库姆塔格沙漠研究
2012-6
科学出版社
库姆塔格沙漠综合科学考察队
470
789250
库姆塔格沙漠研究是对库姆塔格沙漠开展跨部门、多学科综合科学考察研究成果的系统总结，揭示了库姆塔格沙漠的形成时代及演化历程，阐明了风沙地貌的类型、分布及羽毛状沙丘的形成发育过程，阐述了研究区的基本气候要素、气候变化特征、水文过程及水资源利用，论述了动植物区系与生物多样性保护；并以遥感数据为基础，分析了沙漠动态与区域景观格局。书中对库姆塔格沙漠地区的生态保护与区域可持续发展提出了积极的对策和建议。
库姆塔格沙漠研究内容丰富，资料翔实，体系严谨，论理有据，图文并茂；可供从事干旱地区及沙漠研究的科研工作者和高等院校相关专业师生参考。
卢琦、吴波、董治宝、鹿化煜、肖洪浪、王继和、屈建军、杨文斌、王式功、严平、苏志珠、李迪强、蔡登谷
序前言第一章 绪论第一节 库姆塔格沙漠研究的科学意义第二节 中国沙漠科学考察历史第三节 库姆塔格沙漠及周边区域考察简况参考文献第二章 地质背景与晚新生代干旱环境形成演化第一节 地质构造背景及其演化第二节 晚新生代地层、沉积特征和时代第三节 地表物质组成、来源及其环境指示意义第四节 晚新生代亚洲中部风尘沉积与干旱环境演化的探索参考文献第三章 沙漠形成与演化第一节 沙漠存在的沉积证据第二节 沙漠分期与时代确定第三节 沙漠沉积环境第四节 沙漠的成因第五节 初步结论参考文献第四章 风沙地貌形成发育过程第一节 风积地貌类型与分布第二节 风蚀地貌类型与分布第三节 羽毛状沙丘形成发育过程参考文献第五章 气候特征第一节 基本气候要素场特征第二节 大气环流场基本特征及其对沙漠形成和演化的影响第三节 不同时间尺度的气候变化特征第四节 主要天气过程第五节 大气环流场数值模拟参考文献第六章 水文与水资源第一节 水系构成与流域划分第二节 水文与水化学第三节 水资源及其利用第四节 水系演变及其对自然环境的影响第五节 水文过程与水循环参考文献第七章 土壤第一节 土壤母质与形成过程第二节 土壤类型与分布第三节 主要土壤类型理化性状'第四节 土壤资源利用与保护参考文献第八章 植被第一节 植物区系第二节 胡杨、梭梭、沙生柽柳种群特征第三节 植被类型与分布第四节 植物资源利用与保护参考文献第九章 动物第一节 动物区系第二节 典型动物分布第三节 双峰野骆驼第四节 生物多样性保护对策参考文献第十章 景观格局与动态第一节 遥感数据预处理第二节 景观分类与制图第三节 景观结构特征第四节 景观动态参考文献第十一章 生态保护与可持续发展第一节 资源环境与经济社会发展状况第二节 区域发展面临的生态资源问题与挑战第三节 生态经济区划第四节 生态保护与可持续发展对策参考文献附录一 库姆塔格沙漠地区植物名录附录二 库姆塔格沙漠地区动物名录附录三 项目领导小组附录四 科学顾问组附录五 科考队成员
第一章 绪论主笔 蔡登谷 卢琦 撰稿 杨根生 褚建民 崔向慧 袁磊 审定 王苏民 申元村提起沙漠，人们往往会联想到流沙遍野、人迹罕至的苍茫大漠，连绵起伏、广袤无际的戈壁荒原，断壁残垣、逶迤曲折的长城烽燧，昼暑夜寒、瞬息万变的极端天气..置身于此，你或许会陡然间产生一种无端的恐惧、神秘和敬畏；或生发一种“前不见古人，后不见来者，念天地之悠悠，独怆然而涕下”的感叹！沙漠气候极端干旱，自然环境恶劣，生命难以存活，故有人把沙漠称为“死亡之海”、“生命禁区”。然而，当你真正亲近它、了解它，眼前呈现的则是另一番景象：“大漠孤烟直，长河落日圆”的壮丽画卷在视野中舒展，“不敢高声语，恐惊天上人”的星空凝思在脑海中浮现，天工播撒的七彩沙粒在脚下缠绵，烟波浩渺的海市蜃楼在眼前变幻，连同沙梁上双峰野骆驼奔跑时可爱的憨态，洪积扇上梭梭、柽柳自由摇曳的风韵，雪水溪流岸边胡杨的身影，尾闾湖面沙漠百灵的脆鸣..一幅幅斑斓鲜活的画面，沁入心脾，令人如痴如醉、梦牵魂绕、挥之不去！人与自然正是在这种无声无息的对话中相互融合，在潜移默化的融合中得以升华。那是一种多么厚重而又珍贵的财富，多么淳朴而又高尚的境界。它带给你的绝不仅仅是心灵的震撼与净化，更有对自然界人性的感化与升华，对人生哲理的诠释与感悟。用科学的语言诠释沙漠，它只是一种自然现象。沙漠与森林、湿地、草原一样，都是地球陆地生态系统的一部分，共同维系着包括人类在内的一切生物世代繁衍，生生不息。人类对于沙漠科学最早的探索始于19世纪中叶，至今已有160多年历史，而我国沙漠科学研究还不足80年（斯坦因，2000a；奥雷尔・斯坦因，2000b；彼得・霍普科克，1983）。沙漠科学的兴起与发展，其价值在于人类通过科学理论与实践的研究，认识自然，探索未知，揭示规律，寻求对策，解决“是什么，为什么，怎么做”的问题，为揭示自然规律、维护生态平衡、改善生存环境、促进社会发展提供科学依据与智力支持。在中国西北部新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古族自治州（下称巴州）若羌、鄯善两县与甘肃省酒泉市、敦煌市和阿克塞哈萨克族自治县（下称阿克塞县）接壤的广袤地域，有一片形状如同扫帚状的沙漠，它的名字叫库姆塔格（维吾尔语音译，意为“沙山”）。不过，从航空像片或卫星影像上判读，它更像一只美丽的金孔雀，南靠阿尔金山，北依三垄沙雅丹和阿奇克谷地，翘首敦煌鸣沙山眺望东方，而把金色的羽毛向西一直铺展到新疆塔里木盆地东缘的罗布泊洼地。库姆塔格沙漠地理坐标为39°00′～40°47′N，90°27′～94°48′E；东西长约280km，南北宽约120km，面积约2.28万km2；按面积排序，列中国八大沙漠第六位。境内地貌类型迥异、沙丘形态多样，尤以分布有独特的羽毛状沙丘而著称。恶劣的自然条件与险象环生的地形地貌，加之技术装备与保障条件等诸多限制，曾令多少前辈沙漠学家、探险家望而却步！其间，即使有人偶尔涉足库姆塔格沙漠边缘，却不曾进入腹地安营扎寨进行科学探究。因此，库姆塔格沙漠成了新中国成立以来唯一未经系统科学考察的处女地。揭开库姆塔格沙漠神秘的面纱，填补这片沙漠研究空白的重任，历史地落在了新一代沙漠科学工作者的肩上。2006年12月，作为首批国家科技基础性工作专项“科学调查与考察类”九个重点项目之一，“库姆塔格沙漠综合科学考察”项目获得科学技术部（下称科技部）正式批准立项，由中国林业科学研究院牵头组织，中国科学院、教育部、中国气象局和甘肃省所属的18家教学和科研机构共同参与实施。为推进项目的顺利执行，中国林业科学研究院成立了由院长、协作单位技术负责人和专家组成的项目领导小组以及由中国科学院院士、中国工程院院士和相关领域知名专家学者领衔的项目专家顾问委员会。2007年6月17日――适逢第13个“世界防治荒漠化和干旱日”之际，项目正式启动。科技部、国家林业局主管司局领导、项目领导小组、专家顾问委员会成员和来自国家林业局、教育部、中国科学院、中国气象局和甘肃省所属18所科研机构、高等院校的科研人员联合组成的项目研究团队汇聚一堂。这支创新团队以本学科领域学术带头人和中青年科学家为骨干，集地质、地貌、水文、气象、土壤、植物、动物、遥感、生态等9个学科21个专业于一体，以崇尚科学的精神、整齐雄壮的阵容，于2007年9月10日在敦煌市政府广场集结出发，自此拉开了探索库姆塔格沙漠科学奥秘的序幕。第一节 库姆塔格沙漠研究的科学意义荒漠化和土地沙化是全球重大环境问题之一。联合国环境规划署先后三次对全球荒漠化状况进行系统评估的结果显示，人类不当的活动以及气候变化导致占全球41%的干旱地区土地不断退化。全球荒漠化面积已从1984年的34.75亿hm2增加到1991年的35.92亿hm2，约占全球陆地面积的1／4，已影响到占世界1／6的人口、100多个国家和地区。全球荒漠化土地还在以每年600万hm2的速度继续扩大。中国是世界上受荒漠化危害最严重的国家之一。据国家林业局（2010）第四次荒漠化和沙漠化监测结果显示，截至2009年，全国荒漠化土地总面积达262.37万km2，占国土面积的27.33%；沙化土地面积为173.11万km2，占国土面积的18.03%。一些地区沙化土地仍在扩展，因土地沙化每年造成的直接经济损失高达640多亿元，全国有近4亿人受到荒漠化和沙化的威胁，贫困人口的一半生活在这些地区。荒漠化和土地沙化已成为威胁中华民族生存空间、制约我国经济社会可持续发展的心腹大患。我国曾于1959～1961年，由中国科学院等单位联合组成科考队，对我国七大沙漠和四大沙地进行了系统科学考察，唯独留下了库姆塔格沙漠这一片空白区。随着国家发展战略和区域经济社会可持续发展的需求日趋迫切，库姆塔格沙漠特殊地理区位和重要战略地位愈加凸显，引起各级政府、科学界人士和全社会的高度关注。对库姆塔格沙漠开展跨部门、多学科、多领域的综合科学考察与研究，旨在探索诸多亟待解决的科学问题，尤其是揭示羽毛状沙丘发育机制及其风沙运动规律，全面掌握该沙漠的形成演化过程和风沙运动规律，提出科学合理的防沙治沙方略，以求达到趋利避害、保护生态、综合治理的科学发展目的。一、为国家战略需求提供科学依据1.保护敦煌绿洲及防治荒漠的需求敦煌绿洲及周边地区荒漠化蔓延趋势依然严峻。敦煌市域面积3.12万km2，其中绿洲面积仅占4.5%。西出敦煌市区百余公里的西湖湿地（面积约1800km2）成了阻挡沙漠东移的第一道天然屏障。随着湿地的萎缩，风沙肆虐与沙漠东扩将可能直接影响敦煌绿洲的生存与发展。敦煌绿洲一旦失守，瓜州、玉门、肃州将唇亡齿寒，直接危及河西走廊乃至甘肃省的发展。因此，这里的生态环境已经成为国内外关注的焦点。为保护库姆塔格沙漠周边地区生态安全，特别是保护好敦煌绿洲经济社会可持续发展，近年来，温家宝总理曾先后多次就此发表讲话或做出批示，反复强调“敦煌生态保护工作，必须高度重视，科学规划，综合治理，加快进行”，“不要让敦煌变成第二个楼兰”！2009年10月17日，温家宝总理在视察中国科学院寒区旱区环境与工程研究所时，再一次谈到他所关注的甘肃的几个生态问题，深情地对科技人员说：“要拯救两个地方：一是民勤，二是敦煌。它们都被沙漠包围着，决不能让它们成为第二个罗布泊和第二个楼兰。”目前，库姆塔格沙漠地区风沙加剧、水源枯竭、湿地萎缩的趋势仍在继续，严重威胁着敦煌绿洲及周边地区。构筑敦煌生态屏障已成当务之急。2.沙漠科学研究与莫高窟文化保护的需求库姆塔格沙漠区位优势显赫、生态功能独特。库姆塔格沙漠属生态脆弱区，其地理位置与生态功能十分独特：其一，区内绿洲呈岛状或片状分布，气候、植被、景观等呈镶嵌结构，自然环境空间异质性大，自然条件极端恶劣，年降水量小于20mm，而蒸发量巨大，水资源极度短缺，风沙活动强烈。其二，库姆塔格沙漠生态系统脆弱，抗干扰能力弱，对全球气候变化敏感，时空波动性强，边缘效应显著和环境异质性高。敦煌雅丹国家地质公园植被稀疏，植被景观破碎化，群落结构单一化，生态系统退化明显。其三，库姆塔格沙漠分布有我国唯一的一片羽毛状沙丘和奇特的沙砾碛地貌，沙漠东缘有千年历史文化名城――敦煌、世界文化遗产――莫高窟和国家著名风景名胜区――鸣沙山；加上阳关、玉门关及三危山佛国胜境等诸多历史文化遗迹，形成了自汉唐以来两千多年东方文化与西方文化的交汇区，构成了备受世界和国人关注的自然景观与历史人文聚集的文化要塞。3.中国政府履行《联合国防治荒漠化公约》的国际责任作为《联合国防治荒漠化公约》（下称《公约》）的缔约国，中国政府一直致力于荒漠化研究与科学防治工作，认真履行国际义务和责任，为促进《公约》进程作出了重要贡献。1996年中国率先制定了“中国履行联合国防治荒漠化公约国家行动方案”，并付诸实施；相继成立了“中国防治荒漠化协调小组”（即“联合国防治荒漠化公约中国执委会”），建立了监测中心、研究与发展中心、培训中心和高级专家顾问组等机构；2001年8月30日通过了《中华人民共和国防沙治沙法》，成为世界上第一个制定防沙治沙专门法律的国家；先后启动了“三北”防护林体系建设、京津风沙源治理等重大林业生态工程，全面构建北方绿色生态屏障，投入资金之巨、建设规模之大、覆盖面积之广是世界上绝无仅有的（卢琦等，2003）。通过半个多世纪的科学防沙治沙，取得了土地沙化扩展速率减缓、危害程度减轻、蔓延区域减少的显著成效，获得国际社会的广泛赞誉。库姆塔格沙漠综合科学考察，旨在探索和揭示库姆塔格沙漠形成机理、演变过程与发展趋势，摸清库姆塔格沙漠资源家底，扫除中国沙漠科学考察与系统研究领域的唯一盲区。这一举措在国内外科学界将产生积极影响，不仅表明了中国政府认真履行国际公约、积极应对全球气候变化与荒漠化、高度关注荒漠化与土地退化趋势的一贯立场，而且对制定我国防沙治沙对策、完善监测预警机制、强化科学技术提供支撑，对于提高防沙治沙成效，具有重大而深远的意义。二、具有较高的研究价值和实践意义1.科学价值翔实描述库姆塔格沙漠在西部生态脆弱区的重要地理特征与影响；采集、积累库姆塔格沙漠自然地理、影像图片与资源信息等基础数据；探索库姆塔格沙漠形成机理与演变过程（尤其是羽毛状沙丘和沙砾碛）、风沙与水文物理过程；初步揭示库姆塔格沙漠地质年代、地貌特征、水文气象、生物生境、自然保护（尤其是双峰野骆驼等珍稀野生动物保护）、社会人文及沙漠极端环境对全球气候变化和青藏高原隆升的响应。2.历史价值广泛系统地收集整理库姆塔格沙漠及其周边地区历史上保存下来的珍贵图书、图片和文献资料以及新中国成立以来历次国内外科研人员进入该地域进行国土测绘、边缘性考察时所绘制的地图、珍贵照片、文献记录、手稿和回忆文章等。这对开展本次综合科学考察无疑具有重要的比较、对照和借鉴作用。3.文化价值充分利用和深入挖掘库姆塔格沙漠及周边地区历史文化价值，尤其是拯救和保护敦煌莫高窟世界遗产文化、民族文化、绿洲文化、自然文化等重要文化资源。对那些矗立在荒漠戈壁、长年遭受风蚀且不可复制的古关隘、汉长城和烽燧等历史遗迹逐一建档跟踪监测，落实保护措施，将沙漠综合科学考察与促进历史文化名城可持续发展有机地结合起来。4.保护价值通过库姆塔格沙漠综合科学考察，探明沙漠及周边地区各类珍稀资源的本底，提出生物多样性与景观多样性的保护、水资源节约与合理调配、野生动植物资源尤其是双峰野骆驼等珍稀野生动物保护的对策，从区域发展的战略高度，充分认识这一区域在保障国土生态安全和西部生态建设中的重要地位和保护价值。三、为库姆塔格沙漠及周边地区科学发展提供智力支持1.事关国计民生干旱缺水是制约库姆塔格沙漠周边地区尤其是敦煌市经济社会可持续发展的瓶颈。通过系统科考、实验分析和基本评判，总结归纳出统筹解决生态恢复重建与水资源配置等问题的基本思路与综合措施，实现以人为本、科学发展、和谐发展和全面协调发展。2.提供科技支撑库姆塔格沙漠综合科学考察成果将为当地政府研究制定“十二五”（2011～2015年）乃至中长期经济社会发展总体规划，为促进区域经济社会可持续发展的科学决策提供第一手基础数据和理论支持。3.提出对策建议作为库姆塔格沙漠综合科学考察的重要成果之一，项目研究将重点针对敦煌市保护世界自然文化遗产――莫高窟的目的，提出缓解该地区严重干旱与风沙危害、水资源节约与合理调配、生态恢复与重建及对生态旅游资源、特色生态产业的保护与合理开发利用的有价值的对策建议，提出大敦煌（特区）发展规划的框架设想。第二节 中国沙漠科学考察历史中国的沙漠科学考察，始于20世纪30年代中瑞合作的中国西北科学考察（1927～1934年），徐炳昶、袁复礼、丁道衡、黄文弼、陈宗器等率先对我国西北沙漠环境进行了初步考察研究（罗桂环，2009）。新中国成立初期，沙漠研究工作根据营造防风固沙林带的需要，开展了一些小规模的定点试验研究，如结合营造陕北防护林带的建设，开展了分布于陕北榆林、靖边、定边等地区的毛乌素沙地的流动沙丘研究。但真正意义上的沙漠科学考察与防沙治沙研究，是从1959年中国科学院组建治沙队开始的。换言之，中国的沙漠和防沙治沙科学始于沙漠科考，而沙漠科考成果又推动了中国防沙治沙事业的蓬勃发展。一、新疆综合科学考察根据国家“十二年科技规划”的总体部署，中国科学院于1956年组成新疆综合考察队，开始组织对新疆的综合科学考察，并列入中苏科学技术合作项目，周立三任该考察队队长，于强任副队长；参加考察的有中国科学院内外30多个单位、20多个专业、800多人次。1957～1960年，苏联科学院还先后派遣10余位科学家参加考察工作。考察队自1956年7月出发，通过4年野外实地考察，初步摸清全疆的自然条件，查清农业自然资源的分布情况，并对这些资源做出数量估算和质量评价；撰写《新疆维吾尔自治区农业自然资源的开发利用及合理布局的远景设想》的总报告和《新疆水利资源及其评价》、《新疆土地资源的估算和评价》、《新疆草场资源及其开发利用》等14篇专题研究报告；编写《新疆农业》、《新疆畜牧业》、《新疆土壤地理》、《新疆地下水》、《新疆维吾尔自治区的自然条件》、《新疆地貌》等11部科学专著，共500余万字；编写《新疆1∶100万土壤图》、《新疆1∶100万植被图》等各种专题地图。新疆综合科学考察资料丰富，揭示了新疆地貌、气候、土壤、植被、水文、水文地质、动物等自然条件与自然资源的形成、演变和分布规律，形成新疆综合考察的第一代科学资料，填补了新疆科学资料上的空白。二、全国性沙漠科学考察1955年5月12日，中国科学院黄河中游水土保持综合考察队正式成立，并于5月25日出发到山西西部开展工作；1956年中国科学院成立自然资源综合考察委员会（简称综考会）后，黄河中游水土保持综合考察队纳入综考会管理。这次考察的主要任务是：通过自然、社会、经济条件调查，总结劳动人民水土保持经验，编制黄河中游地区自然、农业、经济区划和水土保持区划，进行重点地区水土保持土地利用规划，提出不同地区的水土保持措施及其合理配置方案。通过以上工作，要求对控制黄土高原水土流失、提高农业生产和减少三门峡水库淤积等有所帮助。黄河中游水土保持综合考察队由马溶之、林主持，参加考察队的有中国科学院南京土壤研究所、地理研究所、植物研究所、西北农业生物研究所、地球物理研究所、地质研究所、经济研究所以及中国林业科学院、水利部黄河水利委员会、北京大学、南京大学等30多个单位的科学工作者数百人。1957年，中国科学院在原黄河中游水土保持综合考察队（简称黄河队）中成立了固沙分队，由原黄河队林业组组长、中国林业科学院高尚武担任队长，刘瑛心、李鸣冈（前沈阳林业土壤研究所）和黄河队办公室主任马毅民为副队长，并聘请苏联专家М.П.彼得洛夫来华指导工作；参加考察的人员还有铁道科学研究院的翁元庆和铁道第一勘察设计院的赵性存、刘宝山等。考察队在内蒙古、陕西、宁夏等地进行沙漠考察时成立了展旦召治沙站，并在宁夏沙坡头进行了铁路防沙规划，采用М.П.彼得洛夫提出的草方格沙障固沙技术，为我国工程治沙提供了示范。1957年7月，М.П.彼得洛夫到榆林考察，对靖边县杨桥畔的引水拉沙及刘贵湾的固沙造林给予高度评价，赞誉其是治沙的一个创造（图1.1）。
《库姆塔格沙漠研究(精)》(作者库姆塔沙漠综合科学考察队)专著的编撰出版，在科学上揭示了该沙漠的形成演化过程和风沙运动规律，有助于科学合理防沙治沙方略的制订；拟订了生态经济分区方案，为资源的合理开发利用、自然与文化保护以及区域可持续发展提供了积极的对策与建议，对保护敦煌绿洲和莫高窟文化有重要的价值。这一成果体现了新一代沙漠科学人勇往直前、不畏艰辛、通力协作探索大自然奥秘的科学精神。我相信，这一专著的出版将有助于人们对库姆塔格沙漠的全面了解。希望新一代沙漠科学人进一步加强学科间的渗透与综合集成，在沙漠科学研究、沙漠化防治、自然保护与生态建设工作中取得更加突出的成就，为区域可持续发展作出积极的贡献。
