【CC讲坛】李永华：跟着植物的思维治理荒漠化

让沙尘及沙尘暴自然地来、自然地去？

自从3月15日经历了近十年最强沙尘暴天气后，沙尘就像“开了阀”一样，隔三差五就来北京“溜达”一圈儿，导致空气质量下滑，能见度也受影响。

有人戏说：一年有四季，北京第五季…没有沙尘不是春！

面对荒漠化的威胁，我们该何去何从？

李永华

中国林科院荒漠化研究所 副研究员

库姆塔格荒漠生态系统定位观测研究站 副站长

2021年是近二十年来，沙尘活动最为频繁的一年。灾害面前我们都在问，我们人类能否彻底战胜沙尘暴，能否让沙漠变成绿洲，让自然灾害不再发生？

我是中国林科院荒漠化研究所李永华，一些人可能会好奇，林科院为什么研究荒漠化？这是因为林草修复是治理荒漠化的主要途径。

说到荒漠化必须先说荒漠，我国西北地区身居欧亚大陆内部，造就了高温少雨的荒漠环境。我国荒漠的面积十分广阔，总面积超越了100万平方公里，这么大的面积想让荒漠变成绿洲，所需的水量大家可以想一想，一定是一个天文的数字，恐怕也只有大海才有这么多水。想从大海引水到沙漠，我们要么是推翻青藏高原，要么是割裂欧亚大陆，如果发生的话，地球又将经历一次毁天灭地的变化，人类有可能像白垩纪统治者恐龙一样消失灭绝。

自然的荒漠除了广阔荒凉，甚至沙尘暴，荒漠对于地球和人类而言也具有积极的贡献。荒漠有很多独特的美景，有多样的动植物基因库，有丰富的矿藏，还是我们重要的碳库。没有了沙尘，可能就没有了黄土高原，以及富饶的黄淮海平原。没有沙尘吹到大海里边，大海里的微生物就会减少很多，那么海洋生物的食物链有可能会断裂。

气候变化及人类不合理的活动，驱动了植被退化和土地荒漠化。从荒漠化的成因来看，人类缺乏对自然规律的系统认识，人类没有跟上植物的思维是导致荒漠化的重要原因。未来在很长很长的一段历史时期，荒漠仍将是荒漠，我们人类可以和能够改变的是荒漠化。

过去十多年，我一直在甘肃敦煌，从事荒漠生态系统监测研究工作。走出敦煌绿洲，面对的是寸草不生的茫茫沙漠戈壁，第一次在天边看到一条绿色的植被带，还以为是海市蜃楼，走近了才看到是一条干涸的洪水沟。洪沟将上游的山地和下游的湿地连在一起，在生命的禁区中，建立起来一个动植物交流繁衍的生命廊道，同时洪沟与植被共同组合形成了绿洲外围阻挡风沙的天然的防护林网。

从敦煌出发，沿着阿尔金山山前的库姆塔格沙漠，向西500多公里的行程中，就有十多条这样的洪沟流入库姆塔格沙漠。洪沟的中下游，几年甚至十几年才有一次洪水流过，那么洪沟的植被是如何生长的呢？水是荒漠的生命之源，为了监测洪沟的水量，我们首先想到的是建立起简易的量水堰，但是由于我们对洪沟的整个洪水状态估计不足，一场洪水，量水堰被冲得无影无踪了。后来我们又多次地实地探查勘测，就决定利用天然的地形，在20多米的崖壁上，琢孔直接安装了自动水位监测设备，有了水位，有了我们勘测的地形，想要计算水量，那么我们还要掌握不同水位的流速，但是由于干旱区的降水分布的差异太大，经常是东边出太阳，西边下大雨，直到2016年的8月底，我们终于赶上了一次大的洪水过程。

当我们跑到洪沟之后，先在崖壁上搭起了帐篷，把仪器组装起来，准备去测量洪水，绑上安全绳，上面有人拉着，底下去测定，晚上的时候还需要拿着手电筒，靠着悬崖一点一点地，小心翼翼地记下洪水涨落的每一组数据。这是我们当时测量洪水的时候，我穿着迷彩服在测定的照片。

经过几年的观测，我们终于粗略地估算出，多坝沟、崔木土沟每年的洪水流量，大概在800~1000万立方米，1000万立方米是个什么概念？基本上相当于北京一天的用水量，但是对于崔木土沟而言，这点水每年却养活了30多平方公里的植被。就这点儿水，如何来养活了这大面积的干旱性植物？我们在泉水消失，洪水基本上每年都能达到的位置，挖出几个深坑，埋进去了土壤水分监测设备，我们观察发现，洪沟里边土壤基本上是以砾石和粗砂为主，当有地表水流过的时候，24小时内陆表水渗入到地下的水量，接近了500毫米，其最大入渗的峰值超过1000毫米/天。也就是说绝大部分的泉水和洪水都藏到了地下，从地下流向下游，这就如同我们穿上了一层天然的防护服，使得珍贵的水资源，能在这里得以保存和长期的利用。

植物又是如何利用这种深藏起来的水呢？我们发现，30厘米以上的土层基本上看不到根系，那么根系是活动在哪里呢，就活动在100~150厘米这个深度，继续往下挖，直到挖到500厘米的时候，还能看到它们的根系分布，从这一点来看，我们至少证明了在这个区域植物根系分布得很深很深，基本上是与洪沟的水分的长期动态相一致的。

然后我们又进一步监测了洪沟的蒸腾动态规律，我们发现无论对于地表水资源相对丰富的洪沟的中上游，还是地表水资源相对贫瘠的中下游，洪沟中的植物基本不吸收利用这种间歇式的洪水，它们更喜欢喝这种深藏起来的土壤水，这样就避免了植物，吃完上顿没有下顿的风险。

利用植物在洪沟中的生存智慧，看洪沟的保护，必须要全流域系统考虑，不能仅关注于洪沟一时一地的得失。我们通过长期的样地观察，在洪沟中游拦洪蓄水，虽然能够增加种子的萌发，以及幼苗的生长，但是这个位置洪水有时候几年才来一次，那么两三年后没有洪水灌溉，这个区域萌发的幼苗就会出现大片大片的死亡；在洪沟的上游去拦洪蓄水，你能看到的是水坝周边生命盎然，但是你没有看到的是洪水再也不能流向下游，那么下游的土壤水分得不到有效的补给，没有了水几年后你再去看洪沟，基本上沙子就把洪沟填平了，这样它周边的植被也会出现大面积死亡。

我们基本上走遍了中国的荒漠区，我们发现仅依靠自然降水，植物能够存活下来的年降雨量下限，大概是在50~60毫米。但是有很多降水都是根本湿不了地皮的毛毛雨，有可能利用的降水会不到40毫米，仅是农田用水的3%~5%，面对如此极端的恶劣环境，只能做出牺牲，牺牲大部分，让小部分植物活下去。

如果我们开车从北京一路向西，沿着降水减少的梯度，你会看到植物是变得越来越矮小，越来越稀疏。在敦煌的阳关，当沙子吹走后，我们寻找到这种遍地裸露的沙拐枣根系，我们用脚步测量了几段不完整的根系，发现沙拐枣的水平根，最大半径已经超过了50米。同时我们在青海的沙珠玉，看到了崩塌的沙丘下面，柠条树的根系也是密密麻麻遍地的分布。事实上干旱区的植物，都能将更多的生产物质投入到根系，从而来形成庞大的根系网，通过这个庞大的根系网大网捕“雨”，将周边空地的水分据为已用。

大网捕“雨”，也就成为干旱区植物生存下去的重要智慧。以前我们经常忽视，干旱区植物这种大网捕“雨”的智慧，根本看不得地表裸露，造林时总是见缝插针地高密度造林，这还不是最严重的，最严重的是在干旱区有些地方，为了增加造林的存活率，抽取地下水灌溉。通过监测我们发现，在年降雨量小于150毫米这个区域，几年甚至十几年，才有一次的极端降雨，才有可能入渗到地下，补给到地下水，盲目的抽取地下水，只能造成地下水的不断连续地下降，最后出现什么情况呢，大伙儿一起死掉。

集约化搏生机，也是荒漠植物夹缝中生存的妙招。走在西北的时候，如果你留意的话，在公路上你会看到，公路两侧的植被生长比其他区域更为茂盛，经常会形成两道比较低矮的防护林网。在雨中我们看到，由于公路上的降雨无法入渗，水分都会汇集到公路的两侧，这样就补给了两侧的土壤水，从而支撑了植物的生长。

借鉴这一思路，我们在青海沙珠玉采用石板去覆盖流沙，一方面降低了风沙的流动，另一方面增加了局部的土壤水分含量，从而加速了退化土地的植被修复进程。这也是为什么我们经常看到流沙上的土壤水分，反而比半固定和固定的沙子上的土壤的水分显得更为湿润。也是借鉴这一原理，我们在敦煌，已经开始推荐他们年前开沟，然后在春季沙尘比较大的时候，让沙尘自然地把开的沟填一填，然后我们再在地下搞灌溉，以此来提高苗木的存活率。

干旱区的荒漠植物都是一个个固沙高手，就是几十厘米的小植物，都能够隆起一个一个的小沙包。在内蒙古澄口，我们扒开唐古特白刺的沙包看到，沙埋的枝条中很多都长出了不定根，这样植物就在沙包的上部和沙包的下部，形成了两层的根系。当小雨沁润之后，沙包里的毛细根，两个小时就能再次长出新的毛细根，开始吸收这种小的降雨了。当大雨来临的时候，那么雨水可以透过沙包，渗入到沙包的下部，在连续的干旱季节，又能够利用深层保存的土壤水，使自己存活下去。我们一筐一筐的把沙子装起来，再一筐筐称出它的重量，竟然发现在地上的这种一公斤的植物干重，竟然能固定多少流沙呢？固定了6吨，这是之前我们自己也没有想象到的。

植物能在这个地方固沙和生长，是有一个很密切的合作共赢的关系。事实上我们看到是在包括热带雨林地区，温带地区，植物之间的更多是竞争，而在荒漠地区你会看到，这种竞争对立，逐渐会走向和谐的共生。举一个很典型的例子，假如这个地方是平板，那么种子过去了很难留下；假如说有一天得到一个很大的机缘，一棵植物在这里扎下了根，会形成一个沙包，其他的植物种子就有了一个家，就能在这个沙包上驻留下来，经过沙子的掩埋，给它一个环境使它能够萌发，形成了几种植物共生的模式，这也是在极端环境，需要我们学习的一个植物智慧之一。很多时候，我们把沙包推平、种树、种地，这样就造成了更大面积、更为严重的荒漠化。

过去十多年，我们课题组在风洞中做了一系列的风洞实验，摆放出不同盖度，不同结构组合的防护林模型，测试了防护林模型的防风固沙效果。我们发现自然无序分布的植物，其地表植物风速通道时窄时宽，当空气流过窄的风速通道时，会出现气流加速的现象，这就是我们说的狭管效应，就导致了近地表的这种干扰更大，加深了土壤的风蚀。

如果在同等的植被盖度下，把这种杂乱无序的，零散分布的植物，摆成行带式分布，就像图上的左下角的位置，使行带式与区域的主风向垂直，这个时候就能很有效地抑制了狭管效应的发生。我们课题组提出了，基于行带式低覆盖度造林模式，该模式继承了天人合一的精髓思想，将区域的水分承载力，水分循环运动过程，植物生长与水分利用生长规律，以及防护林防沙治沙能力的提升，有机地结合在一起，有力地推动了荒漠化治理的速度和能力，目前该模式已在我们内蒙、宁夏、甘肃得了广泛的应用。

1961年竺可桢先生在《人民日报》上发表了“向沙漠进军”。2004年以来，我国终于取得了荒漠化的阶段性胜利，通过荒漠化土地与沙化土地面积监测，连续三个监测期实现了双减。2019年美国《自然》杂志报道：过去二十年全球都在增绿，我们国家贡献了25%，其中有42%来自于人工造林，取得了令全球瞩目的成就。

回顾一下我们荒漠化防治历程，从最初的我们提出的：“要想富，先修路，少生孩子，多种树”到“以水定林，量水而行，宜荒则荒，宜林则林”到目前 “自然修复为主”的这种天人合一和谐共生的指导思想，从而我们真正地跟上了植物的思维，走上了治理荒漠化的大道。

欢迎大家和我们一起去走进荒漠，融入自然，让我们一起通过植物的智慧，共同去参与荒漠化治理，让自然该有的秩序回归到和谐的自然之中。