绿洲可持续发展的思考与建议

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摘要：基于策勒国家野外站长期监测与研究成果，以塔里木盆地南缘绿洲可持续发展为主题，总结分析指出，当前绿洲可持续发展的核心还是以水资源为主线的绿洲适宜规模开发。在认识论层面，需要对绿洲化进行再认识，强调荒漠化与绿洲化的本质统一，即在极端干旱背景下，荒漠化或风沙危害加剧的深层原因还是绿洲“入侵”的不合理性。在方法论层面，需要重视绿洲规模不确定性的本质特征，并在充分考虑自然与社会各模块基础上，提出绿洲适宜规模不确定性的概念模型。最后，强调多学科交叉、长期监测网络在绿洲研究中的重要性。总之，解决新疆极端干旱背景下风沙危害治理、实现绿洲生态稳定与可持续发展的核心问题是探寻绿洲与荒漠共存的平衡点（阈），进而对绿洲持续利用与保护提供理论依据和决策支持。

关键词：绿洲；可持续发展；风沙危害；不确定性；策勒

引言

塔里木盆地南缘是指西起和田地区的皮山县、东至巴音郭楞蒙古自治州的若羌县、跨越1400km的狭长地带。其南部直面昆仑山脉，北部与塔克拉玛干沙漠相接。区域内分布着大大小小百余片绿洲，其中较大规模的主要有皮山、和田、策勒、于田、民丰、且末、若羌等绿洲（图1）。极端干旱少雨与多风是该区域主要不利气候特征。暖温带极端干旱气候使得山前绿洲主体区域年降水量少于50mm，而潜在蒸发量是降水量的40倍以上。因此发源于昆仑山大大小小的融雪型河流对绿洲的演变、更迭施以决定性作用，限定了绿洲发展的规模、尺度与方向。此外，风沙危害又使得荒漠化治理更为困难。然而，这里有着十分有利的光热资源，可以满足特色农业与林果业的发展。作为生态与社会问题突出的区域，塔里木盆地南缘一直是学者与政府关注的焦点。熊黑刚等［1］对绿洲变迁历史进行研究，钟巍等［2］通过孢粉研究了近4000a来环境变化状况，高前兆［3］对水资源开发与绿洲生态环境效应进行了系统阐述，万的军等［4］对近50多年的沙尘天气变化特征进行阐述，刘新春等［5］、李红军等［6］针对塔里木盆地分别就大气降尘、春季沙尘暴频次与大气环流关系进行分析，马金珠等［7］对地下水脆弱性进行了评价。2007—2012年执行的“973”项目“干旱区绿洲化、荒漠化过程及其对人类活动、气候变化的响应与调控”，更是将塔里木盆地南缘的荒漠化、绿洲化设定为一个课题进行系统研究，探讨绿洲化演变过程的同时，亦对社会人文状况进行细致探讨。2008—2013年执行的国家科技支撑计划项目“塔里木盆地西南缘生态综合整治关键技术开发与示范”把重点放在防沙固沙、防风减灾关键技术基础上，探讨如何兼顾农民增收，即如何将生态文明与社会经济发展有机结合，做到可持续发展。位于塔南中部策勒绿洲、隶属于中国科学院新疆生态与地理研究所的国家野外站———策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站（下简称策勒站），自1981年建站以来，长期致力于该区域风沙环境、绿洲生态安全研究，无论应用技术还是理论研究，均做出了诸多卓有成效的研究与示范工作。本文将在前述研究，尤其策勒站多年工作的基础上，针对塔里木盆地南缘区域特征，以该区域绿洲可持续发展为主题，结合当前该区域的研究成果，系统讨论实现区域可持续发展的可能性及实现该区域持续发展的科学基础和现实基础，并给出相关建议。

1塔里木盆地南缘绿洲影响可持续发展的主要生态问题

1．1风沙危害与治理

塔里木盆地南缘常年盛行西北与东北风，并在中部策勒绿洲形成交汇带。历史上由于风沙肆虐，沙进人退现象非常普遍。以策勒绿洲为例，县城就因风沙侵袭，被迫2次搬迁。也正是在此背景下，受当地委托，1981年中国科学院新疆生态与地理研究所在此建站，展开了长达30多年的沙漠治理、研究、监测和绿洲保护工作。近些年来，由于打井技术成本降低与大规模使用，极大促进了绿洲外围防护林建设，也有效形成了绿洲外围风沙防护带。但如何既能建立防护带，又能保障防护带的可持续运营，成为新的课题。基于此，国家科技支撑计划项目“塔里木盆地西南缘生态综合整治关键技术开发与示范”应运而生（2009—2013年执行）。该项目集成了当前生态屏障建设的成功模式，也试验并提出新的技术模式，取得良好效果。该项目在理清风动力环境、沙丘运移规律等环境背景基础上，成功地在以下三个方面展开工作：①藻类（结皮）、草本、灌木、乔木物种的筛选与扩繁种植；②过渡带优势植物种保护；③兼顾经济效益的生态屏障结构、功能。在物种配置方面，形成结皮、草本、灌木、乔木相结合的多层次结构特征，在功能上实现固阻沙、防大风、可经营，在经济效益上做到林果、饲草、药材、用材相兼顾。以图2为例，绿洲－荒漠交错带可以作为生态屏障的前沿第一道屏障，沙拐枣与柽柳的组合可以构成效果良好的阻沙带，肉苁蓉、红枣等当地特色农业、林果业则可以有效构成经济带，中间辅助以沙枣、新疆杨等乔木进一步巩固防风效果。通过上述项目的实施，已经确定利用当前的种植技术、物种筛选、管理水平，基本可以满足高质量生态屏障的建设要求，绿洲外围的防风固／阻沙模式可以有效保护绿洲，并初步具有一定经济效益，支持其可持续管理。就绿洲面临的风沙危害与水资源短缺问题进行比较，风沙危害已不再占主导地位。绿洲的大规模开发利用，尤其是地下水的抽采，使得水资源的可持续利用成为绿洲发展面临的首要问题。

1．2农田开垦及水资源问题

以策勒绿洲为例，1977—2010年绿洲农田面积已经扩大了近80％，达到约90km2，同时交错带面积则减少近40％，不到60km2。近几年策勒绿洲依然高速扩张，有超过10km2的交错带与沙漠直接被垦殖为农田，同时塔南诸绿洲自1977年以来面积也不断增加［8］。为探讨风蚀、风积等风沙危害对土壤环境的影响，对策勒绿洲不同位置农田（其表征风蚀强度不同）表层土壤粒径分布进行取样分析［9］，结果显示，在影响土壤粒径特性方面，风蚀、风积等作用并不占主导地位，相反农田的耕作年限是起到主导地位，并显示出农田持续耕作30a土壤质地变化的一个界限。量化分析结果也显示，耕作年限对土壤质地的独立影响占据67％，而风沙作用仅占到11％。考虑到土壤粒径分布特性既能有效反映出对风蚀作用的响应，又与土壤其它指标或土壤综合质量高度相关［10］，可以推断，农田垦殖后持续30a耕作将会对土壤综合环境产生积极影响，反之则会加剧土壤环境恶化。因此，问题的核心又回到绿洲发展面临的经典问题———水资源命题。绿洲扩张与持续发展将对土壤环境产生积极影响，而诸多研究也表明绿洲其它生态要素（如小气候、降尘等）具有正面影响，但问题是已有水资源是否足以支持当前绿洲持续发展？这需要在长期系统的监测基础上，进行区域水循环与水平衡等相关研究。目前绿洲扩张已经对当地水资源循环、配给方式产生重要影响，如曾经对交错带植被生长繁殖有重要作用的洪水更多地直接引入农田，地下水则逐渐成为绿洲生产的主要水源。仅基于目前和田区域地下水调查数据，就可以发现该区域地下水呈现显著下降趋势，地下水抽采井越打越深，井位埋深由几年前的30m到目前的动辄百米。因此，尽管风沙危害是绿洲面临的重要问题，但水资源问题仍是绿洲发展的唯一制约因素，其补给、循环、水分利用效率等诸多方面，除了本身内在的规律需要进一步揭示外，政府政策、水资源利用方式和规模等诸多人为因素又加大了该命题破题的难度，即不仅需要从自然科学去揭示，更需要将社会科学引入进来。因此，如何将社会科学有效融入自然科学研究已经成为目前国际相关研究中的一个前沿和热点。基于此，下面以水为主线，对当前沙漠有效治理及绿洲可持续发展面临的问题，从认识论以及方法论层面重点进行阐述。

2对绿洲可持续发展的再探讨

2．1认识论———对绿洲化的再认识

绿洲的高速扩张，即绿洲化进程，是研究区当前自然地理过程改变的主要方式。在该区域极端干旱背景下，荒漠或沙漠是主体，如果没有外来融雪型河流的侵入，则不会有绿洲存在。换言之，不同于其他区域荒漠作为侵入体的状况，在该区域本质上绿洲是“侵入体”。极端干旱少雨及多风的气候背景使得沙漠时刻要“夺回”自己领地，即荒漠化在该区域的发生具有“合理、正常”性。带着这种观念，我们会发现需要做的不是像其他区域的根除荒漠化，而是正视荒漠化的存在合理性，如何巩固或合理调控绿洲化，使得荒漠化反噬作用达到最小，而非消灭。这样，所有矛盾及认识问题的出发点将会回到人为对荒漠改造过程是否合理，探寻绿洲与沙漠动态搏弈中的合适尺度或边界，如何使二者达到一种动态平衡状态。因此，荒漠化的治理就转变为绿洲扩张尺度适宜性或绿洲适宜性规模的探讨，这又需要对水资源及政策等人为因素的全方位考量。由于绿洲发展中起决定性作用的水分补给、消耗、循环过程，以及政策导向等均充斥着不确定特征，绿洲适宜规模也注定不是一个固定边界，而是一个范围或者一个分布，这就需要从方法论上，重新对绿洲适宜规模进行再探讨。

2．2方法论———不确定性理论在绿洲适宜规模研究中的应用

绿洲适宜规模一直是干旱区研究者关注的重点科学问题。但已有研究思路均是从已有水资源供给量及耗水量出发，基于某个时间节点或具体区域，定性或定量提供一个静态的绿洲规模范围［11－13］，并没有考虑水资源补给、消耗过程中各环节的不确定性，因此也提供不出绿洲适宜规模及其不确定性的动态特征。“不确定性”是指我们对事物“不能完全确信”的状态，包括事物固有不确定性和认知不确定性［14－15］，前者源于事物固有的随机性，后者源于人们对所掌握知识和信息的局限性。不确定性广泛存在于各个学科领域。以模型研究为例，存在模型输入不确定性、结构不确定性及参数不确定性［16］。尽管不确定理论起步很早［17］，但局限于计算能力，长时间处于停滞状态。自20世纪90年代起，随着计算机技术及运算能力的飞快发展，各学科中不确定性理论及方法研究都取得重大进展。

3思考与建议

3．1数据持续获取与共享

野外监测数据、实验数据，以及社会、人文、经济发展层面数据，均构成研究工作的基础，而长时间序列的数据更是高质量研究的保障，也是科学决策支持过程中的重要论据。既然绿洲的可持续发展是一个系统命题，就需要各方面的长期、高质量监测数据为基础而进行求解，但事实上，这方面目前还存在诸多问题。首先，一些需要监测的地方存在盲点，如流域内高海拔区域的气象监测；其次，监测点位少，如地下水位监测中，可能一个点在监测，缺乏多点监测数据；最后，数据质量差，如人工监测误差或仪器精度不高等。这些问题有客观原因，如高海拔作业困难，但也不能逃避一些人为原因，如以项目为驱动的方式，项目开始则进行监测，项目结束则一切结束。应该说，目前中国生态系统研究网络（CERN）站长期监测网络有重要意义，但对塔里木盆地南缘诸绿洲研究来说，仅是一个参照点，距离高精度研究要求还有距离，因此还是需要从各学科背景出发建立长期有效的监测网络或实验地。如从风沙危害角度，需要建立长期气象、集沙、降尘监测点；从流域水文角度，需要建立高海拔气象观测点，径流与地下水的实时监测等；从植物生理生态，则需要建立长期小区实验等等。此外，打破行政壁垒，做到数据共享也至关重要，如水文站、水利局等观测资料，以及社会经济发展资料等如何实现有效共享，都需要得到政策层面支持。

3．2注重多学科发展与交叉

绿洲生态系统稳定性与可持续发展需要多学科的配合来实现，如风沙物理学、流域水文、植物／作物生理生态学，甚至社会人文科学的辅助，以及自然科学与社会科学的如何耦合等等。仅从单一学科角度出发探讨绿洲可持续发展，得出的结果也势必具有很大局限性。就目前而言，各学科的理论深入研究还欠缺。如风沙治理方面，虽然目前已有较完善技术体系，也取得了良好的效果，但这些体系多出于实验或者长期形成的经验，从理论上揭示、证明方面还不足够，即缺乏足够的数理解释；水循环方面，融雪型河流径流变化对绿洲发展有直接影响，而在流域尺度内，或更大尺度内，水文循环的物理过程与机制，也还有待深入揭示；农作物及各种生态防护植物构成绿洲水分消耗的主体，但具体有关植物水分利用效率的研究还缺乏完整认识。绿洲稳定性与可持续发展的研究中，各个学科的耦合与交叉也亟待加强。如上述公式（6）中，绿洲适宜规模分布就由多个模块与参数。此外，具体在每个方向研究过程中，不仅仅要从实验科学中寻找答案，更需要进行对数据的挖掘与模拟，因此与数学、农学、水文学，甚至社会科学等专业的交叉势在必行。

4小结

塔里木盆地南缘作为一个少数民族聚居的社会经济水平相对低下而自然环境又相当恶劣的区域，从各方面来说都应该值得各领域的科学家们去研究，最终目的是使得我们的研究落到地上，实现绿洲生态与经济协调的可持续发展。切实回答绿洲可持续发展命题，必须以水为主线、多学科配合，辅以长期监测数据，充分考虑不确定性特征后，逐步解决。这不但需要高屋建瓴地进行全面布局，还需要细化科学问题，整合多学科背景人员团队渐入式破题，更需要坚持，尤其是以水为主的各生态要素的持续监测、实验。以目前研究手段，相信在获取长期高质量数据后，细致深入回答绿洲可持续发展命题是可以实现的。该问题的解决，既找到绿洲与沙漠博弈过程的平衡点（阈），事实上也间接回答了荒漠化治理等相关生态问题。致谢：值奈曼站建站30周年之际，谨代表策勒站表达恭贺的同时，亦与兄弟台站分享我站在风沙危害防治及绿洲可持续发展方面所做的工作与些许想法。工作仍然有诸多不足之处，想法亦未必成熟、方案未必合理，希望能藉此良机得到各兄弟台站的指点与帮助，共同为荒漠治理与区域可持续发展贡献力量。

参考文献：

［1］熊黑钢，钟巍，塔西甫拉提，等．塔里木盆地南缘自然与人文历史变迁的耦合关系［J］．地理科学，2000，55（2）：191－199．

［2］钟巍，王立国，李偲．塔里木盆地南缘沉积物磁化率、δ13C与粒度及其气候环境意义［J］．地理研究，2005，24（1）：98－104．

［3］高前兆．塔里木盆地南缘水资源开发与绿洲的生态环境效应［J］．中国沙漠，2004，24（3）：286－293．［4］万的军，穆桂金，雷加强，等．塔里木盆地南缘近54年沙尘天气的变化特征及其未来趋势预测［J］．干旱区资源与环境，2009，23（9）：78－84．

［5］刘新春，钟玉婷，王敏仲，等．塔里木盆地大气降尘变化特征及影响因素分析［J］．中国沙漠，2010，30（4）：954－960．

［6］李红军，杨兴华，赵勇，等．塔里木盆地春季沙尘暴频次与大气环流的关系［J］．中国沙漠，2012，32（4）：1077－1081．

［7］马金珠．塔里木盆地南缘地下水脆弱性评价［J］．中国沙漠，2001，21（2）：170－174．

作者:桂东伟 曾凡江 雷加强 冯新龙 单位:中国科学院新疆生态与地理研究所