客观日本

防止沙漠化及绿化保持技术的发展

2012年04月06日 科技交流

1. 前言

2009年世界人口达到了68亿,2050年预计将超过90亿(世界人口白皮书2009)。伴随人口增长,需要确保稳定的粮食供应。为了增加粮食产量,在世界各地,人们通过荒野的开垦、扩大农田面积,或者是研究和改良高产抗病虫害的品种,化学肥料和农药的投入,引进灌溉排水等农业技术,来增加单位产量。但是,伴随着过度的放牧、过度的采伐、过度的开垦而带来的植被覆盖率下降,伴随过度的耕作而带来的土壤恶化加快了土壤侵蚀,过度的灌溉引起了伴随湛水湿害和地下水上升的盐碱集聚从而导致农田荒废,沙漠化进一步发展。这种沙漠化是非常严重的问题,如果包括放牧地的沙漠化,受沙漠化影响的面积和人口,各占世界陆地面积的四分之一、世界人口的六分之一。为了保护粮食和水资源、防止沙漠化,绿化和适当的灌溉排水是必要的。由于旱地具备丰富的太阳能资源、与湿润土地相比具有病虫害少的优点,所以如果引进适合的遮光和温度控制、适合的灌溉和施肥技术的话,就可能创造出适宜作物生长的环境。但是,旱地水资源匮乏、土壤发育不成熟有机物也少,所以有水资源枯竭和土壤恶化的危险性。因此,高效利用仅有的降水,有效利用牲畜产生的粪尿,用防风林防止农田的风化,开发河川水和地下水等水资源并引入灌溉设备,利用水能、波能、风能、太阳能等自然能源作为灌溉排水的动力源等等,使用这些传统的农业技术和近代的技术,发展经济可持续型农业是必要的。此外,一旦农场内发生盐碱类集聚,要想恢复是需要花费大量的时间和经费的。所以为了防止盐碱类集聚,可以把握灌溉水的量和质,进行农场的除盐和地下水位的控制,把用水和排水分离并净化排水,还有通过宣传节水的必要性来改变农民意识等等,采取很多防止沙漠化的对策。在这里,我介绍一下发展防止沙漠化及绿化保持技术方面的信息。

2. 防止沙漠化技术

沙漠化发生在干旱地区、半干旱地区、干性半湿润地区,撒哈拉沙漠以南的撒哈拉地区、中东诸国、中国的西北部等地的沙漠化进程正在不断加深。虽然在北美和澳大利亚大陆也能见到,但是在人口增加显著的非洲,沙漠化问题最为严重。沙漠化是指在人类居住的地方或植物生长的地方,由于气候变化及人类的活动,土地荒废,破坏了自然的运行而变为不毛之地。防止沙漠化并不是一件容易的事情。

理解沙漠化进程的方法有“遥感探测”技术。这种方法是通过解析地球资源探测卫星、地点的画像数据,绘制土地利用区分图的基础性技术。最近也有利用Google Earth IKONOS Online绘制植被覆盖图的实例。目的是根据与对象区域数十年前的状况比较,来理解沙漠化进展到什么程度。为了提高图画的精度,与当地土地植被覆盖的地面实况数据的比较判别工作就变得尤为重要。

据联合国环境规划署的统计,可耕作的旱地面积(51.6亿公顷)被划分为放牧地(45.6亿公顷)、依靠降水的地区(4.5亿公顷)、灌溉农田(1.5亿公顷)。受沙漠化影响的比重为整体的70%,约为36亿公顷,相当于日本面积的95倍。可耕作的旱地中,按各大陆沙漠化地区的比重来看,非洲和亚洲占66%,放牧地的沙漠化比重也占73%的面积(33.3亿公顷)。放牧地的沙漠化方面,由于强烈季风带来的沙粒的移动、干旱(降水量的减少)、山羊和绵羊等家畜的过度饲养(过度放牧),草原的植被覆盖率正在下降。作为针对过度放牧的防止沙漠化的技术,把草原用栅栏圈起来然后按照顺序放牧的“轮番放牧”是一个有效的方法。适合土地畜牧容量的饲养技术也是必要的。

因为防止沙漠化的对象区域很广,所以防止沙漠化是一件很困难的事情。在其中被认可的防止技术,有依靠绿化固定沙丘的技术。例如,位于中国的腾格里沙漠东南方向的沙坡头,为了防止包兰铁路被沙埋掉,采用在1米见方的格子状坑里填充麦秆来防止沙丘移动的“草方格”的方法。经过五十多年的修筑,沙丘被固定住了,没有细菌和藻类、地衣类、苔藓覆盖的丝状菌和苔藓植物类等组合形成了生物结皮,阿尔泰弥赛亚和锦鸡儿等耐旱类灌木也生长出来。在可以利用地下水的情况下,也有在沙丘的上风方向植柳树作为防风林,采用“依靠造林固定沙丘”的方法成功的例子。撒哈拉地区的绿化带构想,中国的绿色万里长城构想等,在世界范围内绿化事业正在推进,但是还有很多技术性问题。针对大范围绿化有效的方法是“飞机播种”,也就是把艾蒿、松树、豆子等的种子和保水材料、肥料等用粘土包起来的土球从空中播撒下来。土球的做法、种子的选择、根据地形及气象条件选择合适的时间和播撒量是成功的关键。此外,选择乡土种子也是很重要的,不考虑可能利用的水资源容量的过度造林工程也不会成功。 随着人口的增长,出现了过度采伐燃料用木柴和居住用木材的倾向,沙漠化正在扩大。特别是非洲和亚洲的沙漠化以发展中国家为中心在人口猛增的背景下,用于做饭的燃料用木柴的需求迅猛增长。同时,灌木等也被采伐,植被覆盖率日益下降,在风蚀和水蚀等的作用下土地恶化,沙漠化正在发展。虽然造林很重要,但是减少消费的对策也很重要。比如,作为抑制用于做饭的燃料用的木柴消费的方法有“改良灶”。与在锅的周围放置三块石头然后燃烧木柴的传统方法(三石灶)相比较,在锅的周围用当地的粘土固定做成一个炸面圈式的灶台,然后把锅子放到上面,这样做是使燃烧的火焰不会冒出来从而提高燃烧效率的廉价的方法。其他的还有,加工金属大圆桶、加上烟囱等,创制出了很多改良灶。在中国,有“窑洞”这种横穴式住房,可以利用燃烧时的热量保暖。类似这样抑制燃料用木柴的消费量,是防止沙漠化的要点。初期投资虽然很高,但利用天然气的煤气炉、利用太阳能发电和风力发电的炊具、利用带有反射板的太阳光聚光装置的太阳能炊具也在普及中,期待着今后出现一些能有效利用天然资源和自然能源的方法。

世界人口在过去的100年间增长了4倍。随着今后人口的增加确保稳定的粮食是当务之急。人们采取了扩大农田面积的“水平扩大”方式和增加单位面积产量的“垂直扩大”方式的大规模事业。另外,在后者的事例中有一个叫绿色革命。肥料的使用、农药的投入、品种的改良、灌溉的引进带来了单位产量2倍以上的增长。据美国农业部的报告称,现阶段的谷物需求和供给处于平衡。但是,由于过于苛刻的耕作,环境问题和土地恶化严重。过度施肥导致地下水中的硝酸态氮的浓度增高,这与幼儿饮用地下水后引发先天性心脏缺陷病而死亡的事件之间有密切的关系。多年的长期栽培导致连作障碍的发生,引发农作物病害。为了防止这些,进一步加大农药的使用,就发生了食品安全问题。此外,旱地依靠灌溉使单位产量增加2到3倍成为了可能。但是,由于采用了廉价的表面灌溉进行了过度灌溉的缘故,水资源枯竭成为了问题。河川灌溉方面,上流的过度取水导致水无法流到下游,形成“黄河断流”和“咸海缩小”这样有名的现象。还有,地下水灌溉方面,一种叫做指针灌溉机的半径为400米的喷水装置长期从地下抽水,结果以美国堪萨斯州为中心的含水层的地下水枯竭问题也很有名。同样,过度灌溉导致土壤表面的盐碱类集聚,农作物的产量减少问题也在越来越多的国家扩展。防止沙漠化技术的发展成为了重要的课题。

3. 绿化保持技术

以上所描述的过度放牧、过度采伐、过度开垦、过度耕作、过度灌溉是沙漠化的主要原因。为了确立防止沙漠化的技术并使之普及,如果不具备经济可持续发展性就不会取得成功。对于采伐和开垦,具备向代替能源的转换、造林和农林等可持续的绿化技术,环境保护是可能的。但是,过度灌溉导致的盐碱类集聚问题并不是简单的问题。

不适当的水管理,也就是过度灌溉导致农场的湛水从而发生湿害,由于排水不良和强烈的蒸发导致土壤表面盐碱类集聚而放弃农田的例子也很多见。作为解决这一问题的手段,我们试着假设有这样的想法:开发出吸附土壤中的可溶性盐碱类(钠离子等)的物质然后散播到农田从而除去盐碱。然后评价这种方法是否经济可持续。例如,类似黄河中游的灌溉水的电传导度(0.2dS/m)是自然水管道水盐浓度(1dS/m)的5倍(相当于盐0.5g/L)。 年灌溉水量是1000mm(日灌溉水量3mm以下),盐密度是2g/㎝³的话,50年间将会累积形成一片1.25㎝厚的盐层。长期来看的话,盐分从水渠通过灌溉水进入到农田,加之肥料也是盐,所以施肥也考虑在内的话,有相当量的盐类进入到了农田。从农田排出系统外的盐类是由于从排水路径排水后的盐、被作物吸收消费的营养盐、通过浸出(溶出或洗出)从根群区域流向下方的盐。输送往地下水的盐类,增加了下流地下水的的盐分浓度,导致“二次盐化”的人为的沙漠化问题,引发很严重的问题。旱地水资源匮乏,因此尽量减少浸出水量是关键。如果土壤中吸附盐类的物质(盐吸附材料)被开发出来散播到农田中的话,起初盐被吸附了。但是,盐吸附材料达到饱和状态的话,就要进一步撒播,这样数年之后,土壤中就会含有很多盐吸附材料。从1980年代在沙丘农场中使用的保水材料的研究结果中也能看到同样的现象。也就是说,沙没有保水性,所以在沙中掺入高保水性的聚合物提高了保水性之后,实现了蔬菜栽培的产量增加。然而,这种保水材料在太阳光下保水能力大打折扣,在含有盐分的灌溉水中保水能力下降。保水材料由于耕耘过程中到了土壤表面收到太阳光的正面照射而作用退化。也就是说,为了维持沙的高保水性,像施肥一样如果在每次栽培的时候不追加保水材料,是无效的。多年的试验我们认识到,沙丘农场灌溉后呈现胶冻状,人工的土壤改良材料有它的的局限性。

盐碱类土壤的改良费用增多。有这样一种方法:含有大量钠的碱质土壤中使用石膏等的钙,把土壤中的纳用钙置换,改善透水性进行过滤。这种方法在确保水资源成为问题的现状下不是可持续的方法吧。那么,有什么样的解决办法呢?白花花一片的盐碱类集聚地中被放弃的农田,采用去除表层的土壤的土木式的办法,必须从农田中把盐分从系统中去掉。大量的费用和时间是必要的。通常的栽培农场中,这是把灌溉施肥期间产生的盐分从根群区域去除的办法。也就是说,施用相当于农作物吸收量的化肥。慢效肥料的使用和少量频繁施肥的节肥方法不会增加盐类集聚的效果是公认的。此外,中度的盐类集聚的农田中,栽植耐盐性的树木,比如大盐灌木和御柳等从土壤中吸收盐分的方法(植物疗法)。栽植杨树等树木,通过它们的根部吸水从而降低地下水水位,通过通向地表的毛管上升减少盐分的移动(生物引流按摩)等的绿化保持技术是有效的。有兴趣的朋友,可以参考一下旱地科学系列3《旱地的土地恶化及对策》古今书院。

4.总结

很多防止沙漠化的对策都是可持续性的绿化保持事业能解决的,绿化对低碳社会的贡献是不言自明的。然而,不清楚可以使用的水资源的量和土壤的性质而过度的造林的话就会打破生态系统的平衡,绿化事业不会成功。重要的是,在自然与人类共存的背景下,发展以确保21世纪粮食和水资源为目标的可持续的绿化保持技术。“可持续”中含有如何保护水资源和土壤等的“环境的可持续”和如何使对象地区的持续性技术引进成为可能的“经济的可持续”两点。在满足环境可持续和经济可持续两个条件的同时,利用近代技术和传统技术,保持经济的可持续的平衡。另外,参照世界各地已经进行的各种绿化保持事业的事例都是很关键的。

为了防止沙漠化,有必要很好地理解生态环境和农村社会构造,通过新的开发保护环境不被破坏,针对对象区域进行最适合的持续性开发。进一步说,植物·树木栽培技术的改良、生活改善技术、提高社会经济的技术等,进行综合性的考虑都是很重要的。基本上来说,居民参加型的技术支持是重要的。旱地的绿化保持事业中,居民参加的下情上达型的开发,从身边的小事做起进行改良是重要的。为了进行防止沙漠化的实践,居民对沙漠化现状的把握、对造林的必要性的认识、女性和孩子意见的反映等的讨论是重要的。在一切以经济优先的今天,理解自然与人类的关系、站在全球化的立场上,深度讨论可持续的防止沙漠化问题是重要的。

最后,希望通过此次演讲有更多的人对沙漠化问题和可持续的绿化保持技术的发展有一个更深的理解。而且,希望有兴趣的朋友可以用谷歌检索“旱地指的是什么”,来查看网络上的信息。

 

井上光弘

鸟取大学旱地研究中心绿化保持部门教授

1946年11月出生。1986年农学博士(九州大学)

与中国的研究交流方面,与兰州沙漠研究所的共同研究已有25年。在日本学术振兴会的海外学术研究方面,从事了6年的农业水利相关的工作。之后,有过农林水产省的日中交流事业、与中国科学院水土保持研究所的据点大学交流等40多次访中活动。最近,执笔了话说“水土的知”、Vo1.12 思考海外技术交流 其1(第2章3 农业水利的课题 51-56、第3章4 干燥地区的节水灌溉 94-97、第5章1 河套灌区大规模灌溉 155-158、第5章2 景泰川灌区大规模灌溉 159-161、中国的农业水利、JIID BOOKS、东京、224(2007))。主要的著作有:旱地科学系列1(21世纪的旱地科学――人与自然的可持续性)、旱地科学系列3(旱地的土地恶化与对策)、旱地科学系列5(黄土高原的沙漠化与对策)、古今书院、东京、(2008)、《沙漠的事典》、丸善、东京(2009)等的部分执笔。

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