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国外传统农业水适应经验及 水适应景观

2014-06-17 作者:俞孔坚 陈义勇 来源:中国水利 2014年03期
摘要:
古代人类在长期水资源管理及与各种水灾害斗争过程中,积累了朴素的具有生态价值的农业生产经验,表现在造田方式、作物类型、水资源管理等方面的适应性景观。研究表明,水适应景观内容和形式受气候干湿类型、地形特征等因素影响。当前,传统农业水适应景观研究已从传统的水利工程设施要素研究转向综合研究,探讨水景观的复杂结构和复合功能。现代水利技术背景下,如何借鉴传统水适应景观经验,探讨新的环境条件下水适应的途径和方法,是值得深入研究的方向。在水适应景观概念的框架下,对不同气候类型、不同地形特点下农业水景观的内容、形式及区域差异的研究,也是值得国内学者借鉴的研究方向。
关键词:
水适应景观     传统农业     干旱区     湿润区     研究进展 洪涝适应性景观    
Abstract  Many ancient civilizations have developed advanced water technologies during thousands of years of trials and errors of living with water resources. Natural disasters, including floods, droughts, soil erosions, as well as the experiences of field making, food production, irrigation management, has taught the ancients to create and maintain agricultural adaptive landscapes. The composition and structure of agricultural water landscapes are strongly affected by climate, topography, precipitation, etc. Recently traditional water landscapes topics had transferred to integrative landscape studies, focusing on the compound structure and function of water adaptive landscapes. With the development of modern hydrological technology, the traditional water-adaptive landscapes are facing great risk, even those in the rural area. Confronting with the deteriorating water environment, how to learn from the traditional water landscapes to establish a more sustainable and adaptive landscape architecture, should be paid more attention to. Based on a framework of water-adaptive landscapes, widely discussing the composition, distribution, regional diversity and theaffecting factors, are what the Chinese researchers should learn to carry out. 
Key words  water-adaptive landscapes; traditional agriculture; dry area; wet area; research progress review
 
 一、水适应景观内涵
 
  对古老文明与水的适应关系及其早期水资源管理尝试的研究,是探索文明发展演变的一个重要视角。早期人类设计出简单、优雅、富有创造性的水利工程,从河流和其他水体中收集宝贵的、有限的水资源,将它们输送并分配到城市和乡村,满足人类生产和生活的需要。
 
  适应性景观的概念(Adaptive Landscape)最早由Simpson 提出,基于古生物遗传和进化的理论,许多学者从生物学、生态学的角度深化。俞孔坚等在对明清时期黄泛区城市防洪经验系统研究的基础上,提出洪涝适应性景观和洪水适应性景观(Flood Adaptive Landscape),并在第一届城市水景观建设和水环境治理国际研讨会上首次提出水适应景观(Water Adaptive Landscape) 的概念, 随后在2007 年澳大利亚景观设计年会上进一步阐述水适应景观作为气候变化的适应性对策。在长期的水资源管理及与水旱灾害斗争的过程中, 古代文明不断适应和改造城市与区域的水系统, 在很大程度上减缓了水旱灾害的影响, 增强了人类适应水环境的能力, 形成城乡的水适应景观。这些朴素的生态经验,作为独特的文化遗产,对今天的水系治理、防洪治涝以及土地利用规划等仍有借鉴意义。
 
  与游牧社会逐水草而居、不断迁移和适应游牧方式相反,农业社会中,耕地无法迁移到水中, 通常情况是将水引入耕地。这种限制条件决定了农业社会的定居生活方式, 生活高度依赖于灌溉技术和永久聚落的规划技术, 如洪水泛滥或水资源稀缺等条件下,传统农业表现出各异的景观。水分条件主要受气候影响,Kottek 等修正的柯本-盖格气候分类法,将全球粗略分为干旱区、湿润区、适宜区、极地区等四类, 本文大致采用这一干湿划分框架,基于不同水分条件,考察农业水适应景观的国外研究进展。
 
  已有研究主要从造田方式和典型农业景观、适应性水利设施工程、水灾害应对策略三个方面,探讨传统水适应景观的思想、工程、技术。本文围绕人类对水环境的利用和改造,按照干旱区、湿润区两种不同气候类型,探讨传统水适应景观的主要内容、研究热点、研究趋势及存在的问题。
 
二、造田方式和典型农业类型
 
  1.干旱区造田技术研究
 
  在干旱半干旱地区,年降雨量是影响农业类型的主要因素。为适应干旱气候,古代人类开发出不同的造田技术,包括旱梯田、压砂田、垄田等,更好地进行水资源管理,不少论著总结了这些技术的原理、分布、发展情况等。压砂园(Pebble-Mulch Garden)是14—15 世纪间印第安人应对干旱而发展的一种重要干旱适应性景观,简言之, 农民将土坑中的砂石拣出,盖在耕地表面,用来涵养水分,土坑亦可蓄水, 适应干旱少雨的气候。
 
Lightfoot 分析了这种技术的造田方式、分布、起源、发展和衰落情况,指出最初压砂园技术作为一种干旱时期的临时措施,后来发展成为旱地的普遍农业耕作技术。玛雅家庭菜园(house-lot garden)是古玛雅干旱区一种常见的耕地改造形式。考古发掘报告指出, 为方便雨季排水及雨水收集,古玛雅人对石灰基岩进行一系列改造,包括扩大洼地、开挖渠系、填充沙砾等,通过这些改造也减缓了旱季水分的蒸发。旱梯田是缺水的丘陵区、山区常见的农业景观,人们通过改造地形达到滞水、蓄水的目的。旱梯田广泛分布于地中海周边、南美丘陵地区、黄土高原等地。地中海气候区,旱梯田是主要的农业景观,Azman等总结了三种类型:农业梯田、葡萄梯田、水果梯田。第一种梯田类型分布十分普遍,后两种梯田类型分布于特定气候的山区。Treacy 等详细分析了秘鲁古印加梯田的建造技术、主要类型、发展变化,认为它高度适应干旱、坡地的地理环境,具有防止水土流失、保持水分等功能。
 
  2.湿润区造田方式及作物类型研究
 
  在沿海低地、大河三角洲、大河平原, 水是景观发展的核心动力要素, 研究者对不同区域农业开发、水的适应过程和适应措施展开研究。大约从8 世纪开始,人类逐渐占据荷兰沿海及低地,通过大坝等工程措施发展农业和城镇,高度适应接近海平面的低海拔及潮水大幅度涨落的水环境。Waterman 等探讨了荷兰开拓地水和陆地的耦合关系,指出其开拓性地通过运河系统排水和运输,建设大坝将耕地围合,大坝内形成单独的沟渠灌溉系统。这与我国太湖流域的圩田系统原理相似,Scarborough 指出长江三角洲早在春秋时期就有圩田农业,尽管人们对荷兰的圩田系统最为熟悉, 但后者直到7—8 世纪才出现。
 
  Ellis 等认为太湖平原传统圩田农业生产方式是可持续农业,高度适应水文条件,其高效的稻谷农业得益于多种因素,包括湿地土地类型、适当的农作物品种、藻类维持营养、洪泛平原地形、完整的灌溉系统、适宜的气候等。珠三角地区的桑基鱼塘农业生态系统是学术界高度关注的另一种农业景观类型, 国内外学者就其结构、功能、分布展开了多方面研究。Zhong 认为桑基鱼塘是高效和高度稳定的生态系统, 是珠三角洪泛平原、河网密布和亚热带气候条件下的适应性农业景观。古代墨西哥Aztecs 人的水上田园建在Texcoco 湖上, 用开挖运河的泥土垫高两侧的土地,农田被运河网络所包围, 至今仍在使用,Moriarty 分析了水上田园的建造技术、分布和发展演变。
 
  在湿润区, 梯田也是一种重要的农业景观,广泛分布于东南亚、中国南方、中美洲等地。Henck 等指出,梯田的分布与地形、坡度、坡向等高度相关。Peten 热带雨林地区发现了许多古玛雅梯田遗迹。Beach 等将其分为沿等高线梯田(contour terraces)、方形梯田(Box terraces)、山脚梯田(Footslope terraces)、鱼梁堰梯田(Weir terraces)等,认为它们具有水资源管理、水土保持等功能,高度适应湿润气候条件。
 
  在季节性洪泛区,古代人类通过选择作物类型, 巧妙地适应洪水节律,国外的尼罗河、孟加拉洪泛区的研究成果最为典型。尼罗河河谷地区7—9 月被洪水淹没,古埃及人在洪水后播种谷物,浸泡后的河谷土壤足够湿润, 支撑作物生长直至次年收获,作物种植和收获与尼罗河洪水节律保持一致。在孟加拉洪泛区,为应对季节性洪水,农民摸索出适应性农业生产方式,通过调整作物类型、种植时间,成功适应了季节性洪水,避开了7—10 月的洪水季节。
 
三、适应性水利设施工程景观
 
  1.干旱区集水、引水、蓄水设施研究
 
  (1)引水工程研究在干旱区,古代人类对水环境的适应主要包括引水工程和蓄水工程的建设,形成水资源调蓄和配置的水景观系统。在漫长的人类文明发展历程中,近东和中东干旱区缺水的自然条件孕育了许多杰出的干旱适应景观。考古工作者在中东发现了大量的运河、水管、坎儿井,体现出发达的水利系统,考古研究还发现这些水利技术向伊拉克北部、叙利亚、土耳其南部等地传播。
 
  坎儿井是一种水资源综合利用景观,位于山前平原地区,集农业灌溉和生活用水于一体。坎儿井是传统水适应景观研究中的一个热点,考古学和地理学就其结构、起源、分布等议题展开不少研究。Hodge 指出,实质上,坎儿井是一种山坡上深挖的导水隧道, 从山区潜水层或泉源导水,沿倾斜的隧道保持自然流动,直到最终露出地表,供给生活和农业用水。它起源于伊朗干旱区,广泛分布于地中海周边、西亚、中亚及中国的新疆等地,至今仍为许多干旱区农业和居民点重要的供水方式。
 
  由于重力作用下水自然向下流动, 人类开发了许多由河流和水库向高地提水的技术,尤其是干旱区,各种提水工程构成区域水景观的重要元素。Oleson 总结了中东地区从石器时代至拜占庭时期的提水技术, 通过不同设备和技术, 使用人力或畜力、水力,人们从水井、河流、运河、蓄水塘等处提水,向农业、工业、城镇供水。
 
  (2)雨水蓄滞收集技术研究
 
  宏观的区域雨水蓄滞系统、微观的水利工程设施是研究者的两个主要着眼点。印度传统水资源调配系统(TWHS)摒弃通常的抽取地下水的方式,通过蓄水设施收集和储存地表径流和雨水,三种不同的TWHS(Bavdis,Nadi, Talav) 广泛分布于印度的Thar沙漠和中部高原区。突尼斯传统的水资源渗透技术,通过工程措施促进山区的雨水蓄滞下渗,利用潜水层水的自然流动,增加平原区地下水可开采量。在意大利的极端缺水区Sassi of Matera,雨水和露水成为主要水源,径流被收集并储存到地下蓄水塘,人类还发展了包括收集、蒸馏、冷凝等水处理技术。古印第安的阻尼人面对干旱、少雨、冬季多雪的环境,发明了一种冬季收集雪球集蓄雨水的方式,将它们储存于封闭的地下洼地中,用于旱季的生活生产。
 
  (3)灌溉农业系统复原
 
  为了在干旱区发展农业,古代文明通过改造水系,建设了发达的灌溉农业系统。复原和重构古代灌溉农业系统是国外研究的焦点之一。Mays 等重建了南美Sonoran 沙漠气候区古玛雅人建造的发达灌溉系统,该系统由在洪水期从河流引水的运河干道及灌渠系统组成,灌渠连接着一系列蓄水节点。Westermann 重建了古埃及灌溉系统的结构及发展过程,认为它产生于公元前3000 年, 将大型水坝、人工湖、各种水渠、运河组织成网络,通过运河向城市、农田供水,其间经历了不断发展、完善、修复、重建的过程,四世纪后,随着灌溉系统的衰落和废弃,古埃及许多城镇被沙漠吞噬。
 
  (4)分散式水资源管理系统研究
 
  各种小型集水洼地、散布的小池塘等分散式水资源管理技术体现了对干旱气候的适应及机制。古玛雅文明依靠分散供水系统,充分利用自然洼地和采石场洼地蓄水,保证用水需求。突尼斯传统的分散式水资源管理技术充分考虑气候、地形、土壤条件等, 通过对地理条件的轻微改造,达到水资源的平衡,将可能发生气候灾害的概率降到最小。现代社会以大坝为基础的大型灌溉系统,几乎与环境基础脱离,并带来水资源的时空分布失衡;维持传统的水资源管理方式可以减少对现代农业的消极影响。
 
  2.湿润区灌溉农业及水利系统研究
 
  对湿润区灌溉农业系统的研究工作主要包括复原不同地形条件灌溉农业系统结构、重构不同区域的水利工程设施等。
 
  ①大河平原地区发达的灌溉农业及排水系统为研究者津津乐道,如成都平原的都江堰、太湖地区的圩田、尼罗河的灌区等,其结构包括运河、灌渠、蓄水塘、闸坝、灌区农田等灌溉农业景观。Kang 重建了古代美索不达米亚平原的灌溉系统,指出它具有减缓水流、减少水土流失及水资源调蓄等多种功能。Lansing 认为,巴厘岛的古代灌溉系统由运河、大坝、集水塘等组成,并在重要的水控制点布置理水寺(water temples),作为水资源管理分配中枢。
 
  ②丘陵地区依地形而建的水塘及灌渠组成的水资源收集、调蓄系统是常见的水景观,东南亚地区的研究成果最为丰富,学者们还探讨了灌溉系统与宗教文化的关系。斯里兰卡沿等高线分布的水塘系统(tank system)的生产性(农业)、象征性(宗教)和工程性(水旱控制)三要素构成统一的整体;Singhalese 聚落分布与精致的人造水库和灌溉系统相结合, 灌溉技术、宗教文化与水系统联系在一起。
 
  湄公河下游盆地内的传统水资源管理存在两种独立的、分割开的传统水资源管理系统, 其一为上层建筑供水, 其二为世俗农民提供生产用水。上层建筑供水系统是水资源管理系统的核心,它通过集水、引水、储水设施,保证城壕、神庙内巨大水塘一年四季均有水。我国淮河中上游丘陵地区也十分典型,被形象地称为“长藤结瓜式(long canes with melons)”。
 
  ③防洪堤和海塘。为减少洪涝对农田和城镇的威胁, 修筑防洪堤坝及海塘抵制洪水是沿海和沿江地区最重要、最常见的水景观,这方面的研究成果十分丰富。对堤坝的不断修筑和维护,成功阻止了大多数的洪水危害。
 
  ④运河。考古人员在美索不达米亚平原发现一条平行于幼发拉底河的古运河,长100 英里(160.9 km),建于公元前5000 年, 其作用可能包括运输和灌溉。在数千年的文明历程中, 各国人民相继修建了大量运河。考古学、地理学、水利学等的研究者们就各种运河的修建年代、走向、发展历程及功能等展开了充分的研究,涌现出大量研究成果。
 
四、水灾害适应策略研究
 

  1.干旱区水灾害应对策略


  在无数次干旱、饥荒灾害事件中,古代人类经过多次尝试,积累了丰富的干旱应对经验,许多学者对干旱应对策略和相应的水适应景观进行研究。Smit & Skinner 提出灾害气候条件下农业系统的四种应对策略:改变农场生产活动, 改善农场财务管理,寻求政府援助计划,采用新型耕作技术。安德烈埃也提出,适应干旱气候有四个主要途径: 发展灌溉农业, 优先发展耐旱的木本经济作物,选择对水分要求不高而生长期短的农田作物,实行旱作制和休耕。历史时期美国科罗拉多州应对干旱主要有两种响应方式:短期改变作物类型,放弃旱地的耕种, 以及长期发展灌溉农业技术, 进而在正常年份广泛使用这些技术。为应对美国中部大草原地区由于持续干旱引发的沙尘暴, 人们采取了政府社会救治、土壤与农场改良、改变农业结构和移民等策略。

 
  O’Farrell 等认为,非洲南部游牧民族对干旱的适应和响应本质上通过两种战略:逃避战略,游牧民族创建了固定的季节性畜牧迁移路线,以避开干旱气候;干旱容忍战略则包括草料储存、调整牲畜种类和数量、加强水土保持等措施。极度干旱的肯尼亚内陆地区, 人们通过组建社会组织、改变作物、发展灌溉等多种方式适应干旱。肯尼亚悬崖居民的生活深受干旱、饥荒、战乱影响,一些居民为干旱所迫迁居至可达性差的陡峭山地边缘,其社会系统、风俗习惯、生活方式等都表现出特殊的水适应。
 
  2.湿润区水灾害适应策略
 
  对湿润区水灾害适应策略的研究成果也十分丰富。Tobin &Montz 总结出一种洪泛平原地区居民的生活模型,其居民认为洪水灾害是一种长久以来的自然现象, 生活处于一种“灾害—破坏—修复—灾害的循环”中,并逐渐形成适应洪水的生产生活方式。Hughes 等认为,古埃及文明发达的灌溉农业高度适应洪水,尼罗河的定期泛滥,洪水泥沙带来丰富的磷等矿物质及有机质,平原上发达的灌溉系统和运河系统,构成尼罗河三角洲可持续农业的重要保障。孟加拉洪泛区,传统农民在应对洪水过程中摸索出适应性农业生产方式,通过调整作物类型、种植时间,成功适应了季节性洪水,对特大洪水则采取筑牲畜避难高地、建竹篱等措施减轻农业损失。Jamuna 河洪泛平原地区,农民通过损失容忍(Loss-bearing),在河堤上临时避难或迁居等, 适应洪水灾害。
 
  尽管大部分人预期未来仍有洪水,但仍在洪灾后回到原住地。不同经济群体采取不同措施适应洪水,以孟加拉洪泛平原地区为例,穷人住在洪水风险最高区,他们认为洪水位自然过程不可控, 不采取任何工程性措施,以洪水前逃离的方式适应,花费最少。
 
   五、结论和展望
 
  ①近几十年来地理学、考古学、水利学等从不同角度,对传统农业水适应景观进行研究,取得了许多重要成果。水利科学对古代水利设施的构成、功能及发展过程进行了很多研究; 考古学报道了区域的水利设施、场地水系统处理等方面的技术;地理学从区域水资源管理等方面进行研究;社会科学从社会经济角度探讨水旱灾害的应对策略及对应的水适应生活生产方式。中东地区、古希腊、古罗马、古玛雅文明等区域的成果最为丰富, 水源问题是各种景观的核心,区域的引水、蓄水设施是大多数研究的关注重点。
 
  ②水适应景观构成、发展演变、区域差异、影响因素是研究者关注的重点。研究表明气候干湿类型、地形特点是水景观内容区域差异的主要影响因素。湿润区以防洪排涝为核心,区域内有大面积的水体、水塘,发达的运河及灌渠系统。干旱区以蓄水系统为核心,各种蓄水设施、引水设施构成干旱区水适应景观的主体。平原、丘陵、山区、沿海等不同地形的水景观表现出不同特点。
 
  ③当前, 国外水景观的研究已从传统的防洪、抗旱、运输等单要素研究转向综合研究, 探讨水景观的复杂结构和复合功能, 如斯里兰卡的水塘系统、开罗的水网系统研究表明,它们都是应对洪水、内涝、干旱等多种自然灾害的综合水适应景观。探讨水景观的空间组成、动态过程,尤其是从形态学角度分析水景观的结构、功能及布局,正受到越来越多的重视。这种新的研究趋势和研究角度, 对我国传统水景观的研究具有重要启示意义。
 
  随着现代水利技术的发展,许多传统水景观正在消失,或被现代水利工程取代,但是洪水、内涝、干旱、污染、环境恶化等问题依然威胁着人类生产生活。在气候变化的宏观背景下, 面对危机四伏的水生态和水环境, 如何借鉴传统水适应景观经验,探讨新的环境条件下水适应的途径和方法,是值得深入研究的方向。
 
   ④在数千年的文明历程中,我国古代人民留下了丰富的水利工程遗产,包括水适应的思想、工程和技术,然而以往研究一般对个别水利工程和技术进行研究,鲜有从水适应的角度对传统农业的水景观系统的研究。在水适应景观概念的框架下,对不同气候类型、不同地形地质特点下农业水景观的内容、形式及区域差异的研究, 也是值得国内学者借鉴的研究方向。
 
 
 
 
 
 
 
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读者评论

  • zzs2014-03-10 10:44
    其实俞老师的一些想法和对雨洪的处理在南方的农田古早就已经有这样的模式出现了。在南方的田里都有分布着大大小小深浅不一的水塘雨水多发的季节那些水塘就是很好的集水点,在干旱季节水塘有可以缓解农田缺水的情况真是佩服古人的智慧,可是我们现在的人呢明明知道就是愿意当睁眼瞎。
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