中國北方土地退化的時空特征

土地沙漠是世界上最大的環(huán)境問題之一。由于荒漠化土地面積的迅速擴展,造成大范圍土地退化和巨大經(jīng)濟損失,引發(fā)局部地區(qū)政局穩(wěn)定和社會安全問題。上世紀后期由于荒漠化在干旱地區(qū),尤其是在非洲的加速發(fā)展,導致的社會經(jīng)濟和政治問題,引起全世界的警惕,1977年“聯(lián)合國荒漠化大會”(UNConferenceonDesertification)的召開和1992年由各國首腦參加的“聯(lián)合國環(huán)境和發(fā)展大會(UNCED)”把荒漠化作為影響人類社會持續(xù)發(fā)展的重要問題列入“21世紀議程”,都說明了國際社會的重視程度。特別是“環(huán)境和發(fā)展大會”以后,根據(jù)聯(lián)合國的決議,通過政府間的談判,形成了《聯(lián)合國關于在發(fā)生嚴重干旱和/或荒漠化的國家特別是在非洲防治荒漠化的公約》(簡稱《防治荒漠化公約》),許多國家都簽署了該文件,在動員各國政府、社會團體、民營組織和科學家與荒漠化作斗爭方面取得了共識。我國積極參與了《防治荒漠化公約》政府間談判,是第一批簽署公約的國家。世紀之交,黨中央提出“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略,并提出生態(tài)環(huán)境建設是西部大開發(fā)的首要任務,其中荒漠化的防治就是其最重要的組成部分。我國是受荒漠化嚴重危害的國家之一。根據(jù)《防治荒漠化公約》和我國的實際情況,荒漠化可劃分為以下各主要類型,即:水土流失(WaterErosion)、沙漠化(SandyDesertification)和鹽漬化(Salinization),在過去50a里,它們的發(fā)展速度、分布范圍和危害程度都在逐漸增大。我國北方的大部分地區(qū)荒漠化表現(xiàn)的主要形式就是沙漠化。盡管我國正式提出以“沙漠化”為對象開展多學科綜合研究與防治實踐是在1977年“聯(lián)合國荒漠化大會”以后,但實際上在此之前,隨著我國北方地區(qū)國民經(jīng)濟的發(fā)展對防沙治沙工作的需要,我國的科研工作者早就涉及到一些沙漠化的問題。20世紀50年代末中國科學院治沙隊開展沙漠考察和改造利用研究之初,竺可楨先生就經(jīng)常論及到沙漠化方面的問題,指出“由于人為的原因,把不應該成為沙漠的地方破壞成為沙漠”,“在陜西和內蒙伊克盟的毛烏素53萬多公頃沙荒地大都是這樣造成的”,即所謂的“人造沙漠”;他提出了兩種治理流沙的措施,要求從風沙運動、水分平衡、固沙植物的生理生態(tài)特征等方面去綜合地研究植物固沙。我國沙漠科技工作者在沙區(qū)自然條件與資源、風沙運動規(guī)律、農(nóng)田草場防風治沙、沙區(qū)水土資源合理開發(fā)利用等方面開展了大量的研究和實踐推廣工作,為以后在北方地區(qū)大規(guī)模開展沙漠化研究奠定了堅實的基礎。特別值得指出的是,在50年代初期為了防治東北平原西北部風沙活動對農(nóng)田的危害,在彰武縣章古臺地區(qū)進行了樟子松的引種試驗和護田林網(wǎng)的建設研究;同時在陜西北部沙區(qū)開展防護林營造的調查研究。研究工作也特別注意到人為因素所造成的環(huán)境退化和沙漠擴展,包括兩個方面,一是從沙漠中古城的興衰,分析環(huán)境的變化;二是以歷史上屯墾為中心分析環(huán)境的變化和土地退化。這一工作雖然是研究歷史時期沙漠的變遷,實際上研究的就是沙漠化的歷史過程。但是,與其他傳統(tǒng)學科不同,作為一門僅有幾十年歷史的沙漠化研究,無論在理論基礎的建立和發(fā)展、學科的研究內容和范圍、研究方法和技術、沙漠化防治實踐的總結等方面都還需要更多地工作,才能為沙漠和沙漠化學科的發(fā)展做出貢獻。本文通過對過去幾十年沙漠化研究和防治實踐的回顧和總結,首先就我國沙漠化的概念及其內涵開展進一步的討論。1環(huán)境退化過程沙漠化研究作為一門新興的學科,在其創(chuàng)立和發(fā)展之中,首先需要解決的問題就是“什么是沙漠化”,既沙漠化的概念。作者在與聯(lián)合國環(huán)境與規(guī)劃署(UNEP)荒漠化處前處長Danihouf博士、UNEP荒漠化高級顧問H.Dregne教授和國際干旱區(qū)開發(fā)委員會主席AdliBishay博士的交流中,也意識到他們對荒漠化和沙漠化的概念之混亂都感到的憂慮,認為自然科學和社會經(jīng)濟問題的復雜性、發(fā)展中國家和發(fā)達國家的立場不同以及科學家或研究組的科學背景和興趣各異,在談及“Desertification”時,“有時討論的根本不是同一回事!”(H.Dregne語),使得在“荒漠化一詞以后所涉及的一些問題會使交流者們本身都不知道對方表達的是什么”(Danihouf語)?；哪?desertification)一詞,最早出現(xiàn)在Lavauden1927年的一篇科學論文中,他使用“desertification”一詞來描述Sahara地區(qū)荒漠化的景觀,指出這一地區(qū)的荒漠化完全是人為因素造成的。20世紀30年代,美國農(nóng)業(yè)部針對中西部地區(qū)的沙漠化土地擴展和沙塵暴的頻繁發(fā)生,成立了水土保持局,開始了土壤風蝕的研究和防治工作。前蘇聯(lián)為了開發(fā)里海地區(qū)的石油天然氣,30年代修筑了中亞鐵路,圍繞鐵路沿線的沙害開展了防治研究,創(chuàng)造了工程與生物的多種防治方法。到1949年,法國人A.Aubreville在研究了非洲熱帶森林被濫伐與火燒后,后退了360~400km之多,使森林地區(qū)變成熱帶草原,又逐漸變成類似沙漠景觀的過程,指出:“農(nóng)墾、采伐森林、土壤侵蝕交織在一起,導致非洲熱帶森林地區(qū)的土壤和植被遭到破壞,在那里沙漠多少總是對農(nóng)業(yè)有明顯的威脅,而且在干旱和炎熱季節(jié),總是以初始狀態(tài)呈現(xiàn)出熱帶大草原的最終形成趨勢,如果繼續(xù)忽視其脆弱性,終將導致類似沙漠景觀的出現(xiàn)”。他將這種環(huán)境退化過程也稱之為“desertification”,用來描述稀樹草原化的極端情況,即荒漠-植物稀少的干旱區(qū)范圍擴大,通常是向半干旱地區(qū)的擴展。其主要的標志是:土壤受到嚴重侵蝕,土壤的物理和化學性質發(fā)生了明顯的變化,更多的旱生植物種的滋生蔓延。1968年開始,在非洲薩赫勒地區(qū),雨季降雨量的起始日期和持續(xù)時間都發(fā)生了變化,引起了該地區(qū)非常嚴重的干旱,并造成巨大的人口和經(jīng)濟的損失,干旱一直持續(xù)到1973年,當時,干旱給人們一種不可抗拒的自然規(guī)律的深刻印象。但是隨著問題研究的深入,人們認識到,干旱并不是造成眾多災難的唯一原因。之所以把干旱與荒漠化聯(lián)系在一起,是因為人們需要一個比干旱更為廣泛的概念來描述環(huán)境退化的多方面影響。到20世紀80年代初,盡管荒漠化(Desertification)一詞已為大多數(shù)的研究者們所接受,但由于他們的專業(yè)背景和所強調的研究內容不同,又使得這一概念常有不同的含義,累積超過100多個定義。下面是一些具有代表性的概念,從中可以看出各自的表述有很大的不同:“荒漠化是由于人類活動的影響使得干旱、半干旱和一些半濕潤生態(tài)環(huán)境日趨惡化?；哪侨祟悶E用土地的結果”,強調人類對土地的濫用。“所謂荒漠化,就是使生產(chǎn)率降低,土地肥力下降和使其變成更加容易遭受侵蝕的植被、土壤以及水的一系列退化性生態(tài)變化,是生態(tài)、經(jīng)濟與政治的一系列壓力的最后結果”,強調生態(tài)與經(jīng)濟政治的綜合效應?！爱a(chǎn)生(荒漠化)這種過程的原因,特別是近幾十年來這種過程越來越快,與其說是由于氣候變化,毋寧說是由于社會壓力與脆弱生態(tài)系統(tǒng)之間相互作用所造成土地利用的過度壓力,如過度放牧,耕作(農(nóng)牧交錯地帶)邊沿土地,過度灌溉及排水不良等超過了生態(tài)系統(tǒng)的彈性而造成災害,結果就是荒漠化”,強調人類過度的經(jīng)濟活動?！疤烊簧衬畯V泛分布地球表面,其范圍在第四紀受到影響,并顯示出擴張的趨勢,這就是從前的草地,大草原、干草原及沖積平原荒漠化的自然進程”,強調荒漠化的自然因素和是地質時期的經(jīng)常現(xiàn)象?！盎哪侵傅湫偷纳衬坝^和地形擴展到近代并非沙漠的地區(qū),荒漠化這個詞曾經(jīng)——現(xiàn)在仍然——被許多作者用來描述植被多樣性及其形態(tài)的退化過程,這里也包括半濕潤和濕潤森林在內,而它們不論是在自然方面還是在生態(tài)方面都與沙漠毫無關系”,強調荒漠化與荒漠的區(qū)別,荒漠化主要體現(xiàn)為植被的退化?！盎哪侵竿恋厣餄摿Φ臏p少和破壞,這最終會導致類似荒漠的生態(tài)環(huán)境,就是說在一段時期內,因支撐人口增長的需要,增加了生產(chǎn)量,并且為了人類的多種目的,追求更多的動物和植物產(chǎn)量。結果表現(xiàn)為在廣大的區(qū)域內生態(tài)系統(tǒng)的退化,進而減少和破壞了陸地的生物生產(chǎn)潛力”,強調人類經(jīng)濟活動的影響。根據(jù)1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會完成的《21世紀議程》和1994年6月通過的《防治荒漠化公約》,“荒漠化是在干旱、半干旱和亞濕潤干旱區(qū),由于氣候變異和人類活動等多種因素造成的土地退化”?！斗乐位哪s》中還詳細闡述了與荒漠化有關的概念和具體內容:“土地”是指具有陸地生產(chǎn)力的系統(tǒng),由植被、土壤、其他生物區(qū)系和在該區(qū)系發(fā)揮作用的生態(tài)及水文過程?！巴恋赝嘶笔侵赣捎谑褂猛恋鼗蛴捎谝环N營力或數(shù)種營力致使干旱、半干旱和亞濕潤干旱區(qū)雨澆地、水澆地或使草原、牧場、森林和林地的生物或經(jīng)濟生產(chǎn)力和復雜性的喪失,其中包括:①風蝕和水蝕致使的土壤物質流失;②土壤的物理、化學和生物特性或經(jīng)濟特性的退化;③自然植被的長期喪失?！案珊怠敫珊岛蛠啙駶櫢珊祬^(qū)”是指年降水量與潛在蒸散量之比在0.05~0.65之間的地區(qū),但不包括極區(qū)和副極區(qū)。但是,《防治荒漠化公約》也明確指出,“荒漠化是全球范圍問題”,要考慮區(qū)域條件的差異,因而《公約》的第三部分第15條就特別指出:“列入行動方案要點應有所選擇,應適合受影響國家締約方或區(qū)域的社會經(jīng)濟、地理和氣候特點……”。這說明對荒漠化的認識還要結合本國(本地區(qū))的實際情況。在公約秘書處編寫的簡要說明中又著重指出:“從根本上說,這是一個人為問題,它的成因是對土地壓力太大所造成的,……而不是逐漸擴張的沙漠所造成”。因此,“人類既是荒漠化的導致者,也是荒漠化的受害者”。在可能發(fā)生土地荒漠化的地域范圍內,根據(jù)“土地退化”的主要形式,我們可將荒漠化主要分為風蝕荒漠化、水蝕荒漠化、土地鹽漬化等3種類型。風蝕荒漠化:既沙質荒漠化,也就是沙漠化(SandyDesertification)。指人類不合理經(jīng)濟活動,疊加以空氣動力為主的自然營力所造成的土地退化過程,干旱多風和沙源豐富的沙質地表是產(chǎn)生風蝕沙漠化的條件和物質基礎。特別是干旱大風在時間上同步的情況下,人為活動造成植被的破壞,為沙漠化的發(fā)生提供了可能,如在我國北方半干旱農(nóng)牧交錯區(qū)、草原區(qū)和旱作農(nóng)業(yè)區(qū)、干旱區(qū)綠洲外圍和部分綠洲區(qū),青藏高原風沙區(qū)等。水蝕荒漠化:也即狹義的水土流失。指人類不合理經(jīng)濟活動,疊加以降水和重力作用為自然營力的土地退化。在我國主要分布在半干旱、半濕潤區(qū)的以水蝕為主要方式的土地退化地區(qū),如黃土高原地區(qū)。土壤鹽漬化:土壤鹽漬化是在干旱、半干旱條件下由于不合理灌溉和管理措施不當產(chǎn)生的可溶性鹽類在地表的累積而造成的土地退化過程。如我國塔里木盆地的山前綠洲,河套平原、銀川平原、華北平原和東北平原西部的部分地區(qū)。我國的荒漠化研究和防治的成果也主要體現(xiàn)在沙漠化、水土流失和鹽漬化等3個方面。由于國家職能部門之間和科研機構內部分工明確,投入集中,在研究和防治上都取得了長足的進展。特別是自1977年聯(lián)合國荒漠化大會以后,以原中國科學院蘭州沙漠研究所為主要力量的沙漠科學研究隊伍,根據(jù)當時的歷史背景和工作條件,將重點放到了沙漠化的基礎和應用基礎研究方面。就沙漠化概念而言,主要有下面的幾種解釋:朱震達等認為,沙漠化是在干旱、半干旱和部分半濕潤地區(qū),由于過度人為活動與資源環(huán)境不相協(xié)調所產(chǎn)生的一種以風沙活動為主要標志的土地退化過程[21,22,23,24,25,26,27]。吳正認為,沙漠化是在干旱、半干旱和部分半濕潤地區(qū),由于自然因素或又受人類活動的影響,破壞了自然生態(tài)系統(tǒng)的脆弱平衡,使原非沙漠的地區(qū)出現(xiàn)了以風沙活動為主要標志的類似沙漠景觀的環(huán)境變化過程,以及在沙漠地區(qū)發(fā)生了沙漠環(huán)境條件的強化與擴張過程。董光榮認為,沙漠化是原非沙漠地區(qū)出現(xiàn)以風沙活動為主要標志的類似沙漠景觀的環(huán)境變化以及原系沙漠地區(qū)環(huán)境條件的強化與擴張過程。陳廣庭認為,沙漠化指的是人類不合理的經(jīng)濟活動改變地面結構和覆被狀況,使風對土地風蝕,產(chǎn)生風沙活動,地面出現(xiàn)風蝕和風積物,景觀類似沙漠的變化。根據(jù)20多年來在我國北方土地退化區(qū)域的研究與實踐,我們認為:沙漠化是干旱、半干旱及部分半濕潤地區(qū)由于人地關系不相協(xié)調所造成的以風沙活動為主要標志的土地退化。2中國沙漠化研究的兩大學科上述的沙漠化概念應適宜于我國北方沙漠化可能發(fā)生和發(fā)展的地區(qū),這一概念的內涵主要有以下內容:(1)時間上,是發(fā)生在人類歷史時期,特別是最近一個多世紀以來;因為主要強調人地關系及其相互作用,所以只有人類活動對自然環(huán)境和資源的不利影響造成的土地退化才是沙漠化。(2)空間上,我國干旱、半干旱及部分半濕潤地區(qū)都是可能發(fā)生沙漠化的地區(qū)。(3)成因上,是在干旱多風、生態(tài)環(huán)境脆弱的自然條件的基礎上,以人為過度的經(jīng)濟活動(如過度的農(nóng)墾、放牧、樵采及水資源的過度利用等)為主要成因。(4)景觀上,以風作為主導外營力、以風沙活動及其所造成的風蝕-風積地表形態(tài)特征作為沙漠化過程的景觀標志和沙漠化土地發(fā)展程度的一個示量指征。(5)發(fā)展趨勢上,沙漠化土地的分布和強度與區(qū)域的干旱程度和人類活動關系密切,特別是在人類活動的積極或消極影響下,沙漠化土地會呈現(xiàn)出發(fā)展或逆轉的趨勢。(6)沙漠化的結果,是地表逐漸為沙丘或風蝕地所侵占、土地生產(chǎn)潛力的衰退和可利用土地資源的喪失。人既是沙漠化的導致者,也是沙漠化的受害者。綜上所述,沙漠化是人類活動作用于脆弱的生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的土地退化。所以沙漠化的研究,應主要側重在人地關系及其相互作用等方面[31,32,33,34,35,36]。從研究領域來說,沙漠化是沙漠學科的重要組成,中國的沙漠學就是以沙漠(包括沙質荒漠(沙漠)和礫質荒漠(戈壁))和沙漠化土地為研究對象,研究它們的形成發(fā)展過程、演變趨勢和整治利用的科學。它不僅在科學上,而且在生產(chǎn)實踐中均有極大的意義。沙漠學是把沙漠戈壁及沙漠化土地作為一個生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟問題的完整統(tǒng)一體來進行研究,圍繞著沙漠及沙漠化這個中心,吸取基礎學科和應用學科中的精粹,促進各學科的滲透結合,而不是簡單地把沙漠地區(qū)各單一學科,如地貌、氣候、土壤、植被、水文、農(nóng)林牧、社會經(jīng)濟等學科的混合。它有著特定的研究區(qū)域、研究對象,以及與此相適應的理論依據(jù)和實驗技術手段,是一門逐漸成長起來的、新興的學科。但沙漠與沙漠化研究還有一些重要的區(qū)別,主要體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)沙漠與沙漠化研究的時空范疇不同。時間上,前者主要形成于地質時期,可以萬年為時間單位計;后者與人類活動密切相關,可以十年為單位來研究其形成和演變。我國的沙漠主要形成于第四紀的各個時期,是干旱氣候與豐富沙源條件下的產(chǎn)物;而沙漠化土地則形成于人類歷史時期,特別是近一個世紀以來不合理的人為活動中,時間相對短暫集中?？臻g上,沙漠的絕大多數(shù)分布于干旱區(qū)和極端干旱區(qū),且整體面積大,風成地貌形態(tài)尤為復雜和高大;而沙漠化土地主要分布于半干旱地區(qū)和部分半濕潤地區(qū),干旱區(qū)只有小面積地分布于綠洲外圍和內陸河中下游地區(qū)。沙漠化土地整體面積較小,一般呈片狀交錯分布于干旱農(nóng)地和草原上,風