綠洲-荒漠過(guò)渡帶的形成

綠洲-荒漠過(guò)渡帶的形成

被稱(chēng)為“沙漠過(guò)渡區(qū)”的概念已經(jīng)使用。在科技文獻(xiàn)中，“沙漠過(guò)渡區(qū)”一詞（包括綠洲沙漠過(guò)渡區(qū)或沙漠-綠洲過(guò)渡區(qū)）發(fā)表了100多份相關(guān)文章和報(bào)告，最新標(biāo)題為在線文章，表明該名稱(chēng)具有重要的科學(xué)價(jià)值。事實(shí)上,到目前為止還沒(méi)有文獻(xiàn)專(zhuān)門(mén)定義并討論其準(zhǔn)確含義,進(jìn)而具體指出其空間位置和分布特征。因?yàn)楦拍畈唤y(tǒng)一,甚至含義很混亂,以致討論對(duì)象都不同,使“綠洲-荒漠過(guò)渡帶”的概念一直存在多種爭(zhēng)議,所以學(xué)界多數(shù)對(duì)這一名詞的科學(xué)含義并不認(rèn)同。除許鵬(1995)提出“綠洲-荒漠過(guò)渡帶”一詞之外,部分學(xué)者還建議用“交錯(cuò)帶”、“邊緣區(qū)”、“外緣區(qū)”、“界外區(qū)”等。后來(lái)許多研究者仍然頻繁提到“綠洲-荒漠過(guò)渡帶”一詞,但文字表露的概念對(duì)象并不統(tǒng)一。多數(shù)學(xué)者意指綠洲邊緣的有限寬地帶,仍有部分人把范圍擴(kuò)大到整個(gè)山麓平原,或者所涉及的空間位置并不明確。在對(duì)策勒綠洲邊緣到沙漠地段觀察發(fā)現(xiàn):盡管綠洲農(nóng)田經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次擴(kuò)張,綠洲邊緣仍然存在景觀(植被、地貌等)和環(huán)境(水、土、氣、生)的梯度變化。因此,我們確認(rèn)從綠洲邊緣到沙漠(荒漠)存在一個(gè)地理上很特殊的過(guò)渡地帶,并建議使用“綠洲-沙漠(荒漠)過(guò)渡帶”一詞。由于綠洲邊緣和外圍是人為活動(dòng)頻繁擾動(dòng)地段,無(wú)論是在土地利用上還是在綠洲環(huán)境保護(hù)和生態(tài)安全上都具有顯著重要性。為了更全面科學(xué)地認(rèn)識(shí)綠洲邊緣地帶,促進(jìn)對(duì)這一具有過(guò)渡性質(zhì)地帶生態(tài)功能的保護(hù),我們從空間分布和屬性特征對(duì)綠洲-沙漠過(guò)渡帶再次予以討論。1調(diào)整后的山擄平原即盆地景觀層次關(guān)于“綠洲-荒漠過(guò)渡帶”的概念,許鵬最初指出的是:“新疆北疆準(zhǔn)噶爾盆地是典型的內(nèi)陸溫性干旱荒漠區(qū)。盆地的南北緣,自山麓沖積扇以下至廣袤沖積平原荒漠之間存在著一個(gè)不同于荒漠的地帶。這里地形比較破碎,植被相對(duì)復(fù)雜,大面積開(kāi)墾形成的綠洲與保存的天然草地并存、草地存留于綠洲外緣至荒漠接壤的地區(qū),稱(chēng)之為綠洲-荒漠過(guò)渡帶”,顯然指的是山麓平原有綠洲分布的地段,意指該地帶景觀特征為綠洲-荒漠交錯(cuò)分布。由于綠洲是荒漠區(qū)的隱域性地域,空間上十分不連續(xù),山麓平原也并不是其唯一的分布地段,自然屬性并不具有地帶性,顯然這一概念不存在普遍性,因此沒(méi)有被多數(shù)學(xué)者接受。賈寶全、閆順研究了吐魯番盆地的綠洲之后指出“綠洲與外圍荒漠間存在一定寬度的過(guò)渡帶,它處于綠洲到荒漠環(huán)境梯度的中間狀態(tài)......”。顯然所指是由綠洲邊緣到外圍荒漠地段,或綠洲外圍緊貼綠洲的地段,為了避免相關(guān)概念混淆給了一個(gè)“綠洲-荒漠交錯(cuò)帶”的名詞。之后陸續(xù)有大量文獻(xiàn)用到“綠洲-荒漠過(guò)渡帶”一詞,說(shuō)明綠洲邊緣無(wú)論是在景觀上、環(huán)境上還是在功能上都有其特殊性,同時(shí)表明這一地帶的普遍存在性。如果在景觀上特殊說(shuō)明其空間是可以界定的,而其功能特殊又有普遍存在性則說(shuō)明其存在重要的科學(xué)意義和廣泛的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。由于塔里木盆地屬于極端干旱區(qū),荒漠的頂級(jí)類(lèi)型-沙漠和戈壁是區(qū)域主體景觀背景,綠洲直接鑲嵌在沙漠與戈壁之間(或其中),綠洲-荒漠過(guò)渡帶則變成了綠洲-沙漠過(guò)渡帶(圖1)。從綠洲到沙漠廣泛存在一個(gè)寬度不等的包括植被、地貌等景觀要素的過(guò)渡地帶,特別是在塔里木盆地南緣的綠洲-沙漠過(guò)渡帶更是十分典型。本文討論的是從綠洲邊緣到沙漠的景觀帶,屬于綠洲-荒漠過(guò)渡帶的一種類(lèi)型。長(zhǎng)期以來(lái),一方面在綠洲外圍的土地開(kāi)發(fā)使綠洲快速擴(kuò)張,另一方面新墾的人工綠洲土地面臨強(qiáng)烈的風(fēng)沙危害(沙漠化),耕地?cái)U(kuò)張、土地沙化、風(fēng)沙災(zāi)害等都發(fā)生在從綠洲到沙漠之間的過(guò)渡地帶,說(shuō)明該地帶在人地關(guān)系中非常重要。顯然,無(wú)論是站在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展角度,還是站在綠洲生態(tài)安全的角度看,深入認(rèn)識(shí)和剖析該地帶的環(huán)境特征和生態(tài)功能具有非常重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。2綠茶-從干草原區(qū)地表在水、熱、光、風(fēng)和生物等的共同作用下,通過(guò)地貌、植被和土壤特征展現(xiàn)土地在長(zhǎng)期的外動(dòng)力綜合作用的結(jié)果,形成其特定的自然景觀。對(duì)策勒綠洲邊緣的調(diào)查觀測(cè)表明:綠洲-沙漠過(guò)渡帶介于綠洲與沙漠之間,地貌、植被、風(fēng)沙及水熱狀況等都不同于綠洲或沙漠,這一特殊地段在綜合自然景觀上和水、土、氣、生自然要素上都能界定。為了具體明確我們的研究對(duì)象,根據(jù)綠洲與沙漠之間的景觀變化,環(huán)境要素特征等過(guò)渡帶的特性,我們?cè)诰G洲-沙漠強(qiáng)烈景觀對(duì)比之間識(shí)別出一個(gè)既不同于綠洲又區(qū)別于沙漠的天然地帶,并將其稱(chēng)之為綠洲-沙漠過(guò)渡帶(圖1)。2.1過(guò)渡帶內(nèi)在邊界阿布都瓦斯提等(2000)利用遙感手段確定了綠洲-荒漠交錯(cuò)帶的植被總蓋度在20%~30%之間,王蕙、趙文智等(2007)在黑河中游的研究中確認(rèn)其植被主要成分有泡泡刺、沙拐棗、梭梭等,并測(cè)定植被蓋度平均值為24%,介于9%~80%之間,最大值出現(xiàn)在綠洲邊緣。在塔里木盆地南緣策勒綠洲外圍,天然植被的主要成分有檉柳、白刺、駱駝刺、花花柴、蘆葦、河西菊等。顯然,過(guò)渡帶的植物群落各地不同。植物群落和地下水關(guān)系密切,過(guò)渡帶地區(qū)地下水位穩(wěn)定在植物可接觸的范圍內(nèi)是保證植物長(zhǎng)期存活的關(guān)鍵。在塔里木盆地南緣綠洲外圍,駱駝刺是天然植被的重要建群種之一,是過(guò)渡帶多數(shù)地段植被的主體組分。根據(jù)邢文娟(2008)在策勒西緣對(duì)駱駝刺蓋度與地面風(fēng)蝕率的調(diào)查數(shù)據(jù)作圖分析發(fā)現(xiàn)(圖2),當(dāng)蓋度<15%時(shí),地面風(fēng)蝕率在90%以上;地面植被蓋度介于15%~25%之間時(shí),風(fēng)蝕率呈迅速下降趨勢(shì),由90%降至20%上下;在植被蓋度>25%的情況下,地面風(fēng)蝕率保持在10%以下且趨于穩(wěn)定。李小明等對(duì)策勒綠洲-荒漠過(guò)渡帶的濕地調(diào)查發(fā)現(xiàn),植被蓋度為30%以上,高度為50~70cm范圍內(nèi),在風(fēng)速為8~12m/s時(shí)無(wú)明顯的風(fēng)蝕和風(fēng)積現(xiàn)象,當(dāng)植被蓋度減少至20%以下時(shí),風(fēng)蝕率則突然增加,一定的植被蓋度是保護(hù)地表免受風(fēng)蝕的必要條件。由此,我們以植被蓋度20%~25%為界線來(lái)界定綠洲-沙漠過(guò)渡帶的外緣邊界。綠洲-沙漠過(guò)渡帶的內(nèi)邊界會(huì)隨著綠洲邊界的變化而變化,而綠洲的邊界會(huì)因?yàn)槿藶榛顒?dòng)或自然環(huán)境變化的影響而發(fā)生變化。由于人工綠洲早已進(jìn)入過(guò)渡帶,所以過(guò)渡帶內(nèi)邊界目前就是綠洲最外緣的防風(fēng)阻沙林。地面樣方調(diào)查(表1)表明:綠洲-沙漠過(guò)渡帶外圍沙漠植被蓋度很低,約3%上下,地面風(fēng)蝕強(qiáng)烈,而過(guò)渡帶外側(cè)靠近沙漠地段植被蓋度達(dá)到27%以上,靠近綠洲的內(nèi)側(cè)則上升到67%。2.2過(guò)渡帶植被蓋度因?yàn)榈靥幘G洲與沙漠之間,過(guò)渡帶地貌有從綠洲平原到流動(dòng)沙丘漸變的特征,在過(guò)渡帶還是以風(fēng)成沉積地貌為主,包括灌叢沙丘(堆)、平(緩起伏)沙地及零星分散的流沙地和低緩流動(dòng)沙丘。在策勒綠洲西側(cè),雖然經(jīng)過(guò)數(shù)次綠洲向外擴(kuò)張,綠洲-沙漠過(guò)渡帶被多次墾蝕,但過(guò)渡帶的結(jié)構(gòu)仍然完整。沿地形測(cè)線(圖3)的地貌觀察記錄顯示:從綠洲邊緣B點(diǎn)向西北約800m,地形起伏度較小,植被蓋度較大,屬于緩起伏積沙地帶;同方向再進(jìn)約1800m~2600m處屬于低矮固定灌叢沙堆分布帶,植被明顯變稀疏;由2600~3950m處(寬約1350m)屬于高起伏固定、半固定檉柳灌叢沙堆分布帶,地形起伏度大說(shuō)明沙物質(zhì)輸入豐富,檉柳灌叢起到了很好的阻沙和固沙作用;再向外就進(jìn)入沙漠,邊緣顯示顯著的風(fēng)蝕負(fù)地形(4100~4200m之間)。需要強(qiáng)調(diào)指出的是:雖然過(guò)渡帶植被具有顯著的蓋度,帶內(nèi)以風(fēng)沙沉積地貌為主,但是由于裸地的存在,風(fēng)蝕和風(fēng)沙流作用在過(guò)渡帶由外至內(nèi)都是存在的(圖3),只是強(qiáng)度和規(guī)模由外至內(nèi)降低或減小。所以流沙地、流動(dòng)沙丘在過(guò)渡帶內(nèi)并不鮮見(jiàn),并形成大小不等的流沙地、流動(dòng)沙丘土地斑塊。斑塊的大小和密度由外至內(nèi)減小。地形相對(duì)起伏度是利用地面實(shí)測(cè)地形高程減去A-B間平均坡降(y=0.0036x+0.9192)對(duì)應(yīng)點(diǎn)高程獲得的。植被蓋度是利用2000年TM影像,沿地面實(shí)測(cè)地形方向在測(cè)線附近畫(huà)線,沿線將植被覆蓋線段和裸地線段長(zhǎng)度分別記錄,再?gòu)腂到A每10m統(tǒng)計(jì)植被線段所占比例(實(shí)際為地面10m內(nèi)植被線蓋度)。圖中影像植被測(cè)量樣線為兩點(diǎn)間直線,沒(méi)有與實(shí)地地形測(cè)量線重合,在3400m至3800m間多枯死檉柳包。2.3不同類(lèi)型的綠茶-從植物景觀結(jié)構(gòu)模式分類(lèi)因?yàn)榫G洲是鑲嵌在荒漠中的隱域性地域,而且其周緣荒漠類(lèi)型(沙漠、鹽漠、泥漠、礫漠等)可能不同,所以過(guò)渡帶的空間結(jié)構(gòu)將完全不同,即表現(xiàn)不同類(lèi)型的綠洲-荒漠過(guò)渡帶。由于過(guò)渡帶形成的主要原因是從綠洲到外部荒漠存在水熱環(huán)境因子的梯度變化,從而導(dǎo)致植被、土壤、地貌等展現(xiàn)出綜合景觀過(guò)渡特征,加上水分(無(wú)論是地表水還是地下水)運(yùn)動(dòng)的方向性,致使同一類(lèi)型的過(guò)渡帶在綠洲不同方向邊緣的特征有較大變化。而且風(fēng)等外力作用于綠洲常帶有主風(fēng)向特征,也使過(guò)渡帶類(lèi)型沿綠洲邊緣發(fā)生變異。所以,不同類(lèi)型的綠洲-荒漠過(guò)渡帶其結(jié)構(gòu)模式不同,同一類(lèi)型的過(guò)渡帶結(jié)構(gòu)模式特征也存在空間變化。以策勒綠洲西側(cè)風(fēng)沙前沿為例,由綠洲邊緣向外綠洲-沙漠過(guò)渡帶的特征是(圖1、3):(1)綠洲邊緣灌木阻沙林和人工灌草經(jīng)營(yíng)帶,阻沙林灌木主要為沙拐棗、檉柳或梭梭,可以配置沙棗、扶桑等喬木;(2)天然灌草沉沙帶,內(nèi)側(cè)地表起伏稍緩,植物主要有駱駝刺、花花柴、鹽生草等,以及少量的檉柳灌叢,外側(cè)主要地貌類(lèi)型為灌草沙丘,以及少量的灌叢沙丘,常見(jiàn)有流沙地或雛形流動(dòng)沙丘;(3)天然阻沙帶,主要地貌類(lèi)型為固定和半固定沙丘,地表起伏較大,由灌叢沙丘組成,植物主要有檉柳等灌木,外側(cè)灌叢沙丘高大,有零散分布的風(fēng)蝕地和流動(dòng)沙地(或沙丘)斑塊,內(nèi)側(cè)灌叢沙丘相對(duì)低矮(約1.2m),丘間地常見(jiàn)駱駝刺、花花柴等植被。策勒綠洲西側(cè)風(fēng)沙前沿是典型的主風(fēng)向作用的綠洲-沙漠過(guò)渡帶。雖然人工綠洲多次向外擴(kuò)張,大量的過(guò)渡帶土地已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦?但是仍然展示出一個(gè)完整的風(fēng)沙前沿綠洲-沙漠過(guò)渡帶結(jié)構(gòu)模式(圖4)。如果我們把綠洲邊緣的人工防護(hù)林體系看作是原天然綠洲的稀疏灌木林或高覆蓋草地,那么風(fēng)沙前沿綠洲-沙漠過(guò)渡帶結(jié)構(gòu)組成向外依次為:稀疏灌木林(或邊緣防護(hù)林體系)地、灌草沉沙地和灌叢沙堆地,其中灌叢沙堆地分為兩個(gè)部分,內(nèi)側(cè)是緩起伏灌叢沙堆(b),外側(cè)則是相對(duì)高起伏沙堆(a),反映豐富的風(fēng)沙物質(zhì)輸入受阻和沉降變化。綜上所述,綠洲-沙漠過(guò)渡帶可以表述為自綠洲邊緣(人工防護(hù)體系或天然稀疏灌木林邊界)到植被蓋度20%~25%的固定-半固定沙地為外緣邊界(綠洲與流動(dòng)沙漠之間)的荒漠地帶。3重要的生態(tài)功能關(guān)于“綠洲-荒漠過(guò)渡帶”的特征及其功能意義也有較多的泛泛表述。潘曉玲(2001)認(rèn)為“在自然狀態(tài)下綠洲與沙漠之間的荒漠植被帶為過(guò)渡帶,它是由水為主導(dǎo)因子的環(huán)境梯度產(chǎn)生的植被梯度現(xiàn)象。在自然狀態(tài)下過(guò)渡帶生態(tài)系統(tǒng)處于生態(tài)演替的頂級(jí)階段,即與氣候相適應(yīng)的氣候頂級(jí)系統(tǒng),它起著阻止外圍沙漠侵襲綠洲的重要作用”。趙成義等(2001)曾闡釋“荒漠-綠洲邊緣區(qū)是在不同時(shí)空尺度上由綠洲與荒漠間的物流、能流和信息流產(chǎn)生不連續(xù)分布形成的具有臨界閾特征的界面以及圍繞該面向外延伸的空間域,是綠洲化(開(kāi)荒)過(guò)程和荒漠化(土壤退化)過(guò)程最活躍的地區(qū)”。王蕙、趙文智等(2007)則強(qiáng)調(diào)“荒漠-綠洲過(guò)渡帶是綠洲生態(tài)系統(tǒng)與荒漠生態(tài)系統(tǒng)的連接地帶,是綠洲生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分”。綜合歸納起來(lái),綠洲-荒漠過(guò)渡帶(包括綠洲-沙漠過(guò)渡帶)本質(zhì)上具有重要的生態(tài)功能和對(duì)綠洲重要的環(huán)境保護(hù)功能,具體體現(xiàn)在以下四個(gè)方面:(1)過(guò)渡帶是鄉(xiāng)土動(dòng)植物重要的保留與保護(hù)地帶:從區(qū)域生物多樣性保護(hù)講,因?yàn)楝F(xiàn)代綠洲幾乎完全由人工植被替代,絕大多數(shù)屬于引入的經(jīng)濟(jì)作物和栽培樹(shù)木,形成所謂的生態(tài)裂谷,原綠洲天然動(dòng)植物被壓縮到過(guò)渡帶狹小空間。雖然外圍廣袤的荒漠仍然分散有相同的物種,但種群密度和物種豐富度遠(yuǎn)低于過(guò)渡帶。因?yàn)橛刑烊恢脖恍纬上鄬?duì)較好的避隱環(huán)境,所以野生動(dòng)物還能夠在過(guò)渡帶生息繁衍。因此綠洲-荒漠過(guò)渡帶具有重要的生物多樣性保護(hù)功能,是保護(hù)動(dòng)植物(如白尾地鴉、塔里木兔,等)不多的天然棲息保護(hù)地。(2)綠洲與沙漠間能流物流輸送交換的緩沖地帶:大量的風(fēng)沙和氣象觀測(cè)都展現(xiàn)了過(guò)渡帶氣溫、濕度、輻射、風(fēng)力、輸沙量等環(huán)境要素指標(biāo)的梯度變化特征,實(shí)際上表明了過(guò)渡帶在綠洲與沙漠間的能流物流輸送交換過(guò)程中發(fā)揮了重要的緩沖作用。雖然過(guò)渡帶特征空間分異的本質(zhì)是由水分為主導(dǎo)因子的環(huán)境梯度產(chǎn)生的植被梯度和地貌、土壤類(lèi)型分異現(xiàn)象,但是在綠洲生態(tài)系統(tǒng)與外圍荒漠生態(tài)系統(tǒng)的作用過(guò)程中,水、熱、風(fēng)沙等的流量和流速受到顯著的控制,在綠洲邊緣起到了有效的保持水汽、穩(wěn)定溫度的作用,即有效抑制了綠洲近地層水汽的快速散失和溫度的劇烈波動(dòng)。因此,過(guò)渡帶降低了外部環(huán)境對(duì)綠洲生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)強(qiáng)度,保障了綠洲生態(tài)系統(tǒng)資源的有效利用和系統(tǒng)運(yùn)行的相對(duì)穩(wěn)定性。(3)綠洲-沙漠過(guò)渡帶是綠洲的天然生態(tài)屏障:綠洲作為存在于荒漠的隱域性地域,頻繁地受到外部大風(fēng)、流沙、干熱風(fēng)、病蟲(chóng)害等的侵襲,特別是塔里木盆地南緣極端干旱環(huán)境的綠洲受外部惡劣環(huán)境侵襲現(xiàn)象更為突出。完整的綠洲-沙漠過(guò)渡帶阻止了風(fēng)沙入侵危害,削弱了沙漠或戈壁干熱風(fēng)侵襲綠洲的風(fēng)險(xiǎn),減小了大風(fēng)對(duì)綠洲的破壞動(dòng)力,降低了病蟲(chóng)害發(fā)生幾率。在人工綠洲迅速擴(kuò)張的過(guò)程中,雖然人工防護(hù)體系部分彌補(bǔ)了過(guò)渡帶土地被墾蝕所導(dǎo)致的天然生態(tài)屏障功能受到的損傷,但是天然生態(tài)屏障抵御多種災(zāi)害的綜合效益是人工防護(hù)體系所不能達(dá)到的,而且穩(wěn)定性更好。(4)保護(hù)和修復(fù)綠洲-沙漠過(guò)渡帶有重要固碳效果:過(guò)渡帶是處在一種資源供給與消耗的自然動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),當(dāng)人為擾動(dòng)(包括放牧、亂采等)減少,植被恢復(fù)很快。觀測(cè)表明在有效的保護(hù)管理(包括封育、輔助扶壯等)狀態(tài)下,一方面生物產(chǎn)能提升顯著,普遍為深根系植物的地上地下鮮活有機(jī)質(zhì)積蓄量快速增加;另一方面大量季節(jié)性凋落物在冠下被及時(shí)埋藏,并在干燥環(huán)境被有效長(zhǎng)期保存。此外,灌叢沙堆是已經(jīng)形成的埋藏有機(jī)碳的堆積體,當(dāng)過(guò)渡帶得到有效保護(hù)就保存了埋藏地