阿拉善高原生态环境退化研究进展

万 炜 ，颜长珍

随着人口压力的不断增大与社会经济的迅速发展，资源-环境-生态的可持续发展已成为社会关注的热点。生态环境退化作为人们当前面临的重大科学问题，已引起国内外学者的广泛关注（Tucker，2000；Wang et al，2008；Wang，2009；Baranovitch，2016；Graf et al，2016）。生态环境退化（eco-environmental degradation）是指由于自然或人为原因而造成的生态系统结构破坏、功能衰退、生物多样性减少、生物生产力下降以及土地生产潜力衰退、土地资源丧失等一系列生态环境恶化的现象（郑昭佩，2011）。

在国际上，1972年联合国人类环境会议组织编写了《人类环境宣言》，并提出了“只有一个地球”的口号（余谋昌，1991）；同年，罗马俱乐部发表《增长的极限》研究报告（金燕，2005），从而引起了学术界对生态环境退化的广泛重视。1980年，国际自然及自然资源保护联盟（IUCN）基于遏制生态环境退化的目的，公布了《自然资源保护大纲》文件（Bridgewater and Phillips，1996）。1983年，联合国成立世界环境与发展委员会（WCED），并于1987年发表《我们共同的未来》报告，提出了“可持续发展”的理念（Dow，1992）。1992年，联合国环境与发展大会通过并签署了《里约环境与发展宣言》、《二十一世纪议程》等文件（郭日生，2012），指出各国应有效开展合作，尽可能地防治生态环境退化问题。另外，自20世纪60年代以来，陆续有诸如国际生物计划（IBP，1964年）、人与生物圈计划（MAB，1971年）、国际地圈-生物圈计划（IGBP，1986年）、国际全球环境变化人文因素计划（IHDP，1996年）、第三极环境研究计划（Third Pole Environment，2009年）、未来地球计划（Future Earth，2014年）等组织，逐步把与生态环境退化相关的问题提上了研究日程（孙鸿烈等，2014；Lahsen，2016）。

中国关于生态环境退化方面的研究，可追溯到南宋时期，陈旉在其著作《农书•粪田之宜篇》中就已定性提出了由于过度垦殖所导致土地退化的相关问题（万国鼎，1965）。2000年前后，中国科学院相关研究所组织科研人员从不同角度、依据不同指标，就生态环境退化的相关问题，开展了全国尺度上的诸如土地退化及整治（郑度，1999）、生态环境敏感性（欧阳志云等，2000）、生态退化（刘国华等，2000）、生态环境胁迫（苗鸿等，2001）、生态区划（傅伯杰等，2001）等相关领域的研究。此后，陆续有学者从不同的地域单元（袁晓波等，2015；周云轩等，2016）、流域（马玉寿等，2016；徐艳红等，2017）、县域（霍擎等，2011；王华伟等，2011）等空间尺度对生态环境退化问题进行了研究。

近几十年来，中国的生态环境脆弱区（如农牧交错带（牛文元，1989）、沙漠边缘带（李克煌和钟兆站，1995））生态退化问题十分严峻。阿拉善高原相对恶劣的自然环境决定了其生态系统发育较为脆弱；在自然与人为因素的共同作用下，出现了一系列生态环境退化问题。本文通过对国内外相关研究进行系统的梳理与总结，分析阿拉善高原生态环境退化研究的进展与存在的问题，以期为该区域乃至其他生态环境脆弱区生态系统的恢复及治理提供相关依据。

1 阿拉善高原自然环境概况

阿拉善高原位于内蒙古高原最西端的阿拉善盟，东抵贺兰山，西至马鬃山，南达腾格里沙漠南缘，北与蒙古国接壤，地理坐标为 37°24′ — 42°47′N，97°10′ —106°53′E，面积 23.69×104km2。阿拉善高原沙漠、戈壁广泛分布，境内有巴丹吉林、腾格里以及乌兰布和三大沙漠。而据历史地理学家侯仁之对该区域的考察研究发现，如今阿拉善高原许多沙漠覆盖的区域，在汉代发育了诸多城镇，在当时是边塞重要的农垦、军屯区（侯仁之和俞伟超，1973；侯仁之，1982）。阿拉善高原整体位于西北干旱区，且又与青藏高原、黄土高原毗邻，从生态地理区域系统的角度来看（郑度，2008），该区域是中国重要的生态地理单元（图1）。

阿拉善高原地貌呈现西南高、东北低的趋势，平均海拔900 — 1400 m，最低处位于额济纳旗北部的居延海区域，最高处位于贺兰山主峰达郎浩绕。从该区域土地覆被状况来看：地表覆被以沙漠、戈壁为主，草地次之，而林地、耕地、湿地及人工表面的面积则较少（图1）。气候类型上，阿拉善高原属中温带大陆性非季风气候。境域干旱少雨，风力强劲，蒸发量大，昼夜温差大，季节变化明显。年均气温6.8 — 8.8℃，雨季集中在7 — 9月，年降水量仅40 — 200 mm。阿拉善高原是几条强冷空气的主要交汇处，大风日数多，极易形成沙尘暴天气。境内的两条主要河流分别是黄河与额济纳河（黑河下游）。额济纳河分东西两支，西支称木仁高勒，最终注入嘎顺淖尔（亦称西居延海）；东支称额木纳高勒，最终注入苏泊淖尔（亦称东居延海）。而由于人类活动的不断增强，特别是黑河中游大力发展人工绿洲，农业灌溉占用了大量水资源，致使额济纳河流域生态用水大幅减少，尾闾湖逐渐萎缩。总体上看，阿拉善高原地带性土壤包括灰钙土、灰漠土、灰棕漠土；植被类型可划分为荒漠植被、绿洲植被、山地植被。由于阿拉善高原深居内陆，降水稀少，植被旱生化现象明显。但因贺兰山的存在，极大地丰富了阿拉善高原植物区系的多样性与复杂性。贺兰山区集中分布着大面积针叶林，是内蒙古西部最大的天然次生林区；阿拉善高原另外一个主要林地覆盖区位于额济纳绿洲，生长着典型荒漠区天然胡杨林。

2 阿拉善高原主要生态环境退化研究现状

阿拉善高原作为西北干旱区的缩影，相对恶劣的自然环境决定了其生态系统发育较为脆弱；且由于当今人口的增长、不合理的农牧活动、工矿业掠夺式开发等人为因素的叠加，导致该区域面临沙漠化土地扩张、沙尘暴频发、植被退化、绿洲萎缩、地下水位下降、水质恶化等一系列生态环境退化问题。

2.1 土地沙漠化及驱动机制

生态环境退化的研究内容主要以土地退化为主（章家恩和徐琪，1997），而西北干旱区土地退化的主要形式表现为土地沙漠化。沙漠化主要是由不合理的人类活动与脆弱的生态环境相互作用所造成的，其最终结果表现为土地生产力下降、生态系统稳定性降低、地表呈现类似沙漠景观的土地退化（王涛和赵哈林，2005）。阿拉善高原土地沙漠化及驱动机制如图2所示。

图1 阿拉善高原区位与土地覆被现状图Fig.1 Location and land cover map of Alxa Plateau

阿拉善高原内的巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠与乌兰布和沙漠在第四纪时期就已基本形成，该区域土地沙漠化是人类活动在自然环境的基础上综合作用的产物。即脆弱的生态环境是沙漠化发生的背景因素，而人地关系的不相协调是造成沙漠化的主要因素。诱发沙漠化的自然条件中，气候因素（气温、降水、风速）占主导，而根据李春筱（2013）、史培军等（2014）、梁圆等（2016）的相关研究表明：近几十年来，阿拉善高原年平均风速及年最大风速呈减小的趋势，且气候条件趋向暖湿的方向发展，即该区域自然条件并非是导致沙漠化的主要原因。何磊等（2015）基于遥感影像数据分析了阿拉善高原沙漠化过程及自然与人为驱动因素，研究结果也表明，人类活动才是造成阿拉善高原沙漠化的主导因素。总体而言，人类活动对沙漠化的过程起到加速的作用，呈负环境效应；但近十几年来诸如退耕还林还草、三北防护林、生态移民等工程的实施，对局部区域沙漠化的逆转起到促进作用，呈正环境效应。另外，已有研究从不同的时间尺度对阿拉善高原沙漠化进行了分析。陈晓龙（2014）通过对阿拉善高原风沙地貌进行地层分析与光释光测年，研究了2 ka以来的沙漠化演化过程，结果表明：2 ka以来，特别是距今0.1 ka以来阿拉善高原风成沙大范围堆积，其风沙地貌景观是大尺度暖干化气候背景下人类活动不断加剧所造成的。Wang et al（2013）通过Landsat遥感影像数据研究了1975 — 2007年阿拉善高原沙漠化的时空演化过程及其驱动力。此外，还有学者对额济纳绿洲（李森等，2004）、巴丹吉林沙漠边缘区（朱金峰，2011）等小尺度沙漠化过程进行了研究。除了分析沙漠化过程与驱动力外，不少学者研究了阿拉善高原沙漠化的环境效应。赵雪等（2004）分析了额济纳绿洲沙漠化对柽柳群落影响，结果表明：沙漠化所导致的环境恶化造成了植被衰退、生物量下降、土壤退化、柽柳群落朝多元方向发生次生演替等现象。康秀亮（2008）研究了额济纳旗沙漠化胁迫对胡杨、红砂、梭梭、柽柳和蒙古沙拐枣等5种典型植被的敏感性，并提出了相应的植被恢复措施。

图2 阿拉善高原沙漠化驱动机制示意图Fig.2 Driving mechanisms of aeolian desertif i cation in Alxa Plateau

2.2 沙尘暴时空演化与成因

姚正毅等（2008）研究表明，由于阿拉善高原生态环境的持续恶化及其地域单元的特殊性：（1）该区域是三条冷空气路径的交汇处，具备沙尘暴发生的强劲动力源；（2）大面积沙漠与干涸湖盆分布其中，给沙尘暴提供充足物源；（3）人类活动的不合理加剧了沙尘暴发生的可能。从而导致阿拉善高原现已成为中国四大主要的沙尘暴策源地之一（王涛等，2001）。可见，阿拉善高原的沙尘暴问题亦是该区域生态环境退化研究的重要内容，该区域沙尘暴形成演化机制如图3所示。

成格尔等（2010）的研究表明：地表下垫面持续恶化所导致的土地沙漠化与沙尘暴发生关系密切；植被覆盖度的增加对沙尘暴的抑制作用明显；且戈壁地表不利于沙尘暴的发生。另外，学者们在气候因子与沙尘暴发生及变化规律的关系方面做了大量研究，结果表明：空间上，阿拉善高原沙尘暴的分布规律以拐子湖地区为中心向周围方向递减（董智等，2008；李亚飞等，2008），且高原北部与东部沙尘暴发生频次多于西部与南部（董智等，2008）；时间上，20世纪70年代沙尘暴发生频次最多，之后呈现逐渐减少的趋势，到20世纪90年代又呈现波动增加的趋势（尤莉等，2004），且一年之中春夏两季沙尘暴多发，而秋冬季频次较少（董智等，2008）；成因上，沙尘暴与地表植被覆盖度（李亚飞等，2008）、年降水量（成格尔，2007）呈显著负相关，与大风日数（成格尔，2007；董智等，2008）呈显著正相关，而与年均温（成格尔，2007）呈弱负相关。关于沙尘暴物源方面的研究，岳乐平等（2004）通过对古居延海干涸湖盆沉积物的粒度组成进行了分析，研究发现：干涸湖盆的地表湖相沉积物大部分粒径小于10 μm，在风暴条件下可横扫整个东亚北部地区，是沙尘暴的主要物源。另外，姚正毅等（2008）认为：人类活动破坏地表植被和土体结构、采矿业增加的工业粉尘，亦对沙尘暴的物源做出了适当贡献。

图3 阿拉善高原沙尘暴形成示意图Fig.3 Evolution process of sandstorms in Alxa Plateau

2.3 土地利用/覆被变化及驱动机制

土地利用/覆被变化（LUCC）是自然过程与人文过程相互耦合、交互作用最为密切的环节之一，能够很好地体现人类活动对生态环境变化的影响（Meyer and Turner，1994）。阿拉善高原西北部的额济纳河沿岸绿洲带、北部东西向梭梭林带以及东部贺兰山天然次生林带，共同构成了该区域的生态屏障，是西北地区重要的生态防线（龚家栋，2005）。然而人们不合理的土地利用方式所引发的诸如植被退化、绿洲萎缩、沙漠扩张等土地覆被状况变差的现象，直接导致了阿拉善高原生态环境退化的问题。

Pei et al（2008）为探究禁牧对阿拉善高原草场生态环境退化的影响，以三组样地（分别为放牧一年土地、禁牧两年土地以及禁牧六年土地）进行对比研究，分析其土壤与植被的性质，结果表明：限制放牧可明显改善当地的土壤肥力，植物的多样性、覆盖度及生物量。王涛等（2008）分析了1975 — 2006年阿拉善高原各土地利用类型的动态变化，结果表明：农田与建设用地面积有明显增加，分别达307.80 hm2与156.71 hm2，说明人们对土地利用的强度在不断增大。成军锋（2010）对乌兰布和沙漠及周边地区1985 — 2004年的土地利用/覆被变化做了监测研究，结果表明：未利用土地的总面积不断增加，且斑块逐渐变大，这对沙漠化的治理越来越不利；整个研究区土地利用变化较小，而在局部地区变化很大，从侧面反映了人类活动对局部区域的土地利用具有强烈影响；草地向未利用土地（沙漠、戈壁、裸土等）大量转化，说明荒漠化在加剧；绿洲地区的盐碱地不断增加，即土地盐碱化程度加重。从宏观尺度上看，近几十年阿拉善高原土地覆被状况是先恶化、后逐渐好转的，如谢家丽等（2012）通过研究发现，阿拉善高原绿洲面积变化呈现先减少后增多的趋势。近年来土地利用结构的好转使阿拉善高原生态环境问题得到一定的缓解，但社会经济发展与生态环境保护的协调度不高，生态环境退化问题依旧严峻（丁涛等，2011）。

阿拉善高原土地利用方式虽然总体上以负环境效应为主，但亦有正环境效应的例子。郭巧玲等（2010）分析了黑河分水前（1987 — 2000年）与分水后（2000 — 2009年）额济纳绿洲天然植被覆盖的动态变化，结果表明：黑河下游得到分水补给后，绿洲植被退化得到明显遏制，部分区域绿洲植被恢复良好。红古乐詝拉（2016）的研究也表明，近年来阿拉善梭梭公益林的建设使局部地区植被覆盖度增加，这对降低风速、防治土地沙漠化与沙尘暴具有明显的作用。然而，人类活动作用于土地利用方式所产生的生态环境效应是复杂、动态的。如理论上通过禁牧与生态移民可使阿拉善高原生态环境退化区的植被得到恢复与改善（Pei et al, 2008），而实际上：禁牧会导致草原鼠害增加、火灾风险加剧，以及出现灌木因长期缺乏啃食而退化、不利于草场更新等问题；生态移民工程的实施又将加重移民迁入区的生态承载负担（万炜和张爱国，2014），从而造成因过度开垦而导致的土地沙漠化、地下水位下降及土壤盐碱化等问题（戴新刚等，2012）。阿拉善高原土地利用/覆被变化与生态效应之间的耦合关系如图4所示。

图4 阿拉善高原LUCC与生态环境的耦合关系Fig.4 Coupling relations between LUCC and ecological environment in Alxa Plateau

2.4 绿洲退化及驱动机制

绿洲作为西北干旱区一种独特的生态地理景观，其生态环境的敏感性较高。阿拉善境内的阿拉善左旗与额济纳旗均有较大面积的绿洲分布，阿拉善高原绿洲总面积达3396.72 km2（谢家丽等，2012）。额济纳绿洲位于中国西北第二大内陆河——黑河的下游，其中、上游来水是维系额济纳绿洲最重要的水源。而由于黑河来水量的减少及季节性断流现象的发生，致使该区域植被退化问题严重，成为阿拉善高原绿洲退化研究的热点区域。

马燕等（2010）通过钻取额济纳旗境内的高分辨率湖泊沉积物，反演了额济纳绿洲近200年来的环境变化，研究表明：人类活动导致了黑河水系不断溯源退缩，额济纳绿洲相应退化，荒漠化不断加剧，东、西居延海亦逐步缩小。格日乐等（2006）通过建立系统动力学模型，预测了未来20年额济纳绿洲的土地承载力变化，研究结果显示绿洲土地将处于严重超载状态。高冠龙等（2015）对1987 — 2008年以来的额济纳绿洲土地覆被变化进行了研究，结果显示：1987 — 1999年，绿洲植被呈退化趋势，而2000年黑河分水以后，绿洲退化趋势得到缓解；通过对绿洲退化的驱动力进行主成分分析表明，额济纳绿洲的土地覆被变化主要受人类活动的影响，地表径流、气候状况、地下水条件等因素对绿洲变化亦有不同程度的影响。王旭东等（2009）对额济纳旗1957 — 2007年以来的气象参数进行了研究，结果表明：1957 — 2007年以来，额济纳绿洲干旱化趋势明显，即在此背景下，额济纳旗生态环境将面临着更大的压力。除了研究绿洲退化过程以外，近年来学者们进一步对绿洲变化所引起的环境效应做了大量研究。席海洋等（2011a）研究了额济纳绿洲不同植被覆盖下土壤特性的时空变化，结果表明：戈壁地表条件下的土壤差异性最为显著；不同植被类型下的土壤含水量变化差异明显；土壤类型及结构的差异又会影响绿洲植被的生长和分布。鱼腾飞等（2011a，2011b）通过对额济纳绿洲植物群落进行研究，结果显示：荒漠绿洲植物群落的结构简单、组织水平低；物种各多样性指数沿河流方向的格局变化明显，以绿洲为核心向东、西戈壁及沙漠腹地递减。与绿洲退化相逆的过程称绿洲化，是指是干旱区人与自然因素共同作用下荒漠向绿洲转变的过程（赵文智等，2016）。可以看出，绿洲退化的最主要原因是流域内水土资源的过度开发利用，而黑河分水政策的实施对额济纳绿洲的恢复（绿洲化）起到决定性作用。人类活动与绿洲退化（荒漠化）及绿洲化三者之间的关系如图5所示。

图5 阿拉善高原人类活动与绿洲退化及绿洲化关系示意图Fig.5 Relationship between human activities and oasis degradation / oasif i cation in Alxa Plateau

2.5 水量减少与水质恶化

阿拉善高原地处亚洲大陆腹地、内蒙古高原的最西端，大陆性气候十分明显。且由于阿拉善高原位于200 mm等降水量线以西，为干旱气候区。因此，水资源短缺是制约阿拉善高原生态恢复的主要因素。阿拉善高原境内的主要河流为黄河与额济纳河：黄河自南而北流经阿拉善高原最东端，过境流程仅85 km；黑河流出正义峡后进入阿拉善高原，被称为额济纳河，属于黑河的下游，河流两岸发育形成了额济纳绿洲，是额济纳旗主要的人口聚居地。中上游来水除蒸散发外，大部分被绿洲灌溉及人畜消耗，一部分形成地下水并与地表发生迁移转化，地表径流最终流向东、西居延海（图6）。

景爱（1994）通过对额济纳河下游进行考古研究，发现该区域在汉、唐、元等朝代均是边疆重要的农垦、军屯区，而随着人们的长期垦殖以及自然环境的变迁，逐渐出现了河流水量减少、湖泊萎缩、沙漠面积逐渐扩大等现象。到20世纪60年代，甚至一度出现额济纳河断流、居延海彻底干涸的问题。直至2000年政府实施黑河分水政策以后，额济纳河流域的河湖水量才陆续得到恢复（廖杰等，2015）。另外，阿拉善高原作为中国西北典型的干旱区域，大气降水及地表径流是相当有限的，水资源主要赋存于地下，即本区域地下水与植被生长、植物种群演替以及绿洲的存亡有着密切关系（钟华平等，2002）。因此，关于阿拉善高原地下水水量、水质方面的研究亦是当前研究的热点。席海洋等（2011b）分析了1988 — 2006年以来额济纳盆地地下水的变化特征，结果表明：地下水位自20世纪40年代开始整体上呈不断下降的趋势，而随着近年来河道输水量的增加，潜水水位得到回升，但深层承压水水位仍呈现持续下降的态势。师伟（2007）、彭翠华（2007）以阿拉善高原的腰坝绿洲区为研究对象，发现地下水超量开采导致了一系列的生态环境退化问题，主要包括地下水位持续下降、水质恶化、土壤盐渍化加剧、生态林大面积枯死以及在局部地区出现地面沉降及地裂缝；且水质恶化的最主要原因是人类长期过量开采地下水，导致绿洲西南部高矿化度咸水入侵而造成的。另外，姜凌等（2009）研究发现，在气候变化和高强度人类活动的影响下，绿洲地下水的水动力条件逐渐变差，高盐分离子逐渐富集，易溶盐累积，水体总体朝咸化方向发展。

图6 阿拉善高原额济纳河流域主要水文过程Fig.6 Main hydrological processes of Ejna Basin in Alxa Plateau

3 研究存在的主要问题与展望

阿拉善高原地区的土地沙漠化、沙尘暴发生、土地利用/覆被变化、绿洲退化、水量减少及水质恶化等与生态环境退化相关的研究已经有了显著的进展，取得了较为丰硕的成果，但仍然存在一些尚需深入研究或亟待解决的科学问题。

3.1 主要问题

（1）已有土地沙漠化问题的研究，主要是对阿拉善高原不同尺度的土地沙漠化时空演化过程进行分析，并在此基础上探讨沙漠化的驱动力与环境效应。但如何区别自然与人文驱动因素对沙漠化的贡献、定量分析人文因素（如农牧发展、生态移民、法规政策）对沙漠化的驱动机理，是当前研究的主要短板。

（2）关于阿拉善高原沙尘暴方面的研究，学者们主要从沙尘暴的成因、沙尘暴发生的气候条件、沙尘暴时空分布规律、沙尘暴的物源等方面展开。而在沙尘暴与生态环境退化之间的耦合关系、全球变暖气候背景下沙尘暴发展的趋势及预测、沙尘暴防治的工程措施等方面，缺乏明确的应对研究。

（3）目前学者们较多研究阿拉善高原土地利用/覆被变化直接引起的生态环境变化，而关于不合理的土地利用方式所导致生态环境退化的微观机理、土地覆被变化与生态环境效应之间的相互作用关系等方面，则鲜见报道，仍有待加强研究。

（4）阿拉善高原绿洲退化的根本原因在于水土资源未得到良性开发。因此，在来水量有限、人地关系紧张的条件下，定量研究绿洲生态需水量，优化耕作模式，并提供相应的工程、政策及管理措施，使有限的水土资源在绿洲区合理分配利用、最大限度地减少无效耗散与损失，应是当前研究的重点问题。

（5）阿拉善高原自身的自然环境决定了其有限的水资源禀赋，黑河分水政策的实施是保证额济纳河流域来水量的主要办法。而绿洲区过度地开采及破坏地下水资源，导致地下水位下降、水质持续性恶化，是当前该区域尚未得到相应解决措施且亟待处理的重要生态环境退化问题。

3.2 展望

阿拉善高原所面临的几个主要生态环境退化问题，它们之间是相互联系、互为耦合的。脆弱的自然环境（干旱的气候背景、有限的水资源）是生态环境发生退化的背景因素，而不合理的人类活动长期作用于脆弱的生态系统，即人地关系间的不相协调，是生态环境退化的主要动因。在中央要求加快推进生态文明建设的今天，相关的工程、政策应加以实施，用以加大对生态系统和自然环境的保护力度。从根本上缓解日趋紧张的人地关系，遏制生态环境退化，恢复和重建脆弱区生态系统，是势在必行的。

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