维系塔河流域生态安全需要多少水

     作者：陈亚宁  中国科学院新疆生态与地理研究所研究员 
  
    在我国西部生态脆弱的干旱地区，水决定着绿洲化与荒漠化过程这两类极具对立性的生态环境演化过程，是中国西部生态脆弱区最关键的因子。 
    
    近50年来，塔里木河流域在以水资源开发利用为核心的大强度的人类经济、社会活动的作用下，流域自然生态过程发生了显著变化。特别是塔里木河下游以天然植被为主体的生态系统和生态过程因人为作用而受到严重影响，生态环境严重退化，河道断流，湖泊干涸，地下水位大幅度下降，以胡杨林为主体的荒漠植被全面衰败，沙漠化过程加剧发展，生物多样性严重受损，已危及区域社会经济可持续发展和人类生存环境。

    塔里木河下游已成为中国西部干旱区水资源利用与生态环境问题最为突出的热点地区，塔里木河下游受损生态系统的恢复与生态安全问题引起了我国政府和国际社会的热切关注，专家们多次发出“拯救塔里木河下游绿色走廊”的呼吁，中国政府投资107亿元对塔里木河进行综合治理，紧急向塔里木河下游实施以恢复生态、拯救“绿色走廊”为目的的生态输水工程。同时，塔里木河被联合国纳入HELP计划。

    塔里木河流域生态保护的重要性

    塔里木河流域的生态与环境问题之所以引起政府和社会各界的高度关注，是因为：一，塔里木河流域各种资源异常丰富，具有国家和国际级战略意义，是支撑中国21 世纪经济社会可持续发展的后备资源库，发展前景广阔。二，塔里木河流域是我国信仰伊斯兰教群众分布最为集中的地区，也是经济发展相对滞后的地区。生态环境的严重恶化，将会使得依托自然生态系统的社会、经济失稳，进一步导致贫困地区和贫困人口的增多。因此，加速流域受损生态系统的恢复和重建，加快经济发展和社会的全面进步，对改善和提高各族人民的生活水平，保证新疆的社会稳定和国家的长治久安具有重要的现实意义。三，塔里木河下游“绿色走廊”是联接我国内地与新疆的战略通道，拟建的新—青铁路将从这里通过，保护和拯救频临消失的“绿色走廊”，在国际安全环境日趋严峻的今天，有着深远的战略意义。四，以干旱区典型流域塔里木河为对象进行生态需水量和生态安全研究，在干旱内陆河流域资源开发与生态恢复研究方面具有广泛的代表性。

    塔里木河流域综合治理是以水资源合理分配和有效利用为核心的，旨在通过保护上游、治理中游来达到恢复下游生态系统的目的。在塔里木河流域生态整治工程的行为过程中，上游重点是山地水源涵养区的保护与绿洲灌区的水资源高效利用问题，中游是河道生态工程治理与生态保育问题，而下游则主要是在生态输水条件下以自然生态恢复过程为主的合理生态水位、生态需水量和生态系统安全等问题。

    生态安全与生态需水量研究的关键问题

    在我国西部生态脆弱的干旱地区，水决定着绿洲化与荒漠化过程这两类极具对立性的生态环境演化过程，是中国西部生态脆弱区最关键的因子。

    干旱区内陆河流域的水文过程与生态系统的稳定性

    干旱区水文过程控制着生态过程，与生态系统的稳定性有着密切的联系。作为干旱区内陆河流域生态系统的重要组成部分，荒漠河岸林，特别是组成荒漠河岸林的非地带性植物的生存主要依赖于地下水和地表水，而在一些内陆河下游无地表水补给的断流河道，地下水则成为维系荒漠河岸林植物生长的惟一水源。因此，植物群落变化、植被格局则因循于水文过程的改变而做出响应，浅层地下水位变化及土壤水分异质性控制着荒漠河岸林的组成和格局，与生态系统稳定和生态安全有着密切关系。

    干旱区内陆河流域天然植物保育恢复的合理地下水位

    干旱区内陆河流域植物恢复、生长的合理地下水位是确立生态需水量的基础，它涉及水分胁迫下的植物适应机理等问题。在干旱荒漠区，植物为了适应荒漠环境，具有许多生理结构上的变化。因此，从植物生理、生态角度进行不同植物的水分利用效率研究，探讨天然植被对水分亏缺的生理响应机制，分析地下水位埋深对植物生长和土壤盐渍化影响以及地下水位对生态环境的控制作用，是确定干旱区内陆河流域天然植被生存的合理生态水位、胁迫地下水位和临界地下水位的关键。

    干旱区内陆河流域的水资源利用与水循环

    干旱区内陆河流域是一个相对独立的水环境生态系统。系统内的水因子与生态环境因子相互联系、相互制约，共同构成了河流生态系统的主体。解决人类活动导致的河流水环境质量恶化和生态系统的衰退，必须深入研究水循环机理，加深对与水循环过程联系在一起的流域生态需水量问题的探讨，并从维持流域生态平衡和生态安全的角度出发，在水资源开发利用过程中，把流域系统作为一个有机整体来考虑，兼顾流域的经济、环境和生态功能，使三者协调发展。

    干旱区内陆河流域的水过程与水生态安全

    干旱内陆河流域生态脆弱区的生态安全分析是以水过程和水生态安全研究为核心的，其主要内容包括生态系统的完整性和稳定性、生态过程的连续性和生态系统健康与服务功能的可持续性。生态安全的研究包括不同的尺度，从自然生态方面分析，包括从个体、种群、群落到生态系统。生态安全所研究的对象具有特定性和针对性，主要发生在生态脆弱区。

    维系塔里木河干流生态安全的生态需水量天然植被面积

    塔里木河流域地处新疆中西部、塔里木盆地的北缘，属典型的内陆河流域生态脆弱区，它以其封闭性和水—生态过程的特点而引人注目。塔里木河干流西自阿克苏河、叶尔羌河水系、和田河三河汇合口肖夹克，东至台特玛湖，全长1321公里，流域面积1.76×104平方公里，由上游、中游和下游三部分构成：肖夹克至英巴扎称上游段，长495公里；英巴扎至恰拉为中游段，长398公里；恰拉以下到台特玛湖为下游段，长428公里。塔里木河干流有林、灌、草面积为142.06×104公顷，其中，以中游面积最大，占总数的57%；在植被类型中，草地面积最大，约占林、草总面积的58.6%。

    生态用水的形式

    塔里木河干流生态用水的形式主要以河道入渗补给地下水和洪水漫溢的地面灌溉为主。河道入渗在河道两岸横断面上形成一个近似梯形的地下水区域，使天然植被的根系能够有效地吸收水分；洪水漫溢地面灌溉可使植被达到自我更新，孕育幼林和草本植物的生长需水要求。

    塔里木河干流区天然林以胡杨为主，灌木有柽柳、盐穗木、梭梭、黑刺、铃铛刺等，草本以芦苇、罗布麻、甘草、花花柴、骆驼刺等为主，植被生长状况根据水分条件的优劣而异。塔里木河干流上游区植被以林木为主，以灌、草类植被为辅，生态用水为河道漫溢形成的地面灌溉为主，河道入渗补给地下水为辅；中游区植被以林、灌、草结合，生态用水形式以河道及叉流入渗补给地下水为主，河道漫溢形成的地面灌溉为辅；塔里木河下游英苏以下由于河道长期断流，地下水位已下降至8～11米，天然植被呈大面积衰败和死亡状态，生态用水以河道入渗补给地下水为主，目前通过向塔里木河下游断流河道输水，英苏以下区段的地下水位已有明显抬升。

    生态需水量的估算

    塔里木河流域平原区降水稀少(<30毫米)，既不能形成径流，也没有生态意义，天然植被主要为中、旱生的非地带性植物，依靠地下水来维持。因此，依据植被耗水估算生态需水的基本原理，可近似地用潜水蒸发估算天然植被的基本生态需水。因为在较大的空间尺度内，当土壤处于稳定蒸发时，不仅地表的蒸发强度保持稳定，土壤水分含量也不随时间变化，即潜水的蒸发强度、土壤水分通量和土壤蒸发三者相等。

    估算生态耗水量的目的是为生态需水量的合理估算提供理论依据和参照模式。根据塔里木河流域的气候、地形、地貌、水文及土壤特征，结合流域水利工程的现实情况，天然植被耗水量与其所需水量之间还有很大差异，植被耗水量并不是真正的需要水量，实际的需水量要比所估算的耗水量多。因此，在所估算的植被耗水量基础上，还需考虑水的利用系数，根据理论研究及实践经验，还需要增加25%～30%的水量，才可以基本保证维持天然植被生存的最低需水量。基于这些认识，塔河干流上、中、下游需要保护的现状天然生态植被面积为142×104公顷，现状生态需水量应为249906.65×(27%+1)=31.74×108立方米，其中，上、中、下游分别为9.95×108立方米、18.47×108立方米和3.32×108立方米。