农业生态环境变更及其驱动因素

本文作者：卢鹤立、刘桂芳 单位：河南大学资源与环境研究所、河南大学环境与规划学院

引言

新乡县位于华北平原的中西部，处于35°05'-35°24'N、113°04'-114°04'E之间，面积364．6km2，属河南省新乡市所辖的一个境域较小的县份。县域属太行山山前洪积平原与黄河、卫河冲积平原的交接地带，但绝大部分属黄河冲积平原。地势由西南向东北倾斜，地表被第四纪的厚层松散堆积物所覆盖。地貌发育受黄河作用的深刻影响，是历史上黄河决口、泛滥、改道最频繁的区域之一［1］。在豫北的诸多平原县份中，本区农业生产基础条件、农业生态环境本底具有较强的代表性。

新乡县农业开发历史悠久，土地垦殖指数达64%，是河南省重要的粮棉产地。长期的农业生产建设和高投入，极大地改善了区域农业生态环境。近些年，本区经济发展迅速。目前，不仅农业现代化水平较高，农村工业化水平也已跃入全省与华北地区的先进行列。随着农村工业、乡镇企业、交通事业和建筑事业等蓬勃兴起，大量耕地被占用。耕地面积的减少，导致单位耕地面积上化肥、农药等的投入增加，由此产生的农业污染和工业污染使区域生态环境发生新的变化，出现新的问题，并在一定程度上影响到了区域农业的可持续发展。为促使区域开发和农业生产的协调稳定发展，进行农业生态环境变化的驱动机制研究十分必要。

1农业生态环境区域差异的内在机制

地貌是自然环境结构系统的重要组成要素之一，各个地区的地貌，因形态、成因、发育和分布等的特点与规律，均具有空间差异性，直接或间接地影响到气候、地表径流、地下水、土壤和生物等其他自然资源。各自然资源相互作用和影响，使各地区的自然条件具有区域差异性特点，以自然条件和环境为物质基础的农业生态环境和生产开发方式，其途径和效果也必有差异。

1．1地貌与农业生态环境

本区地貌形态对环境的影响比较明显［2］。区内地势平缓，地域开阔，属于典型的平原地貌环境，利于耕种及农业现代化、农田水利化建设和农田管理。水流缓慢，侵蚀作用微弱，以堆积作用为主，对土壤改良和水土保持有利。区内大部分土层深厚，土壤肥沃，农作物稳产高产，农业生产水平较高。盛产小麦、棉花、稻谷、玉米及各种蔬菜瓜果，其中，小麦、棉花以其产量高、质量好而闻名全国，被定为全国优质棉生产、出口县。总之，具有多方面的有利的农业生态环境条件。由于区境绝大部分地区的地貌长期受古黄河的作用和影响，平原地貌形态发生区域差异性变化，形成次一级的地貌形态景观，地貌环境也产生区域差异性。较显著的是，区境西北部的合河乡一带，属黄河、卫河冲积平原和太行山山前洪积倾斜平原交接地带，地势低洼，卫河沿岸及其以北广大地区，多雨季节特别是大暴雨时，绝大部分要受到太行山洪水影响。共产主义渠修建以后，对其南部地区虽起了防洪作用，但使其北部显得更加低洼，阻滞洪水下泄，延长洪涝时间，常造成季节性积水，多雨年份造成严重减产。东南部的朗公庙、古固寨等乡镇地区，属黄河古河床、古河漫滩部分，漏水漏肥，土壤贫瘠，为沙丘、沙地分布区，农业生态环境恶劣。全区的总体地势，呈西南部高，东北低。西南部地表坡降又较大，排泄作用较强，地下水位较深，水和盐不易积聚。由西南部到东北部，地表坡降逐渐变小，水利坡度也减小，地表水和地下水流速降低，水流滞缓，排泄困难，地下水位较浅，尤其是古阳堤以北以及东孟姜女河沿岸一带，有较大面积的洼地，聚集流水和盐分，常造成洪涝、盐碱危害。

1．2土壤与农业生态环境

本区地表组成物质，绝大部分为河流相沉积物［3］。这些沉积物源系干旱或半干旱气候条件下的岩石风化物，由于未经过强烈的天然淋洗作用，含有一定量的可溶性盐分，形成的土壤和次生盐碱化的发生有着密切的关系。由于河流沉积方式的地区差异，同一地区往往又是经河流的多次轮回沉积，因此，土壤的成土时间短、剖面的质地很不均一，造成生态环境的区域差异。区内地表的组成物质，可分为黏土、亚黏土、亚砂土和砂土等几种主要类型。分别以它们为母质所形成的土壤，其耕性、肥力和抗盐渍化等性能各不相同。黏质土和亚黏质土，多集中分布在本区西北部和东北部的低洼地区，面积约占全区总面积的15%。该土质养分含量较高，但颗粒较小，发育形成的土壤偏粘，耕作不便。由于其分布区大多地势低洼，排水不畅，土壤中水分较多，主要为嫌气分解过程，风化分解过程较慢，因此土壤养分释放较少较慢，有效性不很高。本区东南部的黄河故道区，主要为粉砂质土，面积约占全区总面积的13%。该土质颗粒较粗，发育的土壤通气透水性较好，养分分解释放很快，有效性很高，但保水保肥能力差，缺肥现象较严重，多为中、低产田。尤其是有沙丘、沙岗分布的沙荒地区，水肥贫乏，植被稀疏，土壤化过程微弱，生态环境恶劣。亚砂质土，是本区分布面积最大的一种地貌组成物质，面积约占全区总面积的70%。以它为母质发育的土壤兼有上述两种土壤的性能，不粘不砂，保水保肥能力和耕性都较好，养分含量和有效性均较高，其分布地区的生态环境条件好，是本区商品粮棉的生产基地。

1．3气候与农业生态环境

本区属温带大陆性气候，多年平均降水量565mm，时空分布不均。每年6-9月降雨量占年降雨量的70%，其中7-8月尤为集中，占年降雨量的65%。新中国成立以来至2005年，新乡县共发生较大水灾37年(次)，其中最严重的1956、1963、1970、1996年4次重大水灾，均在7月下旬至8月上旬［4］。降雨量的相对集中，是造成洪涝灾害的直接原因。此外，本区北靠太行山，卫河、共产主义渠从北部穿境而过，尤其是后者，是豫北地区重要的防洪河道。汛期，不仅要排泄境内的内涝积水，还要承受上游4000多km2集流面积汇集下泄的每秒达上千立方米的客水，常形成主水未排完、客水又来临的洪涝交织局面。同多年平均降雨量565mm相比，本县多年平均蒸发量却高达1652．86mm，因此气候干旱。新中国成立至1998年，新乡县共发生旱灾26年(次)，其中最严重的1960、1961、1962、1974年4次严重旱灾，年降雨量在非汛期8个月分别为76．5、193．7、202．7、102．7mm。此外，降雨量年际相差悬殊，枯水年份最小降雨量只有249．4mm(1997年)。长期干旱无雨，是形成旱灾的直接原因。

1．4不同自然要素组合与土壤盐碱化

土壤盐碱化是本区一个重要的农业生态环境问题。长期以来，对土壤盐碱的治理进行了大量工作，现大部分盐碱地得到改良，但仍存在次生盐碱化的潜在威胁。如前所述，历史上黄河多次在县境内迁徙改道，遗留下一些起伏坡平地、冲槽洼地与沙丘沙地。平原的微地貌形态和地表沉积物性质的不同，相应地引起了潜水埋藏、矿化度和土壤发育的地域分异(图1)。加之冬春干旱多风、夏秋降雨集中、年蒸发量大于年降水量的气候条件，不同类型的土地便出现了易旱、易涝和风沙移动等现象，其土壤盐碱化状况也表现出明显的区域差异性。有关调查表明:区内土壤盐碱化的地区分布，多与咸水(矿化度大于2g/L)和微咸水(矿化度为1～2g/L)的地区分布范围相吻合。可见，区内盐碱化分布区与区域水化学类型及矿化度有密切关系。水化学类型和矿化度大致呈带状分布，大多是北东东向，或是近北东东向，基本上与区境河流相沉积的物质来源方向及其形成的地貌分带方向一致，其形成与地貌直接相关。从最南部的古河道，向北经古漫滩，再到泛流平地，随着地貌条件、地貌组成物质的变化，水化学类型和矿化度也发生了相应的变化。

东南部的黄河故道区，主要为粉砂质土，地下水矿化度小于1g/L，盐度与碱度也较小。粉砂质土因较松散，空隙度大，便于水、盐的运移，但上升高度很小，在地下水位较深的地区，盐分一般不能被毛管水带至地表，故不易发生盐碱化。本区东南部地区，地下水位较深，埋深大部分为3～4m，一般盐碱化现象不明显。往北、往西到古阳堤一带，地表组成物质多为冲积黄土状亚砂土。古阳堤南为黄河故道的古漫滩，地下水矿化度仍小于1g/L，加之这里地势较高，排水条件好，地下水位深，埋深大多2～4m，一般无盐渍现象，多是粮棉高产地。但同为亚砂质土分布的古阳堤以北地区，由于地处古黄河背河洼地及泛流平原范围，地势平坦低洼，排水困难;地下水埋深较浅，一般1～2m;同时，地下水矿化度也较高。从小冀至郎公庙一带再向北，到古背河洼地的翟坡一带，地下水矿化度为1～2g/L，往北至大召营，矿化度已高达2～5g/L。这些地区因地下水矿化度高，多为咸水和微咸水，水质苦涩，是新乡县原生盐碱地分布的主要地区，也极易发生次生盐碱化，是区境历史上遭受盐碱危害最严重的地区。因此，这些地区的改造治理，应以治碱治盐为重点，努力根除盐碱危害。本区西北部的合河乡一带，地处洪冲积交接洼地，地表组成物质绝大部分为黏土和亚黏土，质地偏粘，空隙度小，毛管水上升高度大，地表有积盐的可能性，但因每年都从共产主义渠和卫河大量提取引黄河水灌溉，本区地下水矿化度并不高，大部分小于1g/L。因此，盐碱化不易发生，没有原生盐碱地存在，少部分次生盐碱地也易改良。

2农业生态环境变化及驱动因素分析

2．1水利工程建设活动

水利工程建设活动，是本区一种广泛而频繁的人类活动。经过近几十年来大规模的水利工程建设，区内已形成了系统的排灌网络。水利工程的建设，不仅造成了一系列新的人工地貌形态，并且还在不同程度上改变了现代地貌过程，直接间接地影响了环境变化。水利工程建设使地表径流状况发生了变化。本区年降水量的一半以上集中在7、8两月，此间常发生沥涝和洪水危害。治理洪涝需要修筑排水工程，改变地表径流情势，控制水流方向。如通过拓宽加深东、西孟姜女河，使径流顺畅，迅速汇入和及时泄流出境，起到了除涝作用。又如本区西北部，为了抵御山洪威胁，开挖了排洪大渠，引山坡洪流入渠，使洪水归流排出，保证了新乡市区和防洪区的村庄以及京广铁路的安全。

水利工程设施的应用过程，使地表组成物质的土壤化过程发生了变化。如引黄灌溉，由于黄河水流含有大量泥沙，大部分泥沙在地表发生沉积，就改变了土壤组分，改善了土壤化过程。本区东南部大面积的沙丘、沙地的治理，除植树造林外，还进行了引黄淤灌，收效明显。引黄水利工程的运用，还影响到地下水动态发生变化。引黄灌溉水对地下水起重要补给作用:引黄灌溉量增大，补给量亦增大，地下水位升高;灌溉量减少或停止引水，补给量减少，地下水位进一步降低。此外，引黄水还是本区许多地方生产的重要补充源。随着工农业和第三产业的发展，需水量越来越大。据水账资料，本区水资源总量有9．43×108m3，但地表水8．4×108m3由雨季集中降水形成，灾多利少，大量排泄出境，潜层地下水只有1．02×108m3可提供利用。本区工农业用水量需3．3×108m3，不足部分依引黄河水予以补充。若停止引用或减少引黄河水量，必然要加大对地下水的开采，超采便形成地下水下降漏斗，失去平衡。

本区盐碱地的改良更是离不开排灌系统的建设和完善。盐碱地主要分布在古黄河背河洼地，据历史记载1900年前就已形成，在1963年治理前，粮食单产(667m2产量)仅70多kg。之后，在中国农业科学院农田灌溉研究所的帮助下，采取排、灌、平、肥综合措施，改良了盐碱地，粮食单产持续超过500kg。所谓排，主要是排涝和排盐。排涝要求排地面水，沟要密;排盐要求排地下水，沟要深。因此在排水配套上采取深、浅沟结合的方式。所谓灌，就是通过灌溉冲洗盐碱问题，其效益的发挥与土地平整关系密切。土地不平，洼地难排，灌水不匀，易生盐斑。土地平整后，调整了土壤水盐动态不均衡的状况，变积盐过程为脱盐碱均衡的过程。

2．2林业活动

林业生产活动对环境的作用与影响，不受任何区域限制。人们通过植树造林种草，直接建立良性环境，提高环境质量，改善地表结构，改变地貌作用过程的形式和强度，对农业生态环境以直接间接的影响。本区林业生产活动的历史久远，林业活动对环境带来的影响亦十分显著［5］。本区东南部的沙丘、沙地分布区，20世纪50年代初注重了植被保护，有片林分布，生态系统相对较为稳定。到60年代初期，部分林木被砍，灌木草丛等植被遭到破坏，风沙危害加重，农业减产，生态环境系统严重失调。位于此地的古固寨镇，全镇0.24万公顷耕地，80年代沙化面积高达70%以上。之后，进行了长期大规模的植树造林。2004年以来，仅古固寨镇就实施了333公顷的退耕还林荒山荒地造林项目。2010年，全县林木绿化率为10.24%，森林覆盖率为6．33%，已建设起大型林带林网，再加上灌溉面积的逐年扩大，以及土壤改良工作的进行，农业生态环境大大改善，黄河故道区的大风危害，小麦灌浆期的“干热风”危害，均已大幅度减弱，小麦、玉米等粮食作物的产量有了明显提高。

2．3化肥、农药、农膜等的使用

农药、化肥、农膜、人畜粪便和秸秆是构成农业面源污染的主要污染源，也是本区目前农业环境的主要污染源。与点源污染相比，面源污染的时空范围更广，更加难以控制［6－7］。化肥作为一种农用肥料，若与有机肥料平衡施用，不但可以取得高产，而且不会影响地力。但在实际农业生产过程中，部分农民过分强调眼前利益，大量施用化肥，忽视有机肥，直接导致土壤板结，地力下降。过量的化肥有相当大一部分流失到水体中，进入地下水，可造成硝酸盐含量过高，进入地表水则造成水体的富营养化，进而污染农业生态环境。农药使用，无疑对提高土地生产力起到了一定的促进作用，但盲目过量的使用，则会使农产品残留农药，品种下降甚至发生农产品中毒事件。农膜造成的农业污染是由于近年来高效设施农业规模的不断扩大，可降解农膜推广使用力度不够，一部分农膜长期积累残留土壤中，造成耕地理化性状恶化，土壤通透性变差。此外，养殖场露天堆放粪肥，粪肥的流失及臭气污染处理不彻底会引起水体和大气的污染;秸秆综合利用率低，就地焚烧秸秆则造成了大气污染。目前，农药、化肥和农膜造成的污染已逐步引起各方面的重视并有所缓解，但人畜粪便、秸秆引起的污染还较严重。

2．4其他活动

近一二十年来，本区经济发展迅速，农村工业、乡镇企业、交通和建筑事业等蓬勃兴起。这些活动已直接间接地对农业生态环境产生了多方面的作用和影响［8］。

一是交通活动与农业生态环境问题。近些年来，本区为了发展交通运输业，进行了大量的道路工程建设活动，改善了生产和投资条件，推动了经济发展。但也带来一些与环境有关联的问题。最明显的是，铁路和公路的修建选线。在本区这种地势平缓的平原地貌区域，交通线一般都选择从地势较高、排水条件较好的地带通过，有的地段需经过较低洼地带，一般也是就近挖方，进行填垫，抬高路基，其结果加大了地表起伏，造成排水不便的人工洼地。有的新建铁路和公路，还打乱了区内原有的水利灌溉工程系统，出现次生盐渍化等连锁反应。目前，本区交通运输业的发展，还远不能满足区域经济发展的要求。随着各项建设的全面开展，公路和铁路均有待于进一步建设。今后要注重统一规划，加强管理，确保生产生活和环境质量的协调稳定提高。

二是厂房和住宅等建筑活动与农业生态环境问题。本区随着乡镇企业的发展，各种生产厂房和管理用房的建筑相应地大量进行;随着人口的增加和广大人民群众生活水平的提高，住宅大批兴建。这诸多建筑不仅使农用土地缩减，还引起一系列的环境问题。最突出的是，使地表起伏形态发生变化，使原无排水、排污设施的地区环境问题更加突出;使有的地区的原有排水、排污系统遭到扰乱和破坏，引起环境污染加剧;局部地方造成水土流失。今后，应提倡和推广多层立体建筑，改变平面利用状况，尽量减少建筑用地，同时必须加强统一规划，严格依法管理，确保环境日渐优化。

三是工业生产过程造成的农业生态环境劣变问题。本县是豫境和全国有名的乡镇企业十分发达的县份，大多数乡镇拥有各具特色的多家企业。目前由于一般规模都不大，资金和技术等条件均有限，一些企业部门如医药、化肥、化工和造纸等工厂的三废排放较多，有的严重超标，污染周围地区的大气和部分水源，造成附近一带农作物减产，使人畜健康受到危害。这类环境问题，虽较普遍，具有广域性，但不能因此而稍有轻视，应列为工农业协调发展中必须解决的问题。

3结论与讨论

本区是典型的黄河故道平原县，农业生产自然条件较好，开发历史悠久。长期频繁的农田水利建设、平整土地、植树造林等都大大改善了本区的农业生态条件，使本区农业生产始终保持较高的水平。雄厚的农业基础极大带动了乡镇企业的发展，交通运输业、建筑业等随之蓬勃兴起，这些直接导致了耕地面积的大量减少。作为一个传统的重要的国家粮棉生产基地，保障粮食生产始终是根本。如何在日益有限的耕地上保持和提高农业生产数量和质量，并且降低或避免农业投入和工业发展带来的对农业生态环境的新污染，将是本区农业生态环境研究的重要课题。