河川毓秀 万物生息——敦煌盆地依赖地下水型生态系统的旱区传奇
本文编辑: 刘欣潼, 何陈临秋
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作者简介 About authors
余启明,助理研究员,主要从事生态地质、水文地质研究及科普工作。
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文图/余启明, 宋淑红, 聂振龙, 崔尚进.
在河西走廊最西端的甘、青、新三省(区)交界处,疏勒河与党河如同两条生命脉络,滋养着敦煌盆地的绿洲。这里多年平均降水量不足40毫米,蒸发量却高达2 393.5毫米,极端干旱的气候条件下,一种特殊的生态系统——依赖地下水型生态系统(Groundwater-dependent ecosystems,GDEs),成为维系万物生息的核心。它们是旱区生命的栖居地、荒漠景观格局的明珠,更是区域生态安全的堡垒与发展基石。从湿地到尾闾湖,从胡杨林到灌丛带,GDEs以地下水为纽带,绘就出干旱区独特的生态画卷,见证了人与自然相处的智慧与挑战。
水泽万物:生命的栖居地
“上善若水。水善,利万物而不争。”水资源在干旱区是决定生态系统存续的关键因素,而地下水凭借其稳定性,成为许多生物赖以生存的“隐形水源”。GDEs指植被生长发育和土壤水平衡受地下水影响显著的陆地生态系统,其部分或全部生态需水由地下水供给,一旦失去地下水支撑,整个生态系统将遭受不可逆转的破坏。在敦煌盆地,绝大部分湿地、绿洲、河岸灌草等天然生态系统都在不同程度上依赖地下水,它们构成了旱区生命的栖居地。
经过长期自然选择,敦煌盆地GDEs孕育了丰富的耐旱、耐盐物种,形成了独特的植物区系。调查显示,盆地内依赖地下水的物种既有胡杨、多枝柽柳等乔灌木,也有骆驼刺、黑果枸杞、芦苇和花花柴等灌木或草本植物,它们共同构成了稳定的生态群落。胡杨是极端干旱地区的标志性乔木物种,这种“生而不死一千年、死而不倒一千年、倒而不朽一千年”的神奇植物具有发达的水平根系,能高效利用浅层地下水,而当地下水埋深超过5米时,胡杨将遭受明显缺水威胁,超过10米则难以存活。多枝柽柳则展现出更强的适应性,可在地下水埋深1米至10米的地区生长,甚至能在埋深超过10米的环境中存活,其根系可深入地下汲取水分,叶片退化为鳞片状以减少蒸发,是敦煌盆地GDEs中分布最广的灌木植被。芦苇作为敦煌盆地GDEs的代表性草本植被,广泛分布于地下水埋深小于2米的河岸带及湿地边缘,形成茂密的芦苇群落,为鸟类、小型哺乳动物提供了栖息地。
地下水的埋深和运动状态,直接决定着GDEs的分布与健康状况。敦煌盆地GDEs存在明确的地下水埋深阈值:埋深1 ~ 3米为草本植物最佳生存水位范围;3 ~ 5米为乔木与灌木适宜生存水位范围;5 ~ 8米为生态警戒水位范围;8 ~ 15米为乔木衰败水位范围;超过15米则导致生态系统全面退化。地下水通过毛细作用(水在细小缝隙中自动上升的现象,如同纸巾吸水)向上浸润浅层土壤,再被植被根系吸收利用,形成了“地下水—土壤水—植被”的水力联系路径。这种稳定的水分补给机制,使得GDEs在极端干旱的气候条件下仍能维持一定的生产力,成为极端干旱区生物多样性的核心承载区。
勾勒格局:景观的璀璨明珠
从阿尔金山的冰川,到疏勒河中游的绿洲农田,再到下游的荒漠湿地,不同类型的自然景观各具独特的生态功能。敦煌盆地的景观格局,本质上是荒漠区生态与地形、气候、水文等自然因素及人类活动长期相互作用的结果,而GDEs则是镶嵌其中的璀璨明珠。
敦煌盆地总面积约2万平方千米,其中人工绿洲面积不到1 500平方千米,约占总面积的7.5%。这种荒漠包围绿洲的地理格局,决定了GDEs的分布具有显著地带性特征。在疏勒河、党河等河流沿岸,分布着以芦苇、多枝柽柳为核心的河岸林GDEs,形成绿色生态廊道;在绿洲与荒漠过渡带,发育以芦苇、黑果枸杞和骆驼刺为主的湿地与灌丛GDEs,构成生态屏障;在荒漠里,稀疏生长着红砂、泡泡刺等超旱生植被(能在极端干旱环境中存活的植物),通过深层根系汲取地下水,形成荒漠GDEs。这些与地貌相匹配的GDEs分布格局,使得流域景观既具有连续性,又充满多样性。
月牙泉景观是GDEs与特殊地形地貌完美结合的典范。月牙泉千百年来未被流沙掩埋,核心原因是地下水的稳定补给构建了“沙丘抱泉,泉映沙丘”的独特景观。月牙泉周边的天然植被让泉域与沙漠形成鲜明对比,成为敦煌旅游的核心资源之一。
生态堡垒:发展的基石
敦煌盆地GDEs既是抵御沙漠扩张、维系生态平衡的绿色堡垒,也是支撑区域经济社会发展、传承文化遗产的稳固基石。其生态功能与经济社会价值的双重属性,决定了它在流域可持续发展中的核心地位。
构建生态分区 显功能定位
根据生态系统特征和功能差异,敦煌盆地GDEs在绿洲农业、水域湿地、防风固沙和盐渍化防治四个生态功能区中发挥着核心作用,成为生态安全的重要支撑。
绿洲农业生态功能区是人类活动与GDEs交互最频繁的区域,面积达2 738.6平方千米,包括敦煌、阳关和瓜州的绿洲及周边区域。这里的农田防护林和绿洲边缘天然植被通过涵养地下水、调节微气候,以及防止风沙入侵等多项生态调节过程来保障农业生产稳定性。
水域湿地生态功能区是GDEs的核心分布区,面积约4 057平方千米,包括西湖湿地、阳关湿地、疏勒河与党河沿岸湿地等区域。湿地GDEs具有涵养水源、净化水质和维持生物多样性等重要生态功能,仅西湖保护区的湿地GDEs每年即可减少土壤流失34.7万吨,防风固沙33.4万吨,固碳4.8万吨(相当于2.6万辆汽车一年的碳排放量),其物种保育价值更是不可估量。
防风固沙生态功能区面积达5 678.4平方千米,包括库姆塔格沙漠边缘和敦煌防风固沙区等区域。这里的超旱生植被(如红砂、白刺和梭梭等)通过固定流沙、降低风速,有效阻挡了库姆塔格沙漠向东扩张,保护了敦煌绿洲和莫高窟等文化遗产。这里的GDEs固沙率最高可达17.7%,单位面积固沙量峰值达3.88吨/平方千米,是干旱区防沙治沙的关键力量。
盐渍化防治生态功能区的GDEs承担着改善土壤质量、维持天然植被多样性的重要功能。耐盐植物是盐渍化区域GDEs的主要物种,通过吸收土壤盐分和改善土壤结构,减缓了盐渍化扩张。
涵养生态环境 显核心价值
敦煌西湖国家级自然保护区位于敦煌盆地西部,库姆塔格沙漠与其相连,总面积6 600平方千米。保护区在维持敦煌及河西走廊西段生态稳定、保障经济社会发展方面发挥着关键作用。保护区及周边地区GDEs的年度生态总价值高达4 763.58亿元,主要体现在物种保育、气候调节和防风固沙等方面。
物种保育是GDEs的核心生态价值,保护区内分布着127种植物和122种动物,其中包括野骆驼、黑颈鹤等多种珍稀濒危物种。GDEs为这些物种提供了稳定的栖息地和食物来源,维持着极端干旱区的生物多样性。仅物种保育一项的年度价值就高达4 698.53亿元,占总生态价值的98.6%,凸显了GDEs在生物多样性保护中不可替代的作用。气候调节功能改善了区域微气候环境,GDEs通过蒸散作用调节区域温度和湿度,每年气候调节价值达16.58亿元,有效缓解了极端气候对人类活动的影响。防风固沙和土壤保持是GDEs在干旱区的核心生态功能,流域内GDEs每年可防风固沙33.42万吨,减少土壤流失34.73万吨,有效遏制了沙漠化和水土流失趋势。库姆塔格沙漠边缘的GDEs通过降低近地表风速、固定流沙,使沙漠东移速度从5米/年降至0.5米/年以下,保护了敦煌绿洲的生存空间。
助力社会发展 显支撑作用
敦煌是世界著名的文化旅游城市,境内拥有莫高窟、月牙泉、玉门关遗址和悬泉置遗址四处世界文化遗产,2025年接待游客数量达2 439.3万人次,旅游收入达229亿元,这些文化遗产的保护与传承离不开GDEs提供的生态屏障。GDEs通过防风固沙减少了风沙对壁画及彩塑的侵蚀,保障了文化遗产的完整性。GDEs为月牙泉提供了可持续的生态景观,是吸引游客的核心资源,带动了旅游产业的持续发展。
守护之道:识别、预警与修复
敦煌盆地GDEs具有重要价值,然而在极端干旱的自然条件和人类活动的双重压力下,仍面临着诸多威胁。科学识别GDEs、明确其面临的风险以及采取针对性保护措施,成为保障流域生态安全和可持续发展的关键。
科学识别是保护的前提
目前,敦煌盆地已建立了较为完善的GDEs识别体系。GDEs的识别是保护与管理的基础,由于GDEs具有分布范围广、生态特征复杂等特点,需要结合多学科技术方法实现精准识别,识别方法有遥感解译、机器学习、地面调查和同位素分析,等等。
遥感解译是大范围识别GDEs的有效手段,基于地面调查数据并结合遥感影像,可提取地下水水位埋深小于10米的区域,结合土地利用情况获得GDEs的潜在分布范围。在此基础上,利用归一化植被指数(NDVI)和增强型植被指数(EVI)等指标进一步判断植被对地下水的依赖程度。机器学习进一步提高了GDEs识别的精度,将地下水水位埋深、植被类型、土壤质地和植被指数等多源数据整合,利用机器学习算法可生成GDEs空间分布图,识别准确率可达80%以上。地面调查是获取GDEs详细信息的关键环节,通过布设样线和样方调查植被基本指标,结合地下水埋深数据可判断GDEs的类型和健康状况。通过分析地下水、土壤水和植物组织水的氢氧同位素组成,能够明确植物对地下水的利用比例,精准判断对GDEs的依赖程度。
明晰威胁是保护的抓手
近年来,敦煌盆地GDEs的保护取得了一定成效,但仍面临着多重威胁,生态系统的脆弱性问题依然突出。
地下水水位持续下降是GDEs面临的核心威胁,敦煌灌区等部分区域地下水水位呈缓慢下降趋势。其中,敦煌灌区地下水超采系数达0.74,多年平均地下水水位下降速率为0.12 ~ 0.83米/年,导致下游部分天然生态区地下水埋深超过10米,超出了多数植被的适宜生存阈值,植被退化和死亡现象时有发生。水资源供需矛盾加剧是导致地下水水位下降的根本原因,随着人口增长和经济发展,流域水资源开发利用强度不断加大,尽管实施了党河节水改造工程,但水资源总量不足的问题依然存在,生态用水被挤占的风险仍然较高。
对症施策是保护的方向
针对敦煌盆地GDEs面临的威胁,敦煌市政府采取了一系列保护措施,构建了“生态补水、节水改造、保护区建设、防沙治沙”四位一体的保护体系,取得了显著成效。
生态补水是恢复GDEs的核心举措。2016年以来,疏勒河双塔水库年均下泄生态水量超过1亿立方米,党河水库年均下泄生态水量超过0.5亿立方米。在生态补水工程实施后,西湖保护区及周边沿岸共计1 916.75平方千米区域的地下水水位上升,周边GDEs得以恢复。
节水改造工程有效缓解了水资源供需矛盾。敦煌灌区实施了节水改造和渠道硬化等工程,减少了农业灌溉用水损耗,提高了水资源利用效率。同时推广滴灌、喷灌等高效节水技术,发展葡萄、红枣等节水高效特色林果,在保障农业生产的同时减少了地下水开采量。
自然保护区建设为GDEs保护提供了法律保障。敦煌先后建成西湖、阳关两个国家级自然保护区,以及东湖、南泉湿地两个县级自然保护区,保护区总面积达98万公顷,占敦煌面积的31.4%。西湖国家级自然保护区作为GDEs的核心保护区,严格限制区内人类活动,实施封滩育林、天然植被管护等措施,有效保护了区内湿地和荒漠GDEs。
防沙治沙工程巩固了敦煌盆地GDEs的生态屏障功能。敦煌市实施了三北防护林建设、风沙口治理和沙化土地封禁保护区建设等重点工程,治理风沙口面积达2 333公顷,新建或改造防护林带达300余千米,封育管护天然植被约10万公顷。在库姆塔格沙漠边缘,采用“草方格沙障 + 沙生灌木 + 光伏板遮挡”的复合固沙模式,有效固定了流沙,为周边GDEs的恢复创造了良好条件。
敦煌盆地GDEs是干旱区生态系统的杰出代表,它以地下水为生命之源,塑造了独特的景观格局,维系了生物多样性,抵御了沙漠扩张,支撑了区域发展。从哈拉诺尔的湖面重现,到月牙泉的碧波荡漾,从胡杨林的枯枝发新芽,到灌丛带的绿意延伸,GDEs的恢复与发展是人与自然和谐共生的伟大实践。GDEs的保护是一项长期而艰巨的任务,未来只有坚持生态优先、绿色发展的理念,持续优化保护措施,凝聚全社会力量,才能让这片旱区生命栖居地持续焕发活力,让敦煌盆地的生态之美、文化之韵、发展之兴代代相传,为干旱区生态保护与可持续发展提供可复制、可推广的敦煌样本。