【環保部發布《環境保護法》修訂草案》：怎樣防止土壤水分蒸發？！

怎樣防止土壤水分蒸發

前 言

此文成稿於兩年前，沒有發表。主要是考慮到其觀點過於挑戰傳統觀點。今天公佈，擬聽聽大家的意見，然後修改。

中國的旱區（乾旱半乾旱地區-下同）佔了國土的一大半。在這一廣大地區能否透過發展森林植被逐步改善生態環境，一向存有爭議。認為在旱區造林是違背自然規律並會導致當地更加乾旱的意見，幾十年來不絕於耳，卻少有人置疑。

但是，旱區的綠化也一直沒有停止過。而且，此類地區透過發展森林植被改善了環境的例項也已經俯拾皆是。在這個問題上，理論和實踐日趨背離，流行的理論越來越無法解釋實踐，也從不對實踐進行理論歸納。

鑑於近些年中國北方地區多地都在發生著楊樹死亡現象，人們又一次地怪罪於乾旱少雨，也怪罪楊樹本身，甚至出現了讓楊樹退出綠化，以及寧可保持沙漠現狀也不願再栽楊樹的說法。

我們缺少一個支援旱區生態建設的理論。就是說，究竟是旱區不能綠化，還是可以綠化？不能綠化的那些理由是否可靠，能綠化的道理又是什麼？現在我們來系統辨析這個問題。

一、水分蒸發才是吸乾旱區水源的惡魔，而非森林

土壤的水分蒸發（evaporation）是很可怕的。如果沒有足夠的降水或其它水源補充，它就會會徹底毀掉一個區域的整個生命系統。反之，要想維護一個地區的生命系統，也必須治理土壤水分蒸發。這個問題，清末主政西北的大員左宗棠當年就有所行動，西部旱區的群眾也發明了一些辦法。然而對這些經驗，一些人似乎視而不見。其實，這裡面蘊含著深刻而系統的生態學原理。

舉例來講，山東省東營市年降水量約600 mm左右，但全市多年平均實際蒸發量為1885mm；青島全市多年平均降水量688mm，而實際蒸發量是1000～1100mm。我國大部分地區都是這個情況。但這在水源較豐富地區，不會成為問題。

問題是旱區。如塔克拉瑪干沙漠，平均年降水不超過100毫米，最低只有4-5mm；而年理論蒸發量高達2800mm。羅布泊地區，年降水量在50mm以下，該地區的理論蒸發量達到3000mm以上。甘肅民勤縣年平均降水量為113mm，理論蒸發量高達2646mm；景泰縣年降水量182。4mm，年蒸發量3000mm。陝西延安地區的吳起、延川，原本年降水量450mm（綠化前），年蒸發量為1400～1700mm。我國三北地區大部分都是這種情況。

蒸發量分為理論蒸發量和實際蒸發量。理論蒸發量是指地面水分充足時的蒸發量。在旱區，本身水源缺乏、實際蒸發量很小。但蒸發有一個貪婪的特性，就是它不達到理論蒸發值是不會罷休的，它一定會抽走旱區土地的最後一滴水，就像要吸乾人的最後一滴血。一個地區，在這樣的情況下，如果無所作為，必定會走向終結。

那麼，如何逆轉旱區的生存環境呢？透過分析土壤水分散失的原理，就可以清楚地發現這一逆轉之路。

除了流走的，土壤中水分散失的途徑主要是“蒸散（evapotranspiration）”，即蒸發（evaporation）+蒸騰（traspiration）。蒸發是一個物理過程，就是土地受熱或受風后，水分散失，不經過生物體。很顯然，這個過程除了受熱、風影響外，也受地被物的影響。如果地面上有覆蓋物，蒸發就會被阻滯。西部旱區有一種耕作制度，叫砂田法，就是農民在農田排滿石塊，讓作物在石縫裡生長，他們叫“壓砂保墒”。但這種阻止土壤水分蒸發的做法，只是單一地減少土壤水分蒸發。能夠以綜合作用的方式改善地區環境的，是林、灌、草這種大規模的地被物。林灌草還會降低風速，也有減少蒸發的作用。

旱區，包括沙區，必須透過發展植被，建立綠色環境，為自己開闢生路。消極地儲存那點地下水，只能加劇生態惡化。

然而，用植被阻滯土壤水分蒸發，又會產生植物蒸騰。植物蒸騰是水分透過植物體的生理過程的散失，也是水源散失的一個途徑。這正是一些人反對在旱區植樹造林的理由。

我們沒有找到旱區的裸地水分蒸發量與覆蓋植被後的蒸騰量的比較研究資料。但一些零散的關於一些樹種耗水量的研究資料都說明，樹木蒸騰耗水實際是非常有限的，可能在200-300mm上下（不確定），這使我們斷定用植被阻止土壤水分蒸發，是划算的。

還有，這個蒸騰與蒸發有著本質的不同——蒸騰作用完全把水分蒸發這個純粹消耗水資源的作用，替代成了可產生多種對人類有益效用的過程。這些效用，其一是生產產品——木材、糧食和其他生物質；其二是植被固沙、保土、肥地；其三是產生正面氣象效用，其原理我們歸納為“三增三降”，這個尤其重要，下面單獨說明。

二、發展旱區防護林，逆轉旱區生境頹勢

（一）增雨機制

森林生態系統不能根本扭轉大氣環流，但可加大大氣環流下墊面粗糙度，增加大氣溼度，增加空氣中的凝結核；還可降低地表溫度、降低近地氣溫、降低近地風速。這裡歸納為“三增三降”。這個“三增三降”的核心效果是增雨。

這一增雨效果是基於降水形成的以下三種機制。

一是溼氣冷熱交匯形成降水。森林植被可增強溼氣的冷熱交匯。

二是水汽阻隔降水。當水汽大量被阻，也會形成降水。森林增加下墊面粗糙度，會強化這種阻隔作用。

三是凝結核降水。人工降水就屬於凝結核降水，這時的凝結核是人工釋放的碘化銀或乾冰。森林因光合作用能釋放大量的凝結核。只要有凝結核，空氣溼度達到30%以上就有可能形成降水。這也是林區水多的根本原因。

通常認為沙漠種樹會因蒸騰而消耗水資源，這隻看到了事物的一個方面，忽視了森林植被規避土壤蒸發的一面，而後者的後果更嚴重。

如果沙漠地表裸露，溫度非常高，溼度非常低，就不會形成降水。因此，種植植物，提升沙漠地區的空氣溼度，為增雨創造前提條件。沙區有植被蒸騰，空氣中的水汽增加，降水就會增加。假設森林每天留住1mm水，365天就是365mm降水。

一個反證是：印度熱帶大沙漠（塔爾沙漠）周邊地區雨量都很大，但就是不在沙漠地帶降下來，原因就是沙漠熱浪上升，空氣乾燥，不會凝聚成雨。

需要說明，森林的增雨效應，要求森林植被的規模足夠大。如果規模很小，乾燥氣流深入森林，不但增雨的效果難以產生，樹木本身的生存也會受到威脅。

（二）涵水機制

一片土地的水資源，分為地上部分（地上水體、徑流）和地下部分（土壤水和地下水體）。地上徑流會部分滲入地下，部分流走。徑流流得越快，滲入地下的機會就越小，流失越多。因此，特別是在旱區，要設法留住降水。

森林植被可以透過其諸多功能，使得降水更多地留下來。這就是森林的涵養水源作用。其原理是：

森林減少地表徑流：林地土壤疏鬆，還有枯枝落葉層，利於水分下滲。這樣的林地徑流很少形成，通常一場小到中雨，是不會形成徑流的。森林消減洪峰：透過林灌層和枯枝落葉層截持、涵蓄、延緩等作用，消減和延遲洪峰。沙區和黃土高原區土層深厚，滲透性很高，削洪作用更為明顯。森林減少徑流泥沙和減少土壤有機質流失。

依據上述原理，可以這樣認為，在旱區，森林植被產生蒸騰，這會消耗水資源。但這一作用以其規避土地蒸發量獲得代償，就是森林盤踞的土地範圍內，可規避土壤水分蒸發。更何況蒸騰散失水分的代價，會以另外多種效用（經濟產出、增雨機制、減緩徑流、防風固沙、增加土壤肥力、消減洪峰、生態效應、碳匯效益等）加以補償。

以上的分析，說明在旱區建設森林環境，是對地區水資源的理性保護和有效擴充，這才是旱區逆轉頹勢、走向繁榮的希望。

現在世界上已沒有人反對沙區綠化。在現代社會，此類地區透過植樹造林恢復良好生態環境的例子，已經比比皆是。

(三)透過綠化改善環境的例項已俯拾皆是

甘肅省小隴山地區有八百萬畝森林，增雨效果是每年200mm。陝西省吳起縣1997年森林覆蓋率為19。2%，年均降水量為478。3mm，到2007年森林覆蓋率上升到62。9%，年均降水量提高到582mm，增加了21。7%。青海省都蘭縣從20世紀70年代開始大力度造林，1990年降水量為147。6mm，到1999年為363mm，降水量10年增加了一倍多。這種例子很多。

毛烏素沙地早已全面綠化，雖然植被還不算茂盛。但這裡早期營造的林分已經巍然屹立在沙地上，不可能死亡了。毛烏素綠化了的沙地低窪地帶，在乾旱天氣仍可見到溼潤甚至水窪，很多沙地被重新墾為農田。

西寧市區有南北30萬畝黃土山。自20世紀八十年代開始造林，迄今已綠化了23萬畝。這種地方的綠化，一定的時期內要依靠管網灌溉。但部分早期營造的林分，已經脫離灌溉而“自食其力”了。如湟水林場，已經停止澆水20年了，林內可見到天然長出的樹苗。如果植樹造林會吸乾土壤水分，那對此現象又如何解釋呢？

左圖：西寧市湟水林場，原為黃土山；

右圖：西寧市剛綠化的黃土山

國外成功的典型案例就是以色列。以色列沙漠約佔整個國土面積的一半，年降水量僅180mm，淡水資源極為匱乏。以色列沒有旱區栽樹會更加乾旱的理論。幾十年來，他們種植了2。4億棵樹木，改善了國土環境。

以色列的荒漠變良田

迄今為止，我國一些專家總在說旱區造林會更加乾旱。

這個觀點是基於樹木生長耗水這個生態側面得出的結論，沒有看到森林植被會規避土壤水分蒸發這個更加重要的功能，忽視了森林生態系統的增雨、涵水等作用，總之沒有考察此類地區發展森林植被對水分散失和吸納的整體生態過程。

這樣的觀點是非常有害的。按照這樣的觀點，我國廣大旱區就只能坐以待斃。這樣的觀點，也不能解釋眾多的成功的生態治理實踐。

旱區因為缺水，發展植被是困難的，這是事實。但大自然同樣為人類遵循自然機制改善旱區環境敞開著大門。例如，基於時代的進步，現在人們已可以對一座座大山鋪網滴灌，等待森林鬱閉之後，森林生態系統自己瀦留的水就夠自己利用了。這樣的成功案例已經不少了。

當然，我們也不認為廣袤的沙漠都應透過綠化加以改造，很多沙漠本身也是自然生態系統，應予維持。最優先考慮的應當是地下水分條件較好的沙地。

中國有四大沙地，即渾善達克沙地、科爾沁沙地、毛烏素沙地、呼倫貝爾沙地，總面積16。61萬平方公里。這些沙地在已無植被防護的情況下，降水量仍然在300mm以上，那裡原本就是水草豐美之地，還是應當大力治理的。四大沙地的蒸發量都在2000mm以上，如果沒有植被防護，只能是進一步荒廢下去。

事實上，四大沙地的生態治理，已卓有成效。從國家復興的前景考慮，應配合供給測改革，把這一相當於5個臺灣省面積的國土，治理成我國新的生態經濟高速增長點。

在這裡，需要補充的是，透過綠化治理旱區土壤水分蒸發的道理，人們都是知道的。在國外也是一樣。如在阿爾及利亞、摩洛哥、突尼西亞等國家，都在系統地種植棕櫚樹，為的是儲存土壤水分（參見下圖）。

利用森林增雨和空中調水，在我國西南地區，早已固化在了梯田文明中，學界叫作“四素同構”（森林、村寨、梯田、河流，參見下圖）。菲律賓也有儲存山頂森林為梯田供水的做法。這些例子雖然不是旱區，但都是利用森林的增雨作用。

旱區往往伴隨著土地的鹽鹼化。透過森林生態系統規避土壤水分蒸發、增雨和涵水的同時，也會阻滯地下鹽分隨水分蒸發上升地面。而森林的蒸騰則不會抽出土壤鹽分。

三、迄今大多數人對北方的楊樹死亡都沒有看到本質原因

三北地區營造的楊樹林在大規模死亡，到處都發現了這個問題。這件事又一次使得一些人詛咒乾旱，有的則怪罪楊樹本身短命。

如果說楊樹因乾旱死亡了，那同一片林內的其他樹種和地被植物為何沒有死亡？

說北方地區的楊樹是因乾旱而死亡，上面兩幅照片足以說明這個說法是不經不起推敲的。從該兩圖可以看出，如果說楊樹是因乾旱死亡的，那林內的其他樹種和地被植物為何青枝綠葉？

下圖是北京的行道樹，楊樹也已經成排枯死，這顯然不能歸因於乾旱。各地都反映楊樹死亡，有的反映，楊樹栽上十幾年就死了。

北京地區的楊樹也開始死亡。

北京雖然缺水，也不至於樹木會旱死。

說楊樹的壽命只有三四十年也是一個誤解。實生楊樹壽命可以達到八百年不心腐。柳樹也是這樣。人們不難見到二三十年就老化、枯死的楊樹、柳樹，但也不難見到幾百年仍然枝葉繁茂的楊、柳。其原因在於它們是實生的，還是扦插的。

扦插（bouturage）繁殖的苗木（不管什麼樹種），都會繼承母體的年齡，如果一代代扦插繁殖的樹木積累的年齡資訊接近了樹木的自然壽命末期，那麼我們營造的林木本身的壽命就很短了。北方地區的一些楊樹，就屬於這個情況。人們怪罪的乾旱、管理等，都是非本質的原因。今後不是不能發展楊樹了，而是不能再用未經幼化（rajeunissement）的造林材料了。

朱之悌院士（已去世）和他的學生，知道上述幼化原理。我國南方的桉樹，亦曾在近20年內因不懂、不信幼化理論而一直在培育小老頭樹，致使桉樹木材生長量長期不能突破每畝每年1立方米，而如果注意幼化處理繁殖材料，起步就可以達到每畝每年2個立方米。所幸，南方的造林商在教訓中明白了這個道理。

在我國造林學上，這個幼化理論沒有被提及。這導致中國林業育苗和造林實踐存在很大的技術漏洞。看北京市道路兩旁的法桐，剛栽一兩年就滿樹球果，小區裡的柳樹、楊樹十來年就空心斷裂。更何況廣大的三北地區幾十年來發展的楊樹林！據我們考察，河北、吉林和遼寧西部、內蒙古、山西、陝西、寧夏、甘肅、青海，甚至北京、天津、山東，都有楊樹死亡的現象。這是一種無形的、巨大的損失，是我國三北地區生態建設的一個全域性性技術漏洞。

對於經營週期只有十來年的速生豐產林，楊樹還來不及死亡就被砍伐了。但隱性的損失仍然存在。含有老化病毒的繁殖材料（今天，無性繁殖的樹木材料老化被認為是DAN端粒變短，但林業上沒有人研究），會降低樹木的生長活力，影響材積生長和生態功能。因此，速生豐產林造林材料同樣要幼化處理。

以上是談及乾旱治理而引起的一個技術話題。我們只是想告知社會，北方地區的楊樹死亡，本質原因不是乾旱，首先是一個技術問題。在此類地區科學地發展楊樹造林，仍然應當是當地生態治理的一個好辦法，也是最易吸引群眾參與的好辦法。

四、旱區綠化採用滴灌技術可節水70%以上

旱區綠化造林，一個成功的前提條件是滴灌，至少要一直滴灌到林分鬱閉，通常都可以節水70%以上。

中國已經高度關注了以色列的旱區滴灌技術，這項技術正在變為巨大的旱區生產力。中國林科院華北林業實驗中心近期也鑑定了一項“北方沙地楊樹速生豐產林自動化滴灌栽培技術”成果。應用該技術在北方沙地培育楊樹速生豐產林，與常規栽培模式相比，單次灌溉節水84。4%-95。6%。生產1立方米楊木蓄積量節水75。35%。以色列的也罷，國產的也罷，滴灌技術是以最低的水代價復興旱區生態的戰略性技術。現在有些旱區植樹造林採取大水漫灌的辦法，這樣對水的浪費是不可接受的。

三北有條件的地區，採用滴灌技術發展楊樹，可以以極低的水資源代價，改善生態環境。

如果林下種植牧草或藥材等，更好地覆蓋地面，還可更大限度地減少蒸發。這樣的經營模式，把蒸發量和灌溉量都減到最低，對水資源的消耗其實就極小了。