中國沙漠化研究的主要進(jìn)展

沙漠是沙漠的主要類型。由于其極其重要的環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題，它困擾著世界，威脅著人類的生存和發(fā)展。根據(jù)1994年簽署的《聯(lián)合國防治荒漠化公約》中“荒漠化是指包括氣候變異和人類活動(dòng)在內(nèi)的種種因素造成的干旱、半干旱和亞濕潤干旱地區(qū)的土地退化”,荒漠化過程影響著全球陸地面積的1/4和世界近10億人口,荒漠化土地每年還以5～7萬km速度擴(kuò)展。中國是世界上受沙漠化影響最嚴(yán)重的國家之一,全國沙漠、戈壁和沙漠化土地約為165.3萬km,其中主要由人類活動(dòng)導(dǎo)致的沙漠化土地約37.0萬km,沙漠化土地主要分布在北方干旱、半干旱和部分半濕潤地區(qū),從東北經(jīng)華北到西北形成一條不連續(xù)的弧形分布帶,尤以賀蘭山以東的半干旱區(qū)分布更為集中。沙漠化是由不合理的人類活動(dòng)與脆弱的生態(tài)環(huán)境相互作用所造成,表現(xiàn)為土地生產(chǎn)力下降、土地資源喪失、地表呈現(xiàn)類似沙漠景觀的土地退化。我國沙漠化發(fā)生發(fā)展的成因歸為2類,即自然成因和人為成因。在我國干旱半干旱地區(qū)沙漠化自然發(fā)生發(fā)展的現(xiàn)象普遍存在,如河流階坎灘地的自然風(fēng)蝕、流動(dòng)沙丘的自然前移、風(fēng)口地段植被的自然破壞等,其沙漠化機(jī)制一是全球氣候變化異常,特別是中緯度地區(qū)的氣候正朝著暖干的方向發(fā)展,造成大的生態(tài)背景有利于沙漠化的發(fā)生;二是存在一些不利的自然因素,如氣候干旱、降水變率大、土壤沙粒含量高、疏松易于流動(dòng)等,特別是強(qiáng)勁頻繁的起沙風(fēng)為沙漠化發(fā)生提供了強(qiáng)大動(dòng)力。自然形成的沙漠化往往規(guī)模小,程度低,并可得到自然恢復(fù),不足以造成環(huán)境的較大改變。關(guān)于沙漠化自然成因的研究已初步形成了一些理論,如過渡帶理論、脆弱生態(tài)理論、全球氣候變化理論等;而人為成因即同期人口壓力的急劇增加、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對環(huán)境的強(qiáng)烈干擾才是造成大面積生態(tài)環(huán)境惡化和沙漠化發(fā)生發(fā)展的主要原因,由于人口壓力持續(xù)增長和普遍采用亂墾、濫牧、濫樵等粗放掠奪式經(jīng)營方式,造成植被破壞,沙漠化迅速發(fā)展。關(guān)于沙漠化人為成因的研究已初步形成了諸如農(nóng)牧交錯(cuò)帶北移錯(cuò)位、人口危險(xiǎn)閾值、人口壓力與資源環(huán)境容量失衡等理論。我國的沙漠化過程按其發(fā)生性質(zhì)可分為沙質(zhì)草原荒漠化、固定沙區(qū)(沙地)活化和沙丘遷移入侵3種類型。據(jù)野外調(diào)查及對航空衛(wèi)星照片的分析,以土地利用為主的沙漠化成因中以過度農(nóng)墾為主的占沙漠化土地面積的25.4%,以過度放牧為主的占28.3%,以過度樵柴為主的占31.8%,水資源利用不當(dāng)及工礦建設(shè)破壞植被所引起的占9%;而單純由風(fēng)力作用的沙丘前移所形成的沙漠化土地僅占5.5%,可見人為因素是沙漠化過程中活躍和主要的因素。1“漠學(xué)科發(fā)展”原則的應(yīng)用進(jìn)入20世紀(jì)90年代在“以瞄準(zhǔn)國家目標(biāo)和國際科學(xué)前沿為主推動(dòng)沙漠學(xué)科發(fā)展”原則的指導(dǎo)下,在突出基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究,促進(jìn)沙漠科學(xué)整體研究水平提高的同時(shí),加強(qiáng)了相關(guān)學(xué)科的交叉和科技成果在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、環(huán)境保護(hù)與沙漠化防治中的應(yīng)用,并取得了一批水平較高的科研成果。1.1沙漠化疫情研究的主要成果風(fēng)沙物理與風(fēng)沙工程研究,進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解了風(fēng)沙問題即沙漠化的物理學(xué)原理,在風(fēng)沙氣固兩相流體動(dòng)力學(xué)、風(fēng)成基面形態(tài)運(yùn)動(dòng)、土壤風(fēng)蝕、風(fēng)沙實(shí)驗(yàn)相似理論和風(fēng)沙工程學(xué)等方面的研究都取得了很好的進(jìn)展。特別是對單一顆粒運(yùn)動(dòng)圖像有了較高清晰的了解,建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型;在經(jīng)典多項(xiàng)流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上,初步建立了風(fēng)沙氣固兩相流體運(yùn)動(dòng)學(xué)物理和數(shù)學(xué)模型,并提出1套較為系統(tǒng)和完整的風(fēng)沙實(shí)驗(yàn)相似理論參數(shù),適合不同的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)、線流實(shí)驗(yàn)情況;采用二次流的理論,對風(fēng)沙形態(tài)的生命史進(jìn)行更深入的研究。在風(fēng)沙工程的力學(xué)分類方面有獨(dú)到之處,為風(fēng)沙工程防護(hù)設(shè)計(jì)、施工奠定了理論基礎(chǔ)。如沙漠石油公路沿線風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究,為沙漠公路防沙工程設(shè)計(jì)和施工建設(shè)服務(wù),尤其根據(jù)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律總結(jié)的“風(fēng)沙流瞬時(shí)行為論”及對各種地貌單元風(fēng)沙地貌帶的劃分,既充實(shí)了防沙的理論,也指導(dǎo)了沙漠公路選線;再有把前人總結(jié)的“阻、固、輸、導(dǎo)”防沙理論成功地運(yùn)用到降水稀少、流動(dòng)性極大的沙漠公路防護(hù)工程中,將科研成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,建立綜合防沙體系248km,取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。沙漠形成演化與氣候變化研究,這方面的研究為進(jìn)一步了解沙漠化過程中自然條件的形成、演化、結(jié)合全球變化預(yù)測沙漠化奠定了基礎(chǔ),系統(tǒng)地總結(jié)了我國沙漠地區(qū)若干沉積、類型的特征及其氣候、環(huán)境意義,劃分了3代沙漠及不同時(shí)期沙漠的空間分布格局、區(qū)域分異、發(fā)展模式,重點(diǎn)研究了前第四紀(jì)紅色沙漠與第四紀(jì)黃色沙漠在氣候、環(huán)境與成因上的不同;探討了現(xiàn)代土地沙漠化的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及其未來發(fā)展趨勢與相應(yīng)的對策問題,其研究成果在青海、西藏等省(區(qū))的土地沙漠化研究與防治中成功應(yīng)用并取得良好效益。沙漠化的微氣象學(xué)研究,近10年來隨著先進(jìn)儀器的引進(jìn)和使用,沙漠化的微氣象變化研究取得了長足進(jìn)展。通過對農(nóng)田、草場、沙地的定點(diǎn)對比觀測,發(fā)現(xiàn)土地沙漠化對微氣象有顯著影響,沙漠化過程中由于下墊面的改變,正常的地表輻射平衡、熱量平衡及土壤水分平衡受到破壞,近地表湍流運(yùn)動(dòng)格局和能量分配發(fā)生深刻變化。其中植被區(qū)上方風(fēng)速廓線全天呈對數(shù)分布,白天表面邊界層厚度2.7m,夜間5m以上,地表曳力系數(shù)0.0032;流動(dòng)沙丘風(fēng)速廓線夜間呈對數(shù)分布,白天彎向In軸,表面邊界層厚度小于0.7m,地表曳力系數(shù)0.0019;由此造成沙丘表面風(fēng)速切變大,在近地表產(chǎn)生強(qiáng)大切應(yīng)力,使沙粒易跳動(dòng)。沙漠化過程中隨著植被的破壞,地表反射率急劇增犬,凈輻射和潛熱交換減少,其中未沙化區(qū)地表反射率為0.15～0.20,退化區(qū)為0.25～0.30,流沙區(qū)為0.35～0.40。嚴(yán)重沙漠化土地顯熱通量和潛熱通量傳輸明顯改變,地層中熱通量百分率明顯增加,潛熱通量則減少,沙丘表面溫度位相滯后時(shí)間短,日較差大,空氣絕對濕度最低。隨著人工植被的建立,其反射率降低,風(fēng)速的垂直切變減小,且由于有植物的存在而不能直接作用于地表,植被層吸收了氣流的大部分動(dòng)量,從而對地表產(chǎn)生保護(hù)作用,減小了地表沙粒的活性,有利于地表的固定,并具有增溫和增濕作用。在這些觀測研究的基礎(chǔ)上,沙漠化對微氣象影響的數(shù)值模擬研究也得到發(fā)展,并初步提出了用地表反射率、風(fēng)速廓線、潛勢交換等微氣象指標(biāo),結(jié)合植被蓋度,對沙漠化程度進(jìn)行評價(jià)的方法。1.2沙漠化災(zāi)害遙感監(jiān)測評價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)用遙感和GIS技術(shù),開展了我國北方大范圍的沙漠化土地分布與發(fā)展、沙漠化及其災(zāi)害發(fā)生和過程的研究,使沙漠化的研究進(jìn)入定量分析和經(jīng)濟(jì)評價(jià)階段。以“八五”國家科技攻關(guān)專題“中國北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶沙漠化災(zāi)害遙感監(jiān)測評價(jià)”研究為例,在完成全國1:400萬沙漠化災(zāi)害危險(xiǎn)程度分區(qū)評價(jià)圖的基礎(chǔ)上,以毛烏素和科爾沁沙地為主,基于TM數(shù)據(jù)信息源,在GIS的支持下建立這2個(gè)地區(qū)沙漠化災(zāi)害背景數(shù)據(jù)庫,開展沙漠化災(zāi)害發(fā)生及其行為規(guī)律研究、沙漠化及其災(zāi)害分類分級和指標(biāo)體系的研究、沙漠化及其災(zāi)害遙感監(jiān)測評價(jià)模型和遙感特征信息提取方法的研究;建立沙漠化災(zāi)害遙感監(jiān)測評價(jià)試運(yùn)行系統(tǒng)。其中沙漠化遙感監(jiān)測的指標(biāo)體系是關(guān)鍵問題之一,研究表明,有助于沙漠化過程環(huán)境條件存在的指標(biāo)主要為自然指標(biāo),即風(fēng)蝕地、沙地或沙丘增長的活動(dòng)數(shù)據(jù),沙塵暴,降水的季節(jié)和年度變化,風(fēng)速和風(fēng)向,土壤有效深度和有機(jī)質(zhì)含量,地下水位深度和質(zhì)量以及地表反射率等;生物學(xué)和農(nóng)業(yè)指標(biāo),即植被覆蓋率、生物生產(chǎn)量、關(guān)鍵植物種的分布和頻數(shù),土地利用狀況(如農(nóng)、牧、樵采、工礦、水資源利用等)、農(nóng)作物的產(chǎn)量、家畜成分及產(chǎn)量和各種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的投入等;社會(huì)指標(biāo),即民居形式、人口的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、變化過程及其趨勢,公共健康指數(shù)及特定時(shí)期內(nèi)的政策等。根據(jù)我國北方沙漠化過程、人類活動(dòng)特點(diǎn)和已有的監(jiān)測研究結(jié)果,總結(jié)出下列在利用遙感和計(jì)算機(jī)手段獲取及分析信息方面具有直接應(yīng)用價(jià)值的指標(biāo),即風(fēng)蝕地或流沙面積所占該地區(qū)面積的百分比;單位時(shí)間內(nèi)風(fēng)蝕地或流沙面積年均擴(kuò)大所占該地區(qū)面積的百分比;地表植被覆蓋度(主要指草場、林地);生物生產(chǎn)量。在上述工作基礎(chǔ)上選擇一個(gè)時(shí)段(1987年和1993年的TM數(shù)據(jù))對毛烏素沙區(qū)進(jìn)行了連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測,對比分析結(jié)果表明,1987～1993年沙漠化土地面積由3.259萬km(占監(jiān)測區(qū)域總面積的67.5%)下降到3.065萬km,總體處于逆轉(zhuǎn)過程中,平均每年約有276.6km土地得到治理。據(jù)此監(jiān)測結(jié)果,結(jié)合當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)及環(huán)境變化情況,可以開展更為詳細(xì)的沙漠化逆轉(zhuǎn)原因、效益等方面的綜合評估。但從整個(gè)北方而言,進(jìn)入90年代沙漠化土地的蔓延又有加速的趨勢,以每年2460km的速度擴(kuò)展,形勢更為嚴(yán)峻。1.3草地沙漠化與景觀生態(tài)學(xué)沙漠化與植被演替研究,近年的研究結(jié)果表明,沙質(zhì)草地植被的演替與一般草地不同,沙區(qū)植被的演替大多數(shù)是與土地沙漠化程度相關(guān)聯(lián),植被演替階段往往和土地沙漠化程度互為前提。沙區(qū)植被沙漠化演變既有漸變,又有突變,這種漸變和突變既受制于土地沙漠化程度,又決定于其本身的結(jié)構(gòu)功能;在不同類型沙漠化土地間,植被為突變;在相同類型沙漠化土地內(nèi),輕度沙漠化土地上的植被為漸變,重度沙漠化土地植被為突變。但植被退化方式和速度往往與其成因不同而存在較大差別,因放牧引起的草地沙漠化,其規(guī)律是生物多樣性、植被蓋度、草層高度、牧草產(chǎn)量均呈明顯下降;多年生牧草首先從草地中退出,然后家畜喜食的1年生牧草退出,草地最終將以家畜不喜食或不食的劣質(zhì)牧草和有害牧草占優(yōu)勢。在蓋度下降到一定程度時(shí),地表首先出現(xiàn)小的裸斑,小裸斑逐步擴(kuò)大并連片,最終地面全部沙化。由風(fēng)沙危害及水分狀況等原因引起的草地沙漠化過程與放牧引起的土地沙漠化過程有相似之處,但也有區(qū)別,其區(qū)別主要表現(xiàn)在由沙丘陰坡到沙丘陽坡,由濕地向旱地、由固定沙地到流動(dòng)沙地植被迅速惡化;其速度明顯高于放牧引起的植被退化,但植被高度和產(chǎn)量不一定下降,只是植被蓋度和植物種組成迅速減少。沙地退化植被在有利環(huán)境條件下發(fā)生正向演替,植物種組成、植被蓋度、高度均明顯增加,群落中草本植物比重增大。沙漠化與景觀生態(tài)學(xué)研究,近年來景觀生態(tài)學(xué)研究已滲透于沙漠化科學(xué),研究表明,土地沙漠化過程與景觀結(jié)構(gòu)特征變化密不可分。從景觀尺度而言,初始小尺度的沙漠化常和一定立地類型地表的蝕、積過程相關(guān),但并不影響景觀特征;沙漠化發(fā)展到中尺度時(shí),沙丘的固定程度就會(huì)發(fā)生變化,這時(shí)景觀特征發(fā)生變化,但不影響景觀屬性;當(dāng)大尺度的沙漠化發(fā)生時(shí),則景觀屬性發(fā)生變化,原同一屬性景觀要素(如斑塊)分化成具不同屬性的景觀要素。在人工固沙區(qū)、圍封保護(hù)區(qū)和流動(dòng)沙丘區(qū)3種沙地景觀類型中,人工固沙區(qū)景觀空間格局最復(fù)雜,有高的異質(zhì)性;其次為圍封保護(hù)區(qū);流動(dòng)沙丘區(qū)景觀格局最簡單。在沙漠化發(fā)展過程的作用下(過度放牧、過度砍伐、過度開墾的過程)沙地景觀格局趨向簡單,異質(zhì)性降低;在沙漠化逆轉(zhuǎn)過程的作用下(沙漠化治理過程)景觀格局趨向復(fù)雜,異質(zhì)性增加。在不同的景觀類型中,斑塊格局因受不同的作用過程影響其變化規(guī)律各異,在人工固沙區(qū)由于主要受人工固沙措施作用過程的影響,斑塊類型從固定沙丘、半固定沙丘、半流動(dòng)沙丘到流動(dòng)沙丘,格局多樣性逐漸增高,斑塊格局趨向復(fù)雜。在圍封保護(hù)區(qū),由于受季節(jié)性放牧、樵采和植被自然恢復(fù)等不同過程的多重影響,固定沙丘斑塊和流動(dòng)沙丘斑塊的空間結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜,格局多樣性高;而半固定沙丘和半流動(dòng)沙丘格局多樣性低,空間結(jié)構(gòu)簡單。因此,可根據(jù)土地沙漠化趨向、景觀特征指標(biāo)等在不同的時(shí)空尺度上評價(jià)沙漠化發(fā)展程度。1.4研究內(nèi)容的內(nèi)涵過去有關(guān)沙漠植物的逆境生理學(xué)研究主要集中于沙漠植物的生理特征研究,其比較深入研究的方面為沙漠植物的水分生理研究如植物的束縛水、自由水研究,蒸騰系數(shù)和速率研究及水分虧缺研究等。近10年來已開始注意沙漠化過程與植物生理變化的關(guān)系及植物對沙漠化適應(yīng)機(jī)制和對策的研究,研究內(nèi)容涉及植物的形態(tài)解剖、光合速率、保護(hù)酶系統(tǒng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化、質(zhì)膜透性及膜脂過氧化作用、植物的抗逆演替等,并得出有意義的結(jié)論,如沙地植物在干旱高溫逆境條件下光合曲線呈雙峰型或低緩型,光合速率低,而濕潤條件下呈單峰型,光合速率高。含水量高的植物,光合速率和蒸騰速率亦高,環(huán)境脅迫下氣孔調(diào)節(jié)程度低,水分利用效率亦低,含水量低的植物則相反;高溫、干旱條件下抗性強(qiáng)的植物細(xì)胞失水少且慢,復(fù)水后細(xì)胞恢復(fù)吸水,可溶性糖、脯氨酸積累迅速,保護(hù)酶活力可迅速增強(qiáng),且與膜脂過氧化作用成負(fù)相關(guān),細(xì)胞膜表現(xiàn)出良好的彈力,抗逆性弱的植物則相反;沙地植被演替實(shí)質(zhì)是在環(huán)境變化過程中植被依據(jù)其主要植物種抗逆類型、方式和能力進(jìn)行優(yōu)勢種更替,是植被抗逆類型的演替,在流動(dòng)沙地向固地沙地演替過程中植被抗逆性演替規(guī)律為從躲避干旱向生理抗旱發(fā)展,從抗風(fēng)沙型向抗旱型發(fā)展,從單一繁殖方式向多種繁殖方式發(fā)展。1.5沙漠化對植被的影響近年來隨著對沙地退化生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量流動(dòng)過程的深入研究,進(jìn)一步闡明了沙漠化對生態(tài)系統(tǒng)的危害機(jī)制。研究結(jié)果表明,農(nóng)田沙漠化過程中首先表現(xiàn)為土壤粗化,肥力降低,持水供水能力下降,地表溫度日變化強(qiáng)烈,種植作物后土壤水分難以保持平衡,在正常降水或常規(guī)灌溉制度下,作物常因土壤供水不足而導(dǎo)致氣孔關(guān)閉,水分循環(huán)受阻,光合能力降低,植株細(xì)弱矮小,由于水分生產(chǎn)效率和光能轉(zhuǎn)化率降低,使生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力下降,嚴(yán)重時(shí)顆粒無收,使農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)崩潰。對于草地生態(tài)系統(tǒng),沙漠化首先導(dǎo)致風(fēng)沙活動(dòng)增強(qiáng),微環(huán)境惡化,使抗風(fēng)沙能力差的高大、寬葉、生育期長的植物消失,生物多樣性降低,群落結(jié)構(gòu)趨于簡單、稀疏,由于植被總蓋度降低,葉面積指數(shù)下降,使進(jìn)入草地生態(tài)系統(tǒng)的能量減少,物質(zhì)轉(zhuǎn)化進(jìn)程受阻,生產(chǎn)力下降。同時(shí)植被的凋落物和土壤微生物種群減少,使返還土壤的有機(jī)質(zhì)下降。由于植被生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)能量輸入輸出不平衡,系統(tǒng)很難維持穩(wěn)定,最終受到破壞。對于在流動(dòng)沙地上建立的人工生態(tài)系統(tǒng),隨著植物種群蓋度的增加,土壤水分狀況趨于惡化,因而不利于先鋒植物的生長,土壤形成結(jié)皮后表層緊實(shí)度增加,不利于沙生植物種子的入土和萌發(fā),因而先鋒植物競爭力逐漸衰弱,最終被后來種所代替。1.6流域水土資源合理利用的系統(tǒng)規(guī)劃近10年來結(jié)合我國沙漠化地區(qū)區(qū)域開發(fā)和環(huán)境治理,開展了一些專門問題的研究,如西北地區(qū)水資源可利用量與林業(yè)建設(shè)、河西地區(qū)水資源承載力、風(fēng)沙土和干旱土以及綠洲灌淤土等的系統(tǒng)分類。同時(shí)緊緊圍繞以流域?yàn)閱卧馁Y源環(huán)境系統(tǒng)研究,建立了一些典型流域的水、土、氣候、草場等流域資源系統(tǒng),對以流域?yàn)閱卧馁Y源利用、人類活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境問題的相互作用有了深刻的認(rèn)識(shí),提出了流域水土資源合理開發(fā)利用的系統(tǒng)理論,完成了幾個(gè)典型地區(qū)的流域規(guī)劃。“九五”期間比較熱門的研究內(nèi)容有氣候變化對干旱農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和水資源的影響、荒漠綠洲水分平衡與可持續(xù)發(fā)展、河西走廊經(jīng)濟(jì)發(fā)展與綠洲生態(tài)環(huán)境保護(hù)與建設(shè)、綠洲邊緣地區(qū)農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)科技示范、集雨高效農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范、黃淮海平原沙地生態(tài)農(nóng)業(yè)等。1.7沙漠化土地綜合治理模式及技術(shù)沙漠化整治模式和技術(shù)研究是沙漠化科學(xué)研究的重要內(nèi)容。近10多年來在全國沙漠化發(fā)展過程、趨勢監(jiān)測的研究和沙漠化土地整治宏觀戰(zhàn)略研究的同時(shí),還重點(diǎn)進(jìn)行了沙漠化土地區(qū)域綜合整治的研究,如中國科學(xué)院蘭州沙漠研究所在不同類型的沙漠化(風(fēng)沙化)地區(qū)建立了9個(gè)整治實(shí)驗(yàn)站,探索不同類型沙漠化(風(fēng)沙化)土地的整治模式和技術(shù),建立顯示效益的示范樣板區(qū),以推動(dòng)區(qū)域沙漠化整治。另外中國科學(xué)院新疆生物土壤沙漠研究所、中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所、中國科學(xué)院長春地理研究所和國家林業(yè)部及有關(guān)各省的林業(yè)機(jī)構(gòu)相繼建立了實(shí)驗(yàn)站或治沙林場,共同承擔(dān)三北地區(qū)沙漠化區(qū)域整治的研究任務(wù),使局部地區(qū)生態(tài)和生產(chǎn)有所改善,我國北方10%的沙漠化土地已經(jīng)開始逆轉(zhuǎn)。開發(fā)了一些新的沙漠化土地綜合治理模式和技術(shù),其中應(yīng)用范圍比較廣的有適于半干旱農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)的奈曼“生態(tài)網(wǎng)”、“多元系統(tǒng)”、“小生物圈”及鄉(xiāng)、村、戶3級沙漠化土地綜合治理模式,該系列模式是在鄉(xiāng)一級有計(jì)劃的大規(guī)模營造防風(fēng)固沙林網(wǎng),在村一級采取調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、封沙育草、固沙造林、建設(shè)基本農(nóng)田和發(fā)展農(nóng)林牧生產(chǎn)等一系列措施進(jìn)行全方位治理,在戶一級則是采取分散居住,在水熱條件較好的丘間甸子地按農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)、林帶保護(hù)區(qū)、草地緩沖區(qū)、放牧區(qū)安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和沙漠化治理,三級模式形成了1套比較完整有效的沙漠化治理體系。還有適于半濕潤風(fēng)沙區(qū)的延津、禹城沙化土地治理與農(nóng)業(yè)高效開發(fā)模式,該模式主要是根據(jù)黃淮海地區(qū)水熱條件較好和交通便利等有利條件,對沙化土地實(shí)施改造,種植果樹、花卉等高產(chǎn)值經(jīng)濟(jì)作物,生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益極為明顯。還有河北壩上沙漠化治理模式,西藏一江兩河地區(qū)的生物防沙和生態(tài)農(nóng)業(yè)模式等均取得了良好效果。近10年新研究開發(fā)成功的沙漠化治理和沙地農(nóng)業(yè)開發(fā)技術(shù)主要包括適合半干旱區(qū)的沙地襯膜水稻栽培技術(shù)、沙地小麥栽培技術(shù)、沙地甘草、麻黃栽培技術(shù);適合高寒地區(qū)的高寒沙化地區(qū)西瓜、玉米、小麥栽培技術(shù);適合干旱區(qū)的綠洲節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)、綠洲防護(hù)林營造技術(shù)、咸水灌溉技術(shù)等,這些技術(shù)對我國沙漠化治理起到了巨大的推動(dòng)作用。中國沙漠化科學(xué)研究的成果也為世界同行所矚目,在流沙固定原理與技術(shù)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平,在沙漠化土地防治方面處于世界先進(jìn)水平,沙漠化防治模式和經(jīng)驗(yàn)尤其受到國際上的重視,1987年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)與我國簽定協(xié)議,以中國科學(xué)院沙漠研究所為依托建立“國際沙漠化治理研究培訓(xùn)中心”,該“中心”受聯(lián)合國委托舉辦了12期國際沙漠化防治培訓(xùn)班和8次大型的國際學(xué)術(shù)會(huì)議,培訓(xùn)人員300多人,涉及40多個(gè)國家和地區(qū),這表明中國的沙漠化研究已走向世界。2中國荒漠化研究進(jìn)展2.1沙漠化地區(qū)水土資源保護(hù)與發(fā)展機(jī)制研究中國的沙漠化研究為西北地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)做出了突出的貢獻(xiàn),取得了一大批科研成果和上百億元的經(jīng)濟(jì)效益。21世紀(jì)我國沙漠化的研究應(yīng)突出以下幾個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的工作,一是風(fēng)沙物理與沙漠環(huán)境研究,以野外試驗(yàn)站、獨(dú)特的室內(nèi)風(fēng)沙環(huán)境風(fēng)洞、野外土壤風(fēng)蝕風(fēng)洞為依托,在深入研究自然因素、人文因素和沙漠化土地對前兩類因素反饋?zhàn)饔迷诓煌瑫r(shí)間尺度上對沙漠化過程的作用機(jī)理及其貢獻(xiàn)率的背景下,建立現(xiàn)代沙漠化過程中各種驅(qū)動(dòng)因素的識(shí)別和作用機(jī)制模式,結(jié)合現(xiàn)代沙漠化土地相鄰生態(tài)系統(tǒng)界面上的物質(zhì)與能量流動(dòng)規(guī)律以及未來人類活動(dòng)和全球變化趨勢研究成果,建立能夠使自然因素、人文因素和沙漠化土地相互耦合的沙漠化過程動(dòng)力模型,并較準(zhǔn)確地預(yù)測未來沙漠化發(fā)展態(tài)勢;二是沙漠化地區(qū)恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究,主要開展干旱區(qū)脆弱生態(tài)環(huán)境形成演化的生態(tài)過程與土地沙漠化的生物學(xué)機(jī)制,干旱區(qū)不同等級和尺度下生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能與能流、物流、信息流,沙漠化及其逆轉(zhuǎn)過程中景觀格局、生物多樣性時(shí)空變化動(dòng)態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性關(guān)系及其維持機(jī)制,荒漠植物種對嚴(yán)酷環(huán)境生態(tài)適應(yīng)機(jī)制方面研究;三是沙漠化地區(qū)水土資源利用與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究,主要研究典型類型區(qū)不同時(shí)間與空間尺度的水平衡,開展沙漠化地區(qū)水土資源開發(fā)利用的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析,對全球變化背景下沙區(qū)環(huán)境和資源變化及其利用作出量化趨勢預(yù)測。針對西北“山川秀美”工程和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展所面臨的重大資源環(huán)境問題,研究沙漠化地區(qū)水土資源優(yōu)化配置和資源優(yōu)勢向經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化的模式。研究沙漠化地區(qū)農(nóng)業(yè)工程技術(shù),特別是高產(chǎn)高效技術(shù),提出糧食高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略;四是沙漠化逆轉(zhuǎn)過程及其整治模式研究,以不同地帶野外研究試驗(yàn)站為依托,開展不同類型沙漠化土地逆轉(zhuǎn)的戰(zhàn)略研究和整治模式及技術(shù)體系的探討,建立顯示效益的示范樣板區(qū),推動(dòng)區(qū)域沙漠化整治;五是建立完善中國沙漠化監(jiān)測、評估與決策、管理系統(tǒng),利用“3S”等高新技術(shù),建立資源環(huán)境信息系統(tǒng),為區(qū)域沙漠化防治的科學(xué)規(guī)劃和管理服務(wù)。2.22土地沙漠化過程中貢獻(xiàn)率的研究進(jìn)展盡管我國開展沙漠化研究與防治已有半個(gè)世紀(jì),但沙漠化一直在加速擴(kuò)展,目前我國沙漠化防治仍處于“局部治理,整體惡化”的嚴(yán)峻態(tài)勢。除國家投入不足和政策失誤等原因外,沙漠化發(fā)生機(jī)制不清楚,尚未建立比較完善的沙漠化防治理論和技術(shù)體系也是重要原因之一。沙漠化過程與防治中許多科學(xué)問題的解決,需要以沙漠和沙漠化科學(xué)為主的多學(xué)科交叉與綜合集成。為發(fā)展沙漠科學(xué)理論,促進(jìn)相關(guān)學(xué)科的交叉和邊緣學(xué)科的發(fā)展,擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題有沙漠化過程中自然與人為影響因素指標(biāo)的確定與量化方法,沙漠化過程的起因主要包括氣候變化和人類活動(dòng)兩個(gè)方面,二者在土地沙漠化中的貢獻(xiàn)率及其耦合效應(yīng)是國際科學(xué)界長期懸而未決的問題。復(fù)原特征時(shí)期沙漠與沙漠化土地空間格局,通過對比、系統(tǒng)分析建立與提取沙漠化過程響應(yīng)氣候變化和人為干擾的判據(jù)指標(biāo)及量化方法,是必須解決的關(guān)鍵問題;多場耦合的近地層風(fēng)沙流運(yùn)動(dòng)的力學(xué)模型,在地表?xiàng)l件與氣象環(huán)境已知的前提下,建立在風(fēng)場和電場作用下沙粒流運(yùn)動(dòng)的力學(xué)模型是風(fēng)沙物理學(xué)研究的關(guān)鍵課題。通過對風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的不同力學(xué)機(jī)制建模(如碰撞起跳,湍流激發(fā)機(jī)制,沙粒運(yùn)動(dòng)與流體的相互作用,氣-固交界面的物質(zhì)、動(dòng)量和能量等的交換規(guī)律等),采用概率和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,實(shí)現(xiàn)微(細(xì))宏觀不同尺度風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)模型的關(guān)聯(lián)和過渡,給出適于計(jì)算機(jī)仿真的近地層風(fēng)沙流運(yùn)動(dòng)模式;土壤風(fēng)蝕因子參數(shù)化及風(fēng)蝕容忍量的確定,這是進(jìn)行土壤風(fēng)蝕定量評價(jià)必須解決的關(guān)鍵問題,土壤風(fēng)蝕定量評價(jià)要依靠土壤風(fēng)蝕模型,風(fēng)蝕因子參數(shù)化就是建立土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度與各因子之間的定量關(guān)系。土壤風(fēng)蝕定量評價(jià)指標(biāo)體系的建立必須基于對土壤風(fēng)蝕程度的準(zhǔn)確判定,而風(fēng)蝕程度要由風(fēng)蝕強(qiáng)度與成土速率(土壤風(fēng)蝕容忍量)之比較來確定;沙塵在源區(qū)釋放量的測定與數(shù)值模擬,沙塵暴系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征及成因,模擬沙塵在源區(qū)的釋放并通過觀測加以驗(yàn)證,是獲得分辯沙塵暴源地的關(guān)鍵方法,并進(jìn)一步研究沙塵暴輸送路徑、空間分布、氣候效應(yīng)、形成機(jī)制的基礎(chǔ)。這其中涉及到整個(gè)源區(qū)表土特征要素的提取,衛(wèi)星遙感對大范圍地表狀況的測定及沙塵特征反演等國際研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。由于沙塵暴過程是突發(fā)和低概率事件,揭示其結(jié)構(gòu)特征和形成機(jī)理對預(yù)報(bào)預(yù)警至關(guān)重要;沙漠化正逆過程中植被受損和恢復(fù)的關(guān)鍵動(dòng)因及穩(wěn)定性機(jī)理,認(rèn)識(shí)沙漠化及其逆轉(zhuǎn)過程中植被受到外界干擾的因素和強(qiáng)度及植物的適應(yīng)對策和抗干擾能力,明確植被偏離平衡狀態(tài)而進(jìn)入受損或恢復(fù)過程的關(guān)鍵動(dòng)因,搞清植被維持自身穩(wěn)定性的調(diào)控機(jī)制,是闡明沙漠化生物過程及其植被恢復(fù)重建機(jī)理的關(guān)鍵。2.32沙漠化過程與植被恢復(fù)重建機(jī)理研究2001～2005年我國沙漠化研究主要側(cè)重于一是沙漠化過程的自然與人文背景研究,探討歷史時(shí)期(近2000年)和近50年來我國沙漠化的發(fā)展過程和機(jī)制,確定自然因素和人文因素在沙漠化過程中的貢獻(xiàn)率,為深入研究我國沙漠化過程的動(dòng)力學(xué)和生物學(xué)機(jī)制提供科學(xué)的宏觀環(huán)境背景;二是沙漠化(沙塵暴)動(dòng)力學(xué)過程及其調(diào)控研究,通過對不同尺度風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的力學(xué)建模及轉(zhuǎn)換關(guān)聯(lián)、風(fēng)沙電機(jī)理及其對風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)和環(huán)境的影響等基本規(guī)律的研究,揭示土壤風(fēng)蝕過程和沙塵暴起動(dòng)的物理機(jī)制。在此基礎(chǔ)上建立土壤風(fēng)蝕的定量模型與土壤風(fēng)蝕的容忍量,確定土壤風(fēng)蝕的定量評價(jià)指標(biāo)體系與區(qū)劃,給出防沙治沙工程設(shè)計(jì)的力學(xué)原理與調(diào)控模式,通過沙塵源區(qū)釋放、輸送路徑、影響范圍及氣候環(huán)境效應(yīng)的模擬和驗(yàn)證研究,分辨沙塵暴頻發(fā)源區(qū),揭示沙塵暴天氣氣候特征及形成