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我国沙漠化防治中的科学研究
浏览 次  2013-06-13  青海防沙治沙暨沙产业协会

                                                        王  涛

                        (中国科学院、国家林业局、寒区旱区环境与工程研究所,兰州,73000)

       摘要:沙漠化、水土流失和盐渍化是荒漠化的三个主要部分组成,其中沙漠化是我国北方广大地区主要的土地退化形式。在对国际国内沙漠化概念的研究和认识的基础上,根据20多年来在我国北方土地退化区域的研究与实践,我们认为:沙漠化是干旱、半干旱及部分半湿润地区由于人地关系不相协调所造成的以风沙活动为主要标志的土地退化。并在时间、空间、成因、景观、发展趋势和造成的结果等内涵对沙漠化方面给予了概括的描述;同时,从形成演变的时空差别、成因、过程和防治利用的不同等方面将原生沙漠、戈壁与沙漠化土地区分开来,人类既是沙漠化的导致者,也是沙漠化的受害者,更是沙漠化的防治者。所以,沙漠化的研究应主要侧重在人地关系及其相互作用的方面。我国沙漠化的研究与防治工作已有半个世纪,但沙漠化目前仍然处于“局部治理,整体恶化”的严峻态势,其重要的原因之一,就是未能在认识沙漠化关键科学问题的基础上,建立比较完善的沙漠化科学的基本理论体系来指导防治实践。沙漠化过程研究与防治实践中许多科学问题的解决,是需要以沙漠化科学为主的多学科交叉与综合集成的研究。沙漠化研究应以人一地关系为主线,在时间序列上,将沙漠化环境背景的形成演化、沙漠化与沙尘暴的现代过程及其在全球变化格局下的发展趋势的研究系统化,以揭示沙漠化的形成与演变;在空间结构上,将沙漠化地区的生态环境退化过程与区外乃至全球的大气环流格局视为统一的环境动力系统进行研究,以揭示沙漠化与沙尘暴的空间分异及其对环境和社会经济的影响。通过定量认识人类活动和自然因素影响下研究沙漠化的演变规律及其调控的理论依据和技术途径,为沙漠化防治提供科学基础。据此,提出沙漠化的主要研究内容为:沙漠化过程的自然与人文背景研究、沙漠化(沙尘暴)动力学过程及其调控、沙漠化的生物学过程与植被恢复重建机理和沙漠化综合防治战略与模式。

      关键词:中国北方  沙漠化防治  科学问题研究内容 

      土地荒漠化(desertification)是当今世界面临的最大环境一社会经济问题之一。由于荒漠化土地面积的迅速扩展,造成大范围土地退化和巨大经济损失,引发局部地区政局稳定和社会安全问题。上世纪后期由于荒漠化在干旱地区,尤其是在非洲的加速发展,导致的社会经济和政治问题,引起全世界的警惕,1977年“联合国荒漠化大会”(UN Conference on Desertification)的召开和1992年由各国首脑参加的联合国“环境和发展大会”把荒漠化作为影响人类社会持续发展的重要问题列入“21世纪议程”都说明了国际社会的重视程度。特别是“环境和发展大会”以后,根据联合国的决议,通过政府间的谈判,形成了《联合国关于在发生严重干旱和/或荒漠化的国家特别是在非洲防治荒漠化的公约》(简称《防治荒漠化公约》),许多国家都签署了该文件,在动员各国政府、社会团体、民营组织和科学家与荒漠化作斗争方面取得了共识。我国积极参与了《防治荒漠化公约》政府间谈判,是第一批签署公约的国家。世纪之交,党中央提出“西部大开发”战略,并提出生态环境建设是西部大开发的首要任务,其中荒漠化的防治就是其最重要的组成部分。

      我国是受荒漠化严重危害的国家之一。根据《防治荒漠化公约》和我国的实际情况,荒漠化可划分为以下各主要类型,即:水土流失( Water Erosion)、沙漠化(Sandy Desertifi—cation)和盐渍化(Salinization),在过去50年里,它们的发展速度、分布范围和危害程度都在逐渐增大。我国北方的大部分地区荒漠化表现的主要形式就是沙漠化。

      尽管我国正式提出以“沙漠化”为对象开始多学科综合研究与防治实践是在1977年联合国荒漠化大会以后,但实际上在此之前,随着我国北方地区国民经济的发展对防沙治沙工作的需要,我国的科研工作者早就已涉及到一些沙漠化的问题。50年代末中国科学院治沙队开展沙漠考察和改造利用研究之初,竺可桢先生在就经常论及到沙漠化方面的问题[1-4],指出“由于人为的原因,把不应该成为沙漠的地方破坏成为沙漠”,“在陕西和内蒙伊克盟的毛乌素53万多hm2沙荒地大都是这样造成的”,即所谓的“人造沙漠”;他提出了两种治理流沙的措施,要求从风沙运动、水分平衡、固沙植物的生理生态特征等方面去综合地研究植物固沙。我国沙漠科技工作者在沙区自然条件与资源、风沙运动规律、农田草场防风治沙、沙区水土资源合理开发利用等方面开展了大量的研究和实践推广工作,为以后在北方地区大规模开展沙漠化研究奠定了坚实的基础。特别值得指出的是,在50年代初期为了防治东北平原西北部风沙活动对农田的危害,在彰武县章古台地区进行了樟子松的引种实验和护田林网的建设研究;同时在陕西北部沙区开展防护林营造的调查研究;研究工作也特别注意到人为因素所造成的环境退化和沙漠扩展,包括两个方面,一是从沙漠中古城的兴衰,分析环境的变化[5-7];二是以历史上屯垦为中心分析环境的变化和土地退化[8-10]。这一工作虽然是研究历史时期沙漠的变迁,实际上研究的就是沙漠化的历史过程。

      但是,与其他传统学科不同,作为一门仅有几十年历史的沙漠化研究,无论在理论基础的建立和发展、学科的研究内容和范围、研究方法和技术、沙漠化防治实践的总结等方面都还需要更多地工作,才能为沙漠和沙漠化学科的发展做出贡献。本文通过对过去几十年沙漠化研究和防治实践的回顾和总结,就我国沙漠化研究及其防治中的科学研究问题开展进一步的讨论。

      一、 沙漠化的概念及其内涵

      荒漠化( desertification)一词,最早出现在Lavauden 1927年的一篇科学论文中,使用“desertification"一词来描述Sahara地区荒漠化的景观,指出这一地区的荒漠化完全是人为因素造成的( M.Mainguet and GG Da Silva,1998)、 20世纪30年代,美国农业部针对中西部地区的沙漠化土地扩展和沙尘暴的频繁发生,成立了水土保持局,开始了土壤风蚀的研究和防治工作。前苏联为了开发里海地区的石油天然气,30年代修筑了中亚铁路,围绕铁路沿线的沙害开展了防治研究,创造了工程与生物的多种防治方法。到1949年,法国人A.Aubreville在研究了非洲热带森林被滥伐与火烧后,后退了360~400km之多,使森林地区变成热带草原,又逐渐变成类似沙漠景观的过程,指出:“农垦、采伐森林、土壤侵蚀交织在一起,导致非洲热带森林地区的土壤和植被遭到破坏,在那里沙漠多少总是对农业有明显的威胁,而且在干旱和炎热季节,总是以初始状态呈现出热带大草原的最终形成趋势,如果继续忽视其脆弱性,终将导致类似沙漠景观的出现”。他将这种环境退化过程也称之为“desertification" [11],用来描述稀树草原化的极端情况,即荒漠——植物稀少的干旱区范围扩大,通常是向半干旱地区的扩展。其主要的标志是:土壤受到严重侵蚀,土壤的物理和化学性质发生了明显的变化,更多的旱生植物种的滋生蔓延。1968年开始,在非洲萨赫勒地区,雨季降雨量的起始日期和持续时间都发生了变化,引起了该地区非常严重的干旱,并造成巨大的人口和经济的损失,干旱一直持续到1973年,当时,干旱给人们一种不可抗拒的自然规律的深刻印象。但是随着问题研究的深入,人们认识到,干旱并不是造成众多灾难的唯一原因。之所以把干旱与荒漠化联系在一起,是因为人们需要一个比干旱更为广泛的概念来描述环境退化的多方面影响。

      到20世纪80年代初,尽管荒漠化( desertification)一词已为大多数的研究者们所接受,但由于他们的专业背景和所强调的研究内容不同,又使得这一概念常有不同的含义,累积超过100多个定义[12]。

      根据1 992年联合国环境与发展大会(UNCED)完成的《21世纪议程》和1994年6月通过的《防治荒漠化公约》,“荒漠化是在干旱、半干旱和亚湿润干旱区,由于气候变异和人类活动等多种因素造成的土地退化”。 [13]在可能发生土地荒漠化的地域范围内,根据“土地退化”的主要形式,我们可将荒漠化主要分为风蚀荒漠化、水蚀荒漠化、土地盐渍化等三种类型:

      风蚀荒漠化:既沙质荒漠化,也就是沙漠化( sandy  desertification)。指人类不合理经济活动.叠加以空气动力为主的自然营力在所造成的土地退化过程,干旱多风和沙源丰富的沙质地表是产生风蚀沙漠化的条件和物质基础。特别是干旱大风在时间上同步的情况下,人为活动造成植被的破坏,为沙质荒漠化的发生提供了可能,如我国北方半干旱农牧交错区、草原区和旱作农业区、干旱区绿洲外围和部分绿洲区,青藏高原风沙区等。

      水蚀荒漠化:也即狭义的水土流失( water  erosion)。指人类不合理活动,叠加以降水和重力作用为自然营力的土地退化,在我国主要分布在半干旱、半湿润区的以水蚀为主要方式的土地退化地区,如黄土高原地区。

      土壤盐渍化( salinazition):土壤盐渍化是在干旱、半干旱条件下由于不合理灌溉和管理措施不当产生的可溶性盐类在地表的累积而造成的土地退化过程。如我国塔里木盆地的山前绿洲,河套平原、银川平原、华北平原和东北平原西部的部分地区。

      但是,《防治荒漠化公约》也明确指出,“荒漠化是全球范围问题”,要考虑区域条件的差异,因而《公约》的第三部分第15条就特别指出:“列入行动方案要点应有所选择,应适合受影响国家缔约方或区域的社会经济、地理和气候特点……”。这说明对荒漠化的认识还要结合本国(本地区)的实际情况[14]。在公约秘书处编写的简要说明中又着重指出:“从根本上说,这是一个人为问题,它的成因是对土地压力太大所造成的,……而不是逐渐扩张的沙所造成”。因此,“人类既是荒漠化的导致者,也是荒漠化的受害者”。

      我国的荒漠化研究和防治的成果主要体现在沙漠化、水土流失和盐渍化等三个方面,由于国家职能部门之间和科研机构内部分工明确,投入集中,在研究和防治上都取得了长足的进展。特别是自1977年联合国荒漠化大会以后,以原中国科学院兰州沙漠研究所为主要力量的沙漠科学研究队伍,根据当时的历史背景和工作条件,将重点放到了沙漠化的基础和应用基础研究方面。根据20多年来在我国北方土地退化区域的研究与实践,我们认为:沙漠化是干旱、半干旱及部分半湿润地区由于人地关系不相协调所造成的以风沙活动为主要标志的土地退化。

      上述的沙漠化概念应适宜于我国北方的沙漠化地区,这一概念的内涵主要有以下的内容:

      (1) 时间上,是发生在人类历史时期,特别是最近一个多世纪以来;因为主要强调人地关系及其相互作用,所以只有人类活动对自然环境和资源的不利影响造成的土地退化才是沙漠化;

      (2)空间上,我国干旱、半干旱及部分半湿润地区都是可能发生沙漠化的地区;

      (3)成因上,是在干旱多风、生态环境脆弱的自然条件的基础上,以人为过度的经济活动(如过度的农垦、放牧、樵采及水资源的过度利用等)为主要成因;

      (4)景观上,以风的作为主导外营力、以风沙活动及其所造成的风蚀——风积地表形态特征作为沙漠化过程的景观标志和沙漠化土地发展程度的一个示量指征;

      (5)发展趋势上,沙漠化土地的分布和强度与区域的干旱程度和人类活动关系密切,特别是在人类活动的积极或消极影响下,沙漠化土地会呈现出发展或逆转的趋势;

      (6)沙漠化的结果,是地表逐渐为沙丘或风蚀地所侵占、土地生产潜力的衰退和可利用

土地资源的丧失。人既是沙漠化的导致者,也是沙漠化的受害者。

      综上所述,沙漠化是人类活动作用于脆弱的生态环境所产生的土地退化。所以沙漠化的研究,应主要侧重在人地关系及其相互作用的方面[15]。

      从研究领域来说,沙漠化是沙漠学科的重要组成,中国的沙漠学就是以沙漠(包括沙质荒漠(沙漠)和砾质荒漠(戈壁))和沙漠化土地为研究对象,研究它们的形成发展过程、演变趋势和整治利用的科学。它不仅在科学上,而在生产实践中均有极大的意义。

       沙漠学是把沙漠戈壁及沙漠化土地作为一个生态环境和社会经济问题的完整统一体来进行研究,围绕着沙漠及沙漠化这个中心,吸取基础学科和应用学科中的精粹,促进各学科的渗透结合,而不是简单地把沙漠地区各单一学科,如地貌、气候、土壤、植被、水文、农林牧、社会经济等学科的混合。它有着特定的研究区域、研究对象,以及与此相适应的理论依据和实验技术手段,是一门逐渐成长起来的、新兴的学科。但沙漠与沙漠化研究还有一些重要的区别,主要体现在以下几个方面:

       (1)沙漠与沙漠化研究的时空范畴不同。时间上,前者主要形成于地质时期,可以万年为时间单位计;后者与人类活动密切相关,可以10年为单位来研究其形成和演变。我国的沙漠主要形成于第四纪的各个时期,是干旱气候与丰富沙源条件下的产物,而沙漠化土地则形成于人类历史时期,特别是近一个世纪以来不合理的人为活动中,时间相对短暂集中。空间上,沙漠的绝大多数分布于干旱区和极端干旱区,且整体面积大,风成地貌形态尤为复杂和高大;而沙漠化土地主要分布于半干旱地区和部分半湿润地区,干旱区只有小面积地分布于绿洲外围和内陆河中下游地区。沙漠化土地整体面积较小,一般呈片状交错分布于干旱农地和草原上,风沙地貌形态也较简单、矮小;

       (2)沙漠与沙漠化的成因不同。沙漠为自然因素所形成,而沙漠化是潜在的自然因素的基础上以人为因素为主所形成和发展的。前者随第四纪气候的变迁而变化,一般认为,当气候变干冷时,沙漠的范围就扩展,固定沙丘就向流动沙区发展;气候变湿热时,沙漠就收缩或固定,这种变化时间尺度及幅度都较大;而后者的发展和逆转则表现在相同的气候条件下,且时间也较短。近几十年来我国北方沙漠化土地的迅速发展,并不是对所谓气候变迁的响应,而主要是人为活动的结果;

      (3)沙漠与沙漠化土地的可逆性不同。沙漠空间范围的扩张和收缩(所谓的沙漠期和间沙漠期)受控于气候的变迁,大区域流动沙丘的固定和收缩,在现代相同的气候条件下,在大多数地区是不可能发生的,只有人为采取措施,才能局部地固定沙丘,或利用沙漠地区的水资源开辟新绿洲;“向沙漠要良田”在我国现有的(或将来几十年的时间内)经济实力和科技水平的条件下,还只能说是美好的愿望;而沙漠化土地的发展由于主要受控于人类经济活动,一般在消除人为干扰因素或调整土地利用结构后,可恢复到原有的非沙漠化的自然景观或生产力水平,特别是在采取治理措施后可加速其恢复过程。所以说,与沙漠不同,沙漠化土地是可以治理和利用的。

      综上可见,沙漠与沙漠化的研究在时间、空间、成因、发展趋势及整治利用方面均不属同一范畴。但这并不是说,沙漠与沙漠化研究关系不密切,事实上,这两大部分恰恰组成了一个完整综合的以风作为主导外营力的、以风沙活动为主要标志的综合学科体系,它们相辅相成,全面系统地贯通了自然、人与自然、环境资源与社会经济等方面的关系,使这一新兴学科充满活力。

      二、沙漠化研究的主要进展

      我国的沙漠化研究始于20世纪50年代,为了治理东北平原西北部的风沙危害,林业部门在彰武县章古台地区进行了樟子松引种实验和农田防护林网建设研究。从50年代末开始,中国科学院治沙队(兰州沙漠研究所前身)在开展大规模沙漠科学考察的同时,在沙区自然条件、风沙运动规律、农田草场防风固沙、沙区水土资源合理开发利用等方面开展了比较系统的研究。特别值得指出的是,结合围绕穿越腾格里沙漠的包兰铁路沙坡头段的防沙工程,开展了铁路防沙试验研究与防护体系的建设。

      1977年内罗毕联合国沙漠化大会之后,有关部门组织了北方沙漠化综合调查研究,编绘了1:50万区域沙漠化图以及1:400万中国沙漠化图。80年代末,开展了中国北方沙漠化发展趋势及预测研究,编制了全国土地沙漠化治理区划。研究人员从历史地理、全新世环境变化、沙漠化过程、沙漠化土地综合整治等不同角度,对毛乌素沙地、古居延海地区、东北平原西部的沙漠化进行过许多有益的工作。特别是在沙漠化的成因、过程、灾害评价、发展趋势、防治战略及措施等方面进展显著。

我国对沙漠化的自然背景特别是气候变化的研究开展较早。研究认为,气候变化和人类活动在不同时间尺度对沙漠化的影响不同:人类历史时期,千年和百年尺度的沙漠化正逆过程的波动受人类活动的影响也越来越大,但仍为气候变化所主宰。19世纪以来,数年和数十年周期的沙漠化正逆变化过程虽然仍受气候波动的影响,但人类经济活动已上升到主导的地位。

我国从20世纪60年代开始对沙漠地区起沙风、风沙流垂直分布、沙丘前移以及新垦荒地的土壤风蚀等问题开展野外观测和研究80年代以来,原中国科学院兰州沙漠研究所利用室内风沙环境风洞,对影响土壤风蚀的各种自然因素,如:风况、土壤表面的覆盖状况、地表物质组成、土壤水分和土地开垦等自然和人为因素对土壤风蚀和土地沙漠化的影响进行了模拟研究,并从实验风沙物理与风沙工程学的角度系统地进行了多种防沙工程措施效益的野外试验和风洞模拟试验研究。

      从20世纪70年代开始对沙尘暴时空分布特征、成因与危害、卫星云图特征、辐射强迫特征、数值模拟及防治对策等进行了初步研究,得到了一些有价值的研究成果。特别是亚洲沙尘观测研究对有限时段的沙尘理化特性、沙尘暴源区、输送方式、沉降状况等已经有相当积累,具有开展沙尘暴过程观测与模拟研究的能力。

关于沙漠化生物学方面的研究,近些年在植被、群落、个体等不同层次都开展了大量研究。特别在植物抗旱性、光合生理、繁殖对策及植被的放牧演替、植被生产力等方面的研究有较快进展。随着一些野外定位站水分平衡、养分循环等实验场的建立和蒸渗仪、微气象梯度仪等先进仪器的应用,沙地植物耗水和水分循环、沙区土壤水热交换、平衡模式和土壤养分动态研究也得到发展。 

      沙漠化的防治工作也取得了一定的成效。有关研究单位和职能部门在不同生物气候区建立了1 0多个沙漠化防治野外定位研究站,开展了长期的定位观测及示范试验研究,总结出适宜地区特点的沙漠化防治模式,并予以推广。在流沙固定原理与技术领域我们处于世界领先水平,其中“包兰线沙坡头地段铁路治沙防护体系的建立”获国家科技进步特等奖。林业部主持的“三北”防护林建设工程对北方地区土地沙漠化的防治起到了积极作用。结合区域特点,有关单位在沙地飞播、干旱区流域水资源调配、沙漠化治理模式研究等方面做了大量的工作,取得了显著成效。

      三、沙漠化的主要科学研究内容

      1.沙漠化研究面临的主要问题

      尽管我国沙漠化的研究取得了长足的进展,但沙漠化研究还存在着许多亟待解决的问题,主要是:

      (1)人为因素、自然因素在沙漠化过程中的作用以及耦合机理远没有解决;

      (2)描述包括风沙边界层在内的风沙动力学理论仍不完善,严重制约了对沙漠化动力过程的深入研究;

      (3)对决定沙尘暴形成、发展过程的源区表土特征、源区释放,向下风区的输送过程的模拟与观测验证尚未开展;对不同时期沙尘暴发生源地和路径变更与土地利用变动、气象因素变化之间的关系认识不足;沙尘暴形成机制研究有待加强,其预报、预警方法研究有待开展;

      (4)对沙漠化生物过程的系统研究有待加强,“特别是对沙地植被的受损过程和适应对策以及植物的耗水规律不清楚,无法确定群落在维持自身稳定中各种植物的作用,因而在植被恢复重建时难以事先确定最适植物种、密度及演替规律。

      (5)区域沙漠化治理虽然积累了丰富的经验,也建立了一些治理模式,但是以能流、物流及水分平衡理论为基础,以自然社会环境协调发展为目标,对模式进行优化的工作做得不够,治理模式区域适用性小;

      (6)在研究方式上,不同学科交叉,特别是地学与力学、大气、生物、社会经济等学科交叉研究不够,从自然、社会经济一体化全方位研究沙漠化过程及防治工作需要加强。

      由此可见,沙漠化研究任重道远,在把握学科前沿和面对国家需求两个方面都还有更加艰巨的工作。总结以往的研究方法和成果,我们认为,沙漠化科学应汇集自然和人文领域的众多学科,在强调整体和系统理念的基础上,以自然与人为因素及其相互作用为主线,以地球系统科学为框架,以区域可持续发展为目标,开展系统综合的基础研究;同时,瞄准国家需求,更加注重沙漠化防治的原理、技术和战略的研究,方可解决沙漠化研究及其防治中的一些重要科学问题,发展沙漠科学理论,促进相关学科的交叉和边缘学科的发展。

      我们可以将沙漠化研究的总体思路明确如下:将科学前沿与国家需求紧密地相结合,以沙漠化过程研究为纽带,深入研究土壤一植物一大气系统中各组成部分的相互作用过程,以及这些过程在人类干扰逐渐增强情况下偏离自然状态的幅度、规律和机理,探讨沙漠化过程的调控对策和途径;在主要类型区利用原有试验示范基地,集成各方面研究成果,开展沙漠化防治模式和技术体系研究与试验示范,实现从“过程认识”到“过程调控”的科学与国家目标。以人一地关系为主线,在时间序列上,将沙漠化环境背景的形成演化、沙漠化与沙尘暴的现代过程及其在全球变化格局下的发展趋势的研究系统化,以揭示沙漠化的形成与演变;在空间结构上,将沙漠化地区的生态环境退化过程与区外乃至全球的大气环流格局视为统一的环境动力系统进行研究,以揭示沙漠化与沙尘暴的空间分异及其对环境和社会经济的影响。通过在时空上,定量认识人类活动影响下,沙漠化的演变规律及其调控的理论依据和技术途径,为沙漠化防治提供科学基础。

      2.沙漠化科学研究的主要内容

      通过上面的分析,我们可以把沙漠化的主要科学研究内容归纳如下:

      (1)沙漠环境与沙漠化过程。

      以野外试验站、独特的室内风沙环境风洞、野外土壤风蚀风洞为依托,在深入研究自然因素、人文因素在不同空间和时间尺度上对沙漠化过程的作用机理及其贡献率和沙漠化土地对这两种因素之反馈作用的基础上,建立现代沙漠化过程中各种驱动因素的识别和作用机制模式,结合现代沙漠化土地相邻生态系统界面上的物质与能量流动规律,以及未来人类活动和全球变化趋势研究成果,建立能够使自然因素、人文因素和沙漠化土地相互耦合的沙漠化过程动力模型,并较准确地预测未来沙漠化发展态势。

      (2)沙漠化地区恢复生态学。

      主要开展下列几个方面的研究:干旱区脆弱生态环境形成演化的生态过程与土地沙漠化的生物学机制;干旱区不同等级和尺度下生态系统的结构功能与能流、物流、信息流;沙漠化及其逆转过程中景观格局、生物多样性时空变化动态系统稳定性关系及其维持机制和荒漠植物种对严酷环境生态适应机制。

      (3)沙漠化地区水土资源利用与农业可持续发展。

      主要开展的研究为:研究典型类型区不同时间与空间尺度的水平衡,开展沙漠化地区水土资源开发利用的生态风险分析,对全球变化背景下沙区环境和资源变化及其利用作出量化趋势预测;针对西部大开发中的“生态环境建设工程”和区域社会经济可持续发展所面临的重大资源环境问题,研究沙漠化区水土资源优化配置和资源优势向经济优势转化的模式;研究沙漠化地区农业工程技术,提出粮食高产稳产和区域可持续发展战略。

      (4)沙漠化逆转过程及其整治模式。

      以不同地带野外研究试验站为依托,开展不同类型沙漠化土地逆转的战略研究和整治模式及技术体系的探讨,建立显示效益的示范样板区,推动区域沙漠化整治。

      (5)建立完善中国沙漠化监测、评估与决策、管理系统。

      进一步在沙漠化地区的资源环境和高效农业的研究与实践方面利用“3S"等高新技术,建立资源环境信息系统,实现快速的信息处理更新为区域可持续发展服务。

     3.近期沙漠化研究中拟解决的关键科学问题和主要研究内容

      拟以“国家重点基础研究发展规划”(973)项目“中国北方沙漠化过程及其防治研究(TG2000048700)"研究为主体,结合其他部委的基础和应用研究、攻关项目等,汇集自然和人文领域的众多学科,开展我国北方沙漠化过程及防治基础研究和沙漠化防治的原理、技术和战略的研究。现将近期研究拟解决的关键科学问题、主要研究内容分述如下:

     (1)拟解决的关键科学问题。

      ①沙漠化过程中自然与人为影响因素指标的确定与量化方法:沙漠化过程的起因主要包括气候变化和人类活动两个方面,二者在土地沙漠化中的贡献率及其耦合效应是国际科学界长期悬而未决的问题。如何复原特征时期沙漠与沙漠化土地空间格局,通过对比、个例分析和系统分析建立和提取沙漠化过程响应气候变化和人为干扰的判据指标与量化方法,是必勿解决的关键问题。 

      ②多场耦合的近地层风沙流运动的力学模型:在地表条件与气象环境已知的前提下,建立在风场和电场作用下沙粒流运动的力学模型是风沙物理学研究的关键课题。本研究通过刘风沙运动的不同力学机制建模(如碰撞起跳,湍流激发机制,沙粒运动与流体的相互作用,气一固交界面的物质、动量和能量等的交换规律等),采用概率和数理统计方法,实现微(细)宏观不同尺度风沙运动模型的关联和过渡,给出适于计算机仿真的近地层风沙流运动模式。

      ③土壤风蚀因子参数化及风蚀容忍量的确定:这是进行土壤风蚀定量评价必须解决的关键问题。土壤风蚀定量评价要依靠土壤风蚀模型,风蚀因子参数化就是建立土壤风蚀强度与各因子之间的定量关系,是建立多因子土壤风蚀模型的基础。土壤风蚀定量评价指标体系的建立必须基于对土壤风蚀程度的准确判定,而风蚀程度要由风蚀强度与成土速率(土壤风蚀容忍量)之比较来确定。

      ④沙尘在源区释放量的测定与数值模拟,沙尘暴系统结构特征及成因:模拟沙尘在源区的释放并通过观测加以验证,是获得分辨沙尘暴源地的关键方法,以及进一步研究沙尘暴输送路径、空间分布、气候效应、形成机制的基础。这其中涉及到整个源区表土特征要素的提取,卫星遥感对大范围地表状况的测定及沙尘特征反演等国际研究的热点和难点问题。由于沙尘暴过程是突发和低概率事件,揭示其结构特征和形成机理对预报预警是至关重要的。

      ⑤沙漠化正逆过程中植被受损和恢复的关键动因及稳定性机理:认识沙漠化及其逆转过程中,植被受到外界干扰的因素和强度及植物的适应对策和抗干扰能力,明确植被偏离平衡状态而进入受损或恢复过程的关键动因,搞清植被维持自身稳定性的调控机制,是阐明沙漠化生物过程及其植被恢复重建机理的关键。

     (2)主要研究内容。

      ①沙漠化过程的自然与人文背景研究:探讨历史时期(近2000年)和近50年来我国沙漠化的发展过程和机制,确定自然和人文因素在沙漠化过程中的贡献率,为深入研究我国沙漠化过程的动力学和生物学机制提供科学的宏观环境背景。

      ②沙漠化(沙尘暴)动力学过程及其调控:通过对不同尺度风沙运动的力学建模及转换关联、风沙电机理及其对风沙运动和环境的影响等基本规律的研究,揭示土壤风蚀过程和沙尘暴起动的物理机制。在此基础上,建立土壤风蚀的定量模型与土壤风蚀的容忍量,确定土壤风蚀的定量评价指标体系与区划,给出防沙治沙工程设计的力学原理与调控模式;通过沙尘源区释放、输送路径、影响范围及气候环境效应的模拟和验证研究,分辨沙尘暴频发源区,揭示沙尘暴天气气候特征及形成机制,建立沙尘暴监测、预报与预警方法。

      ③沙漠化的生物学过程与植被恢复重建机理:在研究沙漠化过程中土壤C、N衰减规律及其生态效应的基础上,分析沙地植物种群的抗干扰机理及适应对策,揭示植物从个体到种群对环境变化的响应,探讨沙地植被的受损与恢复过程及其稳定性,阐明植被演替动因及其自身调节、维持稳定的机制;研究沙地主要植物的耗水规律和水分循环,确定植物的耗水量及其对植被稳定性的影响。

      ④沙漠化综合防治战略与模式:在上述研究的基础上,总结我国北方沙漠化的现状、危害,分析人一地关系的协调程度,预测沙漠化发展趋势;通过对沙漠化地区水土资源承载能力和土地合理利用方式的研究,探讨环境容忍量和土地利用安全格局,确定沙漠化的重点治理区域,制定沙漠化与沙尘暴综合防治区划;通过对以往防沙治沙经验的系统总结和防治模式及技术体系的评估,提出适合不同区域沙漠化防治的新模式与新技术;并就典型地区的社会、经济与环境协调发展提出相应的对策及政策建议,为国家的沙漠化防治提供决策依据、理论依据和技术支撑。

   参考文献

   [1]竺可桢.改造沙漠是我们的历史任务.人民日报,1959 - 03 - 02

   [2]竺可桢.向沙漠进军.人民日报,1961- 02 - 09

   [3]中国科学院治沙队《治沙通讯》.竺可桢教授在中国科学院治沙队学术会议及工作会议上的历次讲话.1959~1961年

   [4]竺可桢.变沙漠为绿洲.竺可桢文集,北京:科学出版社,1 979

   [5]侯仁之,从红柳河上的古域废墟看毛乌素沙漠演变,文物,(1):1973

   [6]王北辰.毛乌素沙地南缘历史演化.中国沙漠,3(4):1983

   [7]侯仁之.敦粕南湖绿洲沙漠化蠡测,中国沙漠,1(1):1981

   [8]朱震达,刘恕,高前兆.内蒙西部古居延黑城地区历史时期环境的变化与沙化过程,中国沙漠,3(2):1983

   [9]侯仁之,俞伟超等,乌兰布和沙漠的考古发现行地理环境的变迁.考古,  (2):1973

   [10]沈竟琪,高前兆.塔里木盆地历史时期沙漠化研究,中国沙漠,2(1):1 982

   [11]A.Aubreville.Climate, forets et desertification de I'Afrique tropicale,  Soc d'editions

geographiques et coloniales, Paris,1949, 352pp

   [12]  Glantz,  M.H.,  and  N. S.Orlovsky,  Desertification: A review of the con—cept.Desertification Control Bulletin,1983, 9: 1 5- 22

   [13]UN, United Nations Convention to Combat Desertification in Those Countries Experi—encing Serious Drought and/or Desertification Particularly inAfrica. 1994

   [14]《中国荒漠化(土地退化)防治研究》课题组.《中国荒漠化(土地退化)防治研究》.北京:中国环境科学出版社,1998

   [15]王涛,朱震达,中国北方沙漠化的若干问题.第四纪研究,2001(1)