全 文 ：3 B7— 7
第 16卷 第 4期
1 9 9 6 年 8 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
7f7
V。1．1 6，No．4
Aug．， 1996
河西走廊绿洲生态系统的动态模拟研究
方 创 琳
( 品 地理 所 京10cl。I >(2 7
关蕾词：河西走廊 鎏型圭查虽荽’兰 持续 方案
DYNAM IC SIM ULATIoN AND SUSTAINABLE ECoLoGICAL
M EASURES oF OASES ECoSYSTEM IN HEXIZoULANG
Fang Chuanglin
(Imt~ e 0f Geography Chb~e Academy of&qeaces Beijbzg，China 100101)
Abstract Based on the analysis to the specific characteristics of oases ecosystem in some dry
areas．the ecoperspective of oases ecosystems in 2 OOO is evaluated by grey measurement mod
e1．The result shows that the quality of oases eeo—environment could be ameliorered slowly，the
improved area should be 1 1-69×1 0 hm more than that of degradation，However，the contra—
dictoryes problems among the population，water，soil resources． environment and economic
de,~elopment will be faced to the local peoples seriously．thus，the establishment of eco con
sciousness，the advocation of oases eco—ethics，eco morality and eco civiliztion，the construc—
tion of oases．ego—agriculture，and the fastening of eco—engineering construction and eco—design
are the main ecological stratiges for the improvement of dry area oases eco—environmental quali—
ty，
Key words{ oases ecosystem ，sustainable ecological measures，Hexizoulang，dynamic
siml1lation．
河西走廊绿洲系指甘肃省境内黄河以西地区荒漠中有水源、可供人类居住并进行各种
社会经济活动的特殊区域 ，行政区划上辖武威、张掖、酒泉、金昌、嘉峪关等 5地市 ，国土总
面积 27万 km ，总人口424．o1万人(1992年)，是找国重要的商品粮基地，也是干旱地区
收稿日期：199510 06，修改稿收到 日期；1996 03 20
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生 态 学 报
绿洲生态经济发展的典型区域 这一地区绿洲开发历史悠久．曾是著名古“丝绸之路”必经
之地 ，受干旱多风等 自然条件的长期影响，区域 自然生态环境总体呈缓慢退化趋势，期 间
参与了人类活动的干预．种种自然与人为因素的交互作用使绿洲生态环境发生着深刻的变
化。运用适当的方法模拟绿洲生态系统，寻求最佳对策方案，采取超前措施防患于未然．
谋求绿洲生态长远利益 ．就成了河西走廊绿洲生态环境得以持续发展的首要问题 。
1 绿洲生态系统的特殊属性
绿洲生态系统作为荒漠生态系统的重要组成部分．同时也是生态最敏感部分，其存在
与演化态势是荒漠生态系统环境进化与退化的真实反映。从系统论的角度分析，绿洲生态
系统是一个包括 自然生态系统、生态经济系统和社会生态系统的复合人工生态系统，它本
身除具有一般生态系统所共有的复杂性、开放性、整体性、倏忽性、动态性和 自组织性等特性
外，又具有旱生性、脆弱性和不可逆性等特殊属性 。
河西走廊地区呈斑点状分布的绿洲与大面积广布的戈壁沙漠复合成的荒漠自然景观赋
予了绿洲生态系统明显的旱生性属性 ．表现为绿洲生态系统 的水源类型属于包括地表水与
地下水源在内的有限灌溉水源类型，绿洲生态农业属于节水型低熵农业类型，大部分荒漠
植被耐旱抗旱力强，植物根系发达 ．叶面小且盖有腊质光泽，多剌备有贮水组织，土地沙
化与盐渍化现象突出，等等 绿洲生态系统中，无论是有生命 的还是无生命的生态因子 ．
无论是乡村还是城市，都在通过各种充分的 自组织和 自监控机制不断地把 自身与干旱的自
然环境有机地融为一体 ．力求物竞天择，适者生存。
脆弱性是河西走廊“有水便是绿洲、无水即为沙漠”的区域生态变化机制作用的产物，
是作为绿洲生态系统“形成一稳定发展～衰败”决定因子的水源日渐短缺，从而导致生态环
境抗干扰能力和 自我恢复能力差的退化现象。可以说 ．水是河西走廊生命的同义词。然而
河西走廊地区水资源却在 日渐短缺，地下水位下降。据武威地区民勤县林业局 1981～1983
年调查资料 ，石羊河流域下游民勤绿洲因过量开采地下水 ，导致地下水位下降至少 5～7
131，在 8．17万株树木中枯死者达 2．57万株，占总株数的 31．50 ，全县成片的沙枣毛柳死
亡达 0．3万 hm ，枯梢达 0．58万 hm 伴随森林破坏枯死 ．目前流沙正在以每年 6～8 m
的速度向南移动逼近农田，沙漠化与盐碱化面积越来越大 ，绿洲生态系统 自组织和 自我恢
复能力越来越差，自然灾害频繁．脆弱性加剧，这种情况在卫星图象上反映得尤为明显。
不可逆性是指河西走廊降水稀少、水源匮乏、地表裸露、自然环境脆弱的生态背景 ．决
定了绿洲生态系统一旦破坏，无论采取生物措施还是工程措施．其逆转的难度相当巨大。
尽管人类通过与大 自然的世代抗争有过沙漠绿洲化的成功例证．但大量的事实却是绿洲沙
漠化和由此引起的城都废弃。惨痛的教训表明．今天每伐一棵树，每铲 1 rl 草皮所引起 的
生态环境退化，需要经过后代几千万年努力才能得以逆转甚至根本无法逆转 。
2 绿洲生态系统现状分析
河西走廊绿洲生态系统的现状如表 1所示。由表 l可得出河西走廊绿洲生态系统如下
特点：
第一 ，绿洲生态环境正在得到局域性缓慢改善 ．生物改善生态环境的作用逐步加强 。
从 1 98j～1 992年间，由于人们先后在绿洲地区投入大量资金用于植树造林、植土保水．修
建和改善水库渠道，营造防风固沙林和农田防护林．建立自然保护区，垦殖宜农荒地增加
灌溉面积，整治沙化与盐渍化土地等，从而使河西走廊绿洲生态环境得到缓慢改善 ，其中
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4期 方创琳；河西走廊绿洲生态系统的动态模拟研究
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生 态 学 报 l 6卷
尤以生物改善绿洲生态环境的作用明显突出。主要表现为，1992年农作物播种面积、农田
防护林 、防风固沙林、植树造林、育苗、草原、砷草、自然保护区、城市园林绿化等面积分别比
1 985年净增 1．25万 hm 、0．63万 hm 、1．09万 hm 、0．02万 hm。、0．04万 hm 、1．32万
hm 、6．33万 hm 、8．99万 hm ． 历年平均递增速度分别为 0．28 、1．72 、 4．52 、
0．12 、1．23 、0．03 、1．89 、j．2O 和 17．29 ，合计净增绿地面积 20．99万 hm ，
占现有绿地总面积的 2．1 8 。伴随绿地面积的增加 ．以干旱和风沙为主的自然灾害面积以
历年平均 0．64 的速度递减，水土流失、土壤 沙 化 与 土 壤 盐渍 化 面 积虽仍以历年平均
0．03 、0．32 和 0．40 的速度递增 ．但均较 80年代初期慢 0．02、0．08 和 0．11 ，得到
了力所能及的控制 。
第二，绿洲生态效益与经济效益渐趋协调统一．人地关系矛盾趋于缓和 伴随绿洲生
态效益的提高，经济效益持续适度增加 至 19 92年底．工农业总产值达 106．79亿元，粮食
单产与总产分别达 409．37 kg和 222．37万 t，种植业与牧业、工业与乡镇企业 总产值分别
为 25．41亿元、8．87亿元、71．82亿元和 21．0S亿元．分别是 1 985年的 3．07倍、1．27倍、
1．26倍、2．63倍 、3．58倍、3．30倍、8．29倍，历年平均递增速度分别为 1 5．06 、2．99 、
2．97 、1 2．86 、1 7．27 、1 6．10 和 30．26 。由于实施了5万人规模的 两西”(定西地区
和河西地区)移民开发垦殖工程与吨粮田和千斤由工程，新增耕地面积 0．82万 hm ，新增
灌溉面积 0．39万 hm ．人均耕地在低幅度减少的基础上仍保持 0．149 hm ，是全国平均水
平的 1．50倍，人均粮食占有量达 524．44 kg．历年平均递增速度为 1．59 ．人地关系矛盾
趋于缓和
第三 ，水源奇缺 ，生态脆弱．自我恢复能力差。对干旱少雨的河西走廊来说 ，水资源总
量和水源涵养林面积正在分别以年平均 0．01 和 1．05 的速度减少，而工农业各部门用
水总量却在以 4．24 的速度递增，加之现有灌溉工程老化，设备陈旧，水资源开发利用程
度低，浪费水的现象严重 ，地下水过量开采．土壤盐渍化面积扩大，种种原因造成今后的
河西走廊成为严重缺水地区。由于水源匮缺．许多水利工程和生物工程都将无法继续发挥
效用，这将严重地制约绿洲生态经济的持续发展和生态环境质量的改善。
3 绿洲生态系统的动态模拟
3．1 绿洲生态系统动态模拟组分的选取及其相互关系
基于河西走廊绿洲生态系统的特殊性和现状特点，选取对绿洲生态系统形成 、发展与
衰败起决定作用的水源、人 口、气候与土地四大子系统作为绿洲生态系统动态模拟的核心组
分，选取与绿洲生态系统演化存在显著相关关系的农田、森林、草原、自然保护、工业与城市
6大子系统作为主要组分．摒弃对绿洲生态系统有轻微影响的渔业、大气、能源等子系统，
得出河西走廊绿洲生态系统生态组分结构及相互关系图式，如图 1所示。在每个子系统中．
根据动态模拟需要，分别选取了能代表各子系统生态状况的生态因子建立子模型。各子系
统及其所属的生态子模型名祢代码为：
水资源子系统(ss)：可利用水资源模型 (SSk)、用水模型(SS )、工业用水模型(SS )、
农业用水模型(SS )、城市及人畜用水模型(SS )；
人口子系统(Rs)
气候子系统(Qs)
人VI模型(RS )、计划生育模型(RSp、人VI素质模型(RS )、性别模
型(RS )、农业劳动力模型(RS )；
气温模型(QS。)、降水模型(QS )、蒸发模型(QS )、≥10 c积温模型
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4期 方刨琳 ：河 西走廊绿洲生奄最统的动志模拟研究
(QS．，；
土地子 系统(Ts)：耕地模型(TS )、农作物模型(TS )、经济作物模型(TS )、化肥生产
模型 (TS )、蘸肥 模型 (TS r)、灌溉模型 (TSrn)、土地 沙漠 化模 型
(TS )、土壤盐渍化模型(TS )、水土流失模型(TS )；
农 田子系统 (Ns)：粮食生产模 型 (NS，)、经济作物 生产模型 (NS )、粮食单产模 型
(NS )、种植业模型(NS：)；
森林子系统(Ls)：植树造林模型(I S )、育苗模型(LS )、防风固沙林模型(LS )、农田防
护林模型(I S 水源涵养林模型(LS )、林业模型(LS )；
草原子系统(cs)：草原模型 (CS )、种草模 型(CS )、大牲畜模型 (CSa)、小牲畜模型
(CS )、草场退化模型(CS )、牧业模型(cSrn)；
匿 1 同 四正 绿 洲生 忑系统动 态模拟 组丹 结拘丑 相互美 景
Fig．1 Combmafioa~FUCtFUe and interrelation of dynama simulation of㈣ ecosystem in Hexizouhng
自然保护子系统(zs)：自然保护区模型(ZS，)、自然灾害模型(ZS )；
工业子 系统 (GS)：工业生产模型 (GS )、工业结构模型 (GS )、单位 资金产值模型
(GSa)、单位资金利税模型(GS )；
城市子系统(Hs)：城市人 口模型(HS )、城市 模型(HS )、城市土地模型 (HE)、园
林绿化模型(HS )、城市经济发展模型(HS )
图 1表明．不仅各个子系统之间存在着极为复杂的相互关系 ，而且子系统内部各生态
因子之间，各生态因子与其他子系统 的生态因子之间均 存在相互作用 、彼此制约的关 系。
这种关系表现为非线性多重反馈、多维连锁、多元耦台关系和因果关系、正是这种关系才得
以使绿洲生态系统的各子系统之间有机地结合成一个整体。调整它们之间相互作用的比例
和作用强度 ，有可能改变绿洲生态系统的动态演化方向和速度，改善系统功能 。这正是河
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生 态 学 报 1 6卷
西走廊绿洲生态系统动态模拟的基本假设。
3．2 绿洲生态系统现状动态模拟及结果
依据河西走廊 l985～l992年各项生态指标的统计资料．以灰色控制系统原理为基础 ．
采用灰色计量模型方法对河西走廊绿洲生态系统现状进行动态模拟。主要步骤是先去掉主
模型第 1个原始数据．将其余数字分别向前推一位．在末尾加上主模型预测 出来的第 1个
数据，组成第1子模型数据列，上机求出第 1子模型，接着把用第 l子模型预测出来的第 1
个数据作为第 2个子模型序列数的末尾一个数据 ．同时去掉第 l子模型序列数 中第 1个数
据，组成第2个子模型数据列，上机建立第2个子模型，依次类推，直到最后一年数据预测
出来为止。现状模拟结果与 1985~1 992年各年度的实际情况基本吻合一致．说明灰色计量
模型能较好地描述绿洲生态系统的时序变化特点。为此可直接用其对 2 000年河西走廊绿
洲生态系统的前景进行预测 ，预测结果如表 2所示。
顺便指出，表 2预测结果是在 50个生态组分按照图 】所示的相互作用状况下进行的．
由于各个生态因子之间存在着非线性相互作用 ，改变任何一个生态因子尤其是水资源因子
都必然引起一系列连锁反应 ．大有“牵一发而动全身”之势，甚至会改变绿洲生态系统演化
的方 向。鉴于 目前还很难通过模拟方法寻找各生态因子之间的非线性相互关 系并予以量
化，本预测模型的 50个子模型虽然从形式上看是彼此独立的，但本质上已经蕴含了彼此之
间的相互制约与依赖关系。
衰 2 河西走廊 2 000年绿洲生态系统动态模拟结果值
Table 2 Dynamlc~shmdati~n Data of∞ ses ec0s em _Ⅲ Hex~oLdaag In 2000
4 绿洲生态系统环境质量改善的不同模拟方案与最佳方案
从表 2模拟预测结果 中可 以看 出，在维持河西走廊绿洲生态系统现状生物设施与工程
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4期 方刨琳 ：河西走廊绿洲生态系统的动态模拟研究
设施不变的常规条件下，由于干旱趋于加剧 ．气温趋于升高 、水资源的绝对短缺．突发 自然
灾害与人为灾难等自然与人文因素的影响，到 2000年河西走廊绿洲生态系统将较 1 992年
有缓慢退化趋势 针对这种情况．究竟采用何种方案与对策措施遏制生态退化还需权衡不
同模拟方案利弊，选出最佳方案并制订 出相应的生态对策措施。
依据绿洲生态系统各子系统之间的相互关系与现状模拟结果 ，调整各个生态组分或生态因
子之间相互耦台关系，对河西走廊绿洲生态环境质量改善的 4种不同方案进行了模拟 。
方案 1：低投入低产出方案 亦即维持现有生物设施与工程设施基本不变，少增加或
不再增加投入用于植树造林、垦殖荒地、修建水利工程和营造防护林与固沙林 ．所有生态指
标与经济指标均以表 2所列的年平均递增(减)速度增减 。按照这种速度发展至 2 000年，绿
洲生态环境将呈退化趋势。如前所述．这种方案是一种低投入条件下的低经济产出与低生
态产出方案，对于时刻都需“输血”的河西走廊绿洲来说是一种最无前途的僵死方案。
方案 2：高投入高产出方案 通过 I进外资和国际贷款、争取国家投资和地方 自筹等手
段集中巨额资金用于大规模绿洲水利工程建设 ，扩大耕地面积和有效灌溉面积．扩大草场
载畜能力．大力发展乡镇企业，把 1992～2000年河西走廊的绿洲耕地面积、农作物播种面
积、有效灌溉面积、大牲畜头数、小牲畜头数、乡镇企业产值年平均增长速度分别调高至
l 、l ．1 、1 j 、3 和 1 2 ，种植业与畜牧业产值年平均增长速度相应分别调整为
l7．21 、1 5．45 ，工业、林业与其他产业保持调整前速度 ，则到 2000年将分别新增耕地、
农作物播种面积、有效灌溉面积 6．36万 hm ，3．47万 hm。、3．45万 hm ，新增工农业 总产值
54．09亿元 ．经济效益十分显著 。然而，获得如此巨大经济效益主要是靠对农业的高投入
为手段、以对地表水与地下水资源过量开采为代价换来的。经济保持高速增长的同时，用
水总量却比调整前高 2．55 的速度增加，水源供需矛盾 日益突出。水的短缺对于“有水变
为绿洲、无水即为沙漠”的河西走廊来说是一种致命的威胁 ，必然会加速生态环境的恶化。
这种对策方案对于宜农荒地资源丰富的河西走廊而言 ，近期可以获得高经济产出与低生态
产出效益，远期必然形成高投入条件下的低经济产出与低生态产出，因而是一种片面追求
经济效益、忽视生态效益的短期行为方案
方案 3：高投八低产出方案 多渠道集中大量资金倾斜投入用于以改善生态环境为主
要 目标的森林生态工程建设、草原生态工程建设、自然保护生态工程建设与减灾工程建设 ，
以普及教育、强化生态意识为主的 希望工程”建设 ，在维持各项经济指标保持表 2所预测
的增长速度不变的情况下．把 1992~2000年植树造林、农田防护林、防风固沙林 、水源涵养
林、种草、育苗、自然保护区面积的年平均递增速度分别 由预测的 3．62 、7．1 9X-、2 57 、
0．83 、2．66 、16．06 、0．77％调整为 5 、10 、3 、5 、20 和 5 ，把』、口素质模
型 (Rs )中文盲、半文盲人口年平均递减速度由 1．86 调整为 5 ，则到 2000年整个河西
走廊将新增绿地面积 l3．32万 hm。，新增 自然保护区面积 7．87万 hm ，合计新增绿洲生态
环境质量改善面积 21．19万 hm ，文盲、半文盲人数将 比预测值净减少 l6．50万人。这样一
来，土壤沙漠化与次生盐渍化及水土流失面积将控制在 1992年 的现状水平，比预测值净减
少 9．39万 hm ，绿洲生态环境明显得到改善 。这种方案从长远角度分析是积极可行的，但
对于市场经济大背景下经济尚欠发达的诃西走廊地区来说 ，由于将更多的资金投入于改善
生态环境 ，势必会影响经济的总体发展速度以及经济总量的增加，至 2000年工农业总产值
将比预测值净减少 32．74亿元．经济发展滞后影响生态环境改善的进一步投入，久而久之
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生 态 学 报 1 6卷
造成恶性循环 因此这是一种片面追求生态效益，忽视经济效益的长期行为方案。
方案 4：适度投入适度产出方案 也叫中等投入与中等产出对策，或叫持续投入与持
续产出对策，其涵义是将有限的资金按照恰当的比例分别投入于经济建设与改善生态环境
两方面，既不能求过高的经济增长和经济总量 ，又要使绿洲生态环境得到明显改善，即经
济增长与生态环境质量保持“适度”状 态，走可持续发展 首路。按照这一思路进行模拟调
试，在河西走廊植树造林、农 田防护林、防风固沙林、水源涵养林、种草、育苗、自然保护医面
积年平均增长速度分别调试为 4 、8 、4 、4 、4 、16 和 4 的前提下，当种植业、畜
牧业、乡镇企业和工业产值分别调减为 10 、10 、10 和 6 林业产值调高至 lO 时，获
得的经济效益和生态效益同时达到最大值 ，即到 2000年工农业总产值将达到 234．72亿
元，林革与 自然保护区面积分别将达到 49．o7万 hm 和 25．98万 hm 。分别较 1992年净增
106．94亿元、l5．59万 hm 和 6．99万 hm。．分 别较 预 测 值 高 8．08亿元、10．85万 hm 和
5．79万 hm 。经济效益与生态效益取得协调统一。因此 。这是一种兼顾了远近期利益、经济
效益与生态效益、生物治理与工程治理 的最有前途的方案，囤而是 4个方案中最可行的方
案 。
参 考 文 献
甘肃省统计局 甘肃统计年鉴(1985～1 993年)．北京 ：中国统计出版杜 1 993
马世骏 现代生态学遘视．北京：科学出版杜 199O
方创琳 干旱地区绿洲生吝农业的节水研究．地理学与农业持续发展 北京：气象出版社．1994
方创琳．荒漠绿洲生态系统的运行机制及退化的监控研究．生志学杂志．1994，1 3(4)：5o~5 5
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