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黄土高原退耕还林(草)工程可持续发展的对策

媒体:延安日报  作者:内详
专业号:延安市林业局 2019/8/14 17:04:23

吴普特

吴普特,博士生导师。现任西北农林科技大学校长、党委副书记。入选国家“万人计划”科技创新领军人才、农业部农业科研杰出人才及创新团队、科技部重点领域创新团队和国家新世纪百千万人才工程,先后荣获“全国优秀农业科技工作者”、全国“五一劳动奖章”等,兼任中国农业工程学会副理事长、中国水土保持学会常务理事、四川省节水农业重点实验室学术委员会主任。

为控制水土流失,促进生态恢复,国家自1999年实施退耕还林(草)工程。20年来,黄土高原植被恢复效果显著,入黄径流泥沙量大幅降低,水土流失得到了有效控制。大规模植被恢复必然会引起蒸散耗水量大幅增加,加剧该区干旱缺水态势。在水资源短缺大背景下,进行如此大规模的植被恢复,区域水资源能否满足工程耗水需求?针对上述问题,我们通过研究提出以下对策。

一、解析干旱过程

进一步解析黄土高原干旱过程,为降低干旱缺水对植被恢复的不利影响提供科学依据与技术支撑。

我们通过改进帕默尔干旱指数(PDSI)的多时间尺度分析功能和标准化降水蒸散指数(SPEI)的物理机制,结合两大类常用方法的优缺点,构建基于水文循环物理过程的多时间尺度干旱模拟评估方法(SZI),同步提高不同类型旱情的多时间尺度模拟评估精度,实现气象干旱、农业干旱和水文干旱物理机制与时间尺度的统一。通过揭示黄土高原干旱时空变异过程,实现对干旱期植被生长蒸散耗水需求与水资源缺口准确预测,配置御旱减灾措施,减少干旱缺水对植被恢复的不利影响,为退耕还林(草)工程提供保障。

二、雨水资源化

挖掘雨水资源化潜力,实现雨水资源高效利用可同步缓解黄土高原干旱缺水与水土流失两大难题。

我们提出黄土高原雨水资源化潜力的概念,即一定时段内降雨所转化的地表径流量和土壤有效水增量。在此基础上将黄土高原划分为6个区域进行科学分析,得出该区年均雨水资源化潜力为1807亿m3,其中土壤有效水占84%,是潜力主要组成部分。为挖掘上述潜力,我们研发出两种关键技术:一是立体型雨水集聚深层入渗技术系统,实现雨水就地叠加根域侧向补给,提高土壤有效水利用效率;二是绿色环保型农田土壤扩蓄增容技术,增加土壤有效水储量,减少化肥施用量。配合覆盖耕作等措施,挖掘雨水资源化潜力,实现雨水资源高效利用,消除水土流失原动力,有效支撑区域生态建设可持续发展。

三、调整黄土高原植被结构

科学调整植被种植结构,是满足黄土高原退耕还林(草)工程用水需求的有效途径。

黄土高原年均雨水资源化潜力为1807亿m3,年均蒸散耗水总量为2282亿m3,雨水资源化潜力约为总蒸散量的80%,尚有20%的用水差额。研究发现:不同类型植被的蒸散耗水量有显著差异,大体呈现林地大于草地,草地大于稀疏灌丛的规律,可通过植被种植结构比例优化调整来降低水资源消耗。具体措施为优化调整植被结构比例,配合抑蒸保墒、径流调控和增加土壤入渗等措施,降低植被奢侈性耗水,可基本满足植被恢复耗水需求。

四、实体水虚拟水统筹管理

加强实体水-虚拟水“二维(实体水、虚拟水)三元(自然、经济、社会)”耦合流动规律与调控技术研究,为实现黄土高原科学用水管理提供新理论与新方法。

过去我们更多关注实体水,对虚拟水研究重视不够。人类社会实质上由自然、经济、社会三大系统构成,从用水视角考虑,在自然系统中是实体水的循环过程,在经济系统中是实体水转化为虚拟水的过程,在社会系统中是虚拟水的流动过程,例如将北方的粮食运到南方就是将北方的水运到了南方,其表现形式就是虚拟水的流动。

加强实体水-虚拟水“二维三元”耦合流动规律与调控技术研究,统筹管理实体水与虚拟水资源,实现以水定产,科学调整区域产业结构,发展节水型产业(例如科学降低区域高耗水农产品生产量,尽量减少高耗水农产品参与对外贸易的比例等),实现区域水资源高效利用,保障黄土高原退耕还林(草)工程可持续健康发展。

备注:虚拟水是指人类生产和服务过程中所消耗水资源量的总和。例如生产1kg的粮食大约需要消耗1m3就是粮食生产的虚拟水量。1993年由英国学者TonyAllan提出。

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