沙漠綠洲的開發(fā)與環(huán)境變化的相互影響

沙漠綠洲的開發(fā)與環(huán)境變化的相互影響

提要

干旱區(qū)的農(nóng)業(yè)活動、特別是沙漠綠洲的開發(fā)，改變了地—?dú)庀到y(tǒng)的能量交換。幾年來的沙漠綠洲氣候與防風(fēng)林的研究、氣候資料的分析和實(shí)地考察表明，中國西部干旱區(qū)最近43年來的沙漠綠洲開發(fā)已改變著那里的局地氣候環(huán)境，使其向有利于人類和農(nóng)業(yè)的方向發(fā)展著。在沙漠綠洲的開發(fā)利用與局地環(huán)境變化之間，存在著兩種截然相反的反饋?zhàn)饔茫涵h(huán)境變好→綠洲發(fā)展→環(huán)境更好→綠洲再發(fā)展；環(huán)境惡化→綠洲退化→環(huán)境更壞→綠洲再退化，甚至消失。決定這兩種反饋?zhàn)饔玫氖谴蟓h(huán)境的變遷和綠洲開發(fā)利用中是否合理利用資源和按自然規(guī)律辦事。

關(guān)鍵詞綠洲開發(fā)；環(huán)境變化

1引言

沙漠、戈壁等干旱地帶占據(jù)著地球陸地的近1/3。人類從很早以前就開始在不毛之地的沙漠中開發(fā)和利用沙漠綠洲。隨著人類人口的增加和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，沙漠綠洲的開發(fā)和利用就越來越重要。然而，地球環(huán)境的變化會很大程度地影響沙漠綠洲的開發(fā)和利用，反之沙漠綠洲的開發(fā)利用也會影響局地環(huán)境的改變。在我國現(xiàn)有的沙漠中，有不少的古代城鎮(zhèn)及水利設(shè)施的遺跡。這些遺跡的廢棄原因，大多與河流的改道和斷流以及戰(zhàn)爭相關(guān)，有的還不清楚[1]。近年有學(xué)者提出東亞游牧民的南遷與氣候的變化相關(guān)。許多學(xué)者研究認(rèn)為，隨著全球變化，我國干旱、半干旱區(qū)氣候在

變干[3～6]。然而，作者近來對我國干旱區(qū)氣候變化，特別是近15年來的變化研究表明，我國干旱區(qū)西部和東部的氣溫和降水變化是不同的。因此，研究我國干旱區(qū)環(huán)境變化與沙漠綠洲的開發(fā)和利用的關(guān)系有著很重要的意義。本文試圖總結(jié)沙漠綠洲氣候特點(diǎn)、綠洲防風(fēng)林效益，結(jié)合近年來我國西部干旱區(qū)氣候環(huán)境及沙漠綠洲開發(fā)和利用的變化，闡明沙漠綠洲的開發(fā)與環(huán)境變化的相互影響關(guān)系，為今后綠洲開發(fā)與利用提供科學(xué)依據(jù)。

2沙漠綠洲的氣候特點(diǎn)，防風(fēng)設(shè)施的效益

沙漠與森林的地—?dú)庀到y(tǒng)能量交換的比較

我們知道，地—?dú)庀到y(tǒng)能量交換的各個分量是隨下墊面覆蓋、水分及大氣中的水分等因素的不同而變化的。沙漠地帶由于空氣中水分含量少，到達(dá)大氣上層的太陽能幾乎95%以上可以到達(dá)下墊面，而雨林地區(qū)只有約70%到達(dá)下墊面；由于反射率大和下墊面溫度高，到達(dá)下墊面的太陽能作為凈輻射能的部分在沙漠卻少于雨林；下墊面的凈輻射能在沙漠主要以顯熱交換形式傳給大氣，而雨林地主要以潛熱形式與大氣交換能量。因此，在大面積干旱荒漠地區(qū)，改變下墊面植被覆蓋及土壤物理特性，會對局地邊界層氣候產(chǎn)生影響，甚至可能影響全球氣候變化。

沙漠綠洲的氣候特點(diǎn)

通過對在我國新疆吐魯番距綠洲邊緣1km的風(fēng)蝕地建立的自動氣象站與綠洲內(nèi)氣象站資料的對比分析結(jié)果表明：由于綠洲內(nèi)的灌溉和植被的增加，改變了地—?dú)庀到y(tǒng)的能量交換。綠洲與鄰近的荒漠相比，反射率下降，風(fēng)速降低，地中熱容量及熱流量增加。在夏季白天，地表溫度上升緩慢，凈輻射值增加，而得到的太陽能大部分被消耗在蒸散上，顯熱輸送卻比荒漠地少；在冬季夜間，地表溫度下降緩慢，凈輻射損失減少。其結(jié)果，綠洲內(nèi)的氣溫和地表層溫度在冬季和夜間比荒漠地高，在夏季和白天比荒漠低。可謂冬暖夏涼、夜暖日涼。在7月，自早晨7～8時綠洲內(nèi)氣溫開始低于荒漠地，直到20時；而在12月大部分時間綠洲內(nèi)氣溫高于荒漠地，只有在10～11時到15～16時綠洲內(nèi)氣溫才低于荒漠地。7月平均氣溫綠洲內(nèi)比鄰近荒漠地低℃，12月平均氣溫綠洲內(nèi)高出鄰近荒漠地℃。如果測站伸入荒漠內(nèi)，這種差異會更大。對于濕度和降水，由于測站距綠洲太近，加之儀器問題，沒有明顯差異。但有研究表明綠洲有增加濕度和降水的“濕島”和增雨作用[8、9]。

綠洲防風(fēng)設(shè)施的效益

沙漠綠洲的開發(fā)，為防止風(fēng)沙，防風(fēng)林等防風(fēng)設(shè)施的建立是非常重要的。近年來作者在新疆吐魯番的研究表明[10、11、12]，干旱區(qū)綠洲防風(fēng)設(shè)施不僅有防風(fēng)、防沙的作用，對氣候的緩和作用比濕潤的日本要大，能抑制土壤蒸發(fā)和植物蒸騰，以利水分的合理利用，促進(jìn)作物生長。作物的生長高度和產(chǎn)量都隨防風(fēng)林的防護(hù)距離有明顯的變化。另外，如上所述，在綠洲與荒漠之間存在有明顯的溫濕度差，這必然在它們之間有一個局地環(huán)流，防風(fēng)設(shè)施通過降低風(fēng)速，同時調(diào)節(jié)溫濕度的變化，增大綠洲效應(yīng)。

343年來氣候環(huán)境的變化

平均氣溫和降水變化

作者選取處于我國西部干旱區(qū)大綠洲中的13個氣象站，計算了43年來冬季和夏季平均氣溫和降水量的變化，發(fā)現(xiàn)43年來冬季平均氣溫增加了℃～℃，13站平均增溫℃。但夏季平均氣溫卻下降了℃，在哈密甚至下降了℃。43年來冬季降水沒有明顯的變化趨勢，而夏季降水量在多數(shù)站都有增加的趨勢，特別是近15年來，降水量增加了5%～100%。我國西部干旱區(qū)大綠洲中的13個氣象站1951～1993年夏季和冬季平均氣溫和降水量的逐年變化表明，近15年來我國西部干旱區(qū)氣候環(huán)境的變化結(jié)果與綠洲效應(yīng)一樣，是冬暖夏涼、夏季雨水增加。

干旱指數(shù)的變化

為評價氣候環(huán)境變化對農(nóng)業(yè)的影響，作者計算了夏季Martonne干旱指數(shù)。Martonne干旱指數(shù)越大，表明農(nóng)業(yè)依存于水或灌溉程度就越低，即氣候就越適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[13]。圖1給出1951～1993年我國西部干旱區(qū)大綠洲中的13個氣象站平均的標(biāo)準(zhǔn)化后的干旱指數(shù)逐年變化曲線及5年滑動平均、線性回歸和5次多項(xiàng)式回歸曲線?？梢钥闯?，干旱指數(shù)雖然波動很大，但在增加。特別是5年滑動平均表示出50年代后期的下降、60～70年代的波動和70年代后期開始的大幅度上升，表明氣候環(huán)境向有利于人類和農(nóng)業(yè)的方向發(fā)展著。

4沙漠綠洲的開發(fā)與環(huán)境變化的相互影響

近年來沙漠綠洲開發(fā)與利用的變化

近43年來，中國西部干旱區(qū)綠洲擴(kuò)大很快，新疆的耕地面積增加了近倍。綠洲的擴(kuò)大主要分兩個時期：50年代到60年代初和近15年。早期的綠洲大多以自然植被的破壞和減少為代價。例如，在塔里木盆地塔里木河流域，1951～1958年在原有植被的地帶擴(kuò)大耕地面積，而由于燃料及用材的需求，1958～1978年天然胡楊林減少了、沙漠化土地面積發(fā)展到萬km2[14]。而近15年的耕地擴(kuò)大多是向沙漠要地，作者實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)[15]，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以煤代柴使沙漠地帶植被的濫砍亂伐得到了很大程度的控制，同時防風(fēng)林也長大成林。這些變化正與上述干旱指數(shù)的變化相對應(yīng)。

綠洲的開發(fā)與環(huán)境變化的相互影響

如上所述，沙漠綠洲有冬暖夏涼、夜暖日涼的溫度調(diào)節(jié)作用和增濕增雨的作用，而這些作用正好又適應(yīng)沙漠綠洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。所以，綠洲越發(fā)展，對環(huán)境調(diào)節(jié)作用就越大，從而綠洲就越能發(fā)展。反之，如果沙漠綠洲開發(fā)利用不當(dāng)，如河流水源涵養(yǎng)林破壞引起水土流失，水流不穩(wěn)；過量超采地下水，破壞地下水資源引起植被死亡、土地旱化、沙漠化；過量灌溉，地下水位上升引起土地鹽堿化；濫砍亂伐，沙漠植被破壞引起沙丘活化、流沙再起等等造成綠洲退化，則會使綠洲效應(yīng)減少，環(huán)境惡化，進(jìn)而使沙漠綠洲進(jìn)一步退化。也就是說，在沙漠綠洲的開發(fā)利用與局地環(huán)境變化之間，存在著兩種截然相反的反饋?zhàn)饔茫涵h(huán)境變好→綠洲發(fā)展→環(huán)境更好→綠洲再發(fā)展；環(huán)境惡化→綠洲退化→環(huán)境更壞→綠洲再退化，甚至消失。

5結(jié)論

綜合幾年來的沙漠綠洲氣候與防風(fēng)設(shè)施效益的研究、氣候資料的分析和實(shí)地考察，可得以下結(jié)論及建議：

(1)由于改變了下墊面和地表粗燥度，增加了水分和植被，沙漠綠洲與其周圍的沙漠相比，有著冬暖夏涼、夜暖日涼的溫度調(diào)節(jié)特性；有著增濕的“濕島”效應(yīng)；也可以有增雨作用。

(2)綠洲防風(fēng)設(shè)施不僅有防風(fēng)、防沙的作用，還能抑制土壤蒸發(fā)和植物蒸騰，以利水分的合理利用；同時調(diào)節(jié)溫濕度的變化，增大綠洲效應(yīng)。

(3)近43年來，特別是近15年來，中國西部干旱區(qū)的氣候環(huán)境有冬季升溫、夏季降溫增雨有利于人類和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的變化，但有必要進(jìn)一步加強(qiáng)對山區(qū)降水等氣象要素的監(jiān)測。

(4)近43年來，中國西部干旱區(qū)綠洲擴(kuò)大很快，新疆的耕地面積增加了近倍。特別是近15年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，沙漠地帶植被的濫砍亂伐得到了很大程度的控制，同時植樹造林得到了很大發(fā)展。近年的氣候變化，特別是冬季的升溫與全球變化有關(guān)，而夏季的降溫增雨主要是綠洲的擴(kuò)大、防風(fēng)林的營造和沙漠植被砍伐減少的結(jié)果。

(5)在沙漠綠洲的開發(fā)利用與局地環(huán)境變化之間，存在著兩種截然相反的反饋?zhàn)饔谩－h(huán)境變好→綠洲發(fā)展→環(huán)境更好→綠洲再發(fā)展；環(huán)境惡化→綠洲退化→環(huán)境更壞→綠洲再退化，甚至消失。決定這兩種反饋?zhàn)饔玫氖谴蟓h(huán)境的變遷和綠洲開發(fā)利用中是否合理利用資源和按自然規(guī)律辦事。近15年來中國西部干旱區(qū)的變化正是促使環(huán)境變好的反饋?zhàn)饔迷谄鹬饕饔玫慕Y(jié)果。但是，在水資源的有效合理利用方面，卻存在嚴(yán)重問題。因此，今后合理開發(fā)利用綠洲，對于局地環(huán)境的變化有著極其重要的意義。

(6)由于人口的增加，向沙漠要地、要糧、要財富已成必然。但如果不能合理利用資源，盲目擴(kuò)大綠洲；過量使用地下水和破壞沙漠植被，可能導(dǎo)致沙漠化和環(huán)境的惡化，甚至綠洲的消失。對于中國西部干旱區(qū)而言，要有對以水資源為主的自然資源進(jìn)行區(qū)域性、流域性的總體評價和規(guī)劃，把開發(fā)利用的重點(diǎn)放在開發(fā)利用節(jié)水栽培技術(shù)、改良灌溉設(shè)施等提高水資源利用率和提高單位面積生產(chǎn)力上，以適應(yīng)人口增加和環(huán)境變化的要求。

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