试论中国荒漠区人工绿洲生态系统的形成演变和可持续发展，本文主要内容关键词为：荒漠论文,中国论文,绿洲论文,可持续发展论文,生态系统论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“绿洲”又称“沃洲”、“沃野”、“水草田”，我国维吾尔族人称绿洲为“博斯坦”。绿洲的英语为Oasis，源自希拉语。关于绿洲的科学定义比较趋于一致的意见是：①绿洲是干旱、半干旱地区特有的地理景观，呈“岛屿”状存在于荒漠之中或被荒漠包围；②绿洲是以繁茂的中早生自然植被或人工栽培植物为主体，形成了与周围环境成鲜明对比的隐域性植物群落，因而，绿洲具有明显高于其周边环境的生物生产量；③水是形成绿洲的根本要素。绿洲植被主要依赖于来自系统外的水源，即依靠灌溉维持生机，是依水而生，伴水而存。按以上所述，用一句简单的话来概括，绿洲就是荒漠地区中绿色植物繁茂的地域。
1 绿洲在干旱区的作用和地位
我国西北干旱区自然环境严酷，多数地方为荒漠而不适合人类生活和居住。但荒漠中也有内流河、湖泊或湿地，形成的自然绿洲；以及通过人工灌溉建立起的人工绿洲生态系统。人工绿洲中的水利、土壤、植被、气候、地形等自然条件可受到人为控制，组合搭配优越，是干旱荒漠区人类安身立命的场所，生存繁衍的基地，可以说没有绿洲，就没有干旱区人类的生存和发展。因此，在干旱区人工绿洲生态系统具有十分重大的意义。
首先，绿洲是干旱区生态系统结构的核心。干旱区生态系统，是由山地、绿洲和荒漠构成，山区是径流形成区，没有山区产出径流就没有平原绿洲；平原荒漠植被对绿洲起屏障作用，没有平原荒漠植被，绿洲就会受风沙侵袭难以存在；但绿洲在三大生态系统中居于核心地位，是因为绿洲生物生产量高，以新疆为例，人工绿洲面积约7.07×10[4]km[2]，只占土地总面积的4.25％，而它的生物干物质产量达到0.82亿t，占全疆生物干物质总量36.4％，绿洲的生物产量要比荒漠高出数十倍至百倍，而且绿洲的生物生产品都是人类生活和生产所必须的。
第二，发展人工绿洲是实现干旱区生态系统平衡的基础。只有绿洲经济发展，人民生活富裕，才能改变农村能源结构，实行燃煤燃气为主，停止对天然植被破坏。只有绿洲水利发展，才能增加生态用水比例，天山北坡通过渠道防渗和节水灌溉，使渠系利用率提高到0.6，把节约的水用于沿古尔班通古特沙漠边缘造林，取得了良好的生态效益。绿洲林业发展，除了它的防护作用外，还能减少对森林的采伐，从1995年以后，新疆的木材有50％由平原人工林解决，使山区森林少采伐25×10[4]m[3]，也使胡杨林免遭破坏。绿洲畜牧业发展，提高了农区载畜量，可缓解对天然草场的压力，新疆伊犁大力发展以玉米为主的饲料饲草，使90％的牲畜在农区过冬，从而使冬场不再紧张，春、秋场得到恢复改良。
第三，绿洲农业生产发展潜力大。绿洲是灌溉农业，水源基本有保障，旱涝灾害相对较少，生产稳定。我国干旱区绿洲光能生产潜力可达到52500～60000kg·hm[-2]，比长江中下游要高出7500～15000kg·hm[-2]，适合发展粮食和多种经济作物，农作物品质佳，粮食千粒重高，甜菜、瓜果含糖量高。柴达木盆地曾创造春小麦单产10195kg·hm[-2]的国内最高纪录，新疆塔里木盆地创造出皮棉3855kg·hm[-2]的世界棉花高产纪录。世界上依靠灌溉建立的绿洲大都是农业发达地区，以以色列最为典型，其国土面积只有203×10[4]hm[2]，大部分地区是荒漠，南部年降水只有25mm，可利用的淡水资源只有16亿m[3]。从1948年以色列建国以后，进行了大规模水利建设，使有效灌溉面积由3×10[4]hm[2]扩大到25.5×10[4]hm[2]，农业生产增长了16倍，养育的人口由建国时的50万增加到620多万。在以色列全部是喷灌、滴灌，使用计算机控制灌溉系统，科学调配用水量，有效地防治了水分蒸发损失和改良了盐碱地。利用灌溉条件，发展蔬菜、水果、花卉高价值的经济作物，每立方水农业产值1.6美元，每公斤粮食耗水仅0.5m[3]，每年农产品出口创汇净剩1.5亿美元。我国干旱区水资源远比以色列丰富，若能按以色列的发展模式进行开发经营和管理，发展潜力是十分巨大的，有可能成为我国高度发达的特色农业地区。
第四，发展绿洲是抑制荒漠化的重要途径。荒漠化与绿洲化是干旱区有史以来始终存在的两个基本的相互对立的过程。绿洲抑制荒漠化，荒漠化威胁着绿洲，荒漠化和贫穷往往是紧密联系的，荒漠化可导致贫穷，贫穷又可促进荒漠化。要防治荒漠化，就必须走建设生态稳定、经济繁荣绿洲的道路。绿洲化是人类通过改造利用自然建立起的生物繁茂地区，是按人类的需要设计和建设的，绿洲面积虽不及干旱区总面积2％～5％，却承载了干旱区90％以上的人口。只有绿洲生产力提高，才能停止对绿洲外围荒漠生态系统的破坏。只有绿洲经济繁荣，才有资金、技术的投入，改善环境遏制荒漠化，建立起高效、和谐而稳定的荒漠—绿洲生态系统。
2 绿洲的类型、分布和状况
2.1 绿洲的类型
绿洲类型按人类的干预程度，可划分为天然绿洲、半人工绿洲和人工绿洲。按不同气候带可划分为热带、亚热带、暖温带和温带的荒漠绿洲。按形成的历史年代可划分为古绿洲（千年以前形成的）、旧绿洲（20世纪中叶以前）和新绿洲（20世纪中叶以后）。按在不同地貌类型上所形成的绿洲可划分为河谷绿洲、扇形地绿洲、冲积平原型绿洲及三角洲型等绿洲。另外，还有按灌溉水源不同划分的渠灌绿洲、井灌绿洲、井渠结合绿洲；按绿洲的经济职能划分的农业绿洲和城镇绿洲和工矿绿洲等。关于系统的绿洲分类目前还没有建立起来，但按形成历史和地貌类型划分绿洲已得到普遍公认。
2.2 绿洲分布
我国的绿洲主要分布在温带和暖温带（图1），按地理位置、地形轮廓和水文状况不同，可以划分以下三个绿洲区。
图1 中国西北地区绿洲分布概图
Fig.1 Map of oasis distribution in Northwest of China
（1）东部外流区黄河河套平原绿洲区。包括宁夏银川平原和内蒙古前、后套平原，是夹峙在贺兰山、阴山和鄂尔多斯高原之间的一系列断陷湖积冲积平原，气候属温带半干旱区，黄河贯穿而过，在这里多年平均径流量250～300亿m[3]，水量丰富，水质良好，已有两千多年灌溉历史，素有“塞上江南”的美誉。河套平原人口约660×10[4]，土地面积2.42×10[4]km[2]，绿洲面积2.02×10[4]km[2]，耕地63.7×10[4]hm[2]，是宁夏、内蒙主要的农业基地。
（2）西北内陆干旱绿洲区。包括贺兰山以西祁连山、阿尔金山和昆仑山以北广大荒漠地区，是我国典型的荒漠绿洲区，自然环境是高山环绕盆地，荒漠包围绿洲。由于深居内陆，降水稀少，气候为温带和暖温带荒漠，光照热量比较丰富。河流除额尔齐斯河入北冰洋外多是内陆河，地表水多年平均径流量954亿m[3]。人口2400万，土地总面积128.69×10[4]km[2]，绿洲面积17.41×10[4]km[2]，耕地面积500.5×10[4]hm[2]（土地详查面积）。这里是我国主要的商品棉粮和瓜果基地。
（3）柴达木高原绿洲区。柴达木是一个海拔2600～3000m的陷落盆地，气候高寒干旱，日照充足，受封闭地形和流域面积较小影响，河流大多短小，地表水年径流量44.1亿m[3]。土地总面积12.0×10[4]km[2]，绿洲面积0.56×10[4]km[2]，耕地面积4.56×10[4]hm[2]，人口40万，农业开发较晚，由于工矿企业和城市人口增长快，农产品现仅勉强自给，有必要适度扩大绿洲面积。
3 绿洲的发生、演变与生态环境
3.1 绿洲发生条件
水是绿洲发生的基本条件，在西北干旱区水的空间分布格局限定绿洲分布格局，水量大小决定绿洲规模，有水的地方就有绿洲，无水的地方就是沙漠戈壁。地貌制约着绿洲引水和土壤改良条件，于是在河谷、扇形地、三角洲和冲积平原上，形成各具特色的绿洲。土壤是绿洲植物的载体，绿洲成土母质多以河流冲积细土成分为主，保水、保肥，盐碱化较轻，肥力较高，提供了绿色植物生长发育的营养条件，如果没有细土物质，在戈壁、裸岩缺乏水分和营养保证的地方，农作物就无法栽培，就无法形成绿洲。植被是绿洲的外貌覆盖，没有绿色植被就不能称之为绿洲，一旦水、土条件具备，农作物及中生和适宜一定盐分含量的乔、灌、草植物就能在河岸、扇缘、湖滨及三角洲地段生长繁育，和周围稀疏、平淡和单调的荒漠形成鲜明的对照。
3.2 绿洲的演变过程
由栽培植物构成的人工绿洲是人类引水灌溉发展农业的产物。我国干旱区的农业大约有4000多年历史。人工绿洲的形成也就是从这时开始。在土壤适合，具有基本耕作的条件下，可按水资源开发利用将人工绿洲形成和演变划分三个时期。
（1）以人就水时期。在秦汉和魏晋之前，这时形成的古代绿洲多分布在河流中下游平原和三角洲地带（图2、图3），如孔雀河下游的楼兰、克里雅河下游的喀达墩、黑河下游的古居延、石羊河下游三角洲的连城、三角城、疏勒河中下游的锁阳城以及黄河河套平原的汉代屯垦遗址。这些地方有的虽深入沙漠腹地，但在当时山前绿洲尚未形成，河流水量主要流向中、下游，中、下游是水草茂盛之地，可兼营畜牧业；土壤肥沃，地形平坦不需修复杂水利工程，“以人就水”，容易引水灌溉，种植农作物，这和当时人口少、生产水平低的社会经济情况相适应。
古代绿洲：1.楼兰；2.古米兰；3.瓦什峡；4.古且末；5.铁英；6.达乌孜勒克；7.安迪尔；8.尼雅；9.喀拉敦；10.马坚里克；11.丹丹乌里克；12.黑哈斯；13.旧达玛沟；14.乌曾塔提；15.卡拉沁；16.买里克阿瓦提；17.约特干；18.阿克斯比尔；19.热瓦克；20.麻扎塔格；21.藏桂；22.古皮山；23.拉一普；24.达漫城；25.托乎沙赖；26.喀拉玉尔滚；27.大望库木；28.通古孜巴什；29.穷沁；30.黑太沁；31.于什甲提；32.皮加克；33.黑太克尔；34.着果特；35.野云沟；36.营盘
图2 塔里木盆地绿洲分布变化图
Fig.2 Map of oasis distribution change in Tarim Basin
图3 河西地区古绿洲分布图
Fig.3 Map of paleo-oases distribution in Hexi Corridor
（2）以水就人时期。随着社会经济发展，人口增加，生产工具改进，特别是水利技术的进步，使人类由被动的适应水源变为主动的利用水源，于是绿洲的分布发生了很大变化，由原先在河流中、下游逐渐转向山麓地带。根据考古和历史文献记载，大约在汉代及其以后，铁制工具、牛耕技术、拦河筑坝、修建大型引水渠道、建设自流灌区的技术在河西和新疆逐渐发展起来，这时人类有能力从河流出山口处拦河修渠，把水引到扇形地上灌溉，“以水就人”，发展人工绿洲。在山前地带发展人工绿洲，水资源的利用效益高，交通方便，土地不再发生盐渍化，更适合人类生存。随着山前旧绿洲的扩大，灌溉引水的增加，使河流输往下游的水量减少，原位于河流下游三角洲上的古代绿洲逐渐地衰亡。
（3）以地就水时期。从20世纪中叶以后，西北地区成为我国土地开发的重点，耕地面积不断扩大，新疆、甘肃河西、宁夏引黄灌区及内蒙古河套共扩大耕地面积320×10[4]hm[2]。由于灌溉面积扩大，使春旱缺水更加加剧，单纯依靠从河道引水已不能满足需要，必须修建水库，对径流进行调节。限于当时的经济和技术条件，大多数地方无力修建山区水库，而是利用扇缘低地和冲积平原洼地修建平原水库，于是依靠平原水库调蓄灌溉所形成的新绿洲，必须“以地就水”，多位于旧绿洲外围和边缘。新绿洲多是国营农场，尽管所处位置较差，土壤盐渍化较重，但水利工程设施较完善，灌溉管理较强，农业机械化和耕作栽培技术水平较高，因而农业生产水平较旧绿洲高。
3.3 绿洲演变与生态环境
由于绿洲发展强烈的改变了水资源的时空分配和消耗方式，必然引起生态环境相应的变化。在未受到人类活动干扰的自然水系时期，河流中、下游地区水量多，植被繁茂，环境相对较好，生态自然平衡，大的河流尾闾多分布终端湖。在受到人类干扰的半自然水系时期，人工绿洲开始由河流下游三角洲向山麓迁移，中、下游水量开始减少，生态平衡开始失调，尾闾湖缩小。在受到人类强烈干扰的人工水系时期，特别是近代，由人工水系（渠道、水库）逐渐代替自然水系（河流、湖泊），使山前地带消耗了大量的水资源，山前人工绿洲扩大，环境改善，河流中、下游水量减少或断流，尾闾湖干涸或萎缩，生态受损恶化。与此同时，由于人工绿洲引入水量过多，造成地下水位上升，促使土壤次生盐渍化不断发展，从内部威胁绿洲安全；河流中下游水量减少，地下水位下降，沙漠化扩大，又从外部侵害绿洲安全。
绿洲发展引起的生态景观格局变化可以概括为“两扩大”和“四缩小”。“两扩大”是指绿洲和沙漠同时扩大，以新疆为例，历史时期绿洲耕地面积发展到4.13×10[4]km[2]，与此同时沙漠化土地面积也扩大了3.05×10[4]km[2]，潜在沙漠化土地约1.55×10[4]km[2]。而处于沙漠与绿洲之间的过渡带，却出现了“四缩小”，即①自然水域和湿地缩小，河流下游断流，罗布泊、玛纳斯湖和居延海干涸，艾比湖缩小，艾丁湖和台特玛湖成为季节性湖泊，仅新疆湖泊面积减少3300km[2]，沼泽湿地减少132×10[4]hm[2]。②自然林地面积缩小，如塔里木盆地的胡杨（Populusdirersifolia）林面积由20世纪50～60年代的52.86×10[4]hm[2]减少到目前的28.05×10[4]hm[2]，且林相衰败，大多生长不良；柽柳（Tamaris ramois sima）灌木林受到破坏的达1.4×10[4]km[2]。③自然草地缩小，解放以后新疆被开垦的草地约占可利用草地面积的7％，近10年被开垦的草地就达33×10[4]hm[2]。另外还有大面积平原草场因缺水灌溉而干枯，特别是塔里木河下游，草本植物几乎全部枯死。④野生动物由于栖息地缩小而减少，赛加羚羊（Saiga tatarica）和野马（Eqaus przewalskii）迁出境外，生活在林灌草丛中的塔里木虎已灭绝；经济动物马鹿除了人工饲养的外，自然界已很少见到；塔里木盆地的乡土鱼种—大头鱼，也由于水系的变化而成为濒危鱼种。
人工灌溉绿洲的扩大和发展带来的好处是：环境承载人口数量增加，水资源利用效益提高，土地生产潜力得到发挥，小气候条件得到改善。带来的不利方面是，水土、水盐平衡失调，生物多样性严重受损，沙漠与绿洲之间的过渡带缩小，沙漠向绿洲入侵的缓冲作用减弱，威胁到绿洲安全。
4 绿洲可持续发展
4.1 绿洲发展途径
西北干旱区的绿洲总面积22.29×10[4]km[2]（包括人工绿洲和自然绿洲），土地详查耕地面积569.05×10[4]hm2，统计耕地面积约450.6×10[4]hm[2]，人口约3100万，人均耕地面积0.145hm[2]（按统计耕地计算）。若按第三次全国人口普查人口年平均增长率10.7‰计算（西北各省平均高于此数），预测到2010年、2030年和2050年分别增加到3448万、4266万和5278万，所以人口对绿洲和耕地的压力是十分巨大的。另外绿洲一向是西北的粮食基地，除了解决自身用粮外，还要提供足够数量的商品粮。为了适应西北干旱地区的人口增长和社会经济发展，预测在未来50年若能保持社会稳定，绿洲发展将会是以提高绿洲生产力为主，适当扩大绿洲规模，即对现有绿洲以挖潜提高生产力为主（特别是2010年前），在有水源保证条件的地方适度扩大建立新绿洲。
（1）提高现有绿洲的生产力，加强中低产田改造。西部干旱区农作物单产潜力还很大，以粮食为例，1949到1999年新疆及河西走廊粮食单产分别平均每年增产84.5kg·hm[-2]和86.25kg·hm[-2]。今后若平均单产以1949—1999年平均每年增加85kg·hm[-2]计算，到2010年粮食单产将达到6355kg·hm[-2]，2030年达到8055kg·hm[-2]，2050年9755kg·hm[-2]。从当前农业生产实践看，这个目标是可以实现的，在新疆、河西、宁夏等地近年大面积小麦单产可达8100kg·hm[-2]，小面积11670kg·hm[-2]；玉米大面积15000kg·hm[-2]为数很多，涌现出不少像新疆喀什6.7×10[4]hm[2]（100万亩）吨粮田，甘肃河西的张掖、临泽全县达到吨粮田。
要提高现有绿洲生产力，必须加强中低产田改造。西北干旱区的中低产田约占到总耕地面积60％～80％，以新疆为例，中低产田中由土壤盐渍化造成的占27.3％，土壤板结土层较薄的占16％，肥力贫瘠的占50.8％，干旱缺水的占5.0％。因此改造中低产田的主要目标是提高土壤肥力和防治土壤次生盐渍化和改良粘板不良性状。中科院新疆生态与地理研究所在南疆渭干河流域进行大面积中低产田改造，通过灌（合理灌溉）、排（排水降低地下水位）、平（平整土地）、肥（提高肥力）、林（营造防护林）等综合措施，使粮食单产由1989年的3292.5kg·hm[-2]，提高到1999年的5610kg·hm[-2]，10年平均每年增加231.75kg·hm[-2]，棉花10年平均每年提高57.9kg·hm[-2]。
（2）在有水源保证条件的地方，适度扩大新绿洲。单依靠提高单产，不增加耕地面积，是不能解决未来人口增长对粮食和农副产品的需求，同时，随着经济发展人民生活水平提高，经济作物和其他作物种植比例将大幅度提高，粮食占耕地面积的比例还会下调，所以针对干旱区水土资源尚有一定潜力，在有条件的地方，还必须适度扩大绿洲，增加耕地面积。具体可通过以下途径来实现。
挖掘现有灌溉水源潜力。西北干旱区除少数地区灌溉水平较高外，大部分地区还是低效利用。现引入灌区的水量约587.5亿m[3]，平均毛灌溉定额13000m[3]·hm[-2]，仅此水量，若毛灌溉定额降至11500m[3]·hm[-2]，实现水资源从低效利用向合理利用转变，灌溉面积可增加50×10[4]hm[2]。到2030年毛灌溉定额减少到9500m[3]·hm[-2]，实现水资源合理利用的目标，可增加170×10[4]hm[2]；2050年毛灌溉定额下降7700m[3]·hm[-2]。水资源初步达到高效利用水平，灌溉面积可增加315×10[4]hm[2]。现灌溉水平较高的天山北麓和石羊河及黑河毛灌溉定额已达到7700～9000m[3]·hm[-2]，所以远期目标不高，是完全可以实现的。
进行水资源合理调配。主要是把丰水地区（如伊犁、阿勒泰）的一部分水量调往严重缺水地区，以解决那里的生产、生活及生态用水。这样在2010年前可在新疆的克拉玛依和乌鲁木齐两地扩大新绿洲34×10[4]hm[2]。在伊犁河南岸扩大新绿洲18.5×10[4]hm[2]。2030年在奎屯和精河地区扩大8×10[4]hm[2]，伊犁河谷12×10[4]hm[2]。2050年可在天山南麓扩大20×10[4]hm[2]。在新疆把丰水地区的水调往缺少地区总计可扩大绿洲面积约92.5×10[4]hm[2]。
实施南水北调西线工程。西北干旱区要彻底改变干旱，最终还得依靠从长江上游引水，规划引水100亿m[3]，在位于甘、宁交界处黑山峡出口处的大柳树建水利枢纽工程，可控制黄河流域面积三分之一，多年平均流量可达到1065m[3]·s[-1]，水库正常蓄水水位库容110.3亿m[3]，前20年调节库容64.2亿m[3]，后50年为56.1亿m[3]，工程具有灌溉、发电、防洪等多种效益。建成后可在甘、宁、陕、蒙近期发展灌溉面积40×10[4]hm[2]，中期134×10[4]hm[2]，远景达到400×10[4]hm[2]。
4.2 绿洲发展对策
干旱区的生态系统按流域可以划分为山地、水域、人工绿洲、自然绿洲和荒漠五大类型，在以荒漠为背景的前提下，各生态类型的相互关系是，山地是基础，水域是主导，人工绿洲是核心，自然绿洲是屏障。要实现绿洲可持续发展，必须尊重自然规律，以流域为单元，综合规划治理，使整个系统优化，即整治山区环境，涵养保持水源；合理分配利用水资源，维护生态稳定；建设人工绿洲，优化生存基地；保护自然绿洲，发挥屏障效益；防治荒漠扩大，减少危害程度。实行以保护生态环境为前提，在积极维护自然生态的前提下，优化和提高人工绿洲生态环境的质量和生产力，以保护自然生态来维护人工生态的稳定性，以发展人工生态来减轻对自然生态的压力。以合理利用水资源为基础，实现从低效和粗放利用向合理高效利用转变，从增引地表水向适度开发地下水转变，水利工程从平原向山区转移，建设山区水利枢纽，通过水利工程的调控和强化管理，使水资源的时空分配相对平衡，发展生产和维护生态的用水基本都能得到满足。以促进经济发展为中心，通过发展经济为生态保护和水利建设提供资金和技术，实现生态系统良性循环，把绿洲建成长期、稳定、高产、优质和高效的特色农业基地，增加当地人民收入，不断提高人民物质文化生活水平。以控制人口增长、提高人口素质为根本，严格实行计划生育、控制人口过快增长（新疆人口自然增长率达23.4‰），增加教育投资，改善医疗保健条件，提高劳动者素质，以减轻人口超载对绿洲和生态环境的压力。
绿洲建设的基本原则，必须以水利建设为中心，通过水利工程对水资源进行有效调控，使发展绿洲用水和保护生态环境用水相协调。以改土配肥为基础，不断克服影响绿洲土壤生产性能的障碍因素，特别是土壤次生盐渍化，以防从内部危害绿洲。以防护林建设为前提，没有防护林保护，风沙就会从外部不断向绿洲侵袭，绿洲生态安全就会受到严重威胁。并利用绿洲优越的自然条件，发展高效、特色农业，促进绿洲经济发展，为绿洲建设提供资金保障。
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