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SCI论文目录 |
干旱区绿洲荒漠交错带土地退化及生态重建 |
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| 出 版 社：干旱区研究 |
| 发表时间：2002 3 |
| 台 站：
阜康荒漠生态试验站
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| 作 者：唐立松 张佳宝 程心俊 高新莲 杜恩昊 |
| 点 击 率：9309 |
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| 关 键 字：生态重建 土地退化 绿洲荒漠交错带 |
| 摘 要：作为一种宝贵的自然资源，土地资源一旦退化，很难在较短的时间内得以恢复，其利用的难度也很高。只有在利用不超过土地承载力时，土地资源的利用才能实现可持续利用。由于经济的发展，土地资源受到越来越大的压力。当这种压力超过了土地资源的承载能力，就导致了土地退化的发生。作为陆地生态系统的基础，土地资源的退化表现为：土壤肥力降低，生物多样性降低，以及伴随的经济发展的落后。当前世界范围内对土地退化的治理，基本方法仍是基于生态学理论的生物方法。但对土地退化的恢复与生态系统的重建的研究，需要经过谨慎设计的长期实验。绿洲荒漠交错带的重要性，不仅表现为是绿洲的保护屏障，而且在绿洲经济的发展中也起到巨大的作用。通过对国内外大量研究的回顾，讨论了在不同地区进行的长期实验所采用的方法。有人为因素参与的退化土地恢复与生态重建，可以在短期内取得明显效果。产生土地退化的原因，不仅仅是土地资源特点与自然环境这样一些自然因素，还包括一些社会与经济因素。因此退化土地的恢复与生态重建的成功，需要一种考虑自然、社会和经济因素的综合的方法。 |
| 关 键 字(英文)：Restoration of ecosystem Degradation of land Interlocking Area of Oasis and Desert |
| 摘 要(英文)：Abstract: Land resource is a valuable natural resource that in the short-term is nonrenewable and is difficult to reclaim when degraded. The use of land on a sustainable basis requires that their capability to withstand the demands upon them is not exceeded. Increasing demands from economy place a greater strain upon the land resource. If the demands become too great, the land becomes degraded. As land resource is the basis of all terrestrial ecosystems, a degraded land means lower fertility soil, reduced biodiversity, and poor economy. Methods basing on ecological theory are used to deal with this issue worldwide. However study on restoration of degraded land and rehabilitation of ecosystem needs long-term experiment and careful design. The interlocking area of oasis and desert plays an important role for supporting oasis, both in nature and economy-social developments. There are a lot of researches having been done in this area. By making a review of many researches, this paper discuss methods used in some long-term experiments. Although a human-induced restoration can have a very good results in short time, a comprehensive approach is necessary because such issues are normally the results of a combination of many social and economic facts as well as those directly related to the land and the physical environment. |
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干旱区绿洲荒漠交错带土地退化及生态重建
唐立松1、2 张佳宝1 程心俊2
高新莲3 杜恩昊2
（1中国科学院南京土壤研究所 南京210008）
（2中国科学院新疆生态与地理研究所 乌鲁木齐 830011）
（3新疆建设兵团222团， 831505）
摘要：作为一种宝贵的自然资源，土地资源一旦退化，很难在较短的时间内得以恢复，其利用的难度也很高。只有在利用不超过土地承载力时，土地资源的利用才能实现可持续利用。由于经济的发展，土地资源受到越来越大的压力。当这种压力超过了土地资源的承载能力，就导致了土地退化的发生。作为陆地生态系统的基础，土地资源的退化表现为：土壤肥力降低，生物多样性降低，以及伴随的经济发展的落后。当前世界范围内对土地退化的治理，基本方法仍是基于生态学理论的生物方法。但对土地退化的恢复与生态系统的重建的研究，需要经过谨慎设计的长期实验。绿洲荒漠交错带的重要性，不仅表现为是绿洲的保护屏障，而且在绿洲经济的发展中也起到巨大的作用。通过对国内外大量研究的回顾，讨论了在不同地区进行的长期实验所采用的方法。有人为因素参与的退化土地恢复与生态重建，可以在短期内取得明显效果。产生土地退化的原因，不仅仅是土地资源特点与自然环境这样一些自然因素，还包括一些社会与经济因素。因此退化土地的恢复与生态重建的成功，需要一种考虑自然、社会和经济因素的综合的方法。
关键词： 生态重建 土地退化 绿洲荒漠交错带
1．前言
土地退化目前已经成为一个全球性的严重问题，引起了广泛的注意。1992年在世界各国之间签定的国际荒漠化公约，对荒漠话的定义为：土地退化，其范围包括沙漠化、盐碱化、草场退化及水土流失。从1977年联合国内罗毕荒漠化会议到1992里约热内卢世界环境与发展大会，再至1994年巴黎《联合国防治荒漠化公约》的签署，荒漠化一直是各国政府和科学家所重点关注的环境与社会问题。中国是荒漠化影响较重的国家之一，防治荒漠化也被我国政府列入道《中国二十一世纪议程》中，作为实施可持续发展战略重点解决的环境议题之一。在我国不同区域发生的各类土地荒漠化面积总和为262.2万平方公里，占国土面积的27.3%。在这些区域中，有114.8万平方公里分布在干旱区，占荒漠化总面积的43.8%，目前仍以较快的速度处于扩展之中[1]。
在干旱区，山地、绿洲和荒漠是以流域地表、地下水源为纽带组成的地域生态景观单元系统，在这个系统中形成于地质时期的绿洲单元，其植被生态类型是由隐域性的湿生植物群落为主，荒漠单元由显域性的旱生和超旱生植物群落组成，介于两者期间的是中生群落构成的生态类型。人工绿洲外围交错带的可持续性是实现绿洲内部可持续性发展的根本保证2。一些研究结果表明[3-7],相对于绿洲和荒漠生态系统，绿洲―荒漠交错带，因水源等环境条件的差异，存在着较强的“生态梯度”，极易受水源变化的干扰而发生变化。历史时期以来，人类大规模土地开发的主体对象几乎全为天然绿洲，以至于天然绿洲现在几乎不复存在，而这个过渡带又成为人们进一步开发利用（垦荒、放牧、砍柴）的对象。在一定的水源条件下，人类水土资源利用等活动和自然营力对过渡带植被生态因子(水量、水位、盐分含量、土壤物化性质)的改变，该地段不可避免地将发生植物群落逆向演替、土地荒漠化的现象。目前干旱区荒漠化发生最为普遍的区域几乎都在绿洲―荒漠交错带。如准葛尔盆地古尔班通古特沙漠南缘、河西走廊绿洲边缘区等。
2．区域特征：
依靠高大山体对水汽的阻挡，干旱区基本存在一个完整的自然带图谱[8]，水分因素是控制自然带谱分布的关键因素。当水分由于某种原因，如河流，泉水溢出等，相对集中于某些区域时，在这些区域就形成了绿洲。随水分的减少，绿洲植被类型由隐域性的湿生植物类型向显域性的旱生和超旱生荒漠植物类型转变，两者之间的过度区域，就是通常所谓的绿洲―荒漠交错带。在自然条件下，经过长期的演变，这个区域的生态系统处于与气候相适应的稳定的气候顶级系统。绿洲荒漠交错带在功能上不仅可以作为牧场承载牲畜和野生动物，而且还可以增加下垫面的粗糙度，抑制沙漠化的发展，保护绿洲免遭风沙的侵袭。同时绿洲荒漠交错带也是绿洲生态系统与荒漠生态系统发生能量、物质、信息交换最频繁的界面区域，生境脆弱、敏感，其荒漠化状况是对人类活动强度和自然营力（气候）变化等外部干扰条件的直接反映和浓缩。对这一地区的研究，一直是干旱区与荒漠化有关研究的重点区域。
位于准葛尔盆地的古尔班通古特沙漠，属于固定和半固定沙漠。虽然这里沙漠植被稀疏，自然生产力很低，但对于沙丘的固定却起到重要作用。上世纪五、六十年代以后，生产建设兵团在沙漠边缘的绿洲与绿洲―荒漠交错带，建立了很多国营农场。以天山北麓，古尔班通古特南缘为例，仅占全疆土地总面积的8.67%，但工农业生产总值占全疆工农业生产总值的51.26%，而工业生产总值则占全疆工业生产总值的70.24%，成为全疆工农业生产水平最高的地区[9]。由于人类活动过于剧烈，本区绿洲沙漠过渡带的自然环境，特别是自然植被受到严重破坏。夏训诚等的研究表明[10]，在50年代，固定和半固定沙丘占据了沙漠的大部分，但是在80年代，沿着沙漠和绿洲的结合部（过渡带），已经出现了一条500公里的带状活动沙丘，波及的县和国营农场有20个。在莫索湾垦区，活动沙丘出现在许多地方，宽度范围在5-20km，成为当今这个地区的一个严重的环境问题。
另一种在干旱区广泛存在并因人类活动而危害加剧的现象是土壤的盐碱化。由于水资源利用不合理，地下水位上升导致的土壤盐渍化，是灌溉农业发展过程最易产生的问题。干旱区由于蒸发强烈，降水极少，土壤更容易因不合理灌溉而发生盐渍化，这是新疆农业与土壤研究中最重要的问题。对于绿洲―荒漠交错带而言，开荒后的土壤，由于不合理的管理，土壤肥力严重下降，发生盐碱化化被迫撩荒，在很多地区都普遍存在。由于原有植被已遭破坏，土壤结构也因盐碱化而恶化，很难在有新的植被重新生长，成为新的风沙源，加剧了自然环境的恶化。李述刚、王周琼等自70年代就开始对准葛尔盆地中分布的比较典型的荒漠碱化土壤类型、特征进行了研究，对荒漠碱化土壤的化学特性[11]、粘土矿物[12]、腐殖质特征[13]进行了专门的论述。在对多年工作进行系统总结的基础上，他们其专著中[14]，集中论述了荒漠碱化土壤的形成、类型、特性及其改良，并在系统分类中划分出了荒漠碱土。对荒漠碱土的认识与治理，同样也是绿洲―荒漠交错带治理的重要组成部分。
绿洲荒漠过度带在干旱区处于特殊的地位。一方面，其受到严酷自然条件的限制，遮盖区域的生态系统极其脆弱。另一方面，人类的各项活动，基本都是以负面影响为主，如樵采、放牧、开荒等，破坏的强度远远大于保护的强度。通过对植被与荒漠环境相互关系的长期研究，黄培佑[15]首先指出了开发造成景观分化的有关现象，并提出了绿洲开发过程中形成的由单一景观向绿洲、绿洲界外区及维持自然状态荒漠三类实体转化的过程。这个界外区的范围，基本与前述的绿洲荒漠交错带的范围相当。由于人类活动的强烈影响（过度放牧，樵采，开荒等），使这一地区出现植被衰退、生态系统濒临崩溃、固定沙丘活化等现象。也有一些研究人员[16]，根据这个观点，对界外区的成因与范围进行了研究，结论是过度樵采与放牧是其植被严重退化的导因，并根据人类活动的涉及范围，界定其为绿洲外沿40-60km的范围，而以0-40km的环带为甚。在对阜康新老绿洲及绿洲―荒漠交错带的研究中，潘晓玲[17]提出，：这一植被带（绿洲―荒漠交错带）已从真正意义上的过渡带而转变为断裂带，此区也由维护绿洲稳定的屏障演变成威胁绿洲存在的外患。
3．研究概况：
绿洲―荒漠交错带植被的退化，首先是在干旱区环境的背景下进行的。由于严酷的自然条件。如干旱少雨，土壤贫瘠且含盐量高等因素，尽管在人类活动影响很小的条件下，这个区域的植被能够以顶级生态系统的形式存在。但由于植物种类少，覆盖度低，类型结构简单，生态系统的结构功能、物质与能量的输入与输出，处于很不稳定的状态，平衡极易打破。导致绿洲―荒漠交错带退化的原因，从大的方面可分为人为因素与自然因素。
近年来，对自然因素的影响，各种研究首先集中于全球变化异常方面，特别是中纬度地区的气候向暖干方向发展的趋势。如王涛等[18]认为，由于全球特别是中纬度地区气候向暖干方向的发展，是有利于沙漠化发展的大的生态背景。高尚玉等[19]指出：中国风沙灾害加剧是在气候趋于干燥化的背景下，人类大面积发展沙区生产造成的，并认为未来中国风沙灾害的发展主要取决于气候增温背景下的降水时空分布、沙区风力变化与土地利用格局调整。通过对我国沙尘暴灾害的研究，史培军等认为[20]，强沙尘暴的逐年加剧，是在气候干暖化背景下，沙化土地扩展的结果。董光荣等[21]对50年代以来北疆气候波动的研究表明，其总的趋势是向干旱化方向发展。通过对上述研究的总结，可以认为，当前全球气候的变化，特别是中纬度地区气候向暖干方向发展的趋势，为干旱区绿洲―荒漠交错带的退化，提供了大的背景。
绿洲作为发育在干旱区的隐域性景观，全球气候的变化无异是控制其存在与发展的基础因素。但近50年来，绿洲规模的迅速扩大与绿洲―荒漠交错带的严重退化，人为因素起到了主要的作用，是当前众多研究人员所达成的共识。对有关古尔班通古特沙漠南缘历史文献的研究表明[22]，在人类影响很少的时候，这个区域的植被是非常茂盛的。现仍可看到的古丝绸之路北道，又称唐朝路，说明在这个地区曾经存在过绿色走廊。建国初期的调查也表明，这一地区存在大面积的天然梭梭[23]。即使现在，保护较好的部分地段，如阜北农场以东，唐朝路以北，仍然存在植被覆盖度在30%以上的梭梭林22万亩。
考虑到人为因素，对于绿洲―荒漠交错带的土地退化，也许用Bridges[24]所提出土壤退化的定义可以更好的描述：由人类引发的降低土壤当前或未来支持生命生存的能力。所以，土地生产力的恢复和植被的再生是这一地区的核心问题。由于绿洲―荒漠交错带的退化已成为严重问题，地方政府和群众为此做出了相当努力。近来，随着经济的发展，煤已逐渐取代木柴，群众砍伐灌木作为燃料的量越来越少。政府和群众的环境意识大大加强，大多数绿洲―荒漠交错带已处于封育或相对封育状态。自然生态系统处在恢复之中，但由于条件恶劣，恢复的速度极慢。然而，这一地区还存在另一潜在压力。这一压力主要来源于发展经济以改善生活条件和提高营养水平的愿望，这就导致对于荒漠土地生产力和农田面积的较大需求。近年来牧业的发展和不适当的开荒，使这一潜在的压力，变成了破坏的事实。不论什么时候，来自经济发展的强烈需求，总会使自然环境就处在威胁之中。这一问题非常复杂，仅靠简单的植被恢复和再生根本无从解决。正如Roose[25]所指出的：一些现代方法的失败，并不全是技术原因，也包含了文化、社会和经济原因。Briges[26]也指出，这些问题的产生，有些直接与土壤和物理环境相关连，有些则是一系列社会因素和经济综合因素综合作用的结果，必须对其进行综合治理。
4．国内外研究实例：
绿洲沙漠过渡带退化的显著标志为生态系统的逆向演替，生态系统的濒临崩溃。生物的方法，包括生物恢复与重建就成为对这一地区进行治理的有效方法。生态学的，特别是恢复生态学（Restoration Ecology）的各种理论与方法，在研究与实际中得到了广泛的应用。国内外大量的研究人员，不仅在理论上进行探讨，而且进行了大量的长期实验，探索干旱区退化生态系统的恢复与重建。
Floch[27].报道了位于突尼斯南部干旱区的一项长期生态重建实验。利用当地原生的多年生草本植物，对不同草种按一定的比例混合，进行人工播种与管理。经过4年的实验，与对照相比生态系统相比，人工重建生态系统的各项指标表明，其演替方向已明显转向正向演替。利用包括生态学与经济学理论在内的综合方法，Ovalle[28].等在智利中部的干旱区进行了长达10年的实验。他们认为，利用各种方法，生态恢复与重建是可行，但需要持续很长的时间。在这期间，为土地所有者提供具有现实利益的产品如薪柴、牧草等，是长期生态恢复与重建必须考虑的重要因素。Roose[25]等的注意力则转向历史调查，通过对北非农民的一项传统方法，“ZAI”方法，的发掘与整理，结合现代的恢复生态学理论，他们成功的提出了一种生态恢复与重建方法。“ZAI”方法的操作为，在严重结壳的土地上，相隔一段距离，开挖一个集水坑，施入一定量的有机肥，并将作物种子与当地的一种灌木同时种入。由于地表结皮可作为径流汇集区，雨水及其携带的各种有机物（枯枝落叶等），汇入集水坑，灌木的生长为作物提供对风沙等危害的保护，集水坑中汇集的有机质则吸引了当地白蚁的定居，而白蚁在地下的活动，则改善了土壤的物理结构，使雨水能更快的渗入土壤下层。通过对北非与西亚干旱与半干旱区生态恢复与重建50年研究与实践的回顾，Houerou[29]得出了以下结论：
⑴．封育是一种有效的方法。对干草原地区，3-5年就可产生明显成效，但在针叶林与硬叶林地区则可能需要长达25-30年。
⑵．对封育地区有控制的利用，与完全封育相比，效果一样，或者可能会更好。
⑶．植树造林通常在年降雨200mm以上地区才能成功，但如果采用合适的品种，在年降雨量较低的地区也能实现。
⑷．人工重建能在短时间内取得很好的成效，但重要的是后续的管理要跟上。
⑸．生态恢复与重建的最大限制因素仍然是造成生态破坏的那些因素。这些因素通常属于社会经济与社会文化因素，它们决定了生态恢复与重建的速度与成功与否。
我国干旱区面积广大，以新疆而论，也有大量的研究。位于准葛尔盆地古尔班通古特沙漠南缘的北疆地区，仅占全疆土地总面积的8.67%，但工农业生产总值占全疆工农业生产总值的51.26%，而工业生产总值则占全疆工业生产总值的70.24%，成为全疆工农业生产水平最高的地区9。由于特殊的自然条件，绿洲沙漠过渡带对本区的农牧产品生产起着重要作用，一方面它是绿洲的外缘，是保护绿洲的屏障，另一方面，它又是重要的冬春季牧场，是本区牧业生产的基地。建国前，北疆地区主要一牧业为主，人类影响很小。然而，经过半个世纪的开发，土壤和植被均严重退化。沙漠和绿洲边缘的过渡带受到严重破坏，出现了活动沙丘带，绿洲处在威胁之中。针对过渡带生态系统的退化、恢复与重建，开展了许多研究，也使用了很多技术措施来促进退化自然植被恢复与再生。
在莫索湾地区，由于过渡带沙丘活化，对绿洲农业生产构成了严重的威胁。本区的绿洲―荒漠交错带的恢复与治理，主要采用了生态恢复的方法。根据对测量数据进行分析后得出结论[30]：莫索湾沙漠地区的降雨量至少必须为3mm以上，才有可能产生径流。通过收集径流水，一些研究人员[10]尝试在古尔班通古特沙漠南缘和莫索湾绿洲的结合部营造梭梭林（Haloxylon ammodendron），取得可喜成绩。根据观察，集水区内1m的土体的含水量高达3.34%，而对照区同期则为1.67%。此外，利用秋季供水矛盾缓解的时机，还尝试将一部分灌溉水引入弃耕地，将多余水分用于造林。基于对苗床的不同处理，灌溉量从750立方米到1400立方米不等，在次年春季造林，效果很好。尽管这种灌溉几年才能进行一次，不能满足一般乔灌木正常生长的要求，但对梭梭等旱生灌木的生长，却提供了良好的条件。在对本区的各项研究与实际做了全面的总结后，对于沙丘活化的原因，他们提出了以下3个原因：1.强度樵采；2.过度放牧；3.滥垦。
风化煤与草炭在改良土壤方面的研究很早就已进行。通过使用不同的土壤，与有机肥、化肥料和草炭按不同比例混合，Bouyoucos[31]发现有机物的增加提高了土壤水分的含量和容积。Salter[32]利用回归分析，指出土壤保水能力与有机碳含量的百分比线性相关。新疆具有丰富的风化煤与草炭储量。利用草炭及草炭制剂，绿洲―荒漠交错带进行无灌溉及少量灌溉植树，另外，适应于农业发展的迫切要求，施加草炭，可以尝试改善碱化砂壤土的质量，对沙漠中一些被撩荒的土地进行复垦。通过长期的定位实验，取得了很大的成绩。在草炭绿化荒漠的实践与机理一书中，王周琼等对大量的实验结果进行了初步的总结[33]。从已取得的成果来看，在无灌溉与少灌溉植树实验中，无论是成活率还是生物量，草炭及草炭制剂的处理都要远远好于对照。特别根据干旱区具体情况，利用草炭的特性，提出了倒“T”字法和引进了“DS”（Double Sock）法进行植树，并通过大量实验对它们的效果进行了详细的说明。利用施入一定比例的草炭，并结合滴灌系统等现代灌溉技术，通过改良土壤，提高水的使用效率，减慢土壤盐化的速度，实现了对撩荒地的有效复垦。如果与适当的草田轮种制度相结合，可以有效的维持并提高土壤的质量，实现土地利用的可持续发展。从研究的思路及结果来看，该研究探索了一种对荒漠绿洲过渡带的进行综合治理的方法。
4．讨论与展望：
干旱区生态系统退化，生态平衡破坏是一个全球性的问题。如何恢复与重建被破坏的生态系统，世界各国的科学家进行了大量的长期研究与实验。从导致干旱区生态系统退化的原因来看，尽管全球气候的变化是其产生的背景原因，但几乎所有的研究都指出，人类活动的影响是产生与加剧这种现象的主要原因。本文介绍了一些国内外的研究及实践，从采用的方法来看，基本都是采用生态学的方法，这也是干旱生态系统恢复与重建的基础。但无一例外，在利用生物技术实现了部分程度的生态系统恢复与重建后，所有研究研究人员的目光都转向了社会、经济与文化因素。大量的研究表明，消除人为因素，即使不进行人为干预，干旱区的生态系统也能进行一定程度的自我恢复，尽管恢复速度很慢。有人为因素介入的恢复与重建，可以在很短时间内取得成效，但更重要的因素是如何避免破坏因素的再次出现及如何进行后期管理与维护，使已恢复的生态系统不至再次被破坏。这是一个核心问题，地方政府和群众会对自然环境的关注，共同维护，使最终取得成功的关键。
水是干旱区最重要的控制因素，前述研究都涉及了集水，保水，合理灌溉等水分保持与利用研究。生态需水的概念近年来在国内外得到了广泛的关注，并得到了广泛的研究。就目前国内的研究来看，汤奇成34认为视各地情况而异，生态用水应占水资源总量的10-20%；贾宝全2对新疆的总生态用水量的估计为26%左右；但从目前的状况来看。除了塔里木河因为绿色走廊的保护及石油开发等原因，明确的以生态用水的名义向下游放水[35]。对广大的干旱区而言，如果没有明确的、重大的原因（如交通、工业等），所谓生态用水只能停留在丰水年的汛期排洪与近沙漠农田的排水，量没有保证，质也没有保证。考虑到干旱区处于经济落后地区的现实，经济发展带来必然产生对更多用水量的要求。节水灌溉得以推广的一个重要因素是可以用节约水量灌溉更多的农田，而相对于经济发展的强烈需求，没有重大原因的生态需水，很难在有限的水资源中占据稳定的份额。
从天山北麓绿洲―荒漠交错带的具体条件来看，这一地区天然植被最稳定的水源仍然只能是降水。人类影响较小的荒漠地区，仍然存在比较好的植被说明，本区的降水量虽然很低，但仍能维持具有强大抗逆性的旱生与超旱生植被的存在，并维持相当的覆盖率。对已有的一些研究的总结表明29，干旱区植被的覆盖度，并非越高越好。由于干旱区的年降水变率通常都很大，如果植被覆盖度太高，丰水年植物的大量生长，必将过度消耗已有的土壤存储水量。一旦进入枯水年，由于水分无法满足过多植被的需求，大量植物会死亡。但从降水量及降水变率的角度，根据土壤存储水的变化，研究本区植被覆盖度的适宜范围，似乎是一个被忽视的问题,目前很少看到有关的研究，特别是针对本区特点的研究。这样的研究应该是将来生态恢复与重建的研究的一个重要方面，而且是必须加强研究的方面。
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