新時代防沙治沙“磴口模式”研究
中國林業(yè)科學(xué)研究院沙漠林業(yè)實驗中心
2023年6月，習(xí)近平總書記來內(nèi)蒙古巴彥淖爾市考察，主持召開了加強荒漠化綜合防治和推進“三北”等重點生態(tài)工程建設(shè)座談會，發(fā)出堅決打好“三北”工程攻堅戰(zhàn)、努力創(chuàng)造新時代中國防沙治沙新奇跡的動員令，并親自部署了“三北”工程三大標(biāo)志性戰(zhàn)役。習(xí)近平總書記在座談會上深刻指出：“要因地制宜、科學(xué)推廣應(yīng)用行之有效的治理模式。四十多年來我們創(chuàng)新探索了寧夏中衛(wèi)沙坡頭模式、內(nèi)蒙古磴口模式，還有庫布其模式、新疆的柯柯牙模式等一大批行之有效的治沙模式。”習(xí)近平總書記考察內(nèi)蒙古巴彥淖爾時對防沙治沙“磴口模式”的充分肯定，更是堅定信心，賦予我們打好黃河“幾字彎”攻堅戰(zhàn)，筑牢我國北方重要生態(tài)安全屏障更大的政治責(zé)任和使命任務(wù)。
“磴口模式”背景
內(nèi)蒙古橫跨“三北”，是我國北方面積最大、種類最全的生態(tài)功能區(qū)，同時也是我國沙化土地最為集中、沙害最為嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境最為脆弱的省區(qū)之一。境內(nèi)分布有巴丹吉林、騰格里、烏蘭布和、庫布其“四大沙漠”和毛烏素、渾善達克、科爾沁、呼倫貝爾“四大沙地”，沙化土地遍布全區(qū)12個盟市92個旗縣。內(nèi)蒙古生態(tài)狀況如何，關(guān)系華北、東北、西北乃至全國生態(tài)安全。習(xí)近平總書記始終高度重視內(nèi)蒙古的生態(tài)文明建設(shè)，在對內(nèi)蒙古的重要講話重要指示批示中，關(guān)注最多、論述最多、部署最多的就是生態(tài)文明建設(shè)，并賦予內(nèi)蒙古建設(shè)我國北方重要生態(tài)安全屏障、構(gòu)筑祖國北疆萬里綠色長城的戰(zhàn)略定位。
內(nèi)蒙古巴彥淖爾市磴口縣位于黃河“幾字彎”頂端，賀蘭山與陰山間的西北季風(fēng)通道上，是西沙東移的主通道和華北、京津等下風(fēng)口地區(qū)沙塵暴的塵源地之一，也是國家生態(tài)安全戰(zhàn)略格局中“北方防沙帶”及烏梁素海流域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，境內(nèi)有烏蘭布和沙漠426萬畝，占縣域總面積的77%，東南部有黃河穿過，區(qū)域內(nèi)沿黃地段，以新月形沙丘鏈為主的流動沙丘一望無際，植被覆蓋度不足10％。
磴口縣作為黃河流域重點生態(tài)圈的前沿陣地，最大的價值在生態(tài)、最大的責(zé)任在生態(tài)、最大的潛力在生態(tài)。上個世紀(jì)五六十年代，磴口縣受烏蘭布和沙漠風(fēng)沙危害嚴(yán)重。往往一場大風(fēng)過后，風(fēng)沙會侵襲整個縣城，需要組織大量的人力和車輛清理沙子。掩埋道路、農(nóng)田、房屋的事件時有發(fā)生，給人民生產(chǎn)生活造成了損失。保護和治理好烏蘭布和沙漠，對保障黃河、華北地區(qū)的生態(tài)安全具有重要作用。
中國林業(yè)科學(xué)研究院沙漠林業(yè)實驗中心（沙林中心）從1979年成立之后，一直駐地在內(nèi)蒙古巴彥淖爾市磴口縣。沙林中心的主要任務(wù)是研究解決干旱半干旱地區(qū)林草建設(shè)關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，開展干旱區(qū)種質(zhì)資源收集、保存與利用、防風(fēng)固沙造林技術(shù)應(yīng)用推廣與科學(xué)的管護模式探索，以及荒漠生態(tài)系統(tǒng)長期監(jiān)測等科研工作。沙林中心先后榮獲國家、省（部）級等科技獎勵成果16項，主參編出版學(xué)術(shù)著作21部，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表科技論文600余篇，制定并頒布技術(shù)規(guī)程（標(biāo)準(zhǔn)）6項，授權(quán)專利18件。沙林中心作為成員單位，完成了“大范圍綠化工程對環(huán)境質(zhì)量作用的研究”，在國內(nèi)屬首創(chuàng)，居當(dāng)時國際領(lǐng)先水平，該成果榮獲“林業(yè)部科技進步一等獎”。完成了“防風(fēng)固沙林體系優(yōu)化模式的選定與實驗示范區(qū)的建設(shè)”，該成果榮獲“林業(yè)部科技進步二等獎”。為“三北”防護林體系建設(shè)工程和我國北方生態(tài)屏障建設(shè)提供科技支撐。1978年，磴口縣被列為“三北”防護林工程建設(shè)縣，依托“三北”防護林體系工程、天然林保護工程、退耕還林等一批重點生態(tài)工程，在沙林中心強有力的科技支撐的基礎(chǔ)上，在烏蘭布和沙漠-綠洲區(qū)大力營造防風(fēng)固沙林和農(nóng)田防護林。
“磴口模式”主要做法
內(nèi)蒙古巴彥淖爾磴口縣“山水林田湖草沙”生態(tài)要素齊全，堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展的理念，通過沙林中心的科技示范引領(lǐng)與地方政府的成果轉(zhuǎn)化與推廣相結(jié)合，國家重大生態(tài)工程與企業(yè)等社會力量投入相結(jié)合，形成了以資源保護為核心、防護體系為框架、產(chǎn)業(yè)發(fā)展為龍頭的山水林田湖草沙一體化的綜合治理與開發(fā)利用體系，探索出了一套行之有效的磴口防沙治沙模式，有力地推進了烏蘭布和沙漠綜合治理高質(zhì)量發(fā)展。
沙林中心根據(jù)多年防沙治沙實踐和成效研究分析，總結(jié)歸納出了“磴口模式”。“磴口模式”是一種凝聚科技力量防沙治沙的技術(shù)模式，是通過保護和恢復(fù)原生植被、建設(shè)防護林等措施，構(gòu)建以自然保護地、封沙育草區(qū)、防風(fēng)固沙區(qū)、農(nóng)田防護網(wǎng)、光伏治沙區(qū)五個組成部分的防護復(fù)合體，形成配置合理、結(jié)構(gòu)完善、生態(tài)經(jīng)濟效益顯著的綠洲防護林體系。主要特點是系統(tǒng)防護、全域治理、科技賦能、產(chǎn)業(yè)支撐。
自然保護地，即磴口縣建立的4個自然保護地，確保荒漠生態(tài)系統(tǒng)的原真性和完整性。農(nóng)田防護林網(wǎng)，在綠洲內(nèi)部，圍繞農(nóng)田、路網(wǎng)營造主副林帶垂直的新型防護林網(wǎng)，遏制水土流失和沙漠對農(nóng)田侵害。封沙育草區(qū)、防風(fēng)阻沙區(qū)和光伏治沙區(qū)。在縣域西部最外圍、沙漠東緣，建設(shè)光伏治沙區(qū)，通過光伏+生態(tài)治理，形成阻擋烏蘭布和沙漠的第一道防線。緊挨著光伏治沙區(qū)的是封沙育草區(qū)，以封育保護為主，輔以人工播種耐旱沙生灌木，形成阻擋沙漠的第二道防線。再向縣域內(nèi)，選用梭梭、花棒等優(yōu)良抗逆植物，營造防風(fēng)固沙區(qū)，形成第三道防線。五位一體，4道防線，從外至內(nèi)、由表及里對縣域和農(nóng)田進行層層防護、系統(tǒng)治理。具體做法如下：
①以自然保護地為基礎(chǔ)，保護沙漠原生資源。沙漠既是重要的自然資源，也是獨特的生態(tài)系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生重要的生態(tài)服務(wù)功能。磴口縣統(tǒng)籌布局了哈騰套海國家級自然保護區(qū)、納林湖國家濕地公園、奈倫湖國家濕地公園和沙金套海國家沙漠公園等自然保護地，總面積191.4萬畝，占全縣國土面積的34.6%。動物種類由過去的40多種增加至81種，成為過境鳥類和野生動植物的“重要驛站”和“繁殖地”。通過守護自然生態(tài)，保育自然資源，保護生物多樣性與地質(zhì)地貌景觀多樣性，維護了自然生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定。
②以農(nóng)田防護林網(wǎng)為核心，構(gòu)筑綠色生態(tài)屏障。在烏蘭布和沙漠東緣圍繞農(nóng)田營造防護林，在樹種選育上，優(yōu)選出目前綠洲防護林最佳主栽樹種新疆楊、沙林楊等高大喬木，以達到防護效益最大化；在林帶設(shè)計上，創(chuàng)新以冬季相林帶疏透度為依據(jù)，降低了大風(fēng)季節(jié)農(nóng)田水土流失和農(nóng)作物幼苗沙害；在林網(wǎng)規(guī)劃上，以防護效益、水電渠路配置統(tǒng)籌規(guī)劃，形成了株行距1m×2m，主副林帶垂直，在水渠兩側(cè)各栽2行楊樹的農(nóng)田防護林網(wǎng)。
③以封沙育草區(qū)為前沿，阻止流動沙丘前移。主要采取封育保護措施，禁止采樵和放牧，促進天然植被恢復(fù)。對于裸露沙丘，輔助飛播和人工播種耐旱沙生灌木或半灌木，實現(xiàn)了裸露沙丘上天然植被的近自然恢復(fù)和更新，有效地控制了流沙的活動和前移。
④以防風(fēng)阻沙區(qū)為關(guān)鍵，加強重點區(qū)域治理。選用梭梭、花棒、檉柳、檸條等優(yōu)良抗逆植物，采取先固沙后造林、片帶結(jié)合、多帶配置等方法靈活構(gòu)建防風(fēng)阻沙林，營造不同樹種、不同規(guī)格的林帶、片林。
⑤以光伏治沙區(qū)為示范，推進沙漠資源的高效利用。光伏生態(tài)治理以可持續(xù)發(fā)展、高效節(jié)水為導(dǎo)向，優(yōu)先選擇沙旱生植物與光伏陣列相融合，是一條低耗水、低維護、低成本、可持續(xù)的有效探索途徑。通過抬高光伏陣列高度、拉大陣列間距的方式，給種植灌草留下充足空間，以光伏組件為植被遮陰，減少蒸發(fā)量，以植被生長抑制揚塵，減少對發(fā)電量的影響，形成了板上發(fā)電、板下種植的“光伏+生態(tài)治理”范式。
“磴口模式”取得成效
1、小氣候明顯改善
1983—2018年，烏蘭布和沙漠綠洲防護林內(nèi)、外的大氣溫度、地表溫度和降水量整體呈上升趨勢，相對濕度、蒸發(fā)量和風(fēng)速整體呈下降趨勢；大氣溫度、地表溫度、蒸發(fā)量和風(fēng)速林內(nèi)低于林外，大氣相對濕度和降水量林內(nèi)高于林外。綠洲防護林體系能夠使防護林內(nèi)大氣溫度降低0.2～1.6 ℃，地表溫度降低0.10～5.49 ℃，相對濕度增加0.5%～18.6%，降水量增加0.5～100.7 mm，蒸發(fā)量降低18.4～1 282.8 mm，風(fēng)速減小0.45～1.98 m/s。
防護林內(nèi)、外的大氣溫度、地表溫度、相對濕度、降水量和蒸發(fā)量的年內(nèi)變化規(guī)律均為先增加后降低。在農(nóng)作物和防護林生長季(5—9月)，林內(nèi)降水量、大氣相對濕度幅度較大，二者月均值可提高0.08～6.74 mm、0.47%～6.64%，風(fēng)速減小0.54～0.97 m/s。
2、固沙阻沙能力明顯增強
沙漠-綠洲過渡帶起沙風(fēng)（≥5.00m/s）頻率為31.3%，起沙風(fēng)平均風(fēng)速為6.64m/s；而綠洲僅為15.2%，起沙風(fēng)平均風(fēng)速為7.23m/s，起沙風(fēng)頻率從沙漠-綠洲過渡帶至綠洲降低了約50%。綠洲防護林體系不僅減弱了風(fēng)速并減少了起沙風(fēng)作用時間，因而減少了沙塵的傳輸量。
3、防風(fēng)效益明顯
稀疏型林帶防風(fēng)效果最佳，平均為41.37%，通風(fēng)型次之，為29.58%，緊密型防風(fēng)效果最差，為23.92%。林帶防風(fēng)效能較好的疏透度為40%~50%，隨著林帶總平均疏透度的增加，防風(fēng)效能顯著降低。分層疏透度不同也直接影響防風(fēng)效果，因此，林帶結(jié)構(gòu)應(yīng)以稀疏型為主，林帶總平均疏透度控制在30%~50%，分層疏透度應(yīng)控制在林冠層30%~50%，林干層50%。
稀疏型林帶具有分布均勻的空隙，樹干及枝葉等部分對氣流的摩擦、分割和阻擋消耗較多動能，導(dǎo)致風(fēng)速降低顯著；疏透型林帶樹干部空隙較大，氣流相對暢通，動能消耗較少，從而風(fēng)速降低相應(yīng)減少；與其他結(jié)構(gòu)林帶相比，通風(fēng)型林帶林干層通風(fēng)孔道相對較多，氣流阻力相對較小，風(fēng)速降低不明顯。基于以上原因，在烏蘭布和沙區(qū)營建防護林時可根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r盡可能選擇稀疏型林帶結(jié)構(gòu)。
4、消減沙塵暴作用明顯
沙塵暴發(fā)生過程中，在垂直梯度上，烏蘭布和沙漠東北緣防護林內(nèi)外風(fēng)速均隨高度增加呈現(xiàn)遞增趨勢，隨著高度的增加，二者差值逐漸減小，風(fēng)速消減層主要在24 m以下；在水平梯度上，沙塵暴經(jīng)過防護林體系時風(fēng)速顯著削弱，不同高度上風(fēng)速消減范圍為9.26%-58.70%，平均消減31.03%，風(fēng)速消減最大值在1m處(58．70%)。
農(nóng)田防護林對于沙塵暴具有顯著防風(fēng)功能，當(dāng)沙塵暴經(jīng)過防護林時，近地層氣流流場發(fā)生改變，因為林帶的阻擋使得氣流被迫抬升，從而減少進入防護林內(nèi)的氣流，這在一定程度上減輕了沙塵暴對防護林內(nèi)部農(nóng)作物的侵害。沙塵暴通過防護林時，沙塵水平通量降低，防護林外圍50 m單次沙塵暴過程的平均沙塵水平通量為475.51g·m-2，而防護林內(nèi)部只有177.35 g·m-2，沙塵濃度降低了298.16 g·m-2，并且隨著高度的增高，二者差值逐漸減小，呈現(xiàn)出逐漸重合的趨勢。從水平通量累計百分比分析，隨著高度的增加，沙塵水平通量累計百分比增加幅度逐漸減小，24 m高度層防護林外圍沙塵水平通量累計百分比增加幅度較大，而防護林內(nèi)部相對較小；36-48 m高度層防護林內(nèi)部沙塵水平通量累計百分比增加幅度逐漸增加，而防護林內(nèi)部則逐漸趨于平穩(wěn);其中防護林外圍78.4%的沙塵水平通量集中在24 m以內(nèi)，而防護林內(nèi)部24 m以內(nèi)只占53.5%。以上數(shù)據(jù)分析表明，隨著高度增加，下墊面狀況對沙塵暴沙塵水平通量的影響逐漸減弱。
5、緩解霜凍作用效果明顯
根據(jù)2004年5月2日霜凍調(diào)查分析，完整林帶使瓜類死苗率降低28.7%。由于樹體降溫放熱、林網(wǎng)對氣流的阻擋作用以及林冠層對熱輻射的影響等，防護林結(jié)構(gòu)較完整的區(qū)域凍害明顯輕于防護林不夠完整的區(qū)域；寒流進入林網(wǎng)區(qū)后,產(chǎn)生霜凍的能力隨縱深距離增大而逐步衰減。加強綠洲防護林體系建設(shè)、完善林網(wǎng)結(jié)構(gòu)、重視農(nóng)田周圍閑散荒地的造林綠化對緩減霜凍具有重要意義。
6、緩減冰雹災(zāi)害效果顯著
根據(jù)2016年6月13日冰雹災(zāi)害實地調(diào)查，林網(wǎng)內(nèi)、外玉米災(zāi)后植株保存率分別為87%、24%。雹塊近地面水平速度和豎直速度均隨高度降低而減小，與風(fēng)速廓線形態(tài)和下沉氣流在近地面的截止趨勢一致。防護林緩減雹災(zāi)作用的動力學(xué)機理是：防護林與雹塊間存在以空氣為介質(zhì)的動力作用，林帶阻礙近地面氣流運動，遏制近地面含雹氣流的下沉和輻散，雹塊進入林網(wǎng)低風(fēng)速區(qū)后接受比無林區(qū)更大的空氣阻力，豎直和水平速度均顯著降低，致災(zāi)能力降低。
7、植物群落多樣性顯著增加
綠洲邊緣比綠洲外圍多樣性指數(shù)高，綠洲外圍多樣性指數(shù)為0.6255，綠洲邊緣為2.284，多樣性指數(shù)為綠洲低地（2.3261）＞綠洲邊緣（0.896）＞流沙對照（0.6216）。防護林建設(shè)能增加植物群落物種多樣性。
8、增產(chǎn)效益明顯
在風(fēng)沙危害嚴(yán)重的地區(qū)，如果沒有林帶的保護，常常會遭到風(fēng)沙危害的襲擊，使得農(nóng)作物大幅度減產(chǎn)，甚至顆粒無收。風(fēng)沙危害是烏蘭布和沙區(qū)北東部人工綠洲的主要災(zāi)害，農(nóng)田防護林在防治風(fēng)沙危害方面具有無可替代的作用。防護林網(wǎng)能夠顯著地提高農(nóng)業(yè)作物產(chǎn)量，在林網(wǎng)內(nèi)小麥、籽瓜、甜菜的單位產(chǎn)量分別比網(wǎng)外提高45.8%、155.7%、25.0%。
2024年3月30日，內(nèi)蒙古自治區(qū)黨委宣傳部授予“磴口模式”治沙群體“北疆楷模”稱號。我們將積極探索防沙治沙新技術(shù)、新模式，持續(xù)總結(jié)推廣“磴口模式”，努力打造世界荒漠化防治與綠色發(fā)展樣板。
