王兆印，傅旭東

（清華大學(xué)，100083，北京）

黃河源的濕地演變及沙漠化

王兆印，傅旭東

（清華大學(xué)，100083，北京）

黃河源發(fā)育高原草甸、牛軛湖群、沼澤和月牙泉等類型的濕地。100年來，黃河源各種濕地發(fā)生了劇烈變化。通過野外調(diào)查分析和實(shí)驗(yàn)，對黃河源各種濕地演變規(guī)律、草原沙漠化及其治理方法進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，近年，高原草甸大面積萎縮、沼澤地大片疏干，而牛軛湖群仍然遵循著裁彎生成、淤積消亡和再裁彎生成的自然演變規(guī)律；黃河源大壩建設(shè)抬高地下水水位，使黃河源沙漠出現(xiàn)大片月牙泉；黃河源農(nóng)牧業(yè)開發(fā)引發(fā)大片草原沙漠化，可利用風(fēng)動沙特性進(jìn)行治理，如引入河流阻斷沙漠入侵，或改變風(fēng)動沙顆粒級配固定沙丘、綠化沙漠。

黃河源；濕地演變；沙漠化；治理方法

一、黃河源的濕地演變

1.高原草甸萎縮

高原草甸是高原上坡度平緩的山頭間低地，由于融雪、降雨、地下水滲出形成的淺水區(qū)。這種濕地有坡降，但由于出口狹窄流速很低，并且具有在高水分條件下發(fā)育起來的以多年生濕生草本為主體的植被群落。黃河源蒸發(fā)量低，在地表徑流匯集的低洼地和地下水水位較高之處形成了許多高原草甸，例如星宿海。高原草甸的植物主要有藏嵩草、矮嵩草、小嵩草、禾本科、莎草科、燈心草、豆科和雜類草等。

黃河源的草甸在過去50年內(nèi)迅速萎縮，主要原因是公路建設(shè)和改造草原建起的排水工程。由于公路建設(shè)和草原建設(shè)，許多草甸的出口排水率大大增加，草甸長期被淺水淹沒的面積縮小了一多半?？梢姡泛筒菰ㄔO(shè)提高了公路安全、增加了放牧草場，但大大減小了草甸濕地面積，使得草甸向草原甚至沙漠演替。

2.牛軛湖演變

黃河源有很多牛軛湖，都是黃河及其支流在彎道發(fā)育演變過程中發(fā)生裁彎而形成的。例如黃河支流白河有90多個(gè)牛軛湖，支流黑河有250多個(gè)牛軛湖。牛軛湖經(jīng)歷著形成—淤積—消亡—再形成的循環(huán)。圖1（a）表明黃河支流納木錯(cuò)曲彎道發(fā)育，可見很久前裁彎形成的一個(gè)牛軛湖已經(jīng)一半淤積，并生長了茂盛的植被。經(jīng)測量，彎頂演變速率為每年向凹岸演進(jìn)0.5～1 m，一個(gè)完整的彎道直徑大約有300 m。彎道上下游同時(shí)演進(jìn)，可推斷從發(fā)育彎道到裁彎大約有200年，而牛軛湖的生存時(shí)間為100年左右。圖1（b）是黃河在唐克鎮(zhèn)附近的黃河第一彎斜槽裁彎形成的牛軛湖，長3000 m，寬100余m。此牛軛湖與黃河保持聯(lián)通，故淤積較快，水深淺，人可以踩木板過去。牛軛湖是黃河源水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成。通過采樣分析發(fā)現(xiàn)，湖內(nèi)生長著20多種無脊椎動物和數(shù)種魚類，主要物種有螟蛾、線蟲、蘿卜螺、圓扁螺、劃蝽、龍虱、搖蚊以及高原裂腹魚等。

3.沼澤疏干

沼澤和高原草甸的區(qū)別在于沼澤的水是靜止的，而后者的水是緩慢流動的。由于沼澤的長期靜水淹沒和下層低氧或無氧條件，沼澤水生植物死亡后不能氧化，在底部演化成泥炭。若爾蓋沼澤和紅原沼澤下面有一層0.3～3 m厚的泥炭層。若爾蓋沼澤面積曾超過4600 km2，每年補(bǔ)給黃河瑪曲水文站所實(shí)測年徑流量的30%，到20世紀(jì)90年代僅存2200 km2?，F(xiàn)在，若爾蓋沼澤只有不到1000 km2，大部分已經(jīng)變成草原牧場，甚至有一小部分已沙漠化。黃河及其支流下切、溯源侵蝕以及人工排水，是過去3.5萬年以來若爾蓋湖向若爾蓋沼澤演變，再從沼澤向草原演變的根本原因。

圖1 唐克鎮(zhèn)附近黃河第一彎斜槽裁彎形成的牛軛湖

圖2 黃河源區(qū)月牙泉對固沙的影響

有關(guān)研究的野外調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，若爾蓋沼澤是我國最大的泥炭分布區(qū)，面積達(dá)4605 km2，儲存體積達(dá)7361.67億m3，碳-14測年表明泥炭分布區(qū)形成于1.4萬年前。若爾蓋泥炭層下面是非常厚的粉沙層，中值粒徑為0.07～0.125 mm。當(dāng)河流溯源侵蝕切穿泥炭層，沼澤下覆粉沙層極易被沖刷，粉沙層淘刷懸空后泥炭層坍塌，然后快速向上游發(fā)展。經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，泥炭層沖刷退縮速率為0.7～17.1 m/a。隨著無數(shù)小河溝溯源沖刷，紅原沼澤和若爾蓋沼澤的水迅速疏干，沼澤面積急劇萎縮。

4.月牙泉的形成發(fā)展

月牙泉是一種沙漠水文地貌現(xiàn)象。如果沙漠里地下水水位抬升到沙丘間凹陷處以上，就會形成小湖泊。由于沙丘呈新月形，沙丘間的水平切線是月牙狀，因此形成的小湖泊稱為月牙泉。2011年，筆者在瑪多縣內(nèi)面積大約1000 km2的黃河源沙漠里發(fā)現(xiàn)了大量月牙泉，都是由于地下水水位抬升滲出并匯集在沙丘間的低凹處形成的。黃河源沙漠海拔4200 m以上，發(fā)育了8400多個(gè)月牙泉，這些月牙泉比敦煌月牙泉大，長度100～300 m，寬度 30～100m，最深點(diǎn) 1～10 m。

黃河源沙漠圍繞黃河故道發(fā)育，原來地下水水位在沙漠表面之下。自大約1960年以來，三江源氣溫上升，雪水融化，黃河源沙漠周圍地下水水位上升，地下水滲透過沙粒進(jìn)入沙漠中沙丘之間的凹陷處，形成一些月牙泉。到2002年，鄂陵湖下游的黃河上修建了黃河源大壩，壩高20多m，把壩前和鄂陵湖的水位都抬升到海拔4270 m以上。大壩修建后，黃河源沙漠里月牙泉的數(shù)量從6800多個(gè)突然增加到8400多個(gè)，而且月牙泉的水面面積增大一倍。月牙泉生成后明顯地固定了沙漠，改善了生態(tài)，甚至將沙漠改變成綠洲。圖2（a）是新生的月牙泉，（b）表明月牙泉形成數(shù)年后沙漠基本實(shí)現(xiàn)固定和綠化。

月牙泉形成后周邊沙丘先鋒物種線葉蒿草最早生長，然后形成以西藏蒿草、棘豆、高原早熟禾、醉馬草、鉆苞風(fēng)毛菊為主要物種的稀疏植被。長期穩(wěn)定的月牙泉周圍植被覆蓋度發(fā)育到60%以上，成為以青藏苔草、垂穗披堿草、二裂委陵菜、臭蒿、冷蒿、西北針茅、棘豆、鉆苞風(fēng)毛菊、白香青、弱小火絨草、急彎棘豆、松潘黃芪、偏翅龍膽等為主要物種的復(fù)雜植被，甚至?xí)纬梢愿呱嚼C線菊為優(yōu)勢灌木的灌草復(fù)合植被。新生月牙泉穩(wěn)定時(shí)間達(dá)到一年后就有水生動物占領(lǐng)，早期水生動物以鉤蝦為極為優(yōu)勢的物種，還有一些寬水蚤、龍虱、劃椿等物種。隨著穩(wěn)定時(shí)間增長，鉤蝦優(yōu)勢減弱，蘿卜螺、線蟲、寬水蚤、龍虱、劃椿成為重要物種，還會出現(xiàn)扁卷螺、顫蚓、盤絲蚓、長腹劍水蚤、鱗石蛾、管石蛾、枝角目、泥龍虱、胖龍虱等物種。

二、黃河源的沙漠化和治理方法

1.黃河源的沙漠化

青藏高原上有大片的固定風(fēng)沙土，在土壤化表層之下，厚厚的風(fēng)沙沉積物仍保持著風(fēng)沙的基本特性。僅在黃河源和長江源，就有大約4000億m3的風(fēng)動沙埋藏在高原草甸之下。數(shù)十年來，過度放牧、農(nóng)業(yè)開發(fā)和開礦修路破壞了草原植被，大量風(fēng)動沙被釋放出來形成活動沙丘和沙漠。黃河源沙漠化土地面積大約3000 km2。這些沙漠里降雨量并不低，例如1000多km2的木格灘沙漠降雨量接近400 mm，但由于沙丘不斷滾動，植被難以修復(fù)，才使得沙漠面積不斷擴(kuò)大。

所謂風(fēng)動沙是指粒徑非常均勻，在0.05～0.25 mm之間，礦物成分以石英為主的沙粒。這樣的沙粒容易被風(fēng)吹動在地表跳躍運(yùn)動，不會飛揚(yáng)至高空，因此在運(yùn)動過程中不離散，具有很強(qiáng)的聚集性。筆者對世界各地的46個(gè)沙漠進(jìn)行采樣分析，包括青藏高原的荒漠、半荒漠的活動沙丘，黃土高原和內(nèi)蒙古高原的主要沙漠，美國和非洲的沙漠等，發(fā)現(xiàn)全世界的風(fēng)沙具有幾乎相同的粒徑級配。不同地區(qū)風(fēng)沙沉積物的中值粒徑都在0.05～0.25 mm之間，而分選系數(shù)都在1.0～2.5的窄小范圍內(nèi)。與此對照，不同河流沉積物的中值粒徑分散在0.01～500 mm之間，分選系數(shù)可達(dá)30；不同泥石流沉積物的中值粒徑分散在5～1000 mm之間，分選系數(shù)可達(dá)40。

當(dāng)草原表面植被被破壞，風(fēng)動沙被吹起后逐漸聚集成沙丘運(yùn)動，聚少成多而形成沙漠。風(fēng)動沙的這種聚集性反映在宏觀上就是沙漠運(yùn)動的連續(xù)性。當(dāng)沙漠沿著某個(gè)方向運(yùn)動造成沙漠入侵時(shí)，只能一步步連續(xù)運(yùn)動而不能跳過，碰到河流必須把河流淤塞才能到達(dá)彼岸。在黃河源木格灘沙漠的南部，即貴南縣城，每當(dāng)冬春西北風(fēng)強(qiáng)烈時(shí)木格灘沙漠發(fā)生沙暴，進(jìn)入沙漠就會感到沙漠風(fēng)暴吞噬一切的暴戾，但當(dāng)離開沙漠去往距離僅十幾公里的貴南縣城，在集市上貿(mào)易的人們似乎完全不受沙暴的影響。

圖3 通過改變沙漠表面的顆粒級配固定了沙丘

2.沙漠化的治理方法

黃河源的沙漠并非很干旱，只要沙丘被穩(wěn)定下來，就能變成綠洲。根據(jù)風(fēng)動沙的特性可提出治理沙漠化的方法。例如根據(jù)沙丘運(yùn)動的連續(xù)性，可以利用河流切斷沙漠入侵。如引入一條小河成功阻擋了木格灘沙漠向東南草原入侵。然而，當(dāng)冬季小河結(jié)冰時(shí)，失去阻擋作用，沙漠會從冰面上入侵到河對岸。

風(fēng)動沙獨(dú)特的顆粒級配是沙丘在風(fēng)力作用下保持聚集和滾動的根本原因。根據(jù)這一特點(diǎn)，可通過改變沙漠表面的顆粒級配將沙丘固定，從而把沙漠變成綠洲。圖3（a）表明，沙丘表面播撒粗砂細(xì)礫后，沙漠表層顆粒級配曲線改變，級配曲線上部拖出一個(gè)延伸到100 mm的尾巴，破壞了風(fēng)動沙粒徑組成的均勻性。改變沙漠表層顆粒級配需要活動沙丘的表面層有20%的粗砂細(xì)礫，即每平方公里播撒2000 t粗砂細(xì)礫。圖3（b）表明，采用粗砂細(xì)礫覆蓋后的沙丘種植上青海小葉楊，成功地穩(wěn)定了沙丘，并綠化了沙漠。

類似地，如果在沙丘表面摻加一定量的黏土，使得沙丘顆粒級配曲線下部拖出一個(gè)延伸到0.001 mm以下的尾巴，也能破壞表層風(fēng)動沙顆粒級配的均勻性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，沙丘表面覆蓋黏土后，降雨會將黏土與風(fēng)動沙顆粒黏結(jié)，形成表面結(jié)皮，大風(fēng)難以吹動，沙丘運(yùn)動得以控制。有黏土的沙漠可保持一定的水分，表面會生長苔蘚，苔蘚層可進(jìn)一步穩(wěn)定沙丘，吸收和保持水分，并逐步生長草本和灌木，最后把沙漠變成綠洲。

在與沙漠化的長期斗爭中，人們認(rèn)識到固定沙丘就能綠化沙漠。黃河源當(dāng)?shù)厝罕娍偨Y(jié)出了許多有效的固沙、治沙方法，如草方格、織網(wǎng)覆蓋、飛播、植樹等。

三、結(jié) 論

黃河源發(fā)育高原草甸、牛軛湖群、沼澤和月牙泉等類型的濕地。由于人類活動加劇，近年高原草甸大面積萎縮、沼澤地大片疏干，牛軛湖群仍然遵循著裁彎生成、淤積消亡和再裁彎生成的自然演變規(guī)律。通過對月牙泉形成發(fā)展的探討，得出治理沙漠的方法，即利用建壩將沙漠周邊的河流水位抬高，進(jìn)而抬高地下水水位，形成月牙泉，有利于沙丘固定和沙漠綠化。但是，在年蒸發(fā)量特別大的地區(qū)，采用月牙泉治理沙漠會造成大量水分損失。對于黃河源農(nóng)牧業(yè)開發(fā)釋放大量風(fēng)沙，使得大片草原沙漠化的情況，可利用風(fēng)動沙特性治理沙漠，如引入河流阻斷沙漠入侵，或者改變風(fēng)動沙顆粒級配固定沙丘、綠化沙漠。

[1]寧龍梅，王華靜.若爾蓋高原濕地研究10年回顧與展望[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（26）.

[2]孫廣友.論若爾蓋高原泥炭賦存規(guī)律成礦類型及資源儲量[J].自然資源學(xué)報(bào)，1992（4）.

[3]王兆印，韓魯杰.黃河源沙漠中月牙泉群的特性及形成機(jī)理[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2016（4）.

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[5]王兆印.河流的哲學(xué)[Z].清華大學(xué)講義，2014.

Evolution of various wetlands and desertification in the source area of the Yellow River

Wang Zhaoyin，F(xiàn)u Xudong

Alpine meadows,oxbow lakes,swamps and crescent lakes develop in the source area of the Yellow River on the Qinghai Plateau.In the past century these wetlands have been greatly changed and desertification occurred.The mechanisms of the wetland evolution and strategies for desertification control are studied through field investigation,measurement and experiments.Alpine meadows and swamp land have being greatly shrunk due to drainage by humans.Most of the oxbow lakes are still following the laws of formation due to cutoff of meanders-reduce and disappear following sedimentation-new meanders development.Dam construction and rising of the Erling Lake level enhanced the ground water table,which resulted in a lot of new crescent lakes in the Maduo desert.Desert expansion path can be cut off by introducing streams and desertification can be controlled by changing the size distribution of the sand dunes.

source area of the Yellow River;evolution of wetlands;desertification;control strategy.

X37

B

1000-1123（2017）17-0022-03

2017-05-16

王兆印，教授。

責(zé)任編輯 鄭 爽