西北干旱区绿洲化及其环境效应综述

杨依天，杨越，武智勇

（河北民族师范学院，河北承德067000）

西北干旱区绿洲化及其环境效应综述

杨依天，杨越，武智勇

（河北民族师范学院，河北承德067000）

西北干旱区生态与环境极为脆弱，在绿洲开发过程中极易引起土壤盐渍化、土地沙化等生态与环境问题。本文在阐释绿洲及绿洲化等概念基础上，对西北干旱区绿洲化及其环境效应研究进行综述。针对绿洲、绿洲化等概念可操作性不强，绿洲化趋势研究数据时间序列较短及时间节点较少，绿洲化环境效应综合评估薄弱等问题，提出未来应在界定绿洲与绿洲化等基础上，加强绿洲化机制研究，应特别关注过度绿洲化问题。

绿洲化；环境效应；西北干旱区

1　引言

西北干旱区（不包括半干旱区，下同）指东起贺兰山，西到国境线，中纬西风作用下的温带和暖温带地区[1-2]。这一地区水汽主要来源为大西洋湿润西风环流。因远离海洋，经过长途输送到达干旱区上空时，西风环流中的水分含量已大为减少。降水稀少、气候干燥、水资源稀缺及生态与环境脆弱等严重制约当地社会经济发展[3]。

绿洲是西北干旱区的精华[4]，尽管其面积仅占西北干旱区总面积3%-5%，但抚育了90%以上人口，创造了95%以上的工农业产值[4-5]。在绿洲开发过程中，人与自然共同作用致使荒漠不断向绿洲转变，这被称之为绿洲化过程[6]。在荒漠化日趋严重的大背景下，作为荒漠化逆过程的绿洲化在影响范围及规模上均远逊于荒漠化[4]，但绿洲化能产生正向环境效应（如植被覆盖增大、生物多样性增多、土地集约程度、生产能力提高、生态良性转化等）及绿洲化研究对全球共同关注的重大环境问题——荒漠化及其防治亦有重要理论价值与实践意义，国内外学者，特别重视绿洲及相关问题研究。

早在19世纪末，瑞典探险家斯文·赫定及俄罗斯探险家与旅行家普尔热瓦尔斯基就先后对西北地区进行了探险与考察，为绿洲研究提供了大量有价值资料[7]。周立三在《地理》杂志上发表的“哈密——一个典型的沙漠沃洲”揭开绿洲研究新篇章[8]。20世纪50-80年代，中国科学院多次组织科研人员对西北干旱区的自然资源、能源、环境等进行综合考察，系统地研究了绿洲的地质、植被、土壤、水文、水系等自然条件及古绿洲演变[4]。20世纪80年代，以赵松乔、黄盛璋为首的地理学家明确提出建立绿洲学，加强绿洲化研究[9-10]。之后，遥感技术、全球定位系统、地理信息系统等技术手段应用，为沙漠广布、地广人稀、自然条件恶劣的干旱区的绿洲研究提供技术支持，研究成果丰富。同时，在绿洲开发中，人类不断深化对绿洲的认识，逐渐形成系统的绿洲理论。

2　研究进展

2.1基本概念

2.1.1绿洲

20世纪80年代以来，中国学者对绿洲概念进行了大量探讨[11-24]，认为绿洲概念属于综合自然地理学范畴，绿洲是干旱区荒漠背景下的生态系统，是水、土、气、生等条件优化组合的非地带性单元，是具有稳定水源供给、利于生物生存及人类聚集繁衍的地域系统。

绿洲对人类重要贡献之一为绿洲的生产力。从发生学视角看，绿洲生产力主要指绿色植物生产力或源于绿色植物的生产力。植物生存主要得益于绿洲具有荒漠中稀缺、珍贵的水源。从这一思路可得出唯水性是绿洲基本属性。然而，水只是绿洲形成的必要条件，地势平坦、土地肥沃、植被覆盖良好均是绝大多数绿洲形成的基础。同样，人类活动对绿洲形成与演变有不可忽视的作用，且对工矿类绿洲而言，人类活动起主导作用。因此，绿洲本质属性应涵盖水、土、气、生、人等各个方面。

根据规范和教科书来看，岩矿石标本电性参数的测量方法主要分为两种：一是露头法，二是标本法。露头法测量一般多采用露头小四极法或小极距测深法[2]；标本法测量常用的测量方法主要为蜡封法、双盆边架法、标本架法、泥(面)团法[3]。野外生产中多采用标本架法和泥(面)团法。

2.1.2绿洲化

1984年，赵松乔提出绿洲化概念[9]。现今人们普遍认为绿洲化是干旱区人与自然共同作用所引起由荒漠向绿洲转变的过程，是荒漠化的逆过程[4-6]。荒漠化被定义为：气候变化及人类活动等多种要素共同作用下的干旱半干旱和具有干旱特征的半湿润地区的土地退化[25]。从这一角度，绿洲化是一种土地“进化”。广义上，绿洲化表现为绿洲面积扩大，亦表现为土地集约程度及生产力提高。

绿洲化与荒漠化紧密相关，而绿洲与荒漠间双向转化[26]。2009年底中国荒漠化面积已达262.37× 104km2[27]，荒漠化面临“局部治理，整体恶化”严峻形势[27-29]。这与20世纪50年代以来，我国绿洲不断扩张有直接关系。

绿洲扩张主要表现之一是人工绿洲取代天然绿洲，这也是现代绿洲演化的重要特征。在人类历史时期，天然绿洲不断向人工绿洲演进[30]，而20世纪50年代以来，人口激增、技术进步加速了这种演化[28]。以新疆为例，2000年与1960年相比，耕地（54.67%）与城镇建设用地（133.58%）均显著增加，林地（-38.74%）与草地（-15.06%）明显减少[31]。

天然绿洲向人工绿洲演进的同时，天然绿洲不断衰退与消亡，荒漠植被生存受到严重威胁。1973-1983年，塔里木河下游绿色走廊胡杨林及灌木林地面积减少239.7×104hm2，减少了37.7%[28]。1980-2010年，和田河流域新增耕地主要源于草地、未利用地开垦及毁林开荒，这导致灌丛与荒漠草地面积分别减少0.42×104hm2、18.49×104hm2[32]。1980-2000年，甘肃民勤县有2.3×104hm2的白刺、红柳等天然植被处于死亡和半死亡状态，5.0×104hm2天然沙生灌草衰败，26.7×104hm2天然草场退化为荒漠[5]。20世纪50年代，阿拉善境内有110×104hm2梭梭林，而20世纪80年代仅剩下55.6×104hm2，到2001年，覆盖度在30%以上的梭梭林仅存38.5×104hm2[33]。

从流域尺度上，河流上下游绿洲面积呈相反变化趋势。石羊河中上游大量引用地表水，已导致下游绿洲不断衰退甚至消失[34-35]。塔里木河下游楼兰古国消亡主要原因是上游绿洲扩张造成的河流改道、水源断绝[30,36]。塔里木河三源流之一的和田河，中游耕地对林、草及未利用地的侵占与下游林、草地退化同时发生，且在中、下游绿洲面积呈现空间耦合[32]。

2.2绿洲化驱动机制

西北干旱区荒漠环境形成于晚白垩纪和早第三纪，而第三纪末、第四纪初青藏高原整体隆升使干旱区荒漠环境进一步维持和加强[37-38]。历史时期，气候波动对荒漠化有重要影响，而人类活动是主因[39-40]。近现代的气候变暖，风沙活动加强，不利绿洲发展[40-42]，如影响天然草地、林地变化。耕地受气候变化影响不显著，而人口增加和经济发展有利于以耕地为主的人工绿洲扩张，但大量开垦草地及不合理的水土资源利用则导致天然绿洲面积萎缩[43]。研究表明，人类大规模水土资源开发所导致的耕地面积不断增加，是干旱区绿洲扩张的主要原因。在新疆，“1515”工程[44]、西部大开发及对口援疆等政策促使棉花等具有比较效益的农产品生产规模扩大[45]，是绿洲不断向其边缘及荒漠扩张主要驱动。

2.3绿洲化环境效应

绿洲开发改变了水、土、气、生等因子及其相互作用，影响水循环，改善局部生态，提高了生产力[5]。同时，主要表现为垦荒的绿洲扩张过程中，水资源过度开发，破坏了绿洲-荒漠过渡带植被，导致绿洲局部生态恶化，进而危及绿洲系统安全与稳定[4,32,47-48]。可见，绿洲化产生的环境效应包括正、负两个方面。下面主要从气候、水文、土壤及生物（生态）等方面论述绿洲化过程中产生的环境效应。

2.3.1绿洲化气候效应

1957年，Lemon等[49]在灌溉棉田观测到“绿洲效应”（Oasis Effect）。1963年，Van Bavel等[50]报道了“晾衣绳效应”（Clothesline Effect）。1987年，Oke[51]定义绿洲效应为因蒸发冷却，干热环境包围的湿润地带总比周围更凉爽的现象；晾衣绳效应指干热环境围绕的绿洲边缘因强的热平流而增强植被蒸腾，引起植被蒸腾加速的现象。绿洲内部及边缘产生不同效应，荒漠与绿洲相互转变过程中，因下垫面性质变化，其蒸散发、温度与湿度等将发生变化。

李宝富等[52]基于遥感和SEBAL模型的估算结果表明，不同土地利用/覆被类型蒸散发有明显差异。其中，未利用地、林地与草地的蒸散发量小于耕地。采取覆膜滴灌这种高效节水技术，作物生长期间的蒸散发为538mm[53]，这高于林地与草地的蒸散发量。故天然草地与林地向耕地转化（广义绿洲化）以及未利用地的绿洲化过程中，地表蒸散发增加，加大水资源消耗，并进而影响温度与湿度的变化。实验证明[54]，在防护林保护的麦田内部、绿洲前沿麦田、绿洲前沿沙棘林地及绿洲外围流动沙丘的平均水汽压分别为11.4pa、11.7pa、10.2pa、8.4pa，总蒸发量分别为9.3mm、10.4mm、12.8mm、22.3mm。此外，绿洲防护林网能够增加下垫面粗糙度、减少湍流交换、降低风速，有效抵御沙尘与流沙侵袭，可减少年沙暴日数[55-57]。刘钰华等[58]证实在风沙较重地区及绿洲边缘，防护林网主带间距为林高15-20倍（在风沙较轻的地区及绿洲内部，防护林网主带间距为林高25-30倍）的小网格防护林网系统效果较佳。

2.3.2绿洲化水文效应

绿洲-荒漠过渡带是维持绿洲稳定的关键[59-62]，是绿洲与荒漠间物流、能流和信息流交互作用地带，可形成不连续具有临界阈值的界面[63]。这一界面及围绕该界面向外延伸的空间域有相对的稳定性，对维持绿洲稳定起到关键作用[64]。水分输入与输出、土壤水分状况、地下水埋深等决定过渡带植被盖度、种群及其多样性，从而影响绿洲结构与功能及绿洲的稳定性[4]。

同样，稳定的环境对绿洲水文产生显著影响。绿洲边缘到内部，随着空气湿度增加、蒸发量降低，土壤水消耗减少，水文环境得以改善。在北疆玛纳斯河流域安集海垦区低洼的次生盐渍化较重地带，栽植以杨柳为主的林带后，生物排水有效距离可达100-125m，降低水位可达70-200mm；在南疆喀什噶尔河畔疏勒县羊大曼乡第四居民村以沙枣林为防护带的条田，3a-5a生2行林带30m内，可降低地下水5-14.5cm，而6a-7a生2行林带可降低地下水位1m左右[55]。

2.3.3绿洲化土壤效应

绿洲化过程包括沼泽化、草甸化及土地熟化等[4]。干旱区河流两岸、湖泊边缘、山前洪积扇前缘及山间低洼地等常年积水及潮湿地段，人为或自然所引起的沼泽化可使土体剖面上部有机质含量逐渐增多[65]。在此基础上的草甸化所形成绿洲是天然绿洲面积最大、肥力最高的地带，而人为耕作熟化可加速潜在肥力转化为土地生产力。

绿洲化使土壤有机质不断积累、土地生产力不断提高的同时，也会带来负面影响。其中，土地盐渍化是最为重要的问题之一。我国干旱区土地盐渍化研究始于20世纪50年代，源于不合理灌溉措施导致大面积土地出现严重次生盐渍化问题[5]。20世纪60年代，在宁夏、甘肃、内蒙古、新疆等省（区）开展了咸水灌溉试验[6]。20世纪80年代后，盐碱地改良[66-67]、盐渍土的水盐运移及其监测与预报[68-71]、不同蒸发条件下土壤盐分运移的实验及过程数值模拟[69,72]、土壤盐分变化对环境过程响应[73]、土壤盐渍化对策[74]及土壤盐渍化逆向演替[75]等备受关注。

2.3.4绿洲化生物（生态）效应

绿洲化过程中，植被盖度增大、物种增加、生物量提高[5]，进而产生一系列生态效应。植物通过反射与吸收太阳辐射，增强绿色植物生长季的蒸腾与光合作用，热量消耗增加，可有效降低高温对农作物的影响[55]。对绿洲不同部位观测证实[4]，绿洲内部麦田的夏季气温低于绿洲边缘的麦田，而边缘地带麦田夏季气温低于荒漠边缘的沙棘林。对绿洲人工防护林的研究亦表明[54-58]，防护林具有冬季增温、夏季降温效应。

绿洲-荒漠过渡带的植被对维持绿洲稳定有重要作用。研究发现，尽管绿洲-荒漠过渡带的优势植物泡泡刺种群在密度、盖度以及其沙堆体积与高度上存在空间差异[76]，但均具有抵御风沙，维持绿洲稳定的作用[77]。在过渡带，免灌植被土壤湿度随植被盖度增大而减小；随着植物生长，土壤湿度下降[60]。

2.3.5绿洲化环境效应综合评估

绿洲化在产生诸如水资源利用效率提高，土地得到改良，生产力水平上升，经济迅速发展等正面影响的同时[78]，因水资源利用超负荷运行，水资源利用量超过水资源总量，地下水过度开采，地下水位大幅下降，水质污染严重，林地遭受破坏，草地退化，荒漠化加剧等负面效应随之发生[79]。因此，绿洲化环境效应评估应综合考虑绿洲演变过程中的正反两方面。涉及内容广，在指标选取、权重设定上均需谨慎。

就绿洲化环境效应综合评估而言，评估主要为生态安全评价[80]，方法为主观赋值法（如专家赋值法）与客观赋值法（如熵权法），基于生态系统服务价值服务功能进行的绿洲化环境效应综合评估有待加强[40]。

3　结论与展望

1）在绿洲、绿洲化等研究中，尽管达成一些共识，但绿洲及绿洲化的内涵与外延上没有统一的明确界定[11-14,81-83]。这导致绿洲与绿洲化面积定量计算不能重复与延续，研究结果不易进一步被验证。未来研究应明确绿洲及绿洲化内涵与外延，加强概念可操作性，如绿洲包括哪些类土地利用类型，绿洲化过程土地利用类型的转变，等等。

2）20世纪80年代赵松乔提出绿洲化概念，绿洲化问题逐渐受到更多关注，但绿洲化研究多分散于荒漠化研究中，而相关研究因遥感影像等资料的限制，数据时间序列较短及时间节点较少[40,81-83]，绿洲化趋势及机制研究难以取得令人信服结论。未来研究应在增加时间节点及延长时间序列的基础上，全面分析气候变化、社会经济及政策等的影响，以水资源供需为主线，探讨绿洲化驱动机制，预测未来绿洲发展趋势[40]。

3）绿洲开发应有“度”。这里的“度”是指绿洲的承载能力，是绿洲的适宜规模。过度绿洲化是人类对绿洲资源开发超过绿洲承载能力，是既得利益者为局部利益牺牲整体利益、为眼前利益牺牲长远利益的不可持续发展[40]。因此，未来研究中不仅应关注绿洲化对生态、社会及经济的有利影响，更应重视绿洲化过程中产生的负面影响，特别是河流中上游绿洲过度开发，水资源被大量占用，导致下游水资源供给不足而引起土地退化等一系列问题。同样，在绿洲化环境效应评估中，不应仅仅考虑绿洲化产生正面效应，亦应重视过度绿洲化所引起的生态与环境问题。

4）绿洲化环境效应研究主要集中在水、土、气、生等组成要素变化方面，相关评估主要为生态系统服务价值评估，未来研究应加强绿洲化环境效应综合评估。在综合评估方面，研究应以绿洲化生态系统服务价值评估为基础，参考1996年联合国经济合作与发展组织（Organization for Economic Cooperation and Development，简写OECD）提出的驱动力-状态-响应概念模型，建立绿洲化环境效应评估体系。在指标选取上，驱动力指标可从绿洲化驱动力因子分析获得。状态指标可选取水资源中的人均水资源占有量、径流量等，土地资源中的均衡度、信息熵、土地利用综合指数等，生态系统（源于生态系统服务价值评估）中的气候调节、水文调节、土壤保持等，社会经济指标选取粮食总产量、农作物播种面积、农林牧副渔总产值等。响应指标可选取绿洲面积、绿洲化面积、盐碱地面积、牲畜年末存栏数等指标。

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A Review of the Research on Oasisization and Its Environmental Effect in the Northwest Arid Regions of China

YANG Yi-tian,YANG Yue,WU Zhi-yong
（Hebei Normal University for Nationalities,Chengde,Hebei 067000,China）

Oasisization,which not only shows the expansion of oasis area but also the improvement of land productivity and land intensive level,is mainly the transition process from desert to oasis in arid region.However, the low level or disordered development of oasis may trigger a series of ecological problems like vegetation degradation and soil salinization.In this paper,three focus research fields including the concepts of oasis,oasisization and undue-oasisization,the driving mechanism of oasification,and the evaluation of environmental effects of oasisization are reviewed.It is found that there are some problems,such as the deficiency of quantitative concept of oasis and oasisization,the lack of oasisization data,and the comprehensive evaluation of oasisization environmental effects,needed to be solved.

oasisization；environmental effect；Northwest Arid Regions

D467；X171

A

2095-3763（2015）02-0020-06

2014-11-30

杨依天（1970-），河北丰宁人，博士,研究方向：自然地理综合研究。

河北民族师范学院课题《气候变化情境下的和田绿洲时空演变规律》(201304)。