江汉平原未来农业可持续发展可能遇到的问题及对策

张德存 刘光强 全浩理

（湖北省地球物理勘察技术研究院 武汉 邮编：430056）

【摘要】本文主要针对长江三峡大坝建成和中线南水北调工程实施后,预测江汉平原农业生态环境尤其水环境和土壤环境可能发生的变化,并依此提出相应的对策.

关键词: 江汉平原 农业可持续发展 农业生态环境 问题 对策

0、概述

江汉平原是我国最负盛名的商品粮基地之一，有所谓“湖广熟，天下足”之称。是长江经济带的经济发展所依仗的农业经济基础之一。

江汉平原的农业发展优势，缘于江汉平原优越的农业生态环境，其中除良好的光、热条件外，最为重要的是长江及其支流汉江从其南、北横穿而过，一为江汉平原提供了丰富的水资源，二是两大河流携带的大量的泥沙质沉积于江汉盆地形成江汉冲积型平原，为江汉平原提供了千里沃土。

三峡大坝建设和南水北调是两项利国利民的伟大工程，它们将在我国国民经济发展中发挥着巨大的作用。但是，随着这两项工程的实施，势必给江汉平原农业生态环境带来负面影响，使该区农业的可持续发展遇到问题。

本文着重从土体化学特征和水体循环两大角度出发，探讨江汉平原农业生态环境在三峡大坝和南水北调工程实施后可能发生的变化，并提出相应的对策。

1、江汉平原农业生态环境现状

1．1 水环境

就现状而言，江汉平原水环境可谓优良，水资源丰富。水资源主要由大气降水、地下水和过往江河客水三大部分构成。

江汉平原地处北亚热带季风区，年降水比较丰沛，年平均降水量在1000-1500mm之间，从而积蓄了较高的地表水量，按径流深计大体在300-400mm间。且地表水年内有70-85%集中在4-9月，水热同季，有利于农业生态环境改善，但径流量过分集中，导致洪、涝、旱灾害时有发生。

江汉平原地下水与大气降水、地表水有着直接的联系，比较丰富。但受地貌条件决定，平原区周边地势较高的岗状平原含水较少，平原腹地两江沿岸区较高，地下水模数在10-37万m3/年?Km2。

江汉平原过往河流客水总量庞大，多年来年平均达6338亿m3，为地表水资源量的6-7倍。主要客水源为川水和汉水，其次为湖南洞庭湖水系。其中，川水过往江汉平原的水量为4174亿m3，汉水为332亿m3。

以上表明，江汉平原农业生态优越性首先在于有一个优良的水资源环境，虽然长江和汉水在某些年份造成洪水灾害，但它们在正常情况下对江汉平原区的大气降水和地下水具有较强的补偿性。据不完全统计，目前通过沿江闸站利用客水量94.8亿m3，这种补偿措施，基本从水环境方面稳定了江汉平原区的农业生态平衡条件。

1．2 土壤环境

江汉平原为第四纪冲积型平原，土壤主要分为两大类型，一是红壤或黄棕壤，母质是更新世堆积的古红土，它们主要分布在江汉平原周缘及垄岗地带；二是全新世形成的冲积-淤积型土壤，如潮土、沼泽土等，也包括现代尚未壤性化冲积层，它们是江汉平原主体分布的土壤类型。

土壤地球化学测量表明，本区不同土壤类型在化学组分上有着十分明显的差异,由表1所见，在红壤、黄棕壤分布区，一般为酸性土，表层土壤PH值小于7，最低5.0，

表1 江汉平原不同土壤类型常量元素及部分微量元素表层背景值

注：表中氧化物含量单位为%，微量元素为mg/kg

土壤成分中，典型地聚集了相当高的SiO2量以及强亲石元素Zr，其中，SiO2量达70-80%。但是，大多数作物营养元素及有益微量元素，包括K2O、CaO、MgO、TFe2O3、P、Mn、Zn、Mo、Cu、Co含量均低，其中常量元素的含量大体是， K2O全量仅为1-2%， CaO全量0.1-1％，MgO全量0.2-1.25%，Na2O全量一般在1%以下。加之本类土壤土质粘重，透水性差，为本区的不良土壤。

全新统土壤系列分布区，表层土壤呈碱性，PH值大于7，最高达8.2，土壤成分SiO2全量70%以下，最低45%，平均60.69%，普遍低于红壤-黄棕壤区。但本类土壤具有其它的丰富矿物质，K2O、CaO、MgO、P、TFe2O3、Al2O3、S、Ni、Co、Zn、V、Mo等农作物营养元素及有益微量元素均高于红壤区，含量十分丰富。如K2O在潮土区全量普遍大于2%，典型潮土区普遍在2.5-3%之间；其次，相对具有高的钙、镁量是江汉平原广泛分布的冲积土又一典型特点。同时，本类土壤多为粉土、粉质沙土，土体疏松，土壤气体蕴含丰富，在本区较高的温度条件和充足的地下水环境下，使之具较高的土壤活性。该类区在江汉平原广泛分布，是长江经济带农业发展的主体区。

1．3 江汉平原农业生态系统的平衡维持

长期以来，江汉平原农业生态系统依赖于平原区独特的组分特征维持着自身的基本生态平衡，表现出生态区内部结构的相应稳定性。在这种平衡体系中，既显示出依据于平原区水、土、光、热等基本环境要素维持着基本的能量和物质循环平衡，又表现出生物群落与生态环境之间的自然协调、相互适应，在结构和功能方面出现的相对平衡。

在能量和物质循环平衡方面，假若同一地区光、热条件不变，最主要的是环境中的水平衡。一般认为，水是原生质的主要组成部分，是生命活动和其它物质化学输运过程的必要介质。因此，我们首先为江汉平原区建立一个可能的水平衡方程：

P+Q=E+T+△S+△G+R

式中，P为大气降水；Q为长江、汉水等客水为平原区提供的补偿水；E为蒸发；T为蒸腾；△S为土壤水变化；△G为地下水变化；R为地面径流。

上式也就是说，江汉平原生态系统中的水平衡的输入部分既有大气降水，又有长江、汉水等客水补偿水，两种来源的水互为补充，才能保持目前的水平衡。同时，两种来源水的输入，完全决定了平原区的各种输出水的特征，尤其决定了地下水和土壤水的变化特征。根据调查，目前江汉平原基本属于一种丰水型的地下水特征，其在沿江广大潮土区，地下水位在0.7-1.5米；非沿江地区5-10米，含水层厚度较大，且与地表水体相通。和地下水位以及疏松沉积层相关联，区内亦显示出土壤水溶液相当丰沛的特征。

以上述水资源平衡条件为前提，，物质循环平衡中另一个重要平衡就是土壤体系中各种组分的化学平衡。这种平衡，直接影响着矿质养分在生态系统内外的循环。在此，我们着重研究江汉平原当前状态下土体中化学组分的基本平衡维持关系。以江汉平原广泛分布的潮土区为例。表1已经给出了潮土的常量组分和部分微量组分的背景量。这些组分中，对土壤化学性质起决定作用的是常量组分，而常量组分在土壤中的化学循环必须依赖于土体所处的化学环境条件。根据正在进行着的环境地球化学调查取样分析，沿江潮土区完全处于一种碱性环境，PH值均在7.5以上，这样一种环境应与潮土区所具有的高钙全量以及高的有效态钙量有关。据对样品中有效态钙量分析，一般这种钙量在2500-3000mg/kg，也就是说，潮土区有效态钙量要占全钙量的14-18%之间。分析认为，如此高的有效态钙量完全反映了潮土区土壤系统的环境特征，亦即，潮土区当处于地下水高水位和具有充足的土壤溶液时，且相对富碳酸氢根阴离子的还原条件下才能维持大量钙离子留存于平衡体系内。铁的情况亦是如此。从表1所见，潮土区全铁量是所有土类中最高的，背景量达6.52%，但在潮土区成熟度很高的土壤剖面中，并未见及发育很好的土壤淋溶剖面，更未见及淋积沉淀的铁锰质结核。据铁的交换量分析，其仅占全铁的约0.13%，这种低溶解率显示出在丰水条件下潮土带相对处于一种还原环境状态。

在上述水环境和土壤环境等生态环境构件之下，与之相适应的的必然是特定的生物种群组成以及其内部的结构平衡。在江汉平原区，现今土地面积7220 .8万亩，其中耕地占47.4%，林地占10.2%，草地占1.8%，水域占19.6%，其它占21%。特定的农业生物种群是水稻、棉花、油菜、大麦、小麦，并发展有淡水养殖业和养猪牧业。在耕作制度上实行一年三熟制或两熟制。也就是说，整个江汉平原生态系统的环境库与生物库的容量是匹配的，两者之间相互间依赖、相互间适应，并基本保持着相应的生态平衡。其总的特征表现为，在地跨中亚和北亚亚热带季风气候充足的光热条件下，在相对丰沛的水资源条件下，在得天独厚的土壤资源条件下，与这些环境资源优势相匹配，经自然和人为的科学筛选，构成了江汉平原最佳的农业组合，且物种繁多，高产质优，构成湖北省最好的农业区。 2、江汉平原农业环境未来可能的状态

我们知道，当一个体系取得平衡后，体系内任何一种条件的改变都将引起整个体系失去平衡。农业生态体系由于其本身的脆弱性，情况更是如此。此处我们试分析未来三峡大坝建成和南水北调工程实施后江汉平原农业生态体系内环境条件以及整个生态体系可能出现的变化。

2．1、水环境条件的变化

三峡大坝和南水北调实施后，江汉平原首先是水环境的变化。最主要的是平原区内的输入水，这里不讨论因气候变化可能引起的大气降水变化，而主要考虑流经平原区的客水和提供江汉平原补偿水的变化。其一，是长江客水。那时，长江川水被三峡大坝蓄积，下泄水量得到合理调节，进入江汉平原水量在时间分配上将获得平衡，避免了江汉平原地区的洪涝灾害；但由于这种平衡调节，分洪区和部分湖区将失去分洪蓄洪作用，除沿江提灌外，再不可能有大量的水量补给江汉平原。其二是汉水，南水北调调出230亿立方米后，那么进入江汉平原的客水就缺少230亿立方米。当过境江汉平原每100亿立方米水时，江汉平原本身将使用22亿立方米。按此计算，江汉平原那时将缺少50亿立方米的补偿水。

根据前述水平衡公式，由于补偿水的减少，势必打破了江汉平原所持的水平衡，使平衡发生移动。分析认为，这种平衡移动受较大影响的其一是地下水变化（△G），在江汉平原补偿水减少时，那么平原区未来将是地下水位降低。这种地下水位的降低直接改变着土壤的整个物理化学环境条件。其二是土壤水变化（△S）。亦即土壤水伴随着地下水位降低而趋于减少，土体的干燥程度加大，导致土壤气体增加，介质环境由还原性态趋向氧化性态，其内的物质组分亦由低能性态向高能性态转化，此时原来不曾有过的化学淀积过程将会产生。 2．2 土壤库物流变化

进一步结合江汉平原区土壤物质组分来分析上述转化过程。以江汉平原广泛发育的潮土区为例，正如前述，目前潮土区正常处于高全钙量和高有效态钙量状态，两者之比为1：0.18，其形成的环境条件是高潜水位的还原条件。但当地下水位降低时，土壤溶液减少，土壤空气增加导致氧化作用增强，在富含的可溶性钙的CO2-H2O体系内，促使碳酸氢根离子向碳酸根离子转化，并和溶液中的钙离子发生反应沉淀，最终以不强的淋溶堆积形式淀积于潜水界面之上，构成钙质结核层。 在土壤向缺水干燥环境转化中，土壤内铁的化学变化也将十分强烈。如前文所述，潮土区的全铁量是所有土类中最高的，在还原环境条件下这种铁更多的以纤铁矿矿物或非晶态铁形式存在。而当环境趋向氧化时，将出现氧化铁的老化过程，有更多的铁向针铁矿-赤铁矿矿物或晶态铁形式转化，形成的褐铁矿经淋溶堆积于氧化-还原障的接触界面上。由于强烈的淋溶作用，土壤将由碱性向酸性转化，土壤的红化作用将增强，一旦土壤显示为酸性，将有更多的农业有效态微量金属阳离子被淋失，就是我们常说的土壤红壤化进程。 在土壤矿物质组分发生转变的同时，土壤土体结构亦将发生重大改变，改变原有的物理性质及特点，发生新一轮的成土作用。例如，在原有的潴育型水稻土剖面之上叠加地下水下降氧化度增强后新的成土剖面。土体结构的改变，将引起土壤的储水性、透气性的改变。

3、为维持江汉平原未来农业的可持续发展的对策

归纳上述，江汉平原未来农业的可持续发展与三峡工程和南水北调工程紧密地联系在一起。为了正确地处理这两者之间出现的问题，一是国土规划部门必须对这一问题引起重视，二是以科学的态度制订相应的对策。本文从农业生态平衡适应性出发，提出对策建议如下：

1、江汉平原新的具农业可持续发展特色的农业规划应随着三峡大坝和南水北调工程建设同步制订，同步建设。为了和三峡工程、南水北调工程配套，江汉平原进行新的农业规划的核心是建设与两大工程建设相匹配的农业生态保护工程。依据将来平原区生态环境的变化，其相应的生态保护工程大体分三个方面：

（1）为将来大气降水的充分利用需实施湖面维持工程。从现在起就需退田还湖、湖面清淤，最大限度地扩大湖区面积，使江汉平原在未来水资源方面实行天然调节，以求达到新的水资源平衡。江汉平原地势低洼，自古就有古云梦泽之称，但由于围湖造田使湖区面积锐减，蓄水功能丧失贻尽。实行江汉平原湖面维持工程不仅现在对于保护江汉平原生态环境是必需的，而且在将来更是不可少的。

（2）实施退耕还林、退建还田工程。在江汉平原周边丘陵、垄岗地区土质较差地区，尽可能的扩大林区面积，以扩大蓄水、保土的效果，使整个江汉平原真正处于一种绿色环境之中。而在平原区，大量的优质农地被非农业建筑所侵占，且在今天这种势头有增无减。推进江汉平原农业生态工程，首先就是对整个平原区进行全面规划，最大限度地扩大优质农用土地面积，从现在起就需要实施退建还田计划。 （3）为阻止或减缓江汉平原未来可能出现的土壤红壤化进程，应在江汉平原建设与三峡工程排淤工程相对应的灌淤工程。实施这一工程并非臆想，而是依据客观实际，一是可有效解决大坝下游因冲淤出现的河床增高问题，二是使坝内排泄的泥沙物质得到有效的合理的利用。笔者认为，这项措施是解决三峡库区内沉淤堆积最为合理的途径。

2、未来江汉平原的农业生态结构和生态模式，不应以当前的生态资源环境条件为前提，亦不应使未来完全满足现有的环境条件而维持现有的农业结构和生态模式，而是以未来环境条件的改变尤其水资源可能出现的减少为前提。在此提出两点想法： （1）建立新型的农业水利系统。即该水利系统是利用区内的湖区水、长江补给水等水资源充分发挥合理的自我调节功能。为使长江在三峡大坝建成后仍保持现有功能，有的提出引江济汉的意见值得商榷。当大坝建成后长江水本身已得到平衡调节，再进一步分流使大量水引入江汉平原倒使其成为一条枯江的危险，最终造成更大的生态灾难。

（2）考虑在水资源减少的情况下江汉平原农业发展方向的调整问题。调整内容包括农林牧副渔五业结构及规模、不同土壤类型的合理利用、耕作制度改变等内容。比如，在耕作制度方面，随着水资源减少将一年三熟制改为一年两熟制，将双季稻制改为稻麦两熟制。总的原则是建立与当时的生态环境相适应的农业生态体系。

参考文献

1、戎秋涛 翁焕新 环境地球化学 地质出版社 1998

2、李学垣 土壤化学及实验指导 中国农业出版社 1997

3、陆景冈 土壤地质学 地质出版社 1999

5、沈亨理 农业生态学 中国农业出版社 1997

6、湖北省计划委员会 湖北省国土办公室 湖北省国土资源综合评价 湖北人民出版社 1990

Possible Problems And Countermeasures In Sustainable Development

Of The Future Agriculture In Plain Jianghan

By Zhang Decun , Liu Guangqiang And Quan Haoli

(Hubei Institute of Geophysical Exploration Technology, Wuhan , Zip Code:430056)

Abstract; After The Three Gorges Project succeeds and the middle South Water North Sending Project comes to truth, some changes will occur in agricultural ecotope, especially in water and soil environment. Facing at this, this paper predicts these changes and then puts forward the corresponding countermeasures.

Key Words: the Plain Jianghan, sustainable development of agriculture, agricultural ecotope, problems, countermeasures