高寒山區(qū)凍融侵蝕荒漠化形成及防治

李興隆, 王莢文

(1. 四川嘉源生態(tài)發(fā)展有限責(zé)任公司, 成都 610072;2. 南昌工程學(xué)院 水利與生態(tài)工程學(xué)院, 南昌 330099)

高寒山區(qū)凍融侵蝕荒漠化形成及防治

李興隆1, 王莢文2

(1. 四川嘉源生態(tài)發(fā)展有限責(zé)任公司, 成都 610072;2. 南昌工程學(xué)院 水利與生態(tài)工程學(xué)院, 南昌 330099)

高寒山區(qū)的凍融荒漠化是在氣候變異和/或人為活動(dòng)的作用下,使高海拔地區(qū)多年凍土發(fā)生退化,季節(jié)融化層厚度增大,地表巖土的凍土地質(zhì)地貌過程得到強(qiáng)化,造成植被衰退、土壤退化、地表裸露化、破碎化的土地退化過程。高寒山區(qū)的凍融荒漠化在我國分布較廣,面積較大,危害也較為嚴(yán)重,尤其是在全球氣候變暖的條件下危害日益嚴(yán)重。針對這種情況,通過對凍融侵蝕荒漠化的概念和分布及特點(diǎn)進(jìn)行探討,闡述凍融侵蝕荒漠化的形成環(huán)境和過程,提出降低低海拔地區(qū)的碳排放量、恢復(fù)高寒山區(qū)草地植被、加強(qiáng)防治野生動(dòng)物的危害、科學(xué)合理的控制人為破壞活動(dòng)等治理措施,為提高高寒山區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供借鑒。

高寒山區(qū); 凍融荒漠化; 分布特征; 生態(tài)環(huán)境; 源區(qū); 泥沙治理

中國是世界上水土流失和荒漠化危害最為嚴(yán)重的國家之一,在中國這塊廣袤的土地上,水土流失和荒漠化土地分布極為廣闊,幾乎從海平面到高海拔地帶,從東到西,從南到北,均有分布。由于地域遼闊,氣候類型和地貌類型多樣性,因此造成水土流失和荒漠化的因素也多種多樣。近幾年來,由于全球氣候變暖和人為活動(dòng)的日益加劇,生態(tài)安全的矛盾也日益突出,2009年的哥本哈根世界氣候大會(huì)的目的就是讓全球再次關(guān)注在全球氣候變暖條件下引起的生態(tài)安全問題,因此有必要開展全球氣候條件下高寒山區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)功能和江河源區(qū)泥沙規(guī)律的研究。也符合黨的十八大以來生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展戰(zhàn)略要求;本文就在全球氣候變暖條件下對高寒山區(qū)凍融侵蝕荒漠化的發(fā)展做簡單的探討。

1 凍融荒漠化的概念

《聯(lián)合國關(guān)于在發(fā)生嚴(yán)重干旱和/或荒漠化的國家特別是在非洲防治荒漠化的公約》指出:“荒漠化是指包括氣候變異和人類活動(dòng)在內(nèi)的種種因素造成的干旱、半干旱和亞濕潤干旱地區(qū)的土地退化”[1]。凍融荒漠化是在晝夜或季節(jié)性溫差較大的地區(qū),巖體或土壤由于劇烈的熱脹冷縮循環(huán)交替而造成結(jié)構(gòu)破壞,導(dǎo)致植被衰退、土壤退化、地表裸露化、破碎化的土地退化過程,其過程的實(shí)質(zhì)是土地退化過程[2]。

2 凍融荒漠化的分布及特點(diǎn)

2.1 凍融荒漠化在我國的分布

按自然營力把我國荒漠化歸納為風(fēng)蝕荒漠化、水蝕荒漠化、凍融荒漠化、土鑲鹽漬化等4種類型的荒漠化土地,其面積依次為187.3萬、26.5萬、36.33萬和17.3萬km2。其中凍融荒漠面積是僅次于風(fēng)蝕荒漠化類型的第2大荒漠化類型,占荒漠化土地總面積的13.8%。

凍融荒漠化主要分布于青藏高原的高海拔地區(qū),在甘肅的少數(shù)高山區(qū)及橫斷山脈北側(cè)的四川巴塘、得榮、鄉(xiāng)城等縣的金沙江及其支流流域上游零星分布。

2.2 凍融荒漠化分布特點(diǎn)

目前由于高原氣候變暖、人為活動(dòng)強(qiáng)度在高寒山區(qū)的增大、高原鼠類活動(dòng)等因素觸發(fā)了其固有的潛在因素,導(dǎo)致凍融荒漠化形成發(fā)展,其中西藏自治區(qū)的藏西-藏北是是高原上凍融荒漠化土地的主要分布區(qū)之一,隨著自然地帶的更迭和干旱程度的加重,凍融荒漠化由零星分布、帶狀分布向片狀分布過度、發(fā)展程度也隨之加重。

我國凍融荒漠化主要分布在青藏高原山地的丘陵緩坡漫崗、山前沖積平原、湖積平原,以及高山冰雪侵蝕區(qū)前緣等地貌部位。在山地緩坡漫崗,從山地坡面(谷坡)下部向上部,依次形成沙質(zhì)荒漠化土地-水蝕荒漠化土地-凍融荒漠化土地;在山前沖、洪積平原,自扇緣向扇頂,依次出現(xiàn)鹽漬化土地-沙質(zhì)荒漠化土地-凍融荒漠化土地;而在藏北高原大湖區(qū)和阿里高原的班公錯(cuò)、瑪旁雍錯(cuò)等湖盆, 自湖岸低洼帶向湖盆周邊山地,由鹽漬化土地向沙質(zhì)荒漠化土地-水蝕荒漠化土地-凍融荒漠化土地過度。

3 凍融荒漠化的形成

凍融荒漠化的形成綜合了凍融侵蝕、水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕、重力侵蝕等4大侵蝕類型,并結(jié)合高寒地區(qū)氣候條件、野生動(dòng)物的破壞以及人為活動(dòng)的增強(qiáng)等外部因素,最終導(dǎo)致了凍融荒漠化的發(fā)生及發(fā)展。尤其是在內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力、外在驅(qū)動(dòng)力及直接驅(qū)動(dòng)力的共同作用下,高寒山區(qū)形成了半荒漠草原、荒漠草原、蠕流滑塌、泥流坡坎、草皮坡坎、熱融洼地、石環(huán)、流石坡、碎石斑和沙地、裸土地等不同類型、不同侵蝕強(qiáng)度等多種形態(tài)的凍融荒漠化土地。

3.1 凍融荒漠化形成的驅(qū)動(dòng)力

3.1.1 內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力-區(qū)域氣候暖干化

近40年來,青藏高原平均氣溫以0.26 ℃/10a的增長率上升,影響局地地溫上升,導(dǎo)致多年凍土發(fā)生退化,其作用:1)局地地溫上升使凍土中冰融水的徑流量增大,通過地下水滲透的熱流交換又在凍土的融凍界面產(chǎn)生消融作用,導(dǎo)致多年凍土變薄、融化而引起凍融荒漠化;2)多年凍土季節(jié)融化層增厚,凍土變薄、融化后,使得地下水位下降,地表土壤干燥化,植被衰退,導(dǎo)致草甸草原向凍融荒漠化土地退化;3)強(qiáng)化凍融風(fēng)化作用、凍融交替作用、凍融蠕流作用、熱融作用和積雪、積沙作用等凍土地質(zhì)地貌過程,加速凍融荒漠化過程。

3.1.2 外在驅(qū)動(dòng)力-人為不合理的開發(fā)活動(dòng)和高原鼠兔的活動(dòng)

由于各種不合理的開發(fā)建設(shè)工程、過度放牧、藥材挖掘等,破壞了凍土層存在的平衡狀態(tài),使多年凍土上限處形成熱量積累造成凍土消失或上限下降[3],其中草地過牧和不合理的開發(fā)工程影響最大,它使地溫升高,土壤干燥化,破壞地表結(jié)構(gòu)造成地表破碎化、裸露化;而高原鼠兔挖掘密集的洞道,既破壞了土壤結(jié)構(gòu),提高了淺層地溫,使多年凍土上限下移,又破壞了致密的草根層,使地表植被根莖遭到破壞,缺少了植被對地表的保護(hù)作用。

3.1.3 直接驅(qū)動(dòng)力-長時(shí)間的凍融作用過程

據(jù)觀測[4],高原海拔5 000m以下地區(qū)年輻射25～360J/cm2/a,是全國輻射值最大的地區(qū),即使在冬季,一日內(nèi)地面最高溫度有時(shí)也可達(dá)0 ℃ 以上,表層巖土全年正負(fù)溫交替日數(shù)150～230d/a。這種特殊的氣候環(huán)境使凍融作用過程頻繁發(fā)生,且延續(xù)時(shí)間很長,強(qiáng)度大,是凍融荒漠化形成的重要?jiǎng)恿Α?/p>

3.2 凍融荒漠化加劇的機(jī)理分析

凍融侵蝕作為一種侵蝕類型,在我國分布比較,面積很大。全國水土流失總面積356萬km2中,存在凍融侵蝕的面積就有126.89萬km2,所占比例為35.6%[5]。其中高海拔多年凍土面積則居世界之最[6]。

凍融荒漠化的主要影響因素為凍土深度、地表植被覆蓋、凍融作用以及風(fēng)蝕作用強(qiáng)度,在全球氣候變化的情況下,上述因素也發(fā)生了深刻變化,從而加速了凍融荒漠化的進(jìn)程,加劇了凍融荒漠化的程度。

3.2.1 凍土層變薄

在高寒山區(qū)的多年凍土區(qū)域,季節(jié)性活動(dòng)層中的水分受其下部多年凍土層阻隔,成為植物可利用水分的主要來源,也為成片、成帶分布的沼澤草甸與沼澤濕地發(fā)育提供了必要的水分條件。因此,多年凍土層阻隔的存在不僅可提高土壤水分,利于植被、沼澤濕地發(fā)育,還可抑制土地荒漠化的發(fā)生及發(fā)展[7]。

但是,根據(jù)王紹武最新制作的1880—1999年平均氣溫資料序列[8],近20年中國氣溫回升猛烈,氣候是其中對凍土有重要作用的因素[2]。由于高寒山區(qū)整體氣溫的回升,使得季節(jié)融化層逐漸變厚,多年凍土層融化并變薄。

3.2.2 地表植被的破壞

由于地表植被蓋度降低,而降水、地表水及冰川融水的入滲量及入滲深度的增加,都會(huì)使地溫升高、凍土層的融化加劇,使季節(jié)融化層土壤中的徑流量隨之增大,導(dǎo)致多年凍土融凍界面上的熱流交換與凍融作用得到加強(qiáng),其上限發(fā)生熱融,凍土層變薄、消失。凍土層的消失致使下層土體的承載能力減弱,使得部分地表沉陷、破碎。在凍結(jié)和解凍2個(gè)循環(huán)交替過程中,這些地表沉陷、破碎的地方因降水、地表水及冰川融水等水分的變化而使土體或巖石發(fā)生更加頻繁的機(jī)械變化,從而導(dǎo)致了凍融侵蝕的發(fā)生,再加之由于地表覆蓋度的降低,最終造成了零星狀的凍融荒漠化土地。

3.2.3 凍融循環(huán)交替加劇

氣溫的升高加深了凍土融化的深度,季節(jié)融化層將在頻繁的正負(fù)溫波動(dòng)下反復(fù)發(fā)生凍結(jié)和融化,導(dǎo)致含有充足水分、土壤粒度不均勻的活動(dòng)層的物質(zhì)產(chǎn)生分異、分選,使土壤細(xì)小顆粒沿土體孔隙逐漸向下移動(dòng),粗顆粒土向上移動(dòng),引起地表土壤粗化、礫質(zhì)化。并在自身重力的作用下,地處坡面的粗顆粒沿斜坡向下移動(dòng),在斜坡面的中下部、沖洪積扇前緣、雪蝕洼地等平緩、潮濕的地帶,形成碎石斑、片狀流沙等形態(tài)的凍融荒漠化土地。

由于晝夜或季節(jié)融化氣溫上升,水分和細(xì)小顆粒逐漸下移,最終到達(dá)多年凍土層上界面,由于多年凍土層可以理解為一定的相對不透水層或者相對隔水層界面,隨著解凍層土體的水分的逐漸下滲,攜帶解凍層的細(xì)顆粒物質(zhì),在相對不透水層界面(多年凍土層)形成臨時(shí)飽和水帶,并在不透水層界面形成自由水,最終導(dǎo)致軟弱剪切帶形成,土體抗剪強(qiáng)度減小,因此在凍土的融凍界面發(fā)生蠕變甚至流塑,使地表巖土沿凍融界面向坡下蠕動(dòng),形成融凍泥流運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致地表植被層剝落,在坡面上形成融凍泥流、瀉溜土坎和草皮坡坎等形態(tài)的凍融荒漠化土地。

3.2.4 風(fēng)蝕荒漠化加劇

高寒山區(qū)大部分區(qū)域?qū)俑珊?、半干旱性氣?多大風(fēng),可大于17m/s,風(fēng)蝕作用相當(dāng)強(qiáng)烈。一些地區(qū)全年大風(fēng)日數(shù)平均在150～200d以上。大多數(shù)地區(qū)大風(fēng)主要出現(xiàn)在12月至次年4月,最大常達(dá)10級(jí)以上[8]。草皮層經(jīng)凍融作用剝離后,常常形成零星狀的斑禿裸地,水土流失現(xiàn)象非常嚴(yán)重,加之冬春季節(jié)的大風(fēng),風(fēng)蝕作用使禿斑裸地逐漸擴(kuò)大和連接起來,最終使草地變?yōu)椤案瓯谏车亍?形成片區(qū),最終形成高寒山區(qū)大面積的荒漠化土地。

4 凍融侵蝕荒漠化的防治

由于凍融侵蝕荒漠化的發(fā)展,導(dǎo)致我國的大江大河從源頭開始就攜帶泥沙,長此以往會(huì)給上中下游的防洪造成嚴(yán)重的困難和國家經(jīng)濟(jì)的巨大損失,因此對于凍融侵蝕荒漠化的防治迫在眉睫。但是防治凍融荒漠化是一項(xiàng)長期的戰(zhàn)略任務(wù),雖然目前還難以控制全球氣候變暖的趨勢,但可以采取適應(yīng)未來氣候變暖的對策,減輕凍融荒漠化的負(fù)面影響。其主要對策有:

4.1 降低低海拔地區(qū)的碳排放量

通過大量的綠色環(huán)保宣傳,引導(dǎo)人們逐步向低碳生活方式轉(zhuǎn)變,對高耗能的企事業(yè)單位,積極采取節(jié)能減排措施降低溫室氣體的排放,并提高低海拔地區(qū)的植被覆蓋率,增加對溫室氣體的吸收。

4.2 恢復(fù)高寒山區(qū)草地植被

要減輕高寒山區(qū)草場壓力就必須在順應(yīng)自然規(guī)律的情況下,采取自然恢復(fù)為主、人工培育為輔的途徑恢復(fù)草地植被,保護(hù)和合理利用天然草場,像葦狀羊茅在西藏自治區(qū)的成功培育,就給高寒山區(qū)的草地植被恢復(fù)增添了新的種類。同時(shí),控制畜牧業(yè)規(guī)模,減輕草地壓力,促進(jìn)草地植被的自然恢復(fù)。在凍融荒漠化集中連片或受其威脅較大的區(qū)域開展天然草地改良和人工草地建設(shè),保護(hù)和恢復(fù)草地植被。

4.3 加強(qiáng)野生動(dòng)物危害的防治

防治野生動(dòng)物危害要在尊重、理解少數(shù)民族“不殺生”的宗教傳統(tǒng)的同時(shí),做好宣傳與科普教育,動(dòng)員更多的人參與草原野生動(dòng)物危害的防治工作。像三江源頭開展的滅鼠行動(dòng),就采用了餌料引誘、飛機(jī)投餌、鷹架滅鼠、物理防治(弓箭、鐵鋏、鼠籠捕捉)、生物毒素等多種方法滅鼠,開展生物控制鼠兔試驗(yàn)和鼠害動(dòng)態(tài)監(jiān)測[10],集中力量,連片防治,減輕鼠害,恢復(fù)草地植被。

4.4 科學(xué)合理控制高寒山區(qū)人為活動(dòng)的治理措施

在人為活動(dòng)頻繁區(qū)域,采用工程與生物措施相結(jié)合的防治模式,保護(hù)凍土環(huán)境要按照統(tǒng)籌兼顧、分類處理的原則[2],盡量避免在高寒凍土區(qū)布局開發(fā)工程,遵循凍土區(qū)工程建筑設(shè)計(jì)原則[11]。在交通線、建筑場地和采礦場區(qū)要因地制宜的采用拋石路基、換填基土、強(qiáng)夯、防滲隔水、石砌護(hù)坡、補(bǔ)植草皮等工程與生物措施。作為世界上海拔最高、線路最長的高原凍土鐵路,青藏鐵路沿線分布著可可西里、三江源、色林錯(cuò)3個(gè)國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)和類型眾多、面積廣闊的自然濕地。全線通過長江、怒江、雅魯藏布江等5大水系,生態(tài)環(huán)境脆弱,生態(tài)地位十分重要,應(yīng)加強(qiáng)鐵路沿線水、氣、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和野生動(dòng)物遷徙、凍土環(huán)境等多項(xiàng)內(nèi)容的觀測,研究、完善鐵路運(yùn)營環(huán)保方案,改進(jìn)高原生態(tài)保護(hù)措施,建設(shè)“生態(tài)鐵路”。

5 結(jié) 論

隨著全球氣候的變暖,人類不合理的開發(fā)活動(dòng)和高原野生動(dòng)物的危害活動(dòng)以及晝夜或季節(jié)性凍融循環(huán)交替加劇導(dǎo)致;高寒山區(qū)凍融侵蝕荒漠化的危害也越來越嚴(yán)重,尤其是我國主要的大江大河源頭都來自于高寒山區(qū),土層淺薄,土壤稀少且十分珍貴,一旦破壞直接影響到生態(tài)系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮。通過對凍融侵蝕荒漠化的概念和分布及特點(diǎn)進(jìn)行了探討,闡述凍融侵蝕荒漠化的形成環(huán)境和過程,提出降低低海拔地區(qū)的碳排放量、恢復(fù)高寒山區(qū)草地植被、加強(qiáng)防治野生動(dòng)物的危害、科學(xué)合理的控制人為破壞活動(dòng)等治理措施,為提高高寒山區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供借鑒。

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Investigationdiscussiononfreeze-thawerosiondesertificationformationandpreventioninalpineareas,China

LI Xinglong1, WANG Jiawen2

(1.SichuanJiayuanecologicaldevelopmentCo.,Ltd,Chengdu610072,China; 2.CollegeofWaterConservancyandEcologicalEngineering,NanchangInstituteofTechnology,Nanchang330099,China)

Freeze-thawdesertificationinalpineareasresultedfromclimatechangeandhumanactivitieshasledtoproblemsofpermafrostdegradation,increaseofseasonalmeltingsoillayers,intensifytheprocessofgeologicalandtopographical,soilandvegetationdegradation,landsurfacefragmentationandseverefreeze-thawerosion.Thebroaddistributionoffree-thawdesertificationinalpineareashascausedseriesofdisadvantages,especiallyundertheconditionofglobalwarming.Referringtothepresentsituationabove,theobjectivesofthisarticlewastoinvestigatetheconceptanddistributioncharacteristicsoffreeze-thawdesertificationandgivedetaileddescriptionofdesertificationconformationandprocess.Thefollowingsuggestionswereputforwardtoreducingcarbonemissioninlowaltitudeareas,revegetatingvegetationinalpineareas,preventingdisadvantagesfromwildbeastandcontrollingvandalismofhuman.

Alpineregion;freeze-thawdesertification;distributionandcharacteristic;environment;thesourceregion;sedimentcontrol

2016-11-31。

江西省水利廳水利科技計(jì)劃項(xiàng)目(KT201213)。

李興隆(1984-),男,甘肅張掖人,四川嘉源生態(tài)發(fā)展有限責(zé)任公司工程師。

1673-5862(2017)01-0080-04

P

A

10.3969/j.issn.1673-5862.2017.01.015