化的进程。由于胚胎组织细胞内的细胞浓度较低，当作物体内水分不足时，胚胎组织中的水分就转化到细胞液较浓的成熟部位的细胞中去，使花原始体数大大减少，穗子变小，产量显著降低（见表1）。 叶子的细胞液浓度最高，吸收能力最大，当出现干旱时，它就会从枝条的生长点、花和果实中夺取水分，使枝条停止生长，花和果实脱落，正在灌浆的籽粒干瘪。据试验，小麦拔节期缺水能明显地降低有效穗粒和穗粒数，灌浆期缺水能使千粒重指标明显降低（见表2）。 干旱缺水对无机离子及养分运输均产生影响。其机理是：水是一个连续相，无机离子只有溶解在水中，才能被作物吸收。干旱缺水阻碍了光合作用对N、P的吸收。具有通过功能的筛管筛板的原生质束是中空的管状物，它能运送同化物的集体流。研究发现，渗透压差为1.0～1.2兆帕的萎蔫植株的运输能力仅为渗透压差为0.1～0.2兆帕的植株的1/3；灌浆能使[14]C从小麦叶向穗部的运输增加。
表1 干旱缺水对冬小麦成花数和穗粒的影响
处 理小花成花成共率穗粒产量
总数 数%
数(kg/亩)
小花分化期缺水134.0
46.3 34.5 33.55289
小花退化至
127.9
41.5 32.5 36.05307
开花缺水
开花结实期缺水123.6
49.7 40.5 36.00318
正常灌溉123.6
50.1 40.5 39.00311
表2 小麦在四种灌水条件下的有效穗、穗粒数和千粒重
2 干旱发生规律及其类型
黄土高原水土流失区是个季风气候明显的地区。由于每年季风吹来的迟早、推进的远近、风势强弱都不一样，而造成降雨年际分配不均，变率大。这是容易发生干旱的气候背景。根据干旱发生的时间不同，可分为春旱、夏旱、秋旱、冬旱和季节连旱五种类型。
2.1 春旱
春旱仅次于夏旱，其特点是；湿度低，相对湿度小，降水少，并常伴有使土壤变干的冷风。春季表土干燥，作物又处苗期，根系浅藏，不能及时利用下层土壤储水，加之辖区内地形破碎，梁峁沟壑交错，更加重了春旱的危害。春旱从陇海沿线向西北加重，每年3～4月份降水量只有10～20mm，春旱一般从此时开始；而后土壤解冻，冬小麦返青，若降水偏少，旱象可明显反映出来。
春旱在辖区109个县表现也不一样。随着地势的升高， 春旱逐渐减轻，这是因为山脉对气候阻挡和抬升作用，迎风坡的高山地区降水量明显增多；在海拔较低的平川地区，降水相对较少，温度较高，湿度较小，蒸发量大，旱情相对较重。春旱还分为前春旱和后春旱。前春旱旱情较重，范围大；后春旱旱情较轻，范围小。一般地讲，该区1～5月份降水较少，旱期可延续35～50天，最长可达80～90天。在地域上以陕北、宁南为最；榆林地区春旱频率达70%，几乎年年都有春旱发生。
2.2 夏旱
其机理是：初春土壤解冻，3～4月墒情较好，此后气温回升，风速加大，空气干燥，蒸发量大，5月份土壤温度开始下降，6月份土壤含水量下降到全年最低值，此时作物的水分是全年供应最差的时期。加之此时南亚高压北跃、西太平洋副热带高压尚未北跃，由于二者北跃时间不同步，使黄土高原水土流失区风力加大，形成相对少雨期，夏旱就发生了。
辖区内夏旱由南向北逐渐加重。经常发生夏旱的地区是关中北部、陇东、渭北、晋西。其发生频率关中为65%，陇东、渭北为60%，晋西为50%。夏旱多发生于7月下旬至8月下旬，其中8月上、 中旬发生机率最多，占到50%。旱期一般在15天以上，20天以上为中灾，30天以上为重灾。中灾要占一半左右。初夏旱不利于小麦后期灌浆成熟，影响夏播作物及时播种。1974年5月下旬至8月上旬的近80天中，渭北23县降水量比常年少50%；米脂县1952～1994年的43年中，共出现伏旱29次，夏旱频率为71%。进入80年代以来，辖区北部地区25天以上的严重伏旱出现频率由以前的10%～20%增加到50%，伏旱强度也明显增加，伏旱平均持续时间长达30天。在近10年中本区大的严重伏旱出现6次，其中3次是前30年未遇到的严重旱灾。目前，辖区内特别是自然条件较好的东南部地区正处于伏旱高峰期。伏旱对粮食产量的影响因不同作物生长阶段而异，当干旱发生在某个阶段时，缺水额对产量的影响很大程度上取决于该生长阶段对缺水的敏感性。作物生殖器官发育阶段比营养器官生长阶段对缺水反映更敏感。辖区的粮食生产大部分以晚秋作物主为，7～8月份是玉米、谷子、大豆、马铃薯、红苕和花生等主要作物的水份关键期，这一时期的土壤水分状况对粮食产量的形成至关重要，粮食产量随干旱持续时间的延长而下降。气象产量与7～8月份降水的灰色关联度分别为0.94和0.81。
夏旱同春旱一样，高山地区较轻，平坦地区较重，子午岭、六盘山夏旱频率不到15%，而与之相邻的平川区高达75%。1973年岐山、宝鸡等地6～8月份降水仅71.3mm，比常年同期降水少83%，70%的水井无水，干旱持续90天，受灾面积370万亩，减产粮食1.7亿kg，而子午岭、六盘山地区未受任何影响，粮食产量比上年稍有增加。
2.3 秋旱
9月份以后，夏季风南撤，大陆雨季相继结束，降水量显著减少，如果这时降水量比常年偏少，就会出现秋旱。秋旱影响晚秋作物成熟，也会给秋播造成严重影响。 在辖区内的风沙丘陵区， 大部分降水在300mm左右，不能满足农作物生长的需要；辖区东南部， 过境河流不多，降水也只有600mm左右，水源也不充沛，故常受秋旱的威胁。此外，秋旱影响土壤蓄墒，会加重来年春旱，间接影响小麦返青拔节和春播出苗。
2.4 冬旱
本区冬季为干冷的冬季风所控制，所降雨雪稀少，以干旱天气为主，大部分农田冬闲，农作物处于休眠状态，所以冬旱对农作物危害较轻。40多年来单独出现的冬旱年份不多。
2.5 季节连旱
有些年份干旱持续时间较长，出现季节连旱。在季节连旱中，以两季连旱较多，一般占50%。季节连旱多为大旱年，对农业生产影响极大。民国18年（公元1929年），陕西发生连旱，关中西北部最为严重，夏季川原颗粒未收，此旱灾一直延续到1932年。1960年辖区大部分地方在1959年百日大旱还未恢复的情况下，又遭新的百日大旱。
3 形成干旱的诸多因素分析
3.1 降水少且分配不匀
辖区年降水量大体上从东南向西北减少，从低地向山区增加，降水量较多的地区在渭北、子午岭、晋南（一般在550mm以上）； 降水量最少的地区在西北部（一般在350mm上下）。降水分布不均是个显著特点。夏季降水量占全年50%以上，冬季不到3%，春季占10%～15%， 秋季居中，占25%。若以年降水量的多少权衡干旱的轻重，本区西北部干旱比东南部严重。
3.2 水资源严重不足
本区地层是黄土和黄土状沉积物，它的渗透水性较强，蒸发力旺盛不宜蓄水，天然降水又少，仅占水资源的25%。就地表水而言，过境河流和自然地表迳流又不多，且不多的地表水的特点是雨暴洪猛沙多（见表3），调节利用困难，加之地形破碎，引水条件极差， 地下水资源又非常贫乏，埋藏深，出水量少，开采困难。即使有限的地下水，也多因超采严重而形成区域性下降漏斗，导致水位大幅度降低，使成批浅井报废和低扬程水泵失效，报废率在10%以上。特别是水源条件极差的陕、甘、宁黄土丘陵区，地表水产量仅为1～4万m[3]/km[2]， 地下水可利用量仅为0.5～1.5m[3]/km[2]，人畜饮水都很困难，种田用水只能靠天。
3.3 蒸发量大于降水量
表3 该地区部分河流7、8、9月悬移质输沙量及土壤侵蚀强度
本区降水量只及蒸发量的60%，除去径流损失及小雨以外，实际参与植物生长的水分只有植物所需水量的一半，特别是北部地区，水分亏缺更多。黄土高原水土流失区榆林、定边、绥德、米脂、延安、安塞、宝鸡七县降水量与蒸发量差值分别是－490.1mm、－726.5mm、－430.8mm、－505.1mm、－256.0mm、337.1mm、－103.7mm。辖区北部长城沿线风沙区干燥度大于2.0，种植业很难发展。陕北、渭北、 陇东年干燥度大于1.5，植物水分亏缺甚多，生长不良，产量低而不稳定。
3.4 水土流失严重
随着科学技术和生产力的飞跃发展，人类活动成了强大的环境影响因素，导致水土流失过程的加速发展。在辖区27.7万km[2]土地中， 失去A层和A+B层的侵蚀土壤达90%，土壤侵蚀模数2000～2500t/km[2]·年，三门峡年输沙总量16亿t，高峰期达40亿t（1933年）。沟壑密度为0.9～7km/km[2]，冲刷深度0.2～2.5cm，沟谷面积占总面积的50%以上。 造成这种情况的直接原因是人为破坏和土地利用不合理。陇东、陕北、晋南和宁南地区是严重的水土流失区和干旱区。川塬区广泛开垦，梁岗坡地过垦现象十分突出，垦殖系数高达60%，农林牧用地比例失调（见表4）。上述四个地区中，地面坡度组成0°～5°占10%，6°～25°占58%，＞25°的占32%，为土地的改造利用加大了难度。面对如此局面，40多年来水土流失在局部地区虽有所控制，但总体发展趋势仍在恶化，陕西黄土高原水土流失区重点县有48个，辖区内占46个，占整个黄土高原水土流失县的1/3。黄土高原水土流失区是我国乃至世界水土流失最为严重的地区。
表4 辖区人为活动影响侵蚀的主要因素（1994）
地 点人口密度垦殖指数农林牧用比比例
河曲砖窑沟100.0 59.71:.022:0.62
米脂泉家沟151.9 63.21:0.42:0.17
安塞纸坊沟49.2
47.91:0.29:0.55
西吉黄家二岔 93.0
60.21:0.03:0.61
长武王东沟213.7 47.21:0.57:0.19
淳化泥河沟150.0 48.71:0.94:0.11
3.5 土壤肥力低下
大量资料表明，本区土壤养分处于缺乏状态，土壤中的C/N 值偏低，多在6～9之间，N/P值偏高，多在4～10之间。黄土丘陵区和塬区，土壤腐殖以富里酸占有优势，残渣胡敏素占的比重很大，活动胡敏酸常测不出来，胡敏酸和富里酸的比值多在0.3～0.6之间，这表明该类地区有机质补充少，土壤腐殖质分子变得简单。产生此种情况原因之一是近几年有机肥建设被普遍忽视，大幅度压缩和挤掉了养地肥田的豆类作物和绿肥牧草，使农田土壤取大于补，营养物添加量少了，难以满足培肥农田的需要。其次是农村能源严重不足，应大量还田的作物秸杆付之一炬。第三是技术落后，广种薄收，使一些地方从传统的轮作种植退回到轮荒制的落后耕作。第四是化肥不足，生产能力仅占需求量的40%。第五是土壤中微肥补充不足，尚无固定的微肥生产和供应渠道，部分微肥仍处于试验阶段，微素缺乏面积逐年扩大。
3.6 大地植被锐减
森林是大地生态系统结构最复杂、功能最稳定、生物量最大的生态系统。由于森林是自然保护的重要内容，一旦被破坏，就会影响整个生态系统的平衡。辖区目前实际上已成为一种支离破碎的沟壑农业生态系统，自然植被绝大部分已被人为破坏，辖区森林覆盖率只有8%～12 %，且分布极不平衡，主要集中在暖温带半干旱——半湿润落叶阔叶林生态区的土石山区，暖温带半干旱森林草原生态区。黄土梁、峁、沟壑为主的黄土丘陵沟壑区，因地面破碎，立地条件差，很难形成大片森林。温带草原生态区，因受水分条件的限制，地面多是流沙、半固定和固定沙地，主要生长着草本植物和灌丛，植被覆盖差，植被转化物质和能量的水平低。长期以来，辖区内由于战争和人类活动的影响，原生植被日益减少，一些植物种濒临灭绝。解放以来，辖区子午岭天然林破坏损失670万亩，由一个完整的天然林区变成了带状块状分布， 部分地方成为荒山秃岭，林线接近主脉，腹地百孔千疮，残败不堪。山西境内偷砍偷伐的事件达2000余起，毁林50万m[3]，损失木材蓄积量35万m[3]。陕西、甘肃交界处群众烧饭取暖，滥樵乱砍林木，每年需要消耗大量木材。榆林地区在治沙中为全国作出了贡献，但一些地方为了发展编织业，大部分沙柳被砍伐，有的连根拔起，造成严重破坏。
3.7 水利设施衰竭
辖区自然条件差，干旱缺水。建国之后，水利建设虽有所发展，但自80年代以来，因粮食缺乏使原有的农田水利工程缺少经常性维修和配套管理，破坏相当严重，利用率低，蓄排能力差，有效灌溉面积逐年下降，抗旱灾能力减弱，故旱涝保收面积相对减少。中低产田达80%，平均单产低于邻近省（区）、旗（县）的平均水平。据有关资料，辖区水库淤积严重（如固原县苋麻河水库，从1959年建库，总库容为5570万m[3]，到1975年只剩下1760万m[3]，15年时间报废2/3， 现在已不能发挥作用）；渠道渗漏严重（陕西境内的冯家山水库出库流量为5.1个秒方， 到咸阳只剩2.5个秒方，损失51%）。辖区晋、陕境内450处10000 万亩以上的灌区，到折旧年限生产能力仅达20%以上；5000万亩以上的灌区仅达50%。1984～1993年10年间，两省老化报废各类机井4300万眼，占机井总数的18%，减少灌溉面积100万亩。渭北36处5000 万亩以上的灌区，1300个抽水站，2500眼机井，有1/3需要更新；15 座国营水库，80%带病工作。
3.8 防灾机构不健全
防灾监测预报工作虽然各级农业局、水保局、气象局每年都在抓，但由于种种原因无大起色。目前，辖区有90%的县市建立了防旱抗汛指挥部，因实际工作人员少，加上专业素质差，工作条件艰苦等因素的限制，抗旱服务范围小、质量低，不能保证抗旱工作的连续性，对旱情发生动态缺乏系统掌握，无法开展综合防治和总体防治。气象测报虽然比较健全，但因对干旱性天气监测手段落后，协调工作跟不上，工作环境艰苦，直接为农业服务的潜力还未发挥出来。不少干部缺乏抗旱知识，抗灾经费严重不足，因此，使本来可以避免的灾情未能幸免。有些地区旱情不是逐年减少，而且越来越大，范围越来越广。抗旱是一个系统工程，长期工程，涉及部门多、工作量大，各级地方政府应统一协调，对旱情进行综合分析与研究，作好远、近期部署。
3.9 作物布局不尽合理
1978年以前，由于对“以粮为纲，全面发展”的方针理解不透，辖区内在作物布局上重视抓粮食作物而忽视抓经济作物；在粮食作物中又重视抓玉米、高梁、谷子、薯类等高产作物，忽视抓小麦、豆类等优质作物。自十一届三中全会以后虽有所改善，但长期形成的“有粮吃，没油吃，吃得饱，吃不好，有吃的，无花的”的局面并没有从根本上改变，而干旱灾害的影响往往使单一的作物布局损失严重。1994年渭北西部五县发生旱灾，由于种植结构单一，40万亩小麦颗粒无收，油菜籽减产28%，吃了大亏。作物结构长期依循着以粮为主的配置格局，使作物之间的协调配置能力有所下降，结构稳定性差，无法缓解水分的供需矛盾，在某种程度上又加剧旱情对粮食的影响。
3.10 人口急剧膨胀
黄土高原水土流失区土地贫瘠限制了环境人口的容量，加上本区地处偏僻，远离市场，交通不便，妨碍了资源的合理有效的开发利用。人口与环境的依存总有一个临界值，当人口增长突破这个临界值后，生态灾害也就随之降临到人们的头上。本区1990年总人口为2804.69万， 人口密度为101.2人km[2]，人口总量比1949年增长120%，高于全国71.1%的水平。1949～1993年人口增长率为1.98%，人口密度远远超过联合国关于干旱半干旱地区的区域承载力指标。为了生存，不得不对自然资源进行掠夺式急功近利的经营，破坏了生态环境，间接地加剧了旱灾的灾情。
注释：
〔1〕本文反映了国家八五科技攻关项目〔85-008-01-12（2）〕中的一部分内容。
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