全 文 ：第 9卷 第 3攀
2 0 0 l皂三 月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal o{Eco Agriculture
Vo【 9
Sept
N0．3
2001
西部干旱区退化生态系统模式研究*
王让 会
(中国科学院新疆生态与地理研究所 鸟鲁木齐 830011)
摘 要 人们对环境资撺的过度使 和破坏使生态系统的退化 己成为菩遍班暮，退化生态系境是系统羽生暂要袁
与非生暂要素不相匹配，在物质循；】=、能量转换及信息等谨i：崔中出现了一系列币相协 的状况。水是西部干旱区
生态系统中最为重要的生态要煮之一+小资源的消长寅，匕直接制约着水域生态系统及相关生态系统的发育过程靠
藩变趋势 湿地生态系统和荒漠或自然绿洲生态系统的退化一般丧现为生功多样性降低、层次结构简单化、物质循
环减弱、能量流动发生障碍，且通过系统生产力下降、稳定性娈差等得以 显更映，在生志系统退化特 及穗态研
究的基础上可采取台理曲恢复与重建措施
关键词 西部干旱医 生态系统 生枣安垒 调整措施
Study OR models of degraded ecosystems in arid 1~Dle of West China．WANG Rang Hui(Xinjiang Institute of Ecolo
gY and Geography-Chinese Academy of Sciences，Urumqi 830011)，CJEA，2001t9(3)：8～ ll
Abstract As a result of resource and environment over used Or destroyed by human being~t degradation of
ecosystems has become general phenomenon．Because of unm atched orgam sm and non organism elements，a series
of incoordinations occurred durir~g the process of substance recycle，energy transf ormafion and information delivery
Ln degraded ecosystems．W ater is one of the most[mportar~t elem ents in ecosystem in arid zone of W est China．The
development process and evolution trend of water ecosystems and its related ecosystems are restricted directly by
the growth and decline of water reNource Either wetland ecosystem or desert and natural oasis ecosystem,~have
SOT[1e general characteristics while they degraded，such as，biodiversity loss，structure simplification，substance re—
cycles derogation，energy flow abnormality，eEc．M oreovertthe{eatures are obviously showed by decline of system
productivity and lowering of system s~ability．Based Ot3 the research of characteristics and stability of diferent
ecosystem s，the rational restoration and rehab tat LDn countermeasures co．n be taken
Key~ords Arid gone of W est China，Ecosystem }Ecological safety，Countermeasures
我国西部干旱区深居内陆的地理位置、干旱的大陆性气候、山盘相间的地貌格局以及荒漠性的土壤植被
与我国东部季风区和青藏高寒区形成鲜明的对比，在中国乃至世界干旱区研究中具有一定的典型性与代表
性，其孕育的巨大山盘体系是研究山地一绿洲一荒漠系统(MODS)的天然实验室 目前在全球范围内土地利用
与覆被变化(LUCC)引起了世界各国的高度重视，全球土地退化最为严重的地区主要在干旱与半干旱地区、
高地、山区以及热带雨林地区，这些地区都是经济不发达甚至贫困地区 研究表明，我国干旱区生态环境正处
在“局部改善，总体恶化”之中，这种状况的发展已严重威胁了区域生态系统的生态安全，人们对环境资源过
度使用和破坏使生态系统的退化已成为普遍现象 生态系统是一种开放的处于非平衡态的动态系统，它象自
然界的任何事物一样处于不断运动和变化之中。在国家实旆西部大开发的战略思想指导下，依托西部干旱区
的山盆背景，探讨生态系统内部诸因子的相关性以及 MODS之同的耦台机理 ，揭示生态系统的安全机制和
空间分异规律；同时探讨干旱区生态系统演化规律及受损机理，提出退化生态系统恢复与重建理论及技术途
径，最终为建立退化生态环境预警系统提供科学依据．是新世纪对环境科学及实现干旱区可持续发展战略的
必然要求
1 退化生态系统状况及一般模式
生态系统受到人为因素干扰和损害的后果已成为目前全球面临的日益突出的重大问题及人类社会共同
关注的焦点。据初步统计，我国处于退化状态的生态系统面积已占国土面积的45 以上，且目前仍在继续恶
· 国家重大摹础研究发展规划(973)项 目(G19 99043509)X~中国科学院资源 与生志环境重^项日(KZ951 B1 21 3-021资助
收辐 日期 2001 03 26
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第3捌 正让台：舀部干旱区退化生态系统模式研究 9
化 牛态系统退化是系统内各组分及其相互作用的方式及过程，受自然及人为驱动力的直接或间接作用，导
致系统t内部及外部卜一系列生态过程异常．系统对外界干扰敏感性增强．稳定性降低．生产力F降 旱区固
有的自然地理特征是气候干旱．降水稀少，蒸发强烈，生物多样陛成分低．能量冗余度相对较低．物质循环能
力弱．总体表现为系统受胁迫的程度较强．生态系统的脆弱 程度高。水资源是维系塔里术盆地及准噶尔盆
地周围、柴达木盆地和河西走廊地区诸生态系统的主导因素．在地质时期、历史时期以及现代 阿的时空尺
度上生态系统的发育过程及其外在特征是不同的，目前干旱区山地、绿洲及荒漠等生态系统在其长期演化过
程中受到自然因素的影响和人为因素的制约，且^文因素对生态系统的影响力是巨大的。因此干旱区现代生
态系统的退化主要是人为不合理利用自然资源特别是水资源所造成，而生态系统的退化又给人们生产和生
活带来诸多不便．影响着生态系统本身的生态安全和社会稳定
退化生态系统是系统内生物要素与非生物要素不相匹配．在
物质循环、能量转换及信息传递过程中出现了 一系列不相协调的
状况，客观上表现为生态系统的生产力、恢复能力及调节能力受
不同程度限制，并通过植被退化(生物多样性减少、生活力降低、
生物量衰退)、土壤质量降低(结构破坏、盐渍化严重、肥力不足)、
灾害频率频繁(风沙目数增多)等表现出来，其退化规律见图 l
2 典型生态系统的退化过程
2．1 干旱区生态系统的类型
下旱区以其独特的山盆体系孕育了众多不同类型、不同特点
的生态系统，干旱区的生态系统受制于河流的演变，内陆河流域
发育的生态系统为干旱区生态系统的典型代表 依据水生生态系
统和陆地生态系统相结合的原则．按水资源形成、消耗、转化、蓄
积、排泄规律将内陆河流域划分为径流形成区、消耗转化区、排泄
和蓄积 、无流缺水区；干旱区内陆河流域怍为陆地地域又町依
干 旱 『≤叶 忐 系 统
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圉l 干旱区生态系统退化的一般模式
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degradation in arid
百 丽磊 ．至否 蠹囊卸 f至 黍 覃 币西 地貌类型、植被特征及人为干预状况划分为山地、人
一山地生态_篓i 裔 誊枭翠矗一I 这些生态系统的时空特征不同，其耦合机制和演变规 囊 l
I 删 蕃 案 酮。 创 I 低f 漠 佯棚、小同。
! 凡_r水域【水库、灌排渠采) 2．2 湿地生态系统的退化 }
鬟袭一奇 一鎏靳冀 水是西部干旱地区生态系统中最为重要的生态
篆老糸蔷 城 市 一 要素之一一，水资诹的消长变化直接制约着水域生态系
漠 噩羹 t
系 统 砾 质 荒 漠 水 、少 毹 眨
L土 质 荒 澄
圉2 内陆河流域生态系统类型与水资源关系
辱2 Relati0n~betw~n ecosystem Lype．~and wate
re s0l】代e in contineni：a[ ver Lsin
统及相关生态系统的发育过程及演变趋势。湿地是地
球上水陆相互作用形成的独特生态系统．是自然界摄
富生物多样性的生态景观和人类最重要的牛存环境
之 ，湿地l牛态系统作为干旱区内陆河流域特殊的
生态系统类 ．在蓄洪防旱、调节气候、控制土壤侵
蚀、降解环境污染等方面起着极其重要的作用．湿地
面积减少、湿地水质劣变、湿地生物多样性降低已成
为湿地生态系统退化的主要过程 湿地生态系统是介
于陆地和水体生态系统之间的 1种生态系统类型，它
具有过渡带的脆弱性特征，湿地生态系统退化和受损的主要原因是人类活动的干扰，其内在实质是系统结构
的紊乱壬Ⅱ功能的减弱与破坏，而其外在表现则是生物多样性下降或丧失以及自然景观衰退。新疆内陆 塔里
木河流域、河西走廊内陆区黑河流域以及内蒙古内陆区等典型区域均分布有 一定数量的湖泊、低位沼泽及河
缘湿地．它们是干旱区的特殊湿地生态系统类型，对维系整个干旱区生态环境的稳定性具有不可替代的作
用。长期以来由丁=气候干旱和自然灾害，加之人们对 自然资源，特别是水资源利用不合理，水资源供需矛盾日
益明显，水资源有限 与水环境恶化、土地赘瘠以及稀豌植被的不稳定性造成了f旱区 态系统的0 稳定性 ，
也直接影响着湿地生态系统的演变格局。如20世纪30～40年代塔里术河干流阿拉尔水文站年径流量>60
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中 国 生 态 农 业 学 报 第 9卷
亿m ，当时流域水系发达，湖泊密布，湿地面积广阔．是胡杨、柽柳、芦苇、甘草、罗布麻等天然植被生长的良
好场所，也是各种鱼类、水禽、鸟类等野生动物生息繁衍的乐 受人类活动的影响水资源恪局发生了明显变
化，目前塔里木河干流水资源减少到 43亿 m ，日每年仍以0．3亿m 速度减少．致使下游卡拉水文站的水量
由1957年的14．6亿11。减至1995年的3．37亿m ．下游英苏以 F 300多km 妊的河道断流近3o年，尾间湖
泊台特马湖等已干涸，历史上曾与台特玛湖息息相关的罗布泊亦 剩下下涸的“耳朵形”湖底(见图3) 同时
水环境恶化十分明显，1985~1 998年对河流水化学状况的监测表明．阿拉尔、新渠满及卡拉年均矿化度分别
． 85g／I⋯1 37g／I 及1．3 4g／1．；河水矿化度仅8月<1．1 g，I ．其余符月均>1．0g，I ．其中1～3g／I 的微
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(a)不同时期台特玛{胡的轮廓 (b)罗布泊LANDSAT／TM 影象
图3 台特马湖殛罗布泊变化图
Fig．3 The variation shapes of Taitema Lake and Lohuhe Lake
戚水占年径流量的 44．2 ，<1．0giI
的淡水仅占年径流量的34．9 。同时
水质监测评价表明．干流阿拉尔、新渠
满和英巴扎全年平均为 5级重污染
水．只有丰水期为 3级或 4级轻污染
～ 中污染水，下游 帚拉全年为 4级中
污染水 居延海是额济纳河的终端湖，
古代曾是由多个湖泊组成的湖群，自
1 961年西居延海干涸后．东居延海也
于 8o年代后多次干涸，至 1992年已
完全干涸 原来芦苇丛生，野鸭成群的
湖泊及沼泽景观已演变为盐碱滩及沙
化地．风蚀和沙化的荒漠景观十分明
显。湿地面积的减少以及湿地生态系
统中水质恶化是其最为明显的退化方
式．随着人类开发利用干旱区资源环境能力的进一步提高．干旱区湿地生态系统所面临的威胁也愈来愈大
2 3 荒漠生态系统的退化
荒漠生态系统是干旱区普遍存在的 1种相对脆弱的生态系统类型．它在环境性质和形态特征、组成成分
和固有特性等方面与单纯的森林、草原、山地等自然生态系统和农田、城市、工矿区等人工生态系统有许多差
异，但其组分与其他生态系统具有一定的相似性。由于荒漠生态系统中气候干燥、降水稀少、蒸发强烈、植被
贫乏，同时地面温度变化很大，物理风化强烈，风力作用活跃，地表水极端缺乏，多盐碱土，植被生长条件极
差，宏观上表现为一片荒凉的景象。水分要素同样也是荒漠生态系统的生命线，许多专家从土壤 植物一大气
连续体(SPAC)的角度研究了荒漠环境中水分的运移规律及植物的适应特性 。荒漠多由缺水形成．部分荒
漠(如龟裂地和残余盐土)在有水条件下可以改良利用，但对广大的砾质荒漠和砂质荒漠改造利用则十分困
难，沙质荒漠在风力作用下具有流动性，对人类的生存和发展产生很大威胁。我国西部干旱区河流多发源于
高山冰川，河流在其形成、消耗、转化、蓄积和排泄过程中与大气、土壤进行水分的传递及转化．把水分带给荒
漠生态系统，并输送了泥沙、养分和无机盐类。没有山地径流所形成的水资源向平原荒漠输送．也就没有干旱
区人类赖以生存的平原绿洲，这是干旱区山地、绿洲、荒漠 3大系统以水耦合及维系的典型体现，在干旱区伴
随着水文状况的剧烈改变，内陆河流域内土壤生态体系发生了显著变化，产生了以人工绿洲为代表的土壤生
态高效发展区和以土壤盐碱化、沙漠化为代表的土壤生态退化区的两极分化．这在西北干旱医具有普遍性。
如近年来我国荒漠地带黑河流域下游额济纳河水减少、断流．地下水位下降，沿岸原有芦苇绝大部分已枯死．
两岸的胡杨林、沙枣林也大部分死亡，胡杨、芦苇等植被逐渐被红柳取代。在荒漠生态系统中由于人为过度放
牧、樵柴，使有限的资源受到很大破坏．导致了环境恶化，沙丘活化，生物耐力受到影响，使大量的沙尘及有害
物质侵入绿洲，严重威胁着绿洲的生态安全。荒漠一绿洲过渡带的生态退化是干旱医生态系统退化的典型区
域，该区域生态环境的改善对荒漠及绿洲生态系统的稳定都具有重大影响
2．4 自然绿洲生态系统的退化
在干旱地区自然生态系统是由不依赖天然降水的中生或中旱生的天然乔木、灌木、草本等非地带性植被
及其环境构成，其植被一般分布在地下水位较高的河滩地、低阶地、湖滨及低洼地．并依靠洪水灌溉或地下水
维持生命，自然绿洲生态系统是随着河流和水分条件的变化而变化的生志系统，系统中植物伴河而生、伴河
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第 3期 王让会：西部干旱区退化生态系统模式研究 11
而存．沿干旱区内陆河形成连续的宽窄不一的绿色植被带，自河流两岸向外，次一级生态系统单元主要包括
盐化草甸、荒漠河岸林及灌丛等 自然绿洲生态系统在抗风沙、抗盐碱和耐干旱方面具有重要作用，胡杨林曾
是干旱区重要的用材林，灌木是主要的薪柴来源，草甸植被是 4季放牧场；同时自然绿洲生态系统也是重要
的药用植物甘草、野生纤维植物罗布麻基地及马鹿、黄羊等野生动物栖息地和繁衍地，它是处于人工绿洲和
沙漠之间的生态系统类型，对维持人工绿洲的生态安全具有重要作用 受人类活动的影响，自然绿洲生态系
统赖以维系的水资源发生了明显变化，同时人类对干旱区其他资源的开发利用在一定程度上改变了干旱区
的自然环境 ] 以塔里木河流域为例．近50年来随着该地区水土资源及油气资源的大规模开发，造成了水资
源时空分配的不平衡，地表植被不断遭受破坏，大风、沙尘暴天气出现的频次逐渐增加，水量逐年减少，加之
灌区排泄大量高矿化度水，导致河水矿化度不断升高，水质恶化 内陆河流域自然绿洲生态系统的退化是由
水、植被环境恶化导致的生态平衡失调所形成，总体表现为以荒漠化为主体的环境问题日益加剧，并通过土
地沙漠化、土壤盐渍化、草场退化、生物多样性丧失等表现出来，土地退化过程将继续加剧。
3 生态系统稳定的机制及其调控方式
生态系统退化及稳定性的特征。由于各生态系统的退化过程不同，其退化的表现形式也不同，但无论是
湿地生态系统还是荒漠或自然绿洲生态系统，干旱地区的退化生态系统具有一些共同的退化特点，由于干
旱、风沙、盐碱是干旱区的主体景观，干旱气候造成的强烈蒸发使盐分随土壤毛细管上升水流不断向地表聚
积形成盐结皮或盐结壳，同时大气和土壤干燥不利于一系列环境自净作用理化过程的进行，加重了环境中有
害物质富集程度，导致了系统的能量转换、物质循环及信息传输过程受阻，影响了生态系统的自身稳定性 干
旱区的退化生态系统一般表现为生物多样性降低、层次结构简单化、物质循环减弱、能量流动发生障碍，并通
过系统生产力下降、稳定性变差等得以明显反映 生态系统通过一系列的反馈机制，对外界的干扰进行内部
结构与功能的调整，以维持系统的稳态 生态系统的稳态主要与生物种类和成分，能流、物流途径的复杂程度
及能量和营养物质的储备，生物遗传性和变异性 ．系统功能完整性，信息传递与调节等密切相关 ，生态系统的
自我调节能力表明，生态系统对外界的干扰或压力具有一定的可塑性，但即使最复杂的生态系统其稳态机制
也有一定的限度，对生态系统退化特征及稳态的研究有助于通过人为措施对退化生态系统进行调控，
退化生态系统的调控 人类活动已给地球生态系统造成显著影响，人类通过自身的社会、经济行为正在
改变着自然界的各种自然过程0] 干旱区退化生态系统的发展已严重影响了系统的生态安全与环境稳定性 ，
退化生态系统具有其固有的特征及演变规律，在恢复生态学理论指导下研究干旱区退化生态系统退化原因、
过程及其恢复与重建技术、方法具有重大的现实性和紧迫性。目前要在增强公众生态保护及可持续发展意识
的基础上重点进行生态系统退化背景、退化机理、生态恢复规划研究；同时注重理论与实践相结合，建立生态
系统退化监测、评价和管理体系，进行退化生态系统预警，以实现生态环境良性循环以及人地关系的和谐发
展为目的，构建不同生态类型区退化生态系统的恢复与重建模式。要以自然生态系统结构及人类决策行为的
调整为出发点，以干旱区生态环境结构、功能的协调为突破口，以干旱区生态环境预测为基础，在系统论、信
息论、控制论及管理理论的指导下，遵循生态学原理和演替规律，对干旱区退化生态系统进行恢复与重建。并
采用 RS、GIS、GPS等技术监测生态系统的退化过程，建立集环境、资源及社会经济为一体的图形、图像、数
字、文档信息系统；根据系统调节和目标控制理论，通过各种指标体系的综合评估及耦合，建立不同尺度生态
系统调控体系和相应的管理模式．并利用相关的模型进行生态系统演变研究；研究一些关键的自然因子及其
作用过程，通过生态规划和工程技术手段 ，建立健康、安全的生态系统调控体系，并通过政策、法规、经济等人
类决策行为和现代科学技术，建立西部干旱区PRED调控体系
致谢 游先祥、吴世新、张慧芝、彭茹燕等同志参加了本项研究工作。谨表谢意
参 考 文 献
1 宋郁求，爨自立，雷志栋．中国塔里术河流域水资源与生态问题研究．乌鲁术齐：新疆^民出咂社，2000
2 崔保山，刘兴土．湿地恢复研究综述 地球科学进展，1999t14(4)：358～364
3 陈宜瑜 中国全球变化的研究方 向．地球 科学进展 ．1 999，14( )：319～323
4 Dane Jl D ，John【 Water in desert ecosystem Academic Press．USA．1981
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