新時(shí)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(shí)驗中心
2023年的6月，習近平總書(shū)記來(lái)內蒙古巴彥淖爾市考察，主持召開(kāi)了加強荒漠化綜合防治和推進(jìn)“三北”等重點(diǎn)生態(tài)工程建設座談會(huì )，發(fā)出堅決打好“三北”工程攻堅戰、努力創(chuàng )造新時(shí)代中國防沙治沙新奇跡的動(dòng)員令，并親自部署了“三北”工程三大標志性戰役。習近平總書(shū)記在座談會(huì )上深刻指出：“要因地制宜、科學(xué)推廣應用行之有效的治理模式。四十多年來(lái)我們創(chuàng )新探索了寧夏中衛沙坡頭模式、內蒙古磴口模式，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?！绷暯娇倳?shū)記考察內蒙古巴彥淖爾時(shí)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，筑牢我國北方重要生態(tài)安全屏障更大的政治責任和使命任務(wù)。
“磴口模式”背景
內蒙古橫跨“三北”，是我國北方面積最大、種類(lèi)最全的生態(tài)功能區，同時(shí)也是我國沙化土地最為集中、沙害最為嚴重、生態(tài)環(huán)境最為脆弱的省區之一。境內分布有巴丹吉林、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12個(gè)盟市92個(gè)旗縣。內蒙古生態(tài)狀況如何，關(guān)系華北、東北、西北乃至全國生態(tài)安全。習近平總書(shū)記始終高度重視內蒙古的生態(tài)文明建設，在對內蒙古的重要講話(huà)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，并賦予內蒙古建設我國北方重要生態(tài)安全屏障、構筑祖國北疆萬(wàn)里綠色長(cháng)城的戰略定位。
內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)口地區沙塵暴的塵源地之一，也是國家生態(tài)安全戰略格局中“北方防沙帶”及烏梁素海流域生態(tài)系統的重要組成部分，境內有烏蘭布和沙漠426萬(wàn)畝，占縣域總面積的77%，東南部有黃河穿過(guò)，區域內沿黃地段，以新月形沙丘鏈為主的流動(dòng)沙丘一望無(wú)際，植被覆蓋度不足10％。
磴口縣作為黃河流域重點(diǎn)生態(tài)圈的前沿陣地，最大的價(jià)值在生態(tài)、最大的責任在生態(tài)、最大的潛力在生態(tài)。上個(gè)世紀五六十年代，磴口縣受烏蘭布和沙漠風(fēng)沙危害嚴重。往往一場(chǎng)大風(fēng)過(guò)后，風(fēng)沙會(huì )侵襲整個(gè)縣城，需要組織大量的人力和車(chē)輛清理沙子。掩埋道路、農田、房屋的事件時(shí)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(shí)驗中心（沙林中心）從1979年成立之后，一直駐地在內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林草建設關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，開(kāi)展干旱區種質(zhì)資源收集、保存與利用、防風(fēng)固沙造林技術(shù)應用推廣與科學(xué)的管護模式探索，以及荒漠生態(tài)系統長(cháng)期監測等科研工作。沙林中心先后榮獲國家、?。ú浚┘壍瓤萍吉剟畛晒?6項，主參編出版學(xué)術(shù)著(zhù)作21部，在國內外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表科技論文600余篇，制定并頒布技術(shù)規程（標準）6項，授權專(zhuān)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”，在國內屬首創(chuàng )，居當時(shí)國際領(lǐng)先水平，該成果榮獲“林業(yè)部科技進(jìn)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(shí)驗示范區的建設”，該成果榮獲“林業(yè)部科技進(jìn)步二等獎”。為“三北”防護林體系建設工程和我國北方生態(tài)屏障建設提供科技支撐。1978年，磴口縣被列為“三北”防護林工程建設縣，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(diǎn)生態(tài)工程，在沙林中心強有力的科技支撐的基礎上，在烏蘭布和沙漠-綠洲區大力營(yíng)造防風(fēng)固沙林和農田防護林。
“磴口模式”主要做法
內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(guò)沙林中心的科技示范引領(lǐng)與地方政府的成果轉化與推廣相結合，國家重大生態(tài)工程與企業(yè)等社會(huì )力量投入相結合，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(kāi)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(jìn)了烏蘭布和沙漠綜合治理高質(zhì)量發(fā)展。
沙林中心根據多年防沙治沙實(shí)踐和成效研究分析，總結歸納出了“磴口模式”?！绊憧谀Ｊ健笔且环N凝聚科技力量防沙治沙的技術(shù)模式，是通過(guò)保護和恢復原生植被、建設防護林等措施，構建以自然保護地、封沙育草區、防風(fēng)固沙區、農田防護網(wǎng)、光伏治沙區五個(gè)組成部分的防護復合體，形成配置合理、結構完善、生態(tài)經(jīng)濟效益顯著(zhù)的綠洲防護林體系。主要特點(diǎn)是系統防護、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(gè)自然保護地，確?；哪鷳B(tài)系統的原真性和完整性。農田防護林網(wǎng)，在綠洲內部，圍繞農田、路網(wǎng)營(yíng)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田侵害。封沙育草區、防風(fēng)阻沙區和光伏治沙區。在縣域西部最外圍、沙漠東緣，建設光伏治沙區，通過(guò)光伏+生態(tài)治理，形成阻擋烏蘭布和沙漠的第一道防線(xiàn)。緊挨著(zhù)光伏治沙區的是封沙育草區，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(xiàn)。再向縣域內，選用梭梭、花棒等優(yōu)良抗逆植物，營(yíng)造防風(fēng)固沙區，形成第三道防線(xiàn)。五位一體，4道防線(xiàn)，從外至內、由表及里對縣域和農田進(jìn)行層層防護、系統治理。具體做法如下：
①以自然保護地為基礎，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，能夠產(chǎn)生重要的生態(tài)服務(wù)功能。磴口縣統籌布局了哈騰套海國家級自然保護區、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(wàn)畝，占全縣國土面積的34.6%。動(dòng)物種類(lèi)由過(guò)去的40多種增加至81種，成為過(guò)境鳥(niǎo)類(lèi)和野生動(dòng)植物的“重要驛站”和“繁殖地”。通過(guò)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(guān)多樣性，維護了自然生態(tài)系統健康穩定。
②以農田防護林網(wǎng)為核心，構筑綠色生態(tài)屏障。在烏蘭布和沙漠東緣圍繞農田營(yíng)造防護林，在樹(shù)種選育上，優(yōu)選出目前綠洲防護林最佳主栽樹(shù)種新疆楊、沙林楊等高大喬木，以達到防護效益最大化；在林帶設計上，創(chuàng )新以冬季相林帶疏透度為依據，降低了大風(fēng)季節農田水土流失和農作物幼苗沙害；在林網(wǎng)規劃上，以防護效益、水電渠路配置統籌規劃，形成了株行距1m×2m，主副林帶垂直，在水渠兩側各栽2行楊樹(shù)的農田防護林網(wǎng)。
③以封沙育草區為前沿，阻止流動(dòng)沙丘前移。主要采取封育保護措施，禁止采樵和放牧，促進(jìn)天然植被恢復。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(shí)現了裸露沙丘上天然植被的近自然恢復和更新，有效地控制了流沙的活動(dòng)和前移。
④以防風(fēng)阻沙區為關(guān)鍵，加強重點(diǎn)區域治理。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、片帶結合、多帶配置等方法靈活構建防風(fēng)阻沙林，營(yíng)造不同樹(shù)種、不同規格的林帶、片林。
⑤以光伏治沙區為示范，推進(jìn)沙漠資源的高效利用。光伏生態(tài)治理以可持續發(fā)展、高效節水為導向，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、可持續的有效探索途徑。通過(guò)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(cháng)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、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)速林內低于林外，大氣相對濕度和降水量林內高于林外。綠洲防護林體系能夠使防護林內大氣溫度降低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、外的大氣溫度、地表溫度、相對濕度、降水量和蒸發(fā)量的年內變化規律均為先增加后降低。在農作物和防護林生長(cháng)季(5—9月)，林內降水量、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(guò)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(guò)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(shí)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(zhù)林帶總平均疏透度的增加，防風(fēng)效能顯著(zhù)降低。分層疏透度不同也直接影響防風(fēng)效果，因此，林帶結構應以稀疏型為主，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(shù)干及枝葉等部分對氣流的摩擦、分割和阻擋消耗較多動(dòng)能，導致風(fēng)速降低顯著(zhù)；疏透型林帶樹(shù)干部空隙較大，氣流相對暢通，動(dòng)能消耗較少，從而風(fēng)速降低相應減少；與其他結構林帶相比，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?；谝陨显?，在烏蘭布和沙區營(yíng)建防護林時(shí)可根據當地情況盡可能選擇稀疏型林帶結構。
4、消減沙塵暴作用明顯
沙塵暴發(fā)生過(guò)程中，在垂直梯度上，烏蘭布和沙漠東北緣防護林內外風(fēng)速均隨高度增加呈現遞增趨勢，隨著(zhù)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(guò)防護林體系時(shí)風(fēng)速顯著(zhù)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%)。
農田防護林對于沙塵暴具有顯著(zhù)防風(fēng)功能，當沙塵暴經(jīng)過(guò)防護林時(shí)，近地層氣流流場(chǎng)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(jìn)入防護林內的氣流，這在一定程度上減輕了沙塵暴對防護林內部農作物的侵害。沙塵暴通過(guò)防護林時(shí)，沙塵水平通量降低，防護林外圍50 m單次沙塵暴過(guò)程的平均沙塵水平通量為475.51g·m-2，而防護林內部只有177.35 g·m-2，沙塵濃度降低了298.16 g·m-2，并且隨著(zhù)高度的增高，二者差值逐漸減小，呈現出逐漸重合的趨勢。從水平通量累計百分比分析，隨著(zhù)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，而防護林內部相對較??；36-48 m高度層防護林內部沙塵水平通量累計百分比增加幅度逐漸增加，而防護林內部則逐漸趨于平穩;其中防護林外圍78.4%的沙塵水平通量集中在24 m以?xún)?，而防護林內部24 m以?xún)戎徽?3.5%。以上數據分析表明，隨著(zhù)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2004年5月2日霜凍調查分析，完整林帶使瓜類(lèi)死苗率降低28.7%。由于樹(shù)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，防護林結構較完整的區域凍害明顯輕于防護林不夠完整的區域；寒流進(jìn)入林網(wǎng)區后,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、完善林網(wǎng)結構、重視農田周?chē)e散荒地的造林綠化對緩減霜凍具有重要意義。
6、緩減冰雹災害效果顯著(zhù)
根據2016年6月13日冰雹災害實(shí)地調查，林網(wǎng)內、外玉米災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(xiàn)形態(tài)和下沉氣流在近地面的截止趨勢一致。防護林緩減雹災作用的動(dòng)力學(xué)機理是：防護林與雹塊間存在以空氣為介質(zhì)的動(dòng)力作用，林帶阻礙近地面氣流運動(dòng)，遏制近地面含雹氣流的下沉和輻散，雹塊進(jìn)入林網(wǎng)低風(fēng)速區后接受比無(wú)林區更大的空氣阻力，豎直和水平速度均顯著(zhù)降低，致災能力降低。
7、植物群落多樣性顯著(zhù)增加
綠洲邊緣比綠洲外圍多樣性指數高，綠洲外圍多樣性指數為0.6255，綠洲邊緣為2.284，多樣性指數為綠洲低地（2.3261）＞綠洲邊緣（0.896）＞流沙對照（0.6216）。防護林建設能增加植物群落物種多樣性。
8、增產(chǎn)效益明顯
在風(fēng)沙危害嚴重的地區，如果沒(méi)有林帶的保護，常常會(huì )遭到風(fēng)沙危害的襲擊，使得農作物大幅度減產(chǎn)，甚至顆粒無(wú)收。風(fēng)沙危害是烏蘭布和沙區北東部人工綠洲的主要災害，農田防護林在防治風(fēng)沙危害方面具有無(wú)可替代的作用。防護林網(wǎng)能夠顯著(zhù)地提高農業(yè)作物產(chǎn)量，在林網(wǎng)內小麥、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，內蒙古自治區黨委宣傳部授予“磴口模式”治沙群體“北疆楷?！狈Q(chēng)號。我們將積極探索防沙治沙新技術(shù)、新模式，持續總結推廣“磴口模式”，努力打造世界荒漠化防治與綠色發(fā)展樣板。
