明长城河西段生态保护与对策

邹轲，窦觉勇

（1.兰州交通大学建筑与城市规划学院，甘肃 兰州 730070；2.兰州交通大学研究院，甘肃 兰州 730070）

长城是中华民族的伟大创造，有“古代工程奇迹”之誉，1987 年被列入世界文化遗产名录[1]。长城横亘万里，分隔农区牧区，阻隔游牧铁骑对农耕文明的频繁冲击，保证了农耕社会相对稳定的发展。“把我们的血肉筑成我们新的长城！”国歌把坚毅、奋斗、耐劳、不怕牺牲的民族精神唱进每个国人的心中。作为防御工程，长城的修筑始于春秋时期列国争霸，战国时期达到高潮，秦朝统一后撤除内部长城，连接并延伸原北方诸国长城[2-3]。秦长城位于农牧交错带上，奠定了此后历朝长城的基本格局，长城以南为农区，以北为牧区[4]。汉长城延伸到河西走廊，守卫着走廊绿洲农业经济和世界闻名的丝绸之路，东西交流得以实现。明朝是大规模修筑长城的最后一个朝代，修筑技术和防御体系完备程度达到颠峰，保护价值最大。

长城保护是一个重大课题，已经引起相关部门领导和学科专家的高度关注。目前，对于长城保护的研究，绝大多数集中于文物考古、工程学、建筑学、景观学等方面，对于生态因素在保护长城稳定中的作用，以及相关防护林带建设技术几乎没有研究。长城位于农牧交错带上，环境相对严酷，气候变化相对剧烈。植被具有庇护作用，能够缓冲自然灾害，控制侵蚀。忽视生态措施，长城保护难称完善。甘肃素有“长城天然博物馆”之称，拥有战国、秦、汉、明等众多长城遗址[2]。明长城河西段与汉长城平行，保存相对完整，尤以嘉峪关和山丹县境内部分保存最完整。河西走廊环境更加严酷、气候变化更加剧烈，该处长城面临巨大威胁，大部分墙体、烽火台、敌楼出现剥蚀、开裂，甚至坍塌等严重病害[3]。研究生态措施减轻风沙危害，对于明长城河西段的保护尤为重要。

1 研究区自然概况

河西走廊系指黄河以西地区，东起乌鞘岭，西抵玉门关，南依祁连山，北靠合黎山、龙首山，西北—东南走向，东西长约1 000 km，南北宽2～200 km，海拔1 100～1 500 m，包括武威、金昌、酒泉、张掖、嘉峪关5 市。温带大陆性干旱荒漠气候，冷热变化剧烈，干燥，多风沙，风向多变；年均气温6～11 ℃，1 月平均气温－8～－12 ℃，极端最低气温－29.3 ℃。7 月平均气温20～26 ℃，极端最高气温42.8 ℃；年降水量30～160 mm，蒸发量2 000～3 000 mm；年日照3 000～3 600 h，无霜期140～170 d。

河西走廊植被为典型温带荒漠草原类型，包括荒漠草原类型、沙质灌木类型和砾质灌木类型[5]，属于西北干旱中温至暖温带草原—荒漠区，分为棕钙土—灰钙土荒漠草原带和荒漠土半灌木—灌木草原带；植物区系属于古地中海植物区，中亚荒漠亚区，喀什噶尔地区，西南蒙古亚地区[6]。

2 明长城河西段概况

长城包括墙体、城堡、关隘、烽火台、敌楼等[7]，以墙体为工程主体，与驿站交通路网、烽火通讯系统构成军事防御体系[8]。明朝初年，从1372 年开始，明朝政府由东向西逐步设置等级不同的城堡经略河西走廊，至1397 年城堡体系基本完善[9]，但没有大规模修筑长城主体。明长城河西段墙体修筑集中在明朝中后期，从1503 到1601 年，历时约100 年[8,10]，至今400 余年。明长城河西段东起景泰县黄河索桥堡，西至嘉峪关，长约900 km，与汉长城并行延伸[11]。长城主体采取“因地形、用险制塞”原则，因地制宜，就地取材，构筑土墙、石墙、山险墙、壕堑，组合山险、河险连接而成，要冲之处墙上设敌楼。土墙少量为土坯砌筑，绝大多数为夯土板筑，在比较平坦的地段，就地取土夹杂少量砾石夯筑而成，夯层厚0.14～0.30 m，关门土墙外包青砖加固；墙体一般基宽2.0～4.0 m，顶宽0.5～3.0 m，高2.0～5.5 m。城堡墙体和烽火台也均为夯土板筑而成，一些重要城堡或其关键墙体则包砖加固。石墙，在山脊或峡谷处就地取石干垒，内部壅土。山险墙，在山势险峻之处挖削山体成陡峭崖壁而成。山险，整修利用陡峭自然山岩而成。河险，整修河道水流湍急处并设木栅栏而成。壕堑，在土质山腰或平地开掘深沟，土堆于内侧培筑成垄。敌楼骑墙而建，突出于墙面，四棱台状，空心，夯土板筑，外包青砖，夯层厚0.08～0.30 m；敌楼高8.0～12.0 m，底宽7.0～10.0 m，上筑楼阁，阁上开拱门、箭窗，顶面建楼橹，环以垛口，楼阁内贮武器、粮食、饮水和生活用具，平时登高守望，战时凭高射敌；敌楼一般间距1.1～1.5 km[8,10]。

3 明长城河西段遗址病害主要诱因

夯土板筑墙体、土坯砌筑、壕堑均属生土建筑，以生土为主要建筑材料[12]。生土未经焙烧，胶结性能弱，构件脆弱。生土建筑自重大，怕水，怕风雨侵蚀，耐久性差。河西走廊气候干旱，降雨稀少，雨水对生土建筑的侵蚀破坏较轻，这也是明长城河西段保存相对完整的原因。明长城河西段主要威胁是土壤易溶盐含量较多造成的盐害，其次是风沙天气。易溶盐一是造成盐风化破坏遗址夯土体结构，二是降低遗址夯土体强度和刚度；风沙则侵蚀损毁遗址夯土体。

盐风化指岩石孔隙中易溶盐结晶膨胀导致岩石表面颗粒分解脱落的物理风化作用[13]。盐风化很常见，干旱区和海边更明显，不仅见于自然岩石上，也常见于人工建筑，砖就是焙烧而岩化的熟土块。在土壤毛细作用下，遗址夯土墙下方地基中的易溶盐沿毛细孔隙向上富集在墙基，在蒸发作用下进一步向侧方迁移富集，过饱和而结晶，晶体增大削弱土体胶结性能；在干湿交替过程中，易溶盐交替吸湿—干燥，盐晶发生膨胀—收缩变化，同样削弱土体胶结性能[13-15]。地表附近空气比较潮湿，墙基土体表层盐分吸湿—干燥变化更频繁。墙基土体表层胶结性能衰弱，结构松散而诱发酥碱剥落，表现为墙基凹进、墙面蜂窝状或片状剥离等病害[14]。

干湿交替，地基土壤中的易溶盐富集到墙基夯土体中，一些易溶盐会降低土体强度和刚度，削弱抗风蚀能力[15]，也会降低墙基土体的承重能力。

净风风蚀作用微弱，挟沙风中的沙粒动能大，一方面撞击夯土体颗粒而破坏土体结构，一方面发生磨蚀作用，造成风蚀破坏。风速越大，所能携带砂粒的质量越大，数量也越多，夯土墙基的掏蚀破坏作用就越大[14-15]。

河西走廊气候干旱，干湿变化强烈而频繁，墙基盐风化、挟沙风掏蚀墙基、易溶盐削弱墙基强度和刚度3 种破坏因素明显，加之遗址夯土板筑墙体自重大，其综合作用造成了明长城河西段遗址墙体开裂、坍塌等严重病害[15]。

良好植被可以削弱乃至遏制明长城河西段遗址病害。植被可以防风固沙，稳定气候，降低干湿交替、气温变化的剧烈程度[16]。土壤浅层易溶盐是深层水分沿毛细孔隙向上迁移蒸发而富集的结果[15]，植物生长可以吸收土壤浅层盐分，再以落叶形式归还到地表，碱蒿Artemisia anethifolia、狗牙根Cynodon dactylon、柽柳Tamarixspp.、红砂Reaumuriaspp.、胡杨Populus euphratica等植物泌盐能力更强。落叶中的盐分只要不被雨水淋溶返还土壤，就可以降低浅层土壤易溶盐含量，减轻盐害。因此，植树种草是明长城河西段保护中不可或缺的生态措施。

河西走廊生态脆弱，是典型的荒漠草原地带，明长城沿线植被稀疏。河西走廊气候干旱多风，是我国沙尘暴的策源地之一，风沙危害主要发生在冬末春初，对长城的破坏最为严重。河西绿洲区建有比较完善的农田防护林网。农田林网大多位于明长城内侧，对长城的生态保护作用较弱。林网树种以二白杨Populus×gansuensis为主，近年来枯梢现象严重，生态防护效益衰弱，原因之一是黄斑星天牛危害[17]。绿洲外围建有大面积的防风固沙林，其中长城外侧部分发挥了良好的生态防护作用，有些则考虑不周。因此，有必要加强明长城河西段生态恢复和保护措施。

4 明长城河西段生态保护对策

4.1 建立生态保护长效机制

要全面认真贯彻执行《长城保护条例》《长城保护总体规划》《甘肃省长城保护条例》等法律法规，建立国家、地方和社会力量共同参与的长效机制，促进长城生态恢复和生态保护工作。长城沿线地方政府要聘请当地群众担任长城保护员，依法巡护长城遗址及其周边林草植被，其补助经费应纳入地方财政预算，确保经费来源。

4.2 增强生态保护科技基础

长城生态保护是一个全新的课题，尽管有防风固沙林、农田林网、水土保持林、江河防护林等生态工程可供借鉴，毕竟长城遗址病害有其特殊性，要因害设防还必须开展相关基础理论和应用技术研究。明长城河西段沿线有种子植物26 科79 属107 种，60%的自然植被以小乔木、灌丛和草本植物为建群种，以麻黄科、石竹科、廖科、藜科、菊科、豆科、鸢尾科、紫草科等荒漠型植物居多[18]。根据适地适树原则[16]，这些乡土植物适于当地植树种草工程，但适地适树要有的放矢[19]，否则因害设防便无从谈起。开展长城遗址生态保护有关的植树种草研究，一是要避免重蹈河西农田防护林覆辙，营造混交林，尽量不造或少造纯林；二是要规避植物生长中根系对长城遗址的负面影响，例如二白杨根系伸入长城墙体根劈作用明显，造成墙体纵向裂隙[20]。要研究泌盐性能优良的乡土植物及其栽培经营技术，为生物措施降低盐害提供科技支撑。还应该研究苔藓结皮、地衣结皮等直接保护长城墙体的生物措施[21]。

4.3 人工促进生态恢复

根据实地调查结果和周边环境实际，明长城河西段沿线生态恢复需要工程措施和生物措施相结合，以生物措施为主，以人工促进恢复为主，尽量保持长城原貌。生物措施主要是植树种草，建立防风林带，优化周边环境。在长城墙体周边，选择乡土灌木树种建植绿篱；长城墙体两侧5 m 以内少量种草或保持原状；距离墙体5～30 m，栽植多年生草本和灌木连片建植绿地；距离墙体30 m以外，栽植乔木、小乔木和灌丛混交林，形成防风林带。

4.4 营造河西长城文化遗产廊道风景林

风景林是长城文化遗产廊道重要的生态保护工程[22]，也是提升明长城河西段旅游价值的重要举措。依法对文化遗产进行旅游型开发利用，可以提高保护成效。考虑到长城的旅游观赏性，生态保护措施应按照植物景观配置方式来进行工程设计。要利用地理信息系统，以生态规划、防风固沙、盐害防治、文物保护、林学等理论为支撑，针对明长城河西段文化遗产廊道的特殊性，统筹生态、文化、景观、经济目标，探讨风景林范围控制和规划设计细节，评估遗产资源价值和景观视觉效果，结合传统造林与风景园林植物规划设计，从植被景观设定、树种选择、群落构建等方面，创造并探索廊道近自然风景林营造方法，例如防风林带、孤植大树、灌木丛林、绿篱、地被、草坪、花镜等，适当孤植或行植针叶和乡土落叶乔木树种。森林群落能够为长城沿线独立的遗产资源形成连续的保护屏障。植被建植提倡植物群落多样性原则，可以预先选用乔木5～10 种，灌木15～20 种，宿根或草本花卉15～20 种，经过一段时间试验，淘汰效果不良的品种，调整确定优良品种推广应用。

5 结束语

长城是中华民族智慧的结晶，是中华民族坚毅、奋斗、耐劳、不怕牺牲精神的象征，保护长城就是传承文化，义不容辞。长城修筑始于春秋，终于明朝，工程技术和体系臻于完善，保护价值巨大。河西走廊明长城保存相对完整，受环境严酷、气候变化剧烈影响，该段长城面临巨大威胁。盐害和风沙侵蚀是明长城河西段遗址病害的主要诱因。易溶盐富集遗址夯土体表面诱发盐风化现象，造成墙基凹进、墙面蜂窝状或片状剥离等病害；易溶盐积聚在夯土体墙基，降低土体强度和刚度，削弱遗址墙基抗风蚀能力和承重能力。挟沙风破坏、磨蚀夯土墙体。遗址墙基被掏蚀，墙体因而失稳易损。良好植被能够降低土壤易溶盐含量，防风固沙，有利于削弱乃至遏制明长城河西段病害。为此提出明长城河西段生态保护对策：一是建立长效机制，二是加强相关科学研究，三是人工促进生态恢复，四是营造河西长城文化遗产廊道风景林。

致谢：承蒙王俊杰研究员大力指导，谨致谢忱！