高寒山区冻融侵蚀荒漠化形成及防治

李兴隆, 王荚文

(1. 四川嘉源生态发展有限责任公司, 成都 610072;2. 南昌工程学院 水利与生态工程学院, 南昌 330099)

高寒山区冻融侵蚀荒漠化形成及防治

李兴隆1, 王荚文2

(1. 四川嘉源生态发展有限责任公司, 成都 610072;2. 南昌工程学院 水利与生态工程学院, 南昌 330099)

高寒山区的冻融荒漠化是在气候变异和/或人为活动的作用下,使高海拔地区多年冻土发生退化,季节融化层厚度增大,地表岩土的冻土地质地貌过程得到强化,造成植被衰退、土壤退化、地表裸露化、破碎化的土地退化过程。高寒山区的冻融荒漠化在我国分布较广,面积较大,危害也较为严重,尤其是在全球气候变暖的条件下危害日益严重。针对这种情况,通过对冻融侵蚀荒漠化的概念和分布及特点进行探讨,阐述冻融侵蚀荒漠化的形成环境和过程,提出降低低海拔地区的碳排放量、恢复高寒山区草地植被、加强防治野生动物的危害、科学合理的控制人为破坏活动等治理措施,为提高高寒山区的生态环境保护提供借鉴。

高寒山区; 冻融荒漠化; 分布特征; 生态环境; 源区; 泥沙治理

中国是世界上水土流失和荒漠化危害最为严重的国家之一,在中国这块广袤的土地上,水土流失和荒漠化土地分布极为广阔,几乎从海平面到高海拔地带,从东到西,从南到北,均有分布。由于地域辽阔,气候类型和地貌类型多样性,因此造成水土流失和荒漠化的因素也多种多样。近几年来,由于全球气候变暖和人为活动的日益加剧,生态安全的矛盾也日益突出,2009年的哥本哈根世界气候大会的目的就是让全球再次关注在全球气候变暖条件下引起的生态安全问题,因此有必要开展全球气候条件下高寒山区的生态系统功能和江河源区泥沙规律的研究。也符合党的十八大以来生态文明建设发展战略要求;本文就在全球气候变暖条件下对高寒山区冻融侵蚀荒漠化的发展做简单的探讨。

1 冻融荒漠化的概念

《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》指出:“荒漠化是指包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的土地退化”[1]。冻融荒漠化是在昼夜或季节性温差较大的地区,岩体或土壤由于剧烈的热胀冷缩循环交替而造成结构破坏,导致植被衰退、土壤退化、地表裸露化、破碎化的土地退化过程,其过程的实质是土地退化过程[2]。

2 冻融荒漠化的分布及特点

2.1 冻融荒漠化在我国的分布

按自然营力把我国荒漠化归纳为风蚀荒漠化、水蚀荒漠化、冻融荒漠化、土镶盐渍化等4种类型的荒漠化土地,其面积依次为187.3万、26.5万、36.33万和17.3万km2。其中冻融荒漠面积是仅次于风蚀荒漠化类型的第2大荒漠化类型,占荒漠化土地总面积的13.8%。

冻融荒漠化主要分布于青藏高原的高海拔地区,在甘肃的少数高山区及横断山脉北侧的四川巴塘、得荣、乡城等县的金沙江及其支流流域上游零星分布。

2.2 冻融荒漠化分布特点

目前由于高原气候变暖、人为活动强度在高寒山区的增大、高原鼠类活动等因素触发了其固有的潜在因素,导致冻融荒漠化形成发展,其中西藏自治区的藏西-藏北是是高原上冻融荒漠化土地的主要分布区之一,随着自然地带的更迭和干旱程度的加重,冻融荒漠化由零星分布、带状分布向片状分布过度、发展程度也随之加重。

我国冻融荒漠化主要分布在青藏高原山地的丘陵缓坡漫岗、山前冲积平原、湖积平原,以及高山冰雪侵蚀区前缘等地貌部位。在山地缓坡漫岗,从山地坡面(谷坡)下部向上部,依次形成沙质荒漠化土地-水蚀荒漠化土地-冻融荒漠化土地;在山前冲、洪积平原,自扇缘向扇顶,依次出现盐渍化土地-沙质荒漠化土地-冻融荒漠化土地;而在藏北高原大湖区和阿里高原的班公错、玛旁雍错等湖盆, 自湖岸低洼带向湖盆周边山地,由盐渍化土地向沙质荒漠化土地-水蚀荒漠化土地-冻融荒漠化土地过度。

3 冻融荒漠化的形成

冻融荒漠化的形成综合了冻融侵蚀、水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀等4大侵蚀类型,并结合高寒地区气候条件、野生动物的破坏以及人为活动的增强等外部因素,最终导致了冻融荒漠化的发生及发展。尤其是在内在驱动力、外在驱动力及直接驱动力的共同作用下,高寒山区形成了半荒漠草原、荒漠草原、蠕流滑塌、泥流坡坎、草皮坡坎、热融洼地、石环、流石坡、碎石斑和沙地、裸土地等不同类型、不同侵蚀强度等多种形态的冻融荒漠化土地。

3.1 冻融荒漠化形成的驱动力

3.1.1 内在驱动力-区域气候暖干化

近40年来,青藏高原平均气温以0.26 ℃/10a的增长率上升,影响局地地温上升,导致多年冻土发生退化,其作用:1)局地地温上升使冻土中冰融水的径流量增大,通过地下水渗透的热流交换又在冻土的融冻界面产生消融作用,导致多年冻土变薄、融化而引起冻融荒漠化;2)多年冻土季节融化层增厚,冻土变薄、融化后,使得地下水位下降,地表土壤干燥化,植被衰退,导致草甸草原向冻融荒漠化土地退化;3)强化冻融风化作用、冻融交替作用、冻融蠕流作用、热融作用和积雪、积沙作用等冻土地质地貌过程,加速冻融荒漠化过程。

3.1.2 外在驱动力-人为不合理的开发活动和高原鼠兔的活动

由于各种不合理的开发建设工程、过度放牧、药材挖掘等,破坏了冻土层存在的平衡状态,使多年冻土上限处形成热量积累造成冻土消失或上限下降[3],其中草地过牧和不合理的开发工程影响最大,它使地温升高,土壤干燥化,破坏地表结构造成地表破碎化、裸露化;而高原鼠兔挖掘密集的洞道,既破坏了土壤结构,提高了浅层地温,使多年冻土上限下移,又破坏了致密的草根层,使地表植被根茎遭到破坏,缺少了植被对地表的保护作用。

3.1.3 直接驱动力-长时间的冻融作用过程

据观测[4],高原海拔5 000m以下地区年辐射25～360J/cm2/a,是全国辐射值最大的地区,即使在冬季,一日内地面最高温度有时也可达0 ℃ 以上,表层岩土全年正负温交替日数150～230d/a。这种特殊的气候环境使冻融作用过程频繁发生,且延续时间很长,强度大,是冻融荒漠化形成的重要动力。

3.2 冻融荒漠化加剧的机理分析

冻融侵蚀作为一种侵蚀类型,在我国分布比较,面积很大。全国水土流失总面积356万km2中,存在冻融侵蚀的面积就有126.89万km2,所占比例为35.6%[5]。其中高海拔多年冻土面积则居世界之最[6]。

冻融荒漠化的主要影响因素为冻土深度、地表植被覆盖、冻融作用以及风蚀作用强度,在全球气候变化的情况下,上述因素也发生了深刻变化,从而加速了冻融荒漠化的进程,加剧了冻融荒漠化的程度。

3.2.1 冻土层变薄

在高寒山区的多年冻土区域,季节性活动层中的水分受其下部多年冻土层阻隔,成为植物可利用水分的主要来源,也为成片、成带分布的沼泽草甸与沼泽湿地发育提供了必要的水分条件。因此,多年冻土层阻隔的存在不仅可提高土壤水分,利于植被、沼泽湿地发育,还可抑制土地荒漠化的发生及发展[7]。

但是,根据王绍武最新制作的1880—1999年平均气温资料序列[8],近20年中国气温回升猛烈,气候是其中对冻土有重要作用的因素[2]。由于高寒山区整体气温的回升,使得季节融化层逐渐变厚,多年冻土层融化并变薄。

3.2.2 地表植被的破坏

由于地表植被盖度降低,而降水、地表水及冰川融水的入渗量及入渗深度的增加,都会使地温升高、冻土层的融化加剧,使季节融化层土壤中的径流量随之增大,导致多年冻土融冻界面上的热流交换与冻融作用得到加强,其上限发生热融,冻土层变薄、消失。冻土层的消失致使下层土体的承载能力减弱,使得部分地表沉陷、破碎。在冻结和解冻2个循环交替过程中,这些地表沉陷、破碎的地方因降水、地表水及冰川融水等水分的变化而使土体或岩石发生更加频繁的机械变化,从而导致了冻融侵蚀的发生,再加之由于地表覆盖度的降低,最终造成了零星状的冻融荒漠化土地。

3.2.3 冻融循环交替加剧

气温的升高加深了冻土融化的深度,季节融化层将在频繁的正负温波动下反复发生冻结和融化,导致含有充足水分、土壤粒度不均匀的活动层的物质产生分异、分选,使土壤细小颗粒沿土体孔隙逐渐向下移动,粗颗粒土向上移动,引起地表土壤粗化、砾质化。并在自身重力的作用下,地处坡面的粗颗粒沿斜坡向下移动,在斜坡面的中下部、冲洪积扇前缘、雪蚀洼地等平缓、潮湿的地带,形成碎石斑、片状流沙等形态的冻融荒漠化土地。

由于昼夜或季节融化气温上升,水分和细小颗粒逐渐下移,最终到达多年冻土层上界面,由于多年冻土层可以理解为一定的相对不透水层或者相对隔水层界面,随着解冻层土体的水分的逐渐下渗,携带解冻层的细颗粒物质,在相对不透水层界面(多年冻土层)形成临时饱和水带,并在不透水层界面形成自由水,最终导致软弱剪切带形成,土体抗剪强度减小,因此在冻土的融冻界面发生蠕变甚至流塑,使地表岩土沿冻融界面向坡下蠕动,形成融冻泥流运动,导致地表植被层剥落,在坡面上形成融冻泥流、泻溜土坎和草皮坡坎等形态的冻融荒漠化土地。

3.2.4 风蚀荒漠化加剧

高寒山区大部分区域属干旱、半干旱性气候,多大风,可大于17m/s,风蚀作用相当强烈。一些地区全年大风日数平均在150～200d以上。大多数地区大风主要出现在12月至次年4月,最大常达10级以上[8]。草皮层经冻融作用剥离后,常常形成零星状的斑秃裸地,水土流失现象非常严重,加之冬春季节的大风,风蚀作用使秃斑裸地逐渐扩大和连接起来,最终使草地变为“戈壁沙地”,形成片区,最终形成高寒山区大面积的荒漠化土地。

4 冻融侵蚀荒漠化的防治

由于冻融侵蚀荒漠化的发展,导致我国的大江大河从源头开始就携带泥沙,长此以往会给上中下游的防洪造成严重的困难和国家经济的巨大损失,因此对于冻融侵蚀荒漠化的防治迫在眉睫。但是防治冻融荒漠化是一项长期的战略任务,虽然目前还难以控制全球气候变暖的趋势,但可以采取适应未来气候变暖的对策,减轻冻融荒漠化的负面影响。其主要对策有:

4.1 降低低海拔地区的碳排放量

通过大量的绿色环保宣传,引导人们逐步向低碳生活方式转变,对高耗能的企事业单位,积极采取节能减排措施降低温室气体的排放,并提高低海拔地区的植被覆盖率,增加对温室气体的吸收。

4.2 恢复高寒山区草地植被

要减轻高寒山区草场压力就必须在顺应自然规律的情况下,采取自然恢复为主、人工培育为辅的途径恢复草地植被,保护和合理利用天然草场,像苇状羊茅在西藏自治区的成功培育,就给高寒山区的草地植被恢复增添了新的种类。同时,控制畜牧业规模,减轻草地压力,促进草地植被的自然恢复。在冻融荒漠化集中连片或受其威胁较大的区域开展天然草地改良和人工草地建设,保护和恢复草地植被。

4.3 加强野生动物危害的防治

防治野生动物危害要在尊重、理解少数民族“不杀生”的宗教传统的同时,做好宣传与科普教育,动员更多的人参与草原野生动物危害的防治工作。像三江源头开展的灭鼠行动,就采用了饵料引诱、飞机投饵、鹰架灭鼠、物理防治(弓箭、铁铗、鼠笼捕捉)、生物毒素等多种方法灭鼠,开展生物控制鼠兔试验和鼠害动态监测[10],集中力量,连片防治,减轻鼠害,恢复草地植被。

4.4 科学合理控制高寒山区人为活动的治理措施

在人为活动频繁区域,采用工程与生物措施相结合的防治模式,保护冻土环境要按照统筹兼顾、分类处理的原则[2],尽量避免在高寒冻土区布局开发工程,遵循冻土区工程建筑设计原则[11]。在交通线、建筑场地和采矿场区要因地制宜的采用抛石路基、换填基土、强夯、防渗隔水、石砌护坡、补植草皮等工程与生物措施。作为世界上海拔最高、线路最长的高原冻土铁路,青藏铁路沿线分布着可可西里、三江源、色林错3个国家级自然保护区和类型众多、面积广阔的自然湿地。全线通过长江、怒江、雅鲁藏布江等5大水系,生态环境脆弱,生态地位十分重要,应加强铁路沿线水、气、生态环境监测和野生动物迁徙、冻土环境等多项内容的观测,研究、完善铁路运营环保方案,改进高原生态保护措施,建设“生态铁路”。

5 结 论

随着全球气候的变暖,人类不合理的开发活动和高原野生动物的危害活动以及昼夜或季节性冻融循环交替加剧导致;高寒山区冻融侵蚀荒漠化的危害也越来越严重,尤其是我国主要的大江大河源头都来自于高寒山区,土层浅薄,土壤稀少且十分珍贵,一旦破坏直接影响到生态系统功能的正常发挥。通过对冻融侵蚀荒漠化的概念和分布及特点进行了探讨,阐述冻融侵蚀荒漠化的形成环境和过程,提出降低低海拔地区的碳排放量、恢复高寒山区草地植被、加强防治野生动物的危害、科学合理的控制人为破坏活动等治理措施,为提高高寒山区的生态环境保护提供借鉴。

[ 1 ]CCICCD.ChinaCountryPapertoDesertification[R]Beijing:ChinaForestryPublishingHouse, 1996:18-31.

[ 2 ]李森,高尚玉,杨萍,等. 青藏高原冻融荒漠化的若干问题----以藏西-藏北荒漠化区为例[J]. 冰川冻土, 2005,27(4):476-485.

[ 3 ]周幼吾,郭东信,邱国庆,等. 中国冻土[M]. 北京:科学出版社, 2000:115-155,354-418.

[ 4 ]姚檀栋. 青藏高原中部冰冻圈动态特征[M]. 北京:地质出版社, 2002:234-254.

[ 5 ]景国臣. 冻融侵蚀及其形式探讨[J]. 黑龙江水利科技, 2003(4):111-112.

[ 6 ]刘小宁,李庆祥. 我国最大冻土深度变化及初步设计解释[J]. 应用气象学报, 2003,14(3):299-308.

[ 7 ]程国栋. 气候变化对中国积雪、冰川和冻土的影响评估[M]. 兰州:甘肃文化出版社, 1997:21-27.

[ 8 ]王绍武. 现代气候学研究进展[M]. 北京:气象出版社, 2001:138.

[ 9 ]董瑞琨,许兆义,杨成永. 青藏高原的冻融侵蚀问题[J]. 人民长江, 2000,31(9):39-41.

[10]张生合,任程,陈国民,等. 青海省草地鼠害防治及今后设想[J]. 青海草业, 2001,10(2):22-24.

[11]秦大河. 中国西部环境演变评估:第三卷[M]. 北京:科学出版社, 2002:87-91.

Investigationdiscussiononfreeze-thawerosiondesertificationformationandpreventioninalpineareas,China

LI Xinglong1, WANG Jiawen2

(1.SichuanJiayuanecologicaldevelopmentCo.,Ltd,Chengdu610072,China; 2.CollegeofWaterConservancyandEcologicalEngineering,NanchangInstituteofTechnology,Nanchang330099,China)

Freeze-thawdesertificationinalpineareasresultedfromclimatechangeandhumanactivitieshasledtoproblemsofpermafrostdegradation,increaseofseasonalmeltingsoillayers,intensifytheprocessofgeologicalandtopographical,soilandvegetationdegradation,landsurfacefragmentationandseverefreeze-thawerosion.Thebroaddistributionoffree-thawdesertificationinalpineareashascausedseriesofdisadvantages,especiallyundertheconditionofglobalwarming.Referringtothepresentsituationabove,theobjectivesofthisarticlewastoinvestigatetheconceptanddistributioncharacteristicsoffreeze-thawdesertificationandgivedetaileddescriptionofdesertificationconformationandprocess.Thefollowingsuggestionswereputforwardtoreducingcarbonemissioninlowaltitudeareas,revegetatingvegetationinalpineareas,preventingdisadvantagesfromwildbeastandcontrollingvandalismofhuman.

Alpineregion;freeze-thawdesertification;distributionandcharacteristic;environment;thesourceregion;sedimentcontrol

2016-11-31。

江西省水利厅水利科技计划项目(KT201213)。

李兴隆(1984-),男,甘肃张掖人,四川嘉源生态发展有限责任公司工程师。

1673-5862(2017)01-0080-04

P

A

10.3969/j.issn.1673-5862.2017.01.015