绿洲-荒漠过渡带的形成

绿洲-荒漠过渡带的形成

被称为“沙漠过渡区”的概念已经使用。在科技文献中，“沙漠过渡区”一词（包括绿洲沙漠过渡区或沙漠-绿洲过渡区）发表了100多份相关文章和报告，最新标题为在线文章，表明该名称具有重要的科学价值。事实上,到目前为止还没有文献专门定义并讨论其准确含义,进而具体指出其空间位置和分布特征。因为概念不统一,甚至含义很混乱,以致讨论对象都不同,使“绿洲-荒漠过渡带”的概念一直存在多种争议,所以学界多数对这一名词的科学含义并不认同。除许鹏(1995)提出“绿洲-荒漠过渡带”一词之外,部分学者还建议用“交错带”、“边缘区”、“外缘区”、“界外区”等。后来许多研究者仍然频繁提到“绿洲-荒漠过渡带”一词,但文字表露的概念对象并不统一。多数学者意指绿洲边缘的有限宽地带,仍有部分人把范围扩大到整个山麓平原,或者所涉及的空间位置并不明确。在对策勒绿洲边缘到沙漠地段观察发现:尽管绿洲农田经过无数次扩张,绿洲边缘仍然存在景观(植被、地貌等)和环境(水、土、气、生)的梯度变化。因此,我们确认从绿洲边缘到沙漠(荒漠)存在一个地理上很特殊的过渡地带,并建议使用“绿洲-沙漠(荒漠)过渡带”一词。由于绿洲边缘和外围是人为活动频繁扰动地段,无论是在土地利用上还是在绿洲环境保护和生态安全上都具有显著重要性。为了更全面科学地认识绿洲边缘地带,促进对这一具有过渡性质地带生态功能的保护,我们从空间分布和属性特征对绿洲-沙漠过渡带再次予以讨论。1调整后的山掳平原即盆地景观层次关于“绿洲-荒漠过渡带”的概念,许鹏最初指出的是:“新疆北疆准噶尔盆地是典型的内陆温性干旱荒漠区。盆地的南北缘,自山麓冲积扇以下至广袤冲积平原荒漠之间存在着一个不同于荒漠的地带。这里地形比较破碎,植被相对复杂,大面积开垦形成的绿洲与保存的天然草地并存、草地存留于绿洲外缘至荒漠接壤的地区,称之为绿洲-荒漠过渡带”,显然指的是山麓平原有绿洲分布的地段,意指该地带景观特征为绿洲-荒漠交错分布。由于绿洲是荒漠区的隐域性地域,空间上十分不连续,山麓平原也并不是其唯一的分布地段,自然属性并不具有地带性,显然这一概念不存在普遍性,因此没有被多数学者接受。贾宝全、闫顺研究了吐鲁番盆地的绿洲之后指出“绿洲与外围荒漠间存在一定宽度的过渡带,它处于绿洲到荒漠环境梯度的中间状态......”。显然所指是由绿洲边缘到外围荒漠地段,或绿洲外围紧贴绿洲的地段,为了避免相关概念混淆给了一个“绿洲-荒漠交错带”的名词。之后陆续有大量文献用到“绿洲-荒漠过渡带”一词,说明绿洲边缘无论是在景观上、环境上还是在功能上都有其特殊性,同时表明这一地带的普遍存在性。如果在景观上特殊说明其空间是可以界定的,而其功能特殊又有普遍存在性则说明其存在重要的科学意义和广泛的现实价值。由于塔里木盆地属于极端干旱区,荒漠的顶级类型-沙漠和戈壁是区域主体景观背景,绿洲直接镶嵌在沙漠与戈壁之间(或其中),绿洲-荒漠过渡带则变成了绿洲-沙漠过渡带(图1)。从绿洲到沙漠广泛存在一个宽度不等的包括植被、地貌等景观要素的过渡地带,特别是在塔里木盆地南缘的绿洲-沙漠过渡带更是十分典型。本文讨论的是从绿洲边缘到沙漠的景观带,属于绿洲-荒漠过渡带的一种类型。长期以来,一方面在绿洲外围的土地开发使绿洲快速扩张,另一方面新垦的人工绿洲土地面临强烈的风沙危害(沙漠化),耕地扩张、土地沙化、风沙灾害等都发生在从绿洲到沙漠之间的过渡地带,说明该地带在人地关系中非常重要。显然,无论是站在经济社会发展角度,还是站在绿洲生态安全的角度看,深入认识和剖析该地带的环境特征和生态功能具有非常重要的科学意义和现实价值。2绿茶-从干草原区地表在水、热、光、风和生物等的共同作用下,通过地貌、植被和土壤特征展现土地在长期的外动力综合作用的结果,形成其特定的自然景观。对策勒绿洲边缘的调查观测表明:绿洲-沙漠过渡带介于绿洲与沙漠之间,地貌、植被、风沙及水热状况等都不同于绿洲或沙漠,这一特殊地段在综合自然景观上和水、土、气、生自然要素上都能界定。为了具体明确我们的研究对象,根据绿洲与沙漠之间的景观变化,环境要素特征等过渡带的特性,我们在绿洲-沙漠强烈景观对比之间识别出一个既不同于绿洲又区别于沙漠的天然地带,并将其称之为绿洲-沙漠过渡带(图1)。2.1过渡带内在边界阿布都瓦斯提等(2000)利用遥感手段确定了绿洲-荒漠交错带的植被总盖度在20%~30%之间,王蕙、赵文智等(2007)在黑河中游的研究中确认其植被主要成分有泡泡刺、沙拐枣、梭梭等,并测定植被盖度平均值为24%,介于9%~80%之间,最大值出现在绿洲边缘。在塔里木盆地南缘策勒绿洲外围,天然植被的主要成分有柽柳、白刺、骆驼刺、花花柴、芦苇、河西菊等。显然,过渡带的植物群落各地不同。植物群落和地下水关系密切,过渡带地区地下水位稳定在植物可接触的范围内是保证植物长期存活的关键。在塔里木盆地南缘绿洲外围,骆驼刺是天然植被的重要建群种之一,是过渡带多数地段植被的主体组分。根据邢文娟(2008)在策勒西缘对骆驼刺盖度与地面风蚀率的调查数据作图分析发现(图2),当盖度<15%时,地面风蚀率在90%以上;地面植被盖度介于15%~25%之间时,风蚀率呈迅速下降趋势,由90%降至20%上下;在植被盖度>25%的情况下,地面风蚀率保持在10%以下且趋于稳定。李小明等对策勒绿洲-荒漠过渡带的湿地调查发现,植被盖度为30%以上,高度为50~70cm范围内,在风速为8~12m/s时无明显的风蚀和风积现象,当植被盖度减少至20%以下时,风蚀率则突然增加,一定的植被盖度是保护地表免受风蚀的必要条件。由此,我们以植被盖度20%~25%为界线来界定绿洲-沙漠过渡带的外缘边界。绿洲-沙漠过渡带的内边界会随着绿洲边界的变化而变化,而绿洲的边界会因为人为活动或自然环境变化的影响而发生变化。由于人工绿洲早已进入过渡带,所以过渡带内边界目前就是绿洲最外缘的防风阻沙林。地面样方调查(表1)表明:绿洲-沙漠过渡带外围沙漠植被盖度很低,约3%上下,地面风蚀强烈,而过渡带外侧靠近沙漠地段植被盖度达到27%以上,靠近绿洲的内侧则上升到67%。2.2过渡带植被盖度因为地处绿洲与沙漠之间,过渡带地貌有从绿洲平原到流动沙丘渐变的特征,在过渡带还是以风成沉积地貌为主,包括灌丛沙丘(堆)、平(缓起伏)沙地及零星分散的流沙地和低缓流动沙丘。在策勒绿洲西侧,虽然经过数次绿洲向外扩张,绿洲-沙漠过渡带被多次垦蚀,但过渡带的结构仍然完整。沿地形测线(图3)的地貌观察记录显示:从绿洲边缘B点向西北约800m,地形起伏度较小,植被盖度较大,属于缓起伏积沙地带;同方向再进约1800m~2600m处属于低矮固定灌丛沙堆分布带,植被明显变稀疏;由2600~3950m处(宽约1350m)属于高起伏固定、半固定柽柳灌丛沙堆分布带,地形起伏度大说明沙物质输入丰富,柽柳灌丛起到了很好的阻沙和固沙作用;再向外就进入沙漠,边缘显示显著的风蚀负地形(4100~4200m之间)。需要强调指出的是:虽然过渡带植被具有显著的盖度,带内以风沙沉积地貌为主,但是由于裸地的存在,风蚀和风沙流作用在过渡带由外至内都是存在的(图3),只是强度和规模由外至内降低或减小。所以流沙地、流动沙丘在过渡带内并不鲜见,并形成大小不等的流沙地、流动沙丘土地斑块。斑块的大小和密度由外至内减小。地形相对起伏度是利用地面实测地形高程减去A-B间平均坡降(y=0.0036x+0.9192)对应点高程获得的。植被盖度是利用2000年TM影像,沿地面实测地形方向在测线附近画线,沿线将植被覆盖线段和裸地线段长度分别记录,再从B到A每10m统计植被线段所占比例(实际为地面10m内植被线盖度)。图中影像植被测量样线为两点间直线,没有与实地地形测量线重合,在3400m至3800m间多枯死柽柳包。2.3不同类型的绿茶-从植物景观结构模式分类因为绿洲是镶嵌在荒漠中的隐域性地域,而且其周缘荒漠类型(沙漠、盐漠、泥漠、砾漠等)可能不同,所以过渡带的空间结构将完全不同,即表现不同类型的绿洲-荒漠过渡带。由于过渡带形成的主要原因是从绿洲到外部荒漠存在水热环境因子的梯度变化,从而导致植被、土壤、地貌等展现出综合景观过渡特征,加上水分(无论是地表水还是地下水)运动的方向性,致使同一类型的过渡带在绿洲不同方向边缘的特征有较大变化。而且风等外力作用于绿洲常带有主风向特征,也使过渡带类型沿绿洲边缘发生变异。所以,不同类型的绿洲-荒漠过渡带其结构模式不同,同一类型的过渡带结构模式特征也存在空间变化。以策勒绿洲西侧风沙前沿为例,由绿洲边缘向外绿洲-沙漠过渡带的特征是(图1、3):(1)绿洲边缘灌木阻沙林和人工灌草经营带,阻沙林灌木主要为沙拐枣、柽柳或梭梭,可以配置沙枣、扶桑等乔木;(2)天然灌草沉沙带,内侧地表起伏稍缓,植物主要有骆驼刺、花花柴、盐生草等,以及少量的柽柳灌丛,外侧主要地貌类型为灌草沙丘,以及少量的灌丛沙丘,常见有流沙地或雏形流动沙丘;(3)天然阻沙带,主要地貌类型为固定和半固定沙丘,地表起伏较大,由灌丛沙丘组成,植物主要有柽柳等灌木,外侧灌丛沙丘高大,有零散分布的风蚀地和流动沙地(或沙丘)斑块,内侧灌丛沙丘相对低矮(约1.2m),丘间地常见骆驼刺、花花柴等植被。策勒绿洲西侧风沙前沿是典型的主风向作用的绿洲-沙漠过渡带。虽然人工绿洲多次向外扩张,大量的过渡带土地已经转变为耕地,但是仍然展示出一个完整的风沙前沿绿洲-沙漠过渡带结构模式(图4)。如果我们把绿洲边缘的人工防护林体系看作是原天然绿洲的稀疏灌木林或高覆盖草地,那么风沙前沿绿洲-沙漠过渡带结构组成向外依次为:稀疏灌木林(或边缘防护林体系)地、灌草沉沙地和灌丛沙堆地,其中灌丛沙堆地分为两个部分,内侧是缓起伏灌丛沙堆(b),外侧则是相对高起伏沙堆(a),反映丰富的风沙物质输入受阻和沉降变化。综上所述,绿洲-沙漠过渡带可以表述为自绿洲边缘(人工防护体系或天然稀疏灌木林边界)到植被盖度20%~25%的固定-半固定沙地为外缘边界(绿洲与流动沙漠之间)的荒漠地带。3重要的生态功能关于“绿洲-荒漠过渡带”的特征及其功能意义也有较多的泛泛表述。潘晓玲(2001)认为“在自然状态下绿洲与沙漠之间的荒漠植被带为过渡带,它是由水为主导因子的环境梯度产生的植被梯度现象。在自然状态下过渡带生态系统处于生态演替的顶级阶段,即与气候相适应的气候顶级系统,它起着阻止外围沙漠侵袭绿洲的重要作用”。赵成义等(2001)曾阐释“荒漠-绿洲边缘区是在不同时空尺度上由绿洲与荒漠间的物流、能流和信息流产生不连续分布形成的具有临界阈特征的界面以及围绕该面向外延伸的空间域,是绿洲化(开荒)过程和荒漠化(土壤退化)过程最活跃的地区”。王蕙、赵文智等(2007)则强调“荒漠-绿洲过渡带是绿洲生态系统与荒漠生态系统的连接地带,是绿洲生态系统的重要组成部分”。综合归纳起来,绿洲-荒漠过渡带(包括绿洲-沙漠过渡带)本质上具有重要的生态功能和对绿洲重要的环境保护功能,具体体现在以下四个方面:(1)过渡带是乡土动植物重要的保留与保护地带:从区域生物多样性保护讲,因为现代绿洲几乎完全由人工植被替代,绝大多数属于引入的经济作物和栽培树木,形成所谓的生态裂谷,原绿洲天然动植物被压缩到过渡带狭小空间。虽然外围广袤的荒漠仍然分散有相同的物种,但种群密度和物种丰富度远低于过渡带。因为有天然植被形成相对较好的避隐环境,所以野生动物还能够在过渡带生息繁衍。因此绿洲-荒漠过渡带具有重要的生物多样性保护功能,是保护动植物(如白尾地鸦、塔里木兔,等)不多的天然栖息保护地。(2)绿洲与沙漠间能流物流输送交换的缓冲地带:大量的风沙和气象观测都展现了过渡带气温、湿度、辐射、风力、输沙量等环境要素指标的梯度变化特征,实际上表明了过渡带在绿洲与沙漠间的能流物流输送交换过程中发挥了重要的缓冲作用。虽然过渡带特征空间分异的本质是由水分为主导因子的环境梯度产生的植被梯度和地貌、土壤类型分异现象,但是在绿洲生态系统与外围荒漠生态系统的作用过程中,水、热、风沙等的流量和流速受到显著的控制,在绿洲边缘起到了有效的保持水汽、稳定温度的作用,即有效抑制了绿洲近地层水汽的快速散失和温度的剧烈波动。因此,过渡带降低了外部环境对绿洲生态系统的扰动强度,保障了绿洲生态系统资源的有效利用和系统运行的相对稳定性。(3)绿洲-沙漠过渡带是绿洲的天然生态屏障:绿洲作为存在于荒漠的隐域性地域,频繁地受到外部大风、流沙、干热风、病虫害等的侵袭,特别是塔里木盆地南缘极端干旱环境的绿洲受外部恶劣环境侵袭现象更为突出。完整的绿洲-沙漠过渡带阻止了风沙入侵危害,削弱了沙漠或戈壁干热风侵袭绿洲的风险,减小了大风对绿洲的破坏动力,降低了病虫害发生几率。在人工绿洲迅速扩张的过程中,虽然人工防护体系部分弥补了过渡带土地被垦蚀所导致的天然生态屏障功能受到的损伤,但是天然生态屏障抵御多种灾害的综合效益是人工防护体系所不能达到的,而且稳定性更好。(4)保护和修复绿洲-沙漠过渡带有重要固碳效果:过渡带是处在一种资源供给与消耗的自然动态平衡状态,当人为扰动(包括放牧、乱采等)减少,植被恢复很快。观测表明在有效的保护管理(包括封育、辅助扶壮等)状态下,一方面生物产能提升显著,普遍为深根系植物的地上地下鲜活有机质积蓄量快速增加;另一方面大量季节性凋落物在冠下被及时埋藏,并在干燥环境被有效长期保存。此外,灌丛沙堆是已经形成的埋藏有机碳的堆积体,当过渡带得到有效保护就保存了埋藏地