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考察纪实∣中国北方沙漠焉何变绿

佚名 科学 2020年12月10日

考察纪实∣中国北方沙漠焉何变绿

文章来源:地理发现与探索


近年来,有关中国北方沙漠变绿的新闻日渐增多。特别是2020年4月以来,“即将被‘憋屈’死的毛乌素沙漠,都快水草肥美了!”“中国奇迹:这个沙漠即将消失”、“喜报:毛乌素沙漠即将从陕西版图消失”和“NASA卫星图显示塔克拉玛干沙漠在变绿”等,更是频频见诸报端。基于近20年的实地考察,从巴丹吉林沙漠、毛乌素沙地等自然景观的变迁来看,笔者认同中国北方沙漠变绿已是不争的事实。


1 中国北方沙漠的自然本


众所周知,沙漠是指气候干旱、降水稀少且多变、植被稀疏低矮、土地贫瘠的自然地带。它是在干燥气候和丰富的沙源物质等自然条件下形成的,且其形成过程并非一朝一夕。中国西北地区由于深居大陆内部,加之青藏高原隆升的环境效应影响,不利于降水形成,多年平均降水量一般在400mm以下。中国干旱区地域辽阔(图1),是世界上沙漠面积较大、分布较广,且沙漠化危害严重的国家之一。全国沙漠和沙漠化土地面积约有153.3万km2,占国土总面积的15.9%。它不仅广泛分布在西北干旱区,在半干旱区,甚至东北平原西部的半湿润区也有沙地分布。涉及新疆、甘肃、青海、宁夏、陕西、内蒙古、辽宁、吉林和黑龙江等9省、区,从西向东分布有8大沙漠和4大沙地。


图1中国地势与自然地理区划


(郑度等,2015)


随着科学的不断进步和广泛深入的调查研究,越来越多的地理事实表明,中国北方沙漠并不像古书上或者人们在传说中所渲染的那样令人生畏,它并非什么“上无飞鸟、下无走兽”的不毛之地。沙漠地区的自然条件固然有其严酷的方面,主要表现在风沙频繁、寒暑骤变和干旱少水,但绝非荒凉得毫无生机。出乎一般人想象的,在沙漠地区有着取之不尽、用之不竭的风能和太阳能,蕴藏着数量可观的矿产和石油、天然气资源,生长着多种特有的野生植物(图2),栖息着不少珍禽异兽。就连长期被认为是“死亡之海”和“生命禁区”的塔克拉玛干沙漠,实际上是高度特化了的动植物的栖息地和庇护所,以及非地带性动物种类的重要越冬地。据20世纪80年代考察,该沙漠及其边缘共有动物272种,高等植物73种,极大增进了人们对这一地区的关切。


图2 巴丹吉林沙漠的梭梭林


特别是与世界上多数沙漠地区相比,如北非、澳大利亚、中美洲和西南亚,中国北方沙漠的外围分布有白雪皑皑的高大山脉,山地降水和冰雪融水成为众多河流的源泉;这些河流不仅孕育了星罗棋布的绿洲,有的甚至潜行地下,在沙漠腹地潴成星罗棋布的湖泊。例如,巴丹吉林沙漠腹地及东南部即分布110多个常年积水湖泊,还存在若干季节性湖泊和干涸湖盆。沙漠里只要是水分条件好的地方,植物就会丛生,甚至形成一滩葱茏的绿洲(图3)。有的绿洲面积很大,是一望无际的丰美牧场;有的绿洲很小,仅是沙丘间的低洼地。除了绿洲以外,在沙丘上也生长着一些植物。


图3 巴丹吉林沙漠腹地的绿洲


沙漠地区自然条件严酷,所能适应生存的植物种类很少。据《中国沙漠植物志》统计,中国沙漠植物共计96科、498属、1694种,仅占中国植物总数的5.38%,但常见的不过数十种。位于内蒙古阿拉善高原西部的巴丹吉林沙漠,气候属于极端大陆性气候,在它东南边缘的沙丘以及沙山上仍生长有稀疏的植物,在沙山上大约有植物占据的地段要占整个沙山面积的1/3左右。沙丘下部或丘间低地生长有稀疏灌木、半灌木,除梭梭林外,主要生长有沙拐枣、沙竹、霸王、沙木蓼、沙蒿、柽柳、沙葱等,盖度多在5%左右,在沙山与湖泊间常出现有白刺沙堆。在湖盆周围,植被环湖岸呈带状分布。滨水为沼泽化盐生草甸,宽数米至十几米,地下水埋深不到1m,植物低矮而密,主要为海韭菜、海乳草和獐茅等;往外为盐生草甸,宽5~6m至数十米,地下水埋深1m左右,植物高大茂密,建群成分为芦苇和芨芨草等;再往外围,主要为白刺,形成高1~3m的灌丛沙堆。这种植物生长和分布的特征,说明巴丹吉林沙漠并不是像过去一般所认为的那样,全是裸露流沙。


2 气候暖湿化背景下的植被景观


沙丘的进退,湖泊的消长,植被的变迁,文化的兴衰,往往与气候冷暖、干湿变化息息相关。在气候相对湿润期,草木繁盛,沙丘得到固定或被夷平,沙漠范围缩小;而在干燥期,风力强劲,沙丘活化,沙漠大规模扩展。这种因气候变化而引起沙漠的变动,在我国季风边缘地带反映得尤为明显。在20世纪以来全球变暖的背景下,中国西北干旱区“暖湿化”趋势受到越来越多的关注和讨论。除气温长期变化趋势之外,降水多与少的年际波动亦从未停止。尤其特定年份降水异常,往往造成不同程度的旱涝灾害,给当地人民生产、生活带来巨大影响。


就整体而言,中国西北地区1966~2016年降水量和气温分别以4.9 mm / 10 a、0.427 ℃ / 10 a的速率显著增加,暖湿化趋势日益明显。随着西北地区降水不断增加和气温持续上升,不仅区域气候条件有所改善,一些脆弱敏感区域的生态退化也得到遏制。就局部而言,近60 a以来腾格里沙漠周边地区对全球变暖响应十分明显,年平均气温以0.40℃ /10 a呈显著上升趋势,年降水量增加速率为5.10mm / 10 a;巴丹吉林沙漠周边地区年平均气温以0.30 ℃ / 10 a的速率显著升高,年降水量以6.40 mm / 10 a的速率呈显著增加趋势(图4)。


图4 巴丹吉林沙漠周边地区的降水和气温变化


(1960~2016)


植被类型是气候变化和环境特征的标志性指示物。沙生植物的生活型较多,但以草本植物及灌木占优势,灌木以白刺和沙蒿为主,草本植物以沙米和碟果虫实为主。大气降水增加、平均温度稳定上升对沙漠植被生长发育较为有利,风速和潜在蒸发减小则有利于流动沙丘向半固定和固定沙丘转化,这无疑是一些沙漠化地区近几十年来得以出现逆转的主要气候原因。例如,随着近年降水增多,巴丹吉林沙漠许多沙蒿丛生一起,盖度可达60%~70%,把沙漠点缀得绿绿葱葱。根据沙地植被演替规律,沙米(刺沙蓬)是流动沙丘上首先生长的先锋物种,可在20~30天内发芽、生长、开花、结实,完成生活周期,大量种子得以到处传播。图5为2019年9月上旬的巴丹吉林沙漠腹地,沙米和沙蒿植被生长茂密,高大沙山及丘间地呈现一片绿色。


图5巴丹吉林沙漠腹地泛起一片绿色


(2019年9月摄)


近期频繁报道的毛乌素沙地变绿现象,则与其固有的自然地理特点、气候变化和人类活动干预有关。该沙地位于鄂尔多斯高原的东部,虽是我国北方沙漠中12片大沙区之一,但因地理位置偏于东南,既不似贺兰山以西的腾格里、巴丹吉林、库姆达格、柴达木、塔克拉玛干、古尔班通古特等戈壁荒漠深居亚洲腹部,又较贺兰山以东之乌兰布和、库布齐、浑善达克、科尔沁、呼伦贝尔等沙区纬度低,夏季东南季风可抵临惠施雨泽,水热条件比较优越。据气象观测资料,其年平均气温6~8.5℃,1月均温为-9.5~-12℃,7月均温为22~24℃,年降水量由东南部的440mm向西北部递减至250 mm。全年降水量的60%~70%集中于7~9月,雨热同季十分有利于农牧业生产。这里的典型草原占整个沙区总面积90%,仅西部不足10%的面积属于荒漠化草原。由于本区原是天然草场,加之天然灌木林分布也很广,故沙丘形态以固定、半固定沙丘为主。近60年来,毛乌素沙地年平均气温以0.30℃ /10 a、年降水量以14.90mm / 10 a的速率呈显著上升趋势,气候暖湿化无疑对植被生长发育十分有利。


3 人类活动干预下的植被恢复


沙漠植被的生物生产量虽然很低,年平均每平方米只有90g左右,但在为荒漠动物群提供食物和庇护,参加荒漠生态系统的能量转化和物质循环,以及防止风蚀和固定流沙、维护自然生态平衡、保护人类生存环境及生态安全等方面仍起着重要作用。例如,位于腾格里沙漠东南缘的沙坡头,属于荒漠草原地带,分布着高大密集的格状流动沙丘,丘间零星散布灌木花棒、沙米和百花蒿等沙生植物,覆盖度1%左右,沙层稳定含水量仅2%~3%。自1956年中国科学院和有关单位建立了“以固为主、固阻结合”的植被固沙体系,该区生态系统从最初稳定性较差的以沙米为优势种的生态系统,演变为能长期稳定存在的以沙蒿为优势种的生态系统。在沙坡头地区开展植物固沙10年左右,人工植被盖度可达30%,流沙向固定沙丘发展,生态系统稳定性明显增强。沙坡头国家级自然保护区现已成为我国北方干旱地区典型的人工与自然结合的荒漠生态系统,具有广泛的区域代表性, 以其“麦草方格”(图6)等五带一体的丰硕治沙成果,被联合国环境专家称为“世界奇迹”。


图6 腾格里沙漠东南部沙坡头草方格治沙


在全新世中期的气候适宜期,毛乌素沙地普遍较现在温暖湿润,其东南部年均温度可达10℃,年降水量600mm左右。由于水资源相对较多,除河川径流量比现在充沛外,沙地内部湖沼也很多,水生、湿生植物繁茂,原始人类遂在这一带生息繁育起来。除内蒙古鄂托克前旗大沟湾、滴哨沟湾等著名的旧石器时代晚期河套人遗址外,全新世中期新石器时代的仰韶、龙山文化及细石器、印纹陶文化遗址在毛乌素沙地已经发现的就有数十处之多。由于毛乌素沙地局部自然条件适宜地区可耕可牧,因而成为农耕民族与游牧民族争夺的农牧交错带。在历经2000多年的土地利用方式反复拉锯中,由于晚近粗放的原始农业生产经营方式及战争破坏,加之小冰期气候的影响,使得这一地区沙漠化过程逐渐趋于严重。“山高尽秃头,滩地无树林。黄沙滚滚流,十耕九不收”,一度成为当地人流传的顺口溜。


图7 毛乌素沙地南缘兴武营明长城植被景观


(2005年4月摄)


图8 毛乌素沙地南缘兴武营明长城植被景观


(2018年8月摄)


毛乌素沙地究竟形成于何时?它的变化历程究竟如何?系何成因?由于时过境迁,涉及的因素颇为复杂,因此当前在这一问题上各家观点还存在很大的分歧和争论。尽管如此,如何治理和改造毛乌素沙地,使它恢复到“风吹草低见牛羊”的状态,则是所有关注生态环境、渴望和建设美好家园的人们共同的奋斗目标。为遏制风沙危害和沙漠化的不断扩张,国家实施了一系列以植树造林为主要措施的生态恢复与重建工程,如“三北防护林”、“退耕还林”等生态工程及后期的飞播造林、沙区封育等生物和工程措施,相继在毛乌素沙地、库布齐沙漠等实施。从1959年以来,这里的人们大力兴建防风林带,引水拉沙、引洪淤地,开展了改造沙漠的巨大工程。许多沙地,如今成了林地、草地和良田。根据遥感影像研究,1990~2017年该区域沙漠化土地面积减少约1684 km2,有效治理的沙漠化土地平均为62.4 km2/a,毛乌素沙地植被覆盖状态呈好转趋势(图7、8),尤其以陕西榆林市境内治理效果显著。毛乌素沙地的治理还导致水土流失减弱,使黄河年输沙量减少近4亿吨。


图9 毛乌素沙地查干巴拉嘎素古城景观


(2003年10月摄)


图10 毛乌素沙地查干巴拉嘎素古城景观


(2018年8月摄)


总之,21世纪初期以来,受气候变化和人类活动的共同影响,特别是人力作用,中国北方沙漠植被覆盖呈现增加趋势。沙漠面积减少,植被覆盖增加的区域主要位于毛乌素沙地(图9、10)、腾格里沙漠东南部、古尔班通古特沙漠南缘、共和盆地西北部及科尔沁沙地东部和塔克拉玛干沙漠北部。诚然,如此而论,并不是宣扬所谓的人定胜天。因为在毛乌素沙地等生态环境变迁中,如何准确评估自然演替、气候变化与人类活动到底各占多大的影响量级,至今仍是一个十分复杂的科学问题。一是沙漠生态对气候变化的响应具有时滞性,特别是表现为人类活动方式的间接影响的滞后性更为明显;二是气候变化对沙漠生态系统的影响作用具有较大的区域差异,各区内的主导因素并不相同。尽管局地生态环境改善,但我国北方沙漠面积毕竟广大、荒漠化危害依然严重,生态恢复与重建工程还任重道远。


(参考文献从略)


标签: 沙地   沙漠   植被   植物