庫姆塔格沙漠研究（簡體書）

《庫姆塔格沙漠研究》是對庫姆塔格沙漠開展跨部門、多學科綜合科學考察研究成果的系統總結，揭示了庫姆塔格沙漠的形成時代及演化歷程，闡明了風沙地貌的類型、分佈及羽毛狀沙丘的形成發育過程，闡述了研究區的基本氣候要素、氣候變化特徵、水文過程及水資源利用，論述了動植物區系與生物多樣性保護；並以遙感數據為基礎，分析了沙漠動態與區域景觀格局。書中對庫姆塔格沙漠地區的生態保護與區域可持續發展提出了積極的對策和建議。《庫姆塔格沙漠研究》內容豐富，資料翔實，體系嚴謹，論理有據，圖文並茂；可供從事乾旱地區及沙漠研究的科研工作者和高等院校相關專業師生參考。·

《庫姆塔格沙漠研究(精)》(作者庫姆塔沙漠綜合科學考察隊)專著的編撰出版，在科學上揭示了該沙漠的形成演化過程和風沙運動規律，有助于科學合理防沙治沙方略的制訂；擬訂了生態經濟分區方案，為資源的合理開發利用、自然與文化保護以及區域可持續發展提供了積極的對策與建議，對保護敦煌綠洲和莫高窟文化有重要的價值。這一成果體現了新一代沙漠科學人勇往直前、不畏艱辛、通力協作探索大自然奧秘的科學精神。我相信，這一專著的出版將有助于人們對庫姆塔格沙漠的全面了解。希望新一代沙漠科學人進一步加強學科間的滲透與綜合集成，在沙漠科學研究、沙漠化防治、自然保護與生態建設工作中取得更加突出的成就，為區域可持續發展作出積極的貢獻。

序
前言
第一章　緒論
第一節　庫姆塔格沙漠研究的科學意義
第二節　中國沙漠科學考察歷史
第三節　庫姆塔格沙漠及周邊區域考察簡況
參考文獻

第二章　地質背景與晚新生代乾旱環境形成演化
第一節　地質構造背景及其演化
第二節　晚新生代地層、沉積特徵和時代
第三節　地表物質組成、來源及其環境指示意義
第四節　晚新生代亞洲中部風塵沉積與乾旱環境演化的探索
參考文獻

第三章　沙漠形成與演化
第一節　沙漠存在的沉積證據
第二節　沙漠分期與時代確定
第三節　沙漠沉積環境
第四節　沙漠的成因
第五節　初步結論
參考文獻

第四章　風沙地貌形成發育過程
第一節　風積地貌類型與分佈
第二節　風蝕地貌類型與分佈
第三節　羽毛狀沙丘形成發育過程
參考文獻

第五章　氣候特徵
第一節　基本氣候要素場特徵
第二節　大氣環流場基本特徵及其對沙漠形成和演化的影響
第三節　不同時間尺度的氣候變化特徵
第四節　主要天氣過程
第五節　大氣環流場數值模擬
參考文獻

第六章　水文與水資源
第一節　水系構成與流域劃分
第二節　水文與水化學
第三節　水資源及其利用
第四節　水系演變及其對自然環境的影響
第五節　水文過程與水循環
參考文獻

第七章　土壤
第一節　土壤母質與形成過程
第二節　土壤類型與分佈
第三節　主要土壤類型理化性狀
第四節　土壤資源利用與保護
參考文獻

第八章　植被
第一節　植物區系
第二節　胡楊、梭梭、沙生檉柳種群特徵
第三節　植被類型與分佈
第四節　植物資源利用與保護
參考文獻

第九章　動物
第一節　動物區系
第二節　典型動物分佈
第三節　雙峰野駱駝
第四節　生物多樣性保護對策
參考文獻

第十章　景觀格局與動態
第一節　遙感數據預處理
第二節　景觀分類與製圖
第三節　景觀結構特徵
第四節　景觀動態
參考文獻

第十一章　生態保護與可持續發展
第一節　資源環境與經濟社會發展狀況
第二節　區域發展面臨的生態資源問題與挑戰
第三節　生態經濟區劃
第四節　生態保護與可持續發展對策
參考文獻

附錄一　庫姆塔格沙漠地區植物名錄
附錄二　庫姆塔格沙漠地區動物名錄
附錄三　項目領導小組
附錄四　科學顧問組
附錄五　科考隊成員·

第一章 緒論
主筆 蔡登谷 盧琦 撰稿 楊根生 褚建民 崔向慧 袁磊 審定 王蘇民 申元村
提起沙漠，人們往往會聯想到流沙遍野、人跡罕至的蒼茫大漠，連綿起伏、廣袤無際的戈壁荒原，斷壁殘垣、逶迤曲折的長城烽燧，晝暑夜寒、瞬息萬變的極端天氣..置身于此，你或許會陡然間產生一種無端的恐懼、神秘和敬畏；或生發一種“前不見古人，后不見來者，念天地之悠悠，獨愴然而涕下”的感嘆！
沙漠氣候極端干旱，自然環境惡劣，生命難以存活，故有人把沙漠稱為“死亡之海”、“生命禁區”。然而，當你真正親近它、了解它，眼前呈現的則是另一番景象：“大漠孤煙直，長河落日圓”的壯麗畫卷在視野中舒展，“不敢高聲語，恐驚天上人”的星空凝思在腦海中浮現，天工播撒的七彩沙粒在腳下纏綿，煙波浩渺的海市蜃樓在眼前變幻，連同沙梁上雙峰野駱駝奔跑時可愛的憨態，洪積扇上梭梭、檉柳自由搖曳的風韻，雪水溪流岸邊胡楊的身影，尾閭湖面沙漠百靈的脆鳴..一幅幅斑斕鮮活的畫面，沁入心脾，令人如癡如醉、夢牽魂繞、揮之不去！人與自然正是在這種無聲無息的對話中相互融合，在潛移默化的融合中得以升華。那是一種多么厚重而又珍貴的財富，多么淳樸而又高尚的境界。它帶給你的絕不僅僅是心靈的震撼與凈化，更有對自然界人性的感化與升華，對人生哲理的詮釋與感悟。
用科學的語言詮釋沙漠，它只是一種自然現象。沙漠與森林、濕地、草原一樣，都是地球陸地生態系統的一部分，共同維系著包括人類在內的一切生物世代繁衍，生生不息。人類對于沙漠科學最早的探索始于19世紀中葉，至今已有160多年歷史，而我國沙漠科學研究還不足80年（斯坦因，2000a；奧雷爾?斯坦因，2000b；彼得?霍普科克，1983）。沙漠科學的興起與發展，其價值在于人類通過科學理論與實踐的研究，認識自然，探索未知，揭示規律，尋求對策，解決“是什么，為什么，怎么做”的問題，為揭示自然規律、維護生態平衡、改善生存環境、促進社會發展提供科學依據與智力支持。
在中國西北部新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古族自治州（下稱巴州）若羌、鄯善兩縣與甘肅省酒泉市、敦煌市和阿克塞哈薩克族自治縣（下稱阿克塞縣）接壤的廣袤地域，有一片形狀如同掃帚狀的沙漠，它的名字叫庫姆塔格（維吾爾語音譯，意為“沙山”）。不過，從航空像片或衛星影像上判讀，它更像一只美麗的金孔雀，南靠阿爾金山，北依三壟沙雅丹和阿奇克谷地，翹首敦煌鳴沙山眺望東方，而把金色的羽毛向西一直鋪展到新疆塔里木盆地東緣的羅布泊洼地。庫姆塔格沙漠地理坐標為39°00′～40°47′N，90°27′～94°48′E；東西長約280km，南北寬約120km，面積約2.28萬km2；按面積排序，列中國八大沙漠第六位。境內地貌類型迥異、沙丘形態多樣，尤以分布有獨特的羽毛狀沙丘而著稱。惡劣的自然條件與險象環生的地形地貌，加之技術裝備與保障條件等諸多限制，曾令多少前輩沙漠學家、探險家望而卻步！其間，即使有人偶爾涉足庫姆塔格沙漠邊緣，卻不曾進入腹地安營扎寨進行科學探究。因此，庫姆塔格沙漠成了新中國成立以來唯一未經系統科學考察的處女地。揭開庫姆塔格沙漠神秘的面紗，填補這片沙漠研究空白的重任，歷史地落在了新一代沙漠科學工作者的肩上。
2006年12月，作為首批國家科技基礎性工作專項“科學調查與考察類”九個重點項目之一，“庫姆塔格沙漠綜合科學考察”項目獲得科學技術部（下稱科技部）正式批準立項，由中國林業科學研究院牽頭組織，中國科學院、教育部、中國氣象局和甘肅省所屬的18家教學和科研機構共同參與實施。為推進項目的順利執行，中國林業科學研究院成立了由院長、協作單位技術負責人和專家組成的項目領導小組以及由中國科學院院士、中國工程院院士和相關領域知名專家學者領銜的項目專家顧問委員會。
2007年6月17日――適逢第13個“世界防治荒漠化和干旱日”之際，項目正式啟動。科技部、國家林業局主管司局領導、項目領導小組、專家顧問委員會成員和來自國家林業局、教育部、中國科學院、中國氣象局和甘肅省所屬18所科研機構、高等院校的科研人員聯合組成的項目研究團隊匯聚一堂。這支創新團隊以本學科領域學術帶頭人和中青年科學家為骨干，集地質、地貌、水文、氣象、土壤、植物、動物、遙感、生態等9個學科21個專業于一體，以崇尚科學的精神、整齊雄壯的陣容，于2007年9月10日在敦煌市政府廣場集結出發，自此拉開了探索庫姆塔格沙漠科學奧秘的序幕。
第一節 庫姆塔格沙漠研究的科學意義
荒漠化和土地沙化是全球重大環境問題之一。聯合國環境規劃署先后三次對全球荒漠化狀況進行系統評估的結果顯示，人類不當的活動以及氣候變化導致占全球41%的干旱地區土地不斷退化。全球荒漠化面積已從1984年的34.75億hm2增加到1991年的35.92億hm2，約占全球陸地面積的1／4，已影響到占世界1／6的人口、100多個國家和地區。全球荒漠化土地還在以每年600萬hm2的速度繼續擴大。中國是世界上受荒漠化危害最嚴重的國家之一。據國家林業局（2010）第四次荒漠化和沙漠化監測結果顯示，截至2009年，全國荒漠化土地總面積達262.37萬km2，占國土面積的27.33%；沙化土地面積為173.11萬km2，占國土面積的18.03%。一些地區沙化土地仍在擴展，因土地沙化每年造成的直接經濟損失高達640多億元，全國有近4億人受到荒漠化和沙化的威脅，貧困人口的一半生活在這些地區。荒漠化和土地沙化已成為威脅中華民族生存空間、制約我國經濟社會可持續發展的心腹大患。
我國曾于1959～1961年，由中國科學院等單位聯合組成科考隊，對我國七大沙漠和四大沙地進行了系統科學考察，唯獨留下了庫姆塔格沙漠這一片空白區。隨著國家發展戰略和區域經濟社會可持續發展的需求日趨迫切，庫姆塔格沙漠特殊地理區位和重要戰略地位愈加凸顯，引起各級政府、科學界人士和全社會的高度關注。對庫姆塔格沙漠開展跨部門、多學科、多領域的綜合科學考察與研究，旨在探索諸多亟待解決的科學問題，尤其是揭示羽毛狀沙丘發育機制及其風沙運動規律，全面掌握該沙漠的形成演化過程和風沙運動規律，提出科學合理的防沙治沙方略，以求達到趨利避害、保護生態、綜合治理的科學發展目的。
一、為國家戰略需求提供科學依據
1.保護敦煌綠洲及防治荒漠的需求
敦煌綠洲及周邊地區荒漠化蔓延趨勢依然嚴峻。敦煌市域面積3.12萬km2，其中綠洲面積僅占4.5%。西出敦煌市區百余公里的西湖濕地（面積約1800km2）成了阻擋沙漠東移的第一道天然屏障。隨著濕地的萎縮，風沙肆虐與沙漠東擴將可能直接影響敦煌綠洲的生存與發展。敦煌綠洲一旦失守，瓜州、玉門、肅州將唇亡齒寒，直接危及河西走廊乃至甘肅省的發展。因此，這里的生態環境已經成為國內外關注的焦點。為保護庫姆塔格沙漠周邊地區生態安全，特別是保護好敦煌綠洲經濟社會可持續發展，近年來，溫家寶總理曾先后多次就此發表講話或做出批示，反復強調“敦煌生態保護工作，必須高度重視，科學規劃，綜合治理，加快進行”，“不要讓敦煌變成第二個樓蘭”！2009年10月17日，溫家寶總理在視察中國科學院寒區旱區環境與工程研究所時，再一次談到他所關注的甘肅的幾個生態問題，深情地對科技人員說：“要拯救兩個地方：一是民勤，二是敦煌。它們都被沙漠包圍著，決不能讓它們成為第二個羅布泊和第二個樓蘭。”目前，庫姆塔格沙漠地區風沙加劇、水源枯竭、濕地萎縮的趨勢仍在繼續，嚴重威脅著敦煌綠洲及周邊地區。構筑敦煌生態屏障已成當務之急。
2.沙漠科學研究與莫高窟文化保護的需求
庫姆塔格沙漠區位優勢顯赫、生態功能獨特。庫姆塔格沙漠屬生態脆弱區，其地理位置與生態功能十分獨特：其一，區內綠洲呈島狀或片狀分布，氣候、植被、景觀等呈鑲嵌結構，自然環境空間異質性大，自然條件極端惡劣，年降水量小于20mm，而蒸發量巨大，水資源極度短缺，風沙活動強烈。其二，庫姆塔格沙漠生態系統脆弱，抗干擾能力弱，對全球氣候變化敏感，時空波動性強，邊緣效應顯著和環境異質性高。敦煌雅丹國家地質公園植被稀疏，植被景觀破碎化，群落結構單一化，生態系統退化明顯。其三，庫姆塔格沙漠分布有我國唯一的一片羽毛狀沙丘和奇特的沙礫磧地貌，沙漠東緣有千年歷史文化名城――敦煌、世界文化遺產――莫高窟和國家著名風景名勝區――鳴沙山；加上陽關、玉門關及三危山佛國勝境等諸多歷史文化遺跡，形成了自漢唐以來兩千多年東方文化與西方文化的交匯區，構成了備受世界和國人關注的自然景觀與歷史人文聚集的文化要塞。
3.中國政府履行《聯合國防治荒漠化公約》的國際責任
作為《聯合國防治荒漠化公約》（下稱《公約》）的締約國，中國政府一直致力于荒漠化研究與科學防治工作，認真履行國際義務和責任，為促進《公約》進程作出了重要貢獻。1996年中國率先制定了“中國履行聯合國防治荒漠化公約國家行動方案”，并付諸實施；相繼成立了“中國防治荒漠化協調小組”（即“聯合國防治荒漠化公約中國執委會”），建立了監測中心、研究與發展中心、培訓中心和高級專家顧問組等機構；2001年8月30日通過了《中華人民共和國防沙治沙法》，成為世界上第一個制定防沙治沙專門法律的國家；先后啟動了“三北”防護林體系建設、京津風沙源治理等重大林業生態工程，全面構建北方綠色生態屏障，投入資金之巨、建設規模之大、覆蓋面積之廣是世界上絕無僅有的（盧琦等，2003）。通過半個多世紀的科學防沙治沙，取得了土地沙化擴展速率減緩、危害程度減輕、蔓延區域減少的顯著成效，獲得國際社會的廣泛贊譽。
庫姆塔格沙漠綜合科學考察，旨在探索和揭示庫姆塔格沙漠形成機理、演變過程與發展趨勢，摸清庫姆塔格沙漠資源家底，掃除中國沙漠科學考察與系統研究領域的唯一盲區。這一舉措在國內外科學界將產生積極影響，不僅表明了中國政府認真履行國際公約、積極應對全球氣候變化與荒漠化、高度關注荒漠化與土地退化趨勢的一貫立場，而且對制定我國防沙治沙對策、完善監測預警機制、強化科學技術提供支撐，對于提高防沙治沙成效，具有重大而深遠的意義。
二、具有較高的研究價值和實踐意義
1.科學價值
翔實描述庫姆塔格沙漠在西部生態脆弱區的重要地理特征與影響；采集、積累庫姆塔格沙漠自然地理、影像圖片與資源信息等基礎數據；探索庫姆塔格沙漠形成機理與演變過程（尤其是羽毛狀沙丘和沙礫磧）、風沙與水文物理過程；初步揭示庫姆塔格沙漠地質年代、地貌特征、水文氣象、生物生境、自然保護（尤其是雙峰野駱駝等珍稀野生動物保護）、社會人文及沙漠極端環境對全球氣候變化和青藏高原隆升的響應。
2.歷史價值
廣泛系統地收集整理庫姆塔格沙漠及其周邊地區歷史上保存下來的珍貴圖書、圖片和文獻資料以及新中國成立以來歷次國內外科研人員進入該地域進行國土測繪、邊緣性考察時所繪制的地圖、珍貴照片、文獻記錄、手稿和回憶文章等。這對開展本次綜合科學考察無疑具有重要的比較、對照和借鑒作用。
3.文化價值
充分利用和深入挖掘庫姆塔格沙漠及周邊地區歷史文化價值，尤其是拯救和保護敦煌莫高窟世界遺產文化、民族文化、綠洲文化、自然文化等重要文化資源。對那些矗立在荒漠戈壁、長年遭受風蝕且不可復制的古關隘、漢長城和烽燧等歷史遺跡逐一建檔跟蹤監測，落實保護措施，將沙漠綜合科學考察與促進歷史文化名城可持續發展有機地結合起來。
4.保護價值
通過庫姆塔格沙漠綜合科學考察，探明沙漠及周邊地區各類珍稀資源的本底，提出生物多樣性與景觀多樣性的保護、水資源節約與合理調配、野生動植物資源尤其是雙峰
野駱駝等珍稀野生動物保護的對策，從區域發展的戰略高度，充分認識這一區域在保障國土生態安全和西部生態建設中的重要地位和保護價值。
三、為庫姆塔格沙漠及周邊地區科學發展提供智力支持
1.事關國計民生
干旱缺水是制約庫姆塔格沙漠周邊地區尤其是敦煌市經濟社會可持續發展的瓶頸。通過系統科考、實驗分析和基本評判，總結歸納出統籌解決生態恢復重建與水資源配置等問題的基本思路與綜合措施，實現以人為本、科學發展、和諧發展和全面協調發展。
2.提供科技支撐
庫姆塔格沙漠綜合科學考察成果將為當地政府研究制定“十二五”（2011～2015年）乃至中長期經濟社會發展總體規劃，為促進區域經濟社會可持續發展的科學決策提供第一手基礎數據和理論支持。
3.提出對策建議
作為庫姆塔格沙漠綜合科學考察的重要成果之一，項目研究將重點針對敦煌市保護世界自然文化遺產――莫高窟的目的，提出緩解該地區嚴重干旱與風沙危害、水資源節約與合理調配、生態恢復與重建及對生態旅游資源、特色生態產業的保護與合理開發利用的有價值的對策建議，提出大敦煌（特區）發展規劃的框架設想。
第二節 中國沙漠科學考察歷史
中國的沙漠科學考察，始于20世紀30年代中瑞合作的中國西北科學考察（1927～1934年），徐炳昶、袁復禮、丁道衡、黃文弼、陳宗器等率先對我國西北沙漠環境進行了初步考察研究（羅桂環，2009）。新中國成立初期，沙漠研究工作根據營造防風固沙林帶的需要，開展了一些小規模的定點試驗研究，如結合營造陜北防護林帶的建設，開展了分布于陜北榆林、靖邊、定邊等地區的毛烏素沙地的流動沙丘研究。但真正意義上的沙漠科學考察與防沙治沙研究，是從1959年中國科學院組建治沙隊開始的。換言之，中國的沙漠和防沙治沙科學始于沙漠科考，而沙漠科考成果又推動了中國防沙治沙事業的蓬勃發展。
一、新疆綜合科學考察
根據國家“十二年科技規劃”的總體部署，中國科學院于1956年組成新疆綜合考察隊，開始組織對新疆的綜合科學考察，并列入中蘇科學技術合作項目，周立三任該考察隊隊長，于強任副隊長；參加考察的有中國科學院內外30多個單位、20多個專業、800多人次。1957～1960年，蘇聯科學院還先后派遣10余位科學家參加考察工作。考察隊自1956年7月出發，通過4年野外實地考察，初步摸清全疆的自然條件，查清農業自然資源的分布情況，并對這些資源做出數量估算和質量評價；撰寫《新疆維吾爾自治區農業自然資源的開發利用及合理布局的遠景設想》的總報告和《新疆水利資源及其評價》、《新疆土地資源的估算和評價》、《新疆草場資源及其開發利用》等14篇專題研究報告；編寫《新疆農業》、《新疆畜牧業》、《新疆土壤地理》、《新疆地下水》、《新疆維吾爾自治區的自然條件》、《新疆地貌》等11部科學專著，共500余萬字；編寫《新疆1
∶100萬土壤圖》、《新疆1∶100萬植被圖》等各種專題地圖。新疆綜合科學考察資料豐富，揭示了新疆地貌、氣候、土壤、植被、水文、水文地質、動物等自然條件與自然資源的形成、演變和分布規律，形成新疆綜合考察的第一代科學資料，填補了新疆科學資料上的空白。
二、全國性沙漠科學考察
1955年5月12日，中國科學院黃河中游水土保持綜合考察隊正式成立，并于5月25日出發到山西西部開展工作；1956年中國科學院成立自然資源綜合考察委員會（簡稱綜考會）后，黃河中游水土保持綜合考察隊納入綜考會管理。這次考察的主要任務是：通過自然、社會、經濟條件調查，總結勞動人民水土保持經驗，編制黃河中游地區自然、農業、經濟區劃和水土保持區劃，進行重點地區水土保持土地利用規劃，提出不同地區的水土保持措施及其合理配置方案。通過以上工作，要求對控制黃土高原水土流失、提高農業生產和減少三門峽水庫淤積等有所幫助。黃河中游水土保持綜合考察隊由馬溶之、林主持，參加考察隊的有中國科學院南京土壤研究所、地理研究所、植物研究所、西北農業生物研究所、地球物理研究所、地質研究所、經濟研究所以及中國林業科學院、水利部黃河水利委員會、北京大學、南京大學等30多個單位的科學工作者數百人。
1957年，中國科學院在原黃河中游水土保持綜合考察隊（簡稱黃河隊）中成立了固沙分隊，由原黃河隊林業組組長、中國林業科學院高尚武擔任隊長，劉瑛心、李鳴岡（前沈陽林業土壤研究所）和黃河隊辦公室主任馬毅民為副隊長，并聘請蘇聯專家М.П.彼得洛夫來華指導工作；參加考察的人員還有鐵道科學研究院的翁元慶和鐵道第一勘察設計院的趙性存、劉寶山等。考察隊在內蒙古、陜西、寧夏等地進行沙漠考察時成立了展旦召治沙站，并在寧夏沙坡頭進行了鐵路防沙規劃，采用М.П.彼得洛夫提出的草方格沙障固沙技術，為我國工程治沙提供了示范。1957年7月，М.П.彼得洛夫到榆林考察，對靖邊縣楊橋畔的引水拉沙及劉貴灣的固沙造林給予高度評價，贊譽其是治沙的一個創造（圖1.1）。