黄河源的湿地演变及沙漠化

王兆印，傅旭东

（清华大学，100083，北京）

黄河源的湿地演变及沙漠化

王兆印，傅旭东

（清华大学，100083，北京）

黄河源发育高原草甸、牛轭湖群、沼泽和月牙泉等类型的湿地。100年来，黄河源各种湿地发生了剧烈变化。通过野外调查分析和实验，对黄河源各种湿地演变规律、草原沙漠化及其治理方法进行了探讨。结果表明，近年，高原草甸大面积萎缩、沼泽地大片疏干，而牛轭湖群仍然遵循着裁弯生成、淤积消亡和再裁弯生成的自然演变规律；黄河源大坝建设抬高地下水水位，使黄河源沙漠出现大片月牙泉；黄河源农牧业开发引发大片草原沙漠化，可利用风动沙特性进行治理，如引入河流阻断沙漠入侵，或改变风动沙颗粒级配固定沙丘、绿化沙漠。

黄河源；湿地演变；沙漠化；治理方法

一、黄河源的湿地演变

1.高原草甸萎缩

高原草甸是高原上坡度平缓的山头间低地，由于融雪、降雨、地下水渗出形成的浅水区。这种湿地有坡降，但由于出口狭窄流速很低，并且具有在高水分条件下发育起来的以多年生湿生草本为主体的植被群落。黄河源蒸发量低，在地表径流汇集的低洼地和地下水水位较高之处形成了许多高原草甸，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、灯心草、豆科和杂类草等。

黄河源的草甸在过去50年内迅速萎缩，主要原因是公路建设和改造草原建起的排水工程。由于公路建设和草原建设，许多草甸的出口排水率大大增加，草甸长期被浅水淹没的面积缩小了一多半。可见，公路和草原建设提高了公路安全、增加了放牧草场，但大大减小了草甸湿地面积，使得草甸向草原甚至沙漠演替。

2.牛轭湖演变

黄河源有很多牛轭湖，都是黄河及其支流在弯道发育演变过程中发生裁弯而形成的。例如黄河支流白河有90多个牛轭湖，支流黑河有250多个牛轭湖。牛轭湖经历着形成—淤积—消亡—再形成的循环。图1（a）表明黄河支流纳木错曲弯道发育，可见很久前裁弯形成的一个牛轭湖已经一半淤积，并生长了茂盛的植被。经测量，弯顶演变速率为每年向凹岸演进0.5～1 m，一个完整的弯道直径大约有300 m。弯道上下游同时演进，可推断从发育弯道到裁弯大约有200年，而牛轭湖的生存时间为100年左右。图1（b）是黄河在唐克镇附近的黄河第一弯斜槽裁弯形成的牛轭湖，长3000 m，宽100余m。此牛轭湖与黄河保持联通，故淤积较快，水深浅，人可以踩木板过去。牛轭湖是黄河源水生态系统的重要组成。通过采样分析发现，湖内生长着20多种无脊椎动物和数种鱼类，主要物种有螟蛾、线虫、萝卜螺、圆扁螺、划蝽、龙虱、摇蚊以及高原裂腹鱼等。

3.沼泽疏干

沼泽和高原草甸的区别在于沼泽的水是静止的，而后者的水是缓慢流动的。由于沼泽的长期静水淹没和下层低氧或无氧条件，沼泽水生植物死亡后不能氧化，在底部演化成泥炭。若尔盖沼泽和红原沼泽下面有一层0.3～3 m厚的泥炭层。若尔盖沼泽面积曾超过4600 km2，每年补给黄河玛曲水文站所实测年径流量的30%，到20世纪90年代仅存2200 km2。现在，若尔盖沼泽只有不到1000 km2，大部分已经变成草原牧场，甚至有一小部分已沙漠化。黄河及其支流下切、溯源侵蚀以及人工排水，是过去3.5万年以来若尔盖湖向若尔盖沼泽演变，再从沼泽向草原演变的根本原因。

图1 唐克镇附近黄河第一弯斜槽裁弯形成的牛轭湖

图2 黄河源区月牙泉对固沙的影响

有关研究的野外调查统计表明，若尔盖沼泽是我国最大的泥炭分布区，面积达4605 km2，储存体积达7361.67亿m3，碳-14测年表明泥炭分布区形成于1.4万年前。若尔盖泥炭层下面是非常厚的粉沙层，中值粒径为0.07～0.125 mm。当河流溯源侵蚀切穿泥炭层，沼泽下覆粉沙层极易被冲刷，粉沙层淘刷悬空后泥炭层坍塌，然后快速向上游发展。经测量发现，泥炭层冲刷退缩速率为0.7～17.1 m/a。随着无数小河沟溯源冲刷，红原沼泽和若尔盖沼泽的水迅速疏干，沼泽面积急剧萎缩。

4.月牙泉的形成发展

月牙泉是一种沙漠水文地貌现象。如果沙漠里地下水水位抬升到沙丘间凹陷处以上，就会形成小湖泊。由于沙丘呈新月形，沙丘间的水平切线是月牙状，因此形成的小湖泊称为月牙泉。2011年，笔者在玛多县内面积大约1000 km2的黄河源沙漠里发现了大量月牙泉，都是由于地下水水位抬升渗出并汇集在沙丘间的低凹处形成的。黄河源沙漠海拔4200 m以上，发育了8400多个月牙泉，这些月牙泉比敦煌月牙泉大，长度100～300 m，宽度 30～100m，最深点 1～10 m。

黄河源沙漠围绕黄河故道发育，原来地下水水位在沙漠表面之下。自大约1960年以来，三江源气温上升，雪水融化，黄河源沙漠周围地下水水位上升，地下水渗透过沙粒进入沙漠中沙丘之间的凹陷处，形成一些月牙泉。到2002年，鄂陵湖下游的黄河上修建了黄河源大坝，坝高20多m，把坝前和鄂陵湖的水位都抬升到海拔4270 m以上。大坝修建后，黄河源沙漠里月牙泉的数量从6800多个突然增加到8400多个，而且月牙泉的水面面积增大一倍。月牙泉生成后明显地固定了沙漠，改善了生态，甚至将沙漠改变成绿洲。图2（a）是新生的月牙泉，（b）表明月牙泉形成数年后沙漠基本实现固定和绿化。

月牙泉形成后周边沙丘先锋物种线叶蒿草最早生长，然后形成以西藏蒿草、棘豆、高原早熟禾、醉马草、钻苞风毛菊为主要物种的稀疏植被。长期稳定的月牙泉周围植被覆盖度发育到60%以上，成为以青藏苔草、垂穗披碱草、二裂委陵菜、臭蒿、冷蒿、西北针茅、棘豆、钻苞风毛菊、白香青、弱小火绒草、急弯棘豆、松潘黄芪、偏翅龙胆等为主要物种的复杂植被，甚至会形成以高山绣线菊为优势灌木的灌草复合植被。新生月牙泉稳定时间达到一年后就有水生动物占领，早期水生动物以钩虾为极为优势的物种，还有一些宽水蚤、龙虱、划椿等物种。随着稳定时间增长，钩虾优势减弱，萝卜螺、线虫、宽水蚤、龙虱、划椿成为重要物种，还会出现扁卷螺、颤蚓、盘丝蚓、长腹剑水蚤、鳞石蛾、管石蛾、枝角目、泥龙虱、胖龙虱等物种。

二、黄河源的沙漠化和治理方法

1.黄河源的沙漠化

青藏高原上有大片的固定风沙土，在土壤化表层之下，厚厚的风沙沉积物仍保持着风沙的基本特性。仅在黄河源和长江源，就有大约4000亿m3的风动沙埋藏在高原草甸之下。数十年来，过度放牧、农业开发和开矿修路破坏了草原植被，大量风动沙被释放出来形成活动沙丘和沙漠。黄河源沙漠化土地面积大约3000 km2。这些沙漠里降雨量并不低，例如1000多km2的木格滩沙漠降雨量接近400 mm，但由于沙丘不断滚动，植被难以修复，才使得沙漠面积不断扩大。

所谓风动沙是指粒径非常均匀，在0.05～0.25 mm之间，矿物成分以石英为主的沙粒。这样的沙粒容易被风吹动在地表跳跃运动，不会飞扬至高空，因此在运动过程中不离散，具有很强的聚集性。笔者对世界各地的46个沙漠进行采样分析，包括青藏高原的荒漠、半荒漠的活动沙丘，黄土高原和内蒙古高原的主要沙漠，美国和非洲的沙漠等，发现全世界的风沙具有几乎相同的粒径级配。不同地区风沙沉积物的中值粒径都在0.05～0.25 mm之间，而分选系数都在1.0～2.5的窄小范围内。与此对照，不同河流沉积物的中值粒径分散在0.01～500 mm之间，分选系数可达30；不同泥石流沉积物的中值粒径分散在5～1000 mm之间，分选系数可达40。

当草原表面植被被破坏，风动沙被吹起后逐渐聚集成沙丘运动，聚少成多而形成沙漠。风动沙的这种聚集性反映在宏观上就是沙漠运动的连续性。当沙漠沿着某个方向运动造成沙漠入侵时，只能一步步连续运动而不能跳过，碰到河流必须把河流淤塞才能到达彼岸。在黄河源木格滩沙漠的南部，即贵南县城，每当冬春西北风强烈时木格滩沙漠发生沙暴，进入沙漠就会感到沙漠风暴吞噬一切的暴戾，但当离开沙漠去往距离仅十几公里的贵南县城，在集市上贸易的人们似乎完全不受沙暴的影响。

图3 通过改变沙漠表面的颗粒级配固定了沙丘

2.沙漠化的治理方法

黄河源的沙漠并非很干旱，只要沙丘被稳定下来，就能变成绿洲。根据风动沙的特性可提出治理沙漠化的方法。例如根据沙丘运动的连续性，可以利用河流切断沙漠入侵。如引入一条小河成功阻挡了木格滩沙漠向东南草原入侵。然而，当冬季小河结冰时，失去阻挡作用，沙漠会从冰面上入侵到河对岸。

风动沙独特的颗粒级配是沙丘在风力作用下保持聚集和滚动的根本原因。根据这一特点，可通过改变沙漠表面的颗粒级配将沙丘固定，从而把沙漠变成绿洲。图3（a）表明，沙丘表面播撒粗砂细砾后，沙漠表层颗粒级配曲线改变，级配曲线上部拖出一个延伸到100 mm的尾巴，破坏了风动沙粒径组成的均匀性。改变沙漠表层颗粒级配需要活动沙丘的表面层有20%的粗砂细砾，即每平方公里播撒2000 t粗砂细砾。图3（b）表明，采用粗砂细砾覆盖后的沙丘种植上青海小叶杨，成功地稳定了沙丘，并绿化了沙漠。

类似地，如果在沙丘表面掺加一定量的黏土，使得沙丘颗粒级配曲线下部拖出一个延伸到0.001 mm以下的尾巴，也能破坏表层风动沙颗粒级配的均匀性。经实验发现，沙丘表面覆盖黏土后，降雨会将黏土与风动沙颗粒黏结，形成表面结皮，大风难以吹动，沙丘运动得以控制。有黏土的沙漠可保持一定的水分，表面会生长苔藓，苔藓层可进一步稳定沙丘，吸收和保持水分，并逐步生长草本和灌木，最后把沙漠变成绿洲。

在与沙漠化的长期斗争中，人们认识到固定沙丘就能绿化沙漠。黄河源当地群众总结出了许多有效的固沙、治沙方法，如草方格、织网覆盖、飞播、植树等。

三、结 论

黄河源发育高原草甸、牛轭湖群、沼泽和月牙泉等类型的湿地。由于人类活动加剧，近年高原草甸大面积萎缩、沼泽地大片疏干，牛轭湖群仍然遵循着裁弯生成、淤积消亡和再裁弯生成的自然演变规律。通过对月牙泉形成发展的探讨，得出治理沙漠的方法，即利用建坝将沙漠周边的河流水位抬高，进而抬高地下水水位，形成月牙泉，有利于沙丘固定和沙漠绿化。但是，在年蒸发量特别大的地区，采用月牙泉治理沙漠会造成大量水分损失。对于黄河源农牧业开发释放大量风沙，使得大片草原沙漠化的情况，可利用风动沙特性治理沙漠，如引入河流阻断沙漠入侵，或者改变风动沙颗粒级配固定沙丘、绿化沙漠。

[1]宁龙梅，王华静.若尔盖高原湿地研究10年回顾与展望[J].安徽农业科学，2010（26）.

[2]孙广友.论若尔盖高原泥炭赋存规律成矿类型及资源储量[J].自然资源学报，1992（4）.

[3]王兆印，韩鲁杰.黄河源沙漠中月牙泉群的特性及形成机理[J].水利水运工程学报，2016（4）.

[4]王兆印，李志威，徐梦珍.青藏高原河流演变与生态[M].北京：科学出版社，2014.

[5]王兆印.河流的哲学[Z].清华大学讲义，2014.

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

Wang Zhaoyin，Fu 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。

责任编辑 郑 爽