森林·蒸散·气候·沙漠
2011-10-27 17:15阅读：
森林·蒸散·气候·沙漠
——试论中国森林变迁对沙漠演替的影响
摘
要：以森林历史、生态学、气候学、沙漠学研究成果为基础，综合研究森林、蒸散、气候、沙漠之间的关系。结果表明：森林、蒸散、气候、沙漠四者之间有着紧密的内在关系。因人为活动造成的中国森林的大面积减少，首先引起陆相蒸散量的降低，进而使中国北部气候逐渐趋于干旱化，最终表现为沙漠的扩张。在我国4 000年间，森林覆盖率由60%减至12.5%；这作为主要原因致使全国总年蒸散量减少 146 mm，全国平均降水量减少约200 mm，沙漠化面积由占国土的10%扩大到17.6%。森林与沙漠是构成陆地生态系统的两极，它们间是此消彼长的关系。连通两者联系的中介是水。中国从根本上防治沙漠化的途径是在“东南半壁”宜林地区大面积培育以提高蒸散为目的的“云根林”。
关键词：森林变
迁；蒸散；降水；沙漠化；云根林
中国是世界上荒漠化危害严重的国家，全国荒漠化土地面积为267.4万km2，占国土总面积的27.8%，沙化土地每年以2 460
km2的速度在扩展，相当于每年损失一个中等县的土地面积。有专家估算，自秦汉以来沙漠扩大了38万km2，近20年新形成的荒漠有6万km2。1994—1999年间，全国荒漠化土地净增5.2万km2，年均增长1万多km2。然而，沙漠扩大的原因何在？对此，学术界的观点并不一致。有的专家认为主因是大自然变迁，气候干旱化（牛凤瑞，2002）；也有的专家认为主要是由人为活动导致，概括为滥垦、滥牧、滥伐、滥采、滥用水资源等“五滥”（黄鹤羽，2000；胡培兴，2003）。学术界习惯于将沙漠化比作地球的癌症。病因找不准，就无法对症下药，实施有效的防治措施。作者拟从森林变迁与气候、沙漠化关系的角度，对中国沙漠扩大的原因提出自己的看法。
1
中国历史上森林消失和沙漠扩张的2个事实
中国历史上森林大面积消失和沙漠大范围扩张，当属2个不争的事实（史念海，1983；朱俊凤等，1999）。根据相关研究，通过理论估算，现将两者进行数量化。结果见表1。
1.1
中国森林消失的历史事实
我国（按今天的国土面积计，下同）森林资源在远古时代极为丰富，最高时期森林覆盖率可达64%（马忠良等，1997）。据推算，到4000年前的夏代之初，森林覆盖率为60%。当时的森林主要分布于年降水量400mm等值线以东以南地区（“东南半壁”，等值线古今不同）。随着历史的发展，人口不断增长，森林资源渐趋减少。到战国末年，森林覆盖率降至46%；到唐代末期降为33%；到清初为21%；到新中国成立前夕降至12.5%（樊宝敏等，2001）。
森林遭破坏的原因，在古代主要是火田火猎、农垦、战争、建筑和薪炭等人为因素对森林资源的消耗。到近代，由于许多帝国主义的掠夺和以火药武器为手段的战争，再加上各种工业消耗，如造纸、矿柱、枕木等，使森林资源的减损空前加剧。新中国成立后，尽管大力开展人工造林，但在庞大的人口压力下森林资源通常入不敷出，生长量难抵消耗量，面积和蓄积量增长缓慢。在不同历史时期，由于人口、政治中心和活动区域的变化，森林受破坏的地区也有很大变化。在4000年的历史时期，前2000年，毁林地区大部集中在黄河流域；后2000年，由黄河流域逐渐扩展到长江流域，再到华南、东北和西南诸偏远地区，最后遍布全国所有林区。
在夏王朝建立至新中国初期的近4000年间，中国森林资源大约由60%的覆盖率缩减为12.5%左右。原先占国土面积一半的森林消失了，被农田、城乡建设、草地、裸地等所取代。如此大规模的下垫面和生态景观的变化，不能不对局地气候、生态系统产生深刻的影响。
表1
中国历代森林和沙漠面积估算
Tab.1
Estimated area of forests and deserts in every historic period of
China
年
代
Dynasties
|
森林覆盖率
Forest coverage/%
|
沙漠（荒漠）占国土面积的百分率
percentage of desert in
territory/%
|
夏代以前Before Xia Dynasty（1.8Ma—2069BC）
|
64～60
|
10（14）
|
夏商周春秋战国From Xia to Zhanguo（2069BC—221BC）
|
60～46
|
10～13（14～18）
|
秦汉魏晋南北朝From Qin to Nanbei（221BC—589AD）
|
46～37
|
13～14（18～20）
|
唐宋Tang and Song（589—1368）
|
37～26
|
14～15（20～22）
|
明清Ming Qing（1368—1911）
|
26～15
|
15～16（22～24）
|
民国时期R. China（1911—1949）
|
15～12.5
|
16～17（24～26）
|
中华人民共和国P. R. China（1949—2000）
|
12.5～16.55
|
17.6（27.8）
|
1.2
中国沙漠扩张的历史事实
4
000年前，中国森林面积广阔，生态环境良好，估计当时的沙漠占国土面积不会超过10%。然而随着历史的发展，沙漠逐渐扩张。
最先扩张的是我国西北地区的塔克拉玛干沙漠、阿拉善和河西走廊地区的沙漠。据史书记载，公元前2世纪汉武帝时期，塔克拉玛干沙漠南缘的楼兰、且末、精绝、若羌等地是人口兴旺的绿洲。古楼兰城废弃于376年。而东端的米兰古城在8、9世纪仍然很繁盛（朱俊凤，1999）。河西走廊地区，在汉代还是通往西域诸国的“丝绸之路”，到唐朝已变为沙漠。河西走廊安西东南的锁阳城、敦煌西部南湖附近的寿昌城、高台南部的骆驼城等，均在盛唐以后相继沙漠化。虽然直接的原因表现为民族战争，但更深刻的原因则是气候的干旱。此后罗布泊变干枯，楼兰等西域古国逐渐消亡。
今天的毛乌素沙漠地区，早在战国时期曾是一片“卧马草地”，并有相当数量的森林分布。在十六国时期，还是赫连勃勃的夏国都城统万城的所在地，当时不会没有树木和草原。统万城从修建至毁废历时581年（413－994年）（王尚义等，2001）。毛乌素沙地环境的形成与演变，是在唐代及其以后的事情。唐代诗人许棠曾写道，“茫茫沙漠广，渐远赫连城”（《全唐诗》卷603）。宋代夏州城已“深在沙漠”（《续资治通鉴长编》卷35）。今天的科尔沁沙地地区，在辽代早期和辽代之前还有树木和草原，是辽国的国都，此后逐渐沙漠化。金代沙漠化已有发生。元明清时期，由于政治中心的南移，沙漠化有所抑制。清代中期以后，农垦和毁林渐重，沙漠化加剧。近100多年来，科尔沁逐渐成为沙漠化地区。
北京及广大华北地区，近年来春季连续发生沙尘暴和持续高温干旱少雨天气。目前，我国是世界上土地沙化危害最为严重的国家之一，沙漠、戈壁及沙化土地面积有168.9万km2，占国土总面积的17.6%，范围涉及全国29个省（区）的841个县（旗），大部分集中在我国“三北”地区的13个省（区）。全国沙漠化面积呈逐年扩大的趋势。在20世纪50年代到70年代沙化面积每年只扩大1 560
km2；80年代平均每年扩大2 100 km2；90年代发展到每年扩大2 460
km2，相当于每年损失一个中等县的土地面积。而且沙漠化危害的范围不断扩大，以沙尘暴为例，据统计20世纪50年代发生5次；90年代发生23次（林业白皮书，2000）。
总之，4
000年间，中国的沙漠由占国土面积的10%逐渐扩张到17.6%，而且每年仍以很大的面积在扩展。
2
森林变迁对陆相蒸散以及北方气候的影响
上述所论中国4
000年来的森林消失、沙漠扩张这2个历史事实，虽然发生在不同的地域上，前者在“东南半壁”，后者在“西北半壁”，但它们并非互不相干，在作者看来，它们间恰有着此消彼长、阴阳互动的内在关系。沟通二者联系的媒介是水——蒸散、云、降水。中国森林变迁对蒸散和降水都有重要影响。
2.1
森林变迁对陆相蒸散的影响
中国森林的大幅度消失，首先引起陆地下垫面蒸散量的显著降低。据研究，森林的总蒸散量与湖泊等自由水面的蒸发量几乎相同，且通常大于灌丛、草地和农田（周晓峰，1999）。例如，据闫俊华等（2001）研究，广东鼎湖山季风常绿阔叶林年均蒸散量为987.50
mm，占同期降水量的47%；而林外自由水面蒸发量为1 194.7
mm，略大于林内蒸散力。余新晓等（1996）在山西吉县试验区的测算结果，各类植被蒸散量占降水量比值分别为：油松（Pinus
tabulaeformis）林67.3%、刺槐（Robinia
pseudoacacia）林64.5%、虎榛子（Ostryopsis
davidiana）林地53.1%、沙棘（Hippophae
rhamnoides）林地52.8%、草地42.8%、荒地34.4%。中国森林地区蒸散量与降水量的比值多为40%～85%，热带较低，温带较高。当然华北平原区的蒸散量也较高。据王菱（2001）研究，黄淮海地区农田年均蒸散量占降水的84%。就整体而言，森林的消失会导致蒸散量下降。
从全国降水分配的角度而言，水分平衡方程如下（周晓峰，1999）：
P=R＋ET＋ΔS
（1）
式中，P：全国年均总降水量；R：年均总径流量；ET：年均总蒸散量；ΔS：土壤蓄水量年际变化值，在长时间跨度情况下可视为零或常数。
当前，全国年均降水量为6.2×1012
m3（中国工程院，2000），相当于648 mm；全国年平均径流量为284
mm。据此可计算出中国现代的年均总蒸散量约为364 mm，占全国年均降水量648 mm的56.2%。其中，占国土面积16.55%的森林的蒸散量，估计占总蒸散量的1/3，即121.3
mm（详见表2），相当于单位面积森林平均蒸散量732.9
mm。
表2
中国森林古今变迁对蒸散和降水的影响估算
Tab 2. Estimated
effects on evapotranspiration and precipitation since the change of
forests in China
项
目Items
|
现代Today
|
4
000aBP
|
差值 Difference
|
森林覆盖率Forest coverage/%
|
16.55
|
60
|
－43.45
|
降水量Mean annual
precipitation/mm·a－1
|
648
|
850
|
－202
|
蒸散量(其中:森林蒸散量)
Evapotranspiration（ET of forest）/mm·a－1
|
364（121.3）
|
510（408）
|
－146（－286.7）
|
径流量Runoff /
mm·a－1
|
284
|
340
|
－56
|
塔里木盆地降水量
Precipitation in Tarim basin/
mm·a－1
|
43
|
85
|
－42
|
陕西关中地区降雨量
Precipitation in Guanzhong
Shaanxi province/
mm·a－1
|
600
|
800
|
－200
|
同样，据式（1）可推算出4 000年前中国的年均总蒸散量。根据各方面的证据表明，4
000年前全国的平均降水量约比今天高出200 mm，即850 mm。若按降水的60%计算蒸散量，则为510 mm。其中，占国土面积60%的森林的蒸散量，估计能占全国总蒸散量的80%，即408mm，相当于单位面积森林平均蒸散量680 mm。
由此可以计算出，4
000年间，因为森林减少了约50%的国土面积而导致全国森林的年蒸散量降低了286.7
mm，全国总年蒸散量降低了146 mm，相当于14 016亿m3的水没有被转化为水汽和云雾。
2.2陆相蒸散对北方气候的影响
我国北方气候干旱化是学术界公认的事实（中国工程院“西北水资源”项目组，2003）。至于干旱化的原因，在作者看来主要与全国陆相蒸散减少有关。
中国气候的特点是夏季盛行东南季风，西北部地区的湿气，主要来自东南地区。这种气候特点决定了我国东南地区的森林可以增加西部地区的降雨。东南地区多森林，则增加当地的蒸散和云雾，进而增加运至西北方向的云雾，故增加西北方地区的降水。不仅使年降水量提高，降水频率也增加。反之，东南地区的森林减少，则西北地区降水减少，400 mm等降水线向东南偏移（图1），气候、植被带都相应偏移。即森林与草原边界线处的森林退化为灌丛，再退化为草原，再退化为沙漠。表现为森林带的退缩，草原、沙漠的东扩南侵。
4
000年间，因为约占一半国土面积森林（大部分布于东南半壁）的消失，致使全国总年蒸散量降低了146
mm。全国尤其西北地区因此降水减少，气候变得干旱化。历史证明，4
000年间，全国平均年降水量减少了约200 mm。
这与气候学专家们的研究结果相一致。傅抱璞（1981）对我国西北地区假定全面绿化以后对降水的可能变化作了理论估算。估算表明，在全面绿化后影响最大的夏季降水可能增加110
mm；其次是春、秋季，季降水量可能分别增加35 mm与27 mm；冬季最少，仅增加4
mm。据计算机模拟试验，中国东部地区自然植被的恢复将使东亚夏季季风增强，从而有更多的水汽输送到中国大部分地区，使这里大气中水汽含量明显增多，降水量增多。东部大部分地区降水量增加的幅度为1～2 mm·d－1（符淙斌等，2001）。
森林蒸散减少导致气候干旱的假设，得到历史事实的支持。据史料分析和研究结果表明，我国北方地区的气候在历史时期是由湿润向干旱逐渐过渡的（竺可桢，1973；张丕远等，1996）。殷商时期黄河流域能捕到大象，汉武帝时期河南淇县能生长毛竹。据竺可桢（1973）研究，从仰韶文化到殷墟时期，我国境内大部分地区的年平均温度比现在高出2
℃左右，冬季1月的平均温度比现在高出3～5
℃。而且在殷、周、汉、唐时代，温度高于现代。降水量也明显高于现在，许多植被带有程度不等地向北和向西推展的现象，如汉唐时期梅树、竹类广泛生长于黄河流域。
据李秀珍等（2000）研究，秦汉时期陕西关中地区平均年降水量仍比现在高出50～100
mm左右。关中地区的水系比今天发达，有很多河流由南向北流入渭河，其中主要有零河、戏水、新丰河（今玉川河）、鱼池水（今沙河）、风王谷水、临河、潼河、石涧河、水碓河和韩峪沟水。考古人员在地表或地下还发现很多现已干枯的河道。
图1
中国400 mm等降水线历史位移示意图
Fig. 1 A sketch map showing the
change of 400mm isohyet in Chinese history
现代400 mm等降水线
4
000年前400
mm等降水线
400 mm isohyet today
400
mm isohyet in 4 000 aBP
湖泊作为降水和有效降水的历史和现代记录，能反映出气候变化的时空特征。气候变化所导致的湖泊水位下降和面积萎缩，已经在很大范围内显现。自汉唐以来，鄂尔多斯高原上的许多湖泊沼泽逐步干涸消失（朱士光，1999）。根据历史资料和专家的考证，在远古时期，淮河以北太行山以东地区，到处都有湖泊，大小相杂，数以百计，而现今湖泊变小或消失。气候变化对历史上农牧过渡带会产生影响，甚至会触发社会动荡，这可从北魏平城迁都、元朝中叶岭北地区移民等实例看出来（满志敏等，2000）。
西北地区的干旱化表现得更明显。如，罗布泊历史时期最大水域达5 000多km2。20世纪60年代因塔里木河下游断流，罗布泊渐渐干涸，1972年底彻底干涸（张园，2001）。我国青海湖水位在过去500年曾有过较大的升降波动，但出现直线式下降趋势却是在近百年，特别是在1908年到1986年间下降了约11 m，湖面缩小了676 km2。根据多方面资料估计，塔里木盆地4
000年间降水量至少减少了50%。
晚清时期旱灾相当严重，尤其是在中国北部，表现出持续期长、受灾范围广和多灾并发等特点。具有代表性的为1876—1878年的“丁戊奇荒”（王金香，1998）。其严重程度仅次于崇祯末年加速明朝灭亡的大旱灾。“丁戊奇荒”时期，中国遭受旱灾的饥民约1.6亿到2亿，几近全国人口半数，饥民死亡1
000万以上。这是任何一次其他自然灾害包括水灾、地震等引起的死亡所不能比拟的。
民国时期中国北部出现多次大旱之年。1928—1930年的大旱灾，其严重程度仅次于晚清的“丁戊奇荒”，陕西省旱荒则甚之，长达6年之久。山西省晋南和雁北地区春夏“点雨未降”，赤地千里。旱灾引起蝗灾、瘟疫、鼠灾。在这场大旱灾中，饥民总计约6 000万，死亡达1 000万人（李文海等，1993）。1934—1936年，中国北部再次出现持续3年的特大旱灾（邓云特，1984）。民国时期的旱灾比晚清时期有过之而无不及。
新中国成立后的50多年间，我国北方尤其是黄淮海地区严重干旱缺水。根据国家统计局资料，1950—1995年的旱灾每10年平均的年成灾面积，20世纪90年代比50年代干旱增加了4倍（周晓峰，1999）。北京及广大华北地区，近年来春季连续发生沙尘暴和持续高温干旱少雨天气。20世纪90年代以来，黄河出现历史上少有的断流，水资源状况空前危机。
由此说明，一方面，气候决定森林；另一方面，森林也会影响气候或者局地的气候。中国历史时期气候的变化，尤其是北方地区的干旱化和沙漠化，其原因固然与青藏高原的隆起、太阳的活动等自然因素有关，但由于人为的活动所导致的我国（当然还有周边国家）森林的大规模减少恐怕是一个十分重要的因素。
2.3
北方气候干旱化引起沙漠扩张
我国北方地区的沙漠化，主要与和历史时期比较降雨量减少、气候干旱化有关，而后者又是中国森林的大幅度消失所致。唐代以前，森林破坏主要于黄河流域，其影响是其西北部的草原演变为沙漠。如：罗布泊范围缩小、周围地区变成沙漠；丝绸之路因变为沙漠、戈壁而中断。五代以后，森林破坏的重点由黄河流域转移到长江流域。其影响是毛乌素和浑善达克沙漠的扩大，内蒙古草原的退化和沙漠化，华北地区的沙尘暴，黄河的断流。科尔沁沙地形成和扩大与其东南地区的森林破坏有关。清代对东北森林实行封禁政策，科尔沁沙漠化得到抑制；晚清至今，东北森林的破坏则加剧了该地区的沙漠化。近50年浑善达克沙地面积增加了17倍，与其东南部的森林破坏有直接关系。
3
结论和讨论
1）森林、蒸散、气候、沙漠四者之间有着紧密的链条式关系。森林的变化必然导致其他环节的链锁反应。中国森林的大面积减少，首先引起陆相蒸散量的降低，进而使中国北部气候逐渐趋于干旱化，最终表现为沙漠的扩张。在我国4 000年间，森林覆盖率由60%减至12.5%，这作为主要原因致使全国总年蒸散量减少146
mm，全国平均降水量约减少200 mm，沙漠化面积由占国土的10%扩大到17.6%。由此推算，中国森林每减少10%的覆盖率，沙漠将扩大1.52%的国土面积，即14.6万km2。因此，森林与沙漠是构成中国陆地生态系统的两极，它们间是此消彼长、阴阳互动的关系。连通两者联系的中介是“水”，包括蒸散的水汽、天空中的云、各种形式的降水。
2）鉴于森林的兴云致雨作用，特提出“云根林”概念1)，与学者们讨论。“云根林”是指某地森林由于能提高蒸散、增加云雾量，当云雾遇到一定条件时就在当地或异地形成雨露霜雪等各种形式的降水，相对于接受降水的地区而言该地的森林即称“云根林”。森林的这种增云作用，称为“云根作用”。例如，太行山区的森林可增加毛乌素地区的降水，它相对于毛乌素而言即是云根林。再如，山东省的森林能增加北京市的降水，故山东森林就北京而言属于云根林。笔者认为，在导致我国北方的沙漠化的几种原因（如青藏高原隆起、草原过度放牧、云根林破坏等）中，东南地区云根林的破坏是中国4
000年来沙漠扩张的最主要原因。由于中国东南地区“云根林”的减少，导致了我国西北半壁的降雨减少、气候干旱，使得400
mm等雨量线向东南偏移，进而这些地区湖泊干涸、沙漠不断扩张，即所谓“东伐西旱、南伐北旱”。因此，由于人为活动引起的森林消失，进而导致气候干旱，是中国沙漠化扩张的根本原因。
3）中国防治沙漠化的根本途径在于培育以提高蒸散为目的的“云根林”。根据“云根林”的观点，治理沙漠化的主要工程，重点不在我国西北半壁，而在我国东南半壁；重点不在沙漠地区，而在沙漠之外的东南地区。因此，仅靠“‘三北’防护林工程”和“京津风沙源治理工程”，恐怕很难从根本上治理沙漠化。今天，国家重视了水源林、防护林的建设，却忽视了云根林的建设。中国北部8省市（京津冀晋苏皖鲁豫）区域内的森林覆盖率低，只有14.23%，这是其西北部的毛乌素沙漠、浑善达克沙地、河北坝上沙地不断扩大，沙漠逼近北京城的最主要原因。为解决这一问题，就必须努力提高北部8省市的森林面积，将该地区的森林覆盖率提高到30%～50%以上。这当然会对当地农业生产带来些影响，但是如果从全国的全局利益来考虑，培育云根林则是有利的。因为大规模培育云根林将增加西北方云根林受益区的降水量（降水增幅约50～150
mm），就会扩展草原面积，提高草原和农田生产力，使沙漠退缩、沙漠化程度减轻。
若按营造云根林后比原来土地平均提高蒸散500
mm计算，且假设蒸散的水汽所形成的降水全部降在本国，那么要想提高全国100
mm的年均降水量，则需营造1.92亿hm2森林，相当于提高20%的森林覆盖率。
鉴于培育云根林可产生巨大的生态效益，故建议国家制定云根林发展规划和相关政策，在我国东南半壁尤其是北方8省市大力发展云根林。同时，对云根林的经营主体进行有效的生态效益补偿，以保持他们的扩大再生产能力。
参
考 文
献
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