從百年時間跨度照片對比分析毛烏素沙地生態(tài)變化

喻權(quán)剛， 喻愷陽， 張景望

(1.黃河水利委員會 晉陜蒙接壤地區(qū)水土保持監(jiān)督局， 陜西 榆林 719000；2.黃河流域水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測臨潼分中心， 陜西 臨潼 710600； 3.黃河上中游管理局， 陜西 西安 710021)

毛烏素沙地位于陜西省榆林市長城沿線以北。該區(qū)有史以來都是畜牧業(yè)比較發(fā)達(dá)地區(qū)。由于長期以來人類活動的影響，植被破壞嚴(yán)重，逐步形成流動沙丘。新中國成立以來，當(dāng)?shù)卣M織群眾對毛烏素沙地開展了整治工程。尤其是1999年開始的大規(guī)模退耕還林(草)工程的實(shí)施，使該區(qū)的植被覆蓋率快速提高。2000—2015年，毛烏素沙區(qū)植被覆蓋度顯著、極顯著增加的面積為34 370 km2，約占該區(qū)沙地總面積的33.8%[1]。據(jù)陜西省榆林市資料，在沙漠腹地營造起666 hm2以上成片林一百余處，建成了總長1 500 km的4條大型防護(hù)林帶。全市境內(nèi)5.70×105hm2流沙有4.00×105hm2得到固定、半固定，實(shí)現(xiàn)了由沙進(jìn)人退到人進(jìn)沙退，由荒沙到綠州的轉(zhuǎn)變。

1908—1909年,美國探險家羅伯特·斯特林·克拉克組建了一支考察隊(以下簡稱“克拉克考察隊”)在黃土高原腹地的晉、陜、甘等省區(qū)進(jìn)行了為期480 d余的綜合科學(xué)考察，行程3 200 km余[2]，途經(jīng)陜西省榆林市時考察了1個月。考察隊沿長城拍了一些反映毛烏素沙地景觀的照片。筆者有幸獲得其中的4張老照片。經(jīng)過反復(fù)尋找，又于相近季節(jié)在原地復(fù)攝了能反映當(dāng)代景觀的新照片。同時收集了相關(guān)資料，輔助分析毛烏素沙地生態(tài)環(huán)境今夕的變化。

1 毛烏素沙地概況

毛烏素沙地地理坐標(biāo)位于北緯 37°30′—39°20′,東經(jīng)107°20′—111°30′，包括內(nèi)蒙古自治區(qū)的鄂爾多斯市南部、陜西省榆林市的西北部風(fēng)沙區(qū)和寧夏回族自治區(qū)鹽池縣東北部。據(jù)全國沙漠化普查結(jié)果表明，毛烏素沙地總面積為7.84×104km2，占全國沙區(qū)總面積的4.25%[3]。毛烏素沙地具有中溫帶氣候,屬荒漠草原—干草原—森林草原過渡地帶,處于幾個自然地帶的交接地段，其植被和土壤反映出過渡性特點(diǎn)。該地區(qū)最顯著的特點(diǎn)就是干旱，雨雪稀少，云量很小。年均溫度6.0～8.5 ℃, 年均降水量東南部為440 mm,向西減至250 mm；干燥度1.0～2.5；具有固定、半固定沙丘向黃土丘陵過渡的地貌特征,兼具風(fēng)蝕和水蝕的特點(diǎn)。該區(qū)多大風(fēng),且頻繁出現(xiàn)的起沙風(fēng)(風(fēng)速大于5 m/s)與干旱季節(jié)同步,為風(fēng)沙活動和運(yùn)移創(chuàng)造了動力條件[4]。

關(guān)于毛烏素沙地起源與變遷問題的研究,始于20世紀(jì)50年代，迄今大體上存在3種不盡一致的認(rèn)識。 ①地質(zhì)時期成沙說； ②人類歷史時期形成說； ③地質(zhì)時期沉積的沙質(zhì)地層,經(jīng)歷史時期人類活動的作用而活化成沙漠[4]。不論哪種觀點(diǎn)，公認(rèn)的是早在先秦和秦漢時的毛烏素地區(qū)是一片水草豐美的大草原，風(fēng)景宜人，是匈奴民族的政治和經(jīng)濟(jì)中心。到了唐代，由于不恰當(dāng)濫牧，不合理開墾以及氣候變化等影響，毛烏素地區(qū)已經(jīng)開始有了積沙。經(jīng)過一千多年的逐漸擴(kuò)展，至明清時毛烏素已形成茫茫大漠。當(dāng)時的人們并沒有治理的觀念和能力，當(dāng)一片草地消失的時候就去另一個地方放牧，于是，沙丘就像是難以治愈的牛皮鮮，不斷擴(kuò)大[5]。

毛烏素沙地給人們帶來的危害是巨大的，遮天蔽日的沙塵暴沖擊著人們的生活，沙進(jìn)人退，使許多人迫于生計遠(yuǎn)走他鄉(xiāng)。當(dāng)?shù)赜芯漤樋诹铮吧礁弑M禿頭，灘地?zé)o樹林。黃沙滾滾流，十耕九不收”，“吃糠菜，住柳庵，一件皮襖四季穿”。67歲的定邊縣“治沙英雄”石光銀回憶說，小時候無邊無垠的黃沙梁上，西北風(fēng)從早刮到晚，村里的那些“跑沙地”是“光下種，不捉苗，種一葫蘆打一瓢”，群眾生活苦不堪言[6]。在遮天蔽日的沙塵暴脅迫下，陜北榆林市城區(qū)搬遷了三次。這片沙地雖然地處陜西、內(nèi)蒙古接壤區(qū)，但是漫天的沙子會被季風(fēng)吹到北京、西安、南京等市，甚至漂洋過海，到更遠(yuǎn)的地方。根據(jù)榆林市資料，在19世紀(jì)，毛烏素沙地的流沙已越過長城，南侵50 km多。到了解放初期，全市僅殘存4.00×104hm2天然林，林木覆蓋率只有0.9%，流沙吞沒農(nóng)田牧場8.00×104hm2，沙區(qū)僅存的1.10×105hm2農(nóng)田也處于沙丘包圍之中，2.60×105hm2牧場沙化、鹽漬化、退化嚴(yán)重。沙區(qū)有6個城鎮(zhèn)412個村莊被風(fēng)沙侵襲壓埋，形成了“沙進(jìn)人退”的被動局面。

2 照片拍攝和復(fù)攝過程

2.1 歷史照片拍攝過程

清代后期，英、美、德、法等國考察隊或探險家在黃土高原地區(qū)進(jìn)行過多次科學(xué)考察和實(shí)地調(diào)查，取得了大量資料，其中尤以克拉克考察隊的綜合考察最為引人矚目?？死丝疾礻犜谏轿?、陜西和甘肅三省，對黃土高原腹地的氣象、地貌、水文、植被、動物、城鎮(zhèn)、商貿(mào)、人口、交通等內(nèi)容進(jìn)行了深入調(diào)查和詳細(xì)記述，特別是明確記載了當(dāng)時毛烏素沙地風(fēng)沙活動和危害情況，是清代后期西方人對黃土高原地區(qū)自然和人文地理狀況最為系統(tǒng)的一次考察。

據(jù)《穿越陜甘：1908—1909年克拉克考察隊華北行紀(jì)》一書記載，克拉克考察隊招募了相關(guān)專業(yè)優(yōu)秀專家，其中包括隨隊醫(yī)生兼氣象觀測員道格拉斯(H.E.M.Douglas),畫家哈維蘭B.科布(Haviland B. Cobb),博物學(xué)家A.de C.索爾比(A.de C. Soberby)，測繪員黑茲拉特·阿里(Hazrat Ali)、穆罕默德·侯賽因(Muhammad Husein)等?？死丝疾礻犑紫仍谔貐^(qū)進(jìn)行了約2個月的準(zhǔn)備工作，然后開始考察和觀測。他們1908年7月16日離開太原城，經(jīng)古交、莫爾山(Mo Erh Shan)、交城等地，在臨縣過黃河，入陜西省佳縣,北行至榆林城。在榆林市周邊、長城沿線、毛烏素沙地南緣考察了約1個月。1908年12月初，克拉克考察隊離開榆林。這次考察中，克拉克考察隊沿途拍攝了大量考察照片。其中，格蘭特、索爾比分別拍攝黃土高原地區(qū)婦女肖像和動物照片，索爾比、科比還繪制有不少彩圖。本文介紹的這一組照片就在《穿越陜甘》這本書中。

2.2 新照片復(fù)攝過程

1908年的歷史照片就拍攝在榆林市周邊的明長城周圍。因?yàn)橛虚L城墩臺等歷史遺跡作為標(biāo)志物，111 a后才有可能找到原來的拍攝位置。

為了精準(zhǔn)找到老照片的拍攝位置，筆者制定了詳細(xì)的尋找方案。于2019年8月到11月，首先是基于高分辨率遙感影像沿長城沿線判讀，標(biāo)注長城烽火臺和墩臺，先在遙感影像上找到有可能是歷史照片拍攝地的疑似位置，隨后到疑似點(diǎn)現(xiàn)場與歷史照片對照。同時，又聯(lián)系陜北長城保護(hù)研究會、榆林市榆陽區(qū)攝影家協(xié)會等組織以及同事和攝影愛好者，前后經(jīng)過近5個月，行程300 km多，歷經(jīng)千辛萬苦，分別找到了4張歷史照片拍攝的位置。每找到一處，按照原照片的場景，不斷變換相機(jī)位置和拍攝角度，調(diào)整光圈和焦距，然后再按下快門，完成了4張歷史照片的復(fù)攝工作。

3 毛烏素沙地生態(tài)變化對比分析

3.1 克拉克考察隊拍照時的毛烏素沙地

111 a前的克拉克考察隊考察榆林市時對毛烏素沙地進(jìn)行了詳細(xì)描述。《穿越陜甘》一書對毛烏素沙地的記載大意如下。

1908年10月29日，克拉克考察隊從山西臨縣渡過黃河進(jìn)入陜西佳縣，沿禿尾河流域考察，沿途已經(jīng)看見從毛烏素沙漠吹來的沙粒，出現(xiàn)小片沙地。11月3日，考察隊到達(dá)榆陽區(qū)劉千河鄉(xiāng)劉千河村，當(dāng)天所經(jīng)之地至少有四分之一都被散沙覆蓋著，懸崖和丘陵的構(gòu)成物中也有沙子成分，有的地方植被極其稀疏，四處可見矮小的樹木半掩在黃沙之中。11月5日，考察隊一大早出發(fā)，要趕到15英里(24 km)之外的榆林城。沿途的道路比較好走，但沙子明顯越來越多?？疾礻犨M(jìn)入毛烏素沙地，河流兩側(cè)不再是高高的懸崖，而是散沙堆起的高高的堤岸?？疾礻犚呀?jīng)從黃土丘陵區(qū)進(jìn)入了風(fēng)沙區(qū)。到達(dá)榆林城時，城東側(cè)，從沙地吹來的沙子在很多地方沿著城墻堆積成坡，為夜里才趕到城下的旅客提供了進(jìn)入城內(nèi)的便利通道。考察隊描述說，榆林城周邊的鄉(xiāng)野十分荒涼，幾乎難得見到樹木，裸露的褐色巖石和黃沙上沒有任何植被，只偶爾見到低矮的鼠尾草。榆林城西部和北部的景象更令人心碎，沙丘隨著每一次風(fēng)暴移動，蕩平了地上的一切。偶爾出現(xiàn)的幾間土房子就像孤寂大海上的小島?？疾礻犜谟芰值囊粋€月期間，沒有出現(xiàn)一次降雨或降雪。每天都在刮風(fēng)，強(qiáng)風(fēng)夾帶大量沙土侵襲著房屋和古跡。12月5日，考察隊在到達(dá)榆林市魚河堡時, 從北城墻外沙堆上直接入城，城堡內(nèi)有厚達(dá)6～9 m的沙堆。

克拉克考察隊的記載說明了當(dāng)時毛烏素沙地沙化的嚴(yán)重程度，也是當(dāng)時流沙淹沒村莊、農(nóng)田，沙進(jìn)人退的真實(shí)寫照。這些記載與111 a前的老照片上看到的景象是一致的。這種情況一直延續(xù)到新中國成立初期。據(jù)資料記載，到1949年時，沿長城的靖邊、榆林、神木一帶流動沙丘已經(jīng)密集成片。

3.2 百年歷史中的毛烏素沙地變化

本次對比照片共有4組,11張,全部位于榆林市明長城沿線毛烏素沙地區(qū)內(nèi)。

3.2.1 第1組照片。位于榆林市芹河流域的明長城與毛烏素沙地。

(1) 原始照片(見圖1)。原始照片拍攝于1908年11月。從克拉克考察隊考察行程看，應(yīng)該是在11月中旬的某一日拍攝的，照片中有遠(yuǎn)近兩座長城墩臺，中間可見長城痕跡，兩座墩臺能看見城墻包磚，局部損壞。近處長城墩臺跟前有人拉著毛驢車，應(yīng)該是克拉克考察隊員。第一個墩臺右前方有一沙丘，高5 m左右，左前方地勢較低，整個區(qū)域幾乎全是明沙覆蓋，可見風(fēng)沙活動劇烈。場景右側(cè)有零星灌木，植被覆蓋度不超過1%。

圖1 芹河流域長城與毛烏素沙地(克拉克考察隊攝于190811)

(2) 復(fù)攝照片(見圖2)。新照片拍攝于2019年11月19日。與111 a前克拉克考察隊拍攝的月份相同。從照片可以看出，其時長城墩臺包磚已經(jīng)全部脫落，長滿了灌草。2個墩臺也沒有原來那么高了，墩臺之間的長城痕跡還在。111 a前第一墩臺右前方沙丘現(xiàn)在已不見蹤跡，應(yīng)該是被風(fēng)吹平了，墩臺左前方原來低洼區(qū)域現(xiàn)在高出平均地面。雖然是冬季，仍能看出整個場景全部被植被覆蓋，植被有樟子松、楊樹、還有其他灌木以及草本植物?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，樟子松樹齡15 a左右，楊樹樹齡20到30 a。植被長勢很好，經(jīng)現(xiàn)場測算，植被蓋度超過95%以上。由于植被覆蓋度高，已經(jīng)看不見沙地，幾乎看不到水土流失現(xiàn)象。與111 a前相比，生態(tài)環(huán)境明顯改善。

圖2 芹河流域長城與毛烏素沙地(喻權(quán)剛攝于201911)

(3) 輔助照片(見圖3)。該照片拍攝于2019年8月11日。由于是夏季拍攝，僅用以輔助說明該位置環(huán)境的變化。從照片可見，其時該區(qū)植被長勢很好，覆蓋度很高，幾乎看不見沙地。地面被綠色覆蓋，天空明凈，藍(lán)天白云，看不出這里曾經(jīng)是風(fēng)沙肆虐的沙地?，F(xiàn)場拍照時考察周邊環(huán)境發(fā)現(xiàn)，該位置毛烏素沙地植被得到較大程度恢復(fù)。

圖3 芹河流域長城與毛烏素沙地(喻權(quán)剛攝于201908)

3.2.2 第2組照片。位于榆林保寧堡附近的明長城與毛烏素沙地。

(1) 原始照片(見圖4)。原始照片拍攝于1908年11月某一日。照片上可見3座長城墩臺。3座墩臺包磚比較完整，局部破損。第一座與第二座墩臺之間有溝壑，看不見古長城，第二與第三墩臺之間可見古長城遺跡。第一與第二墩臺之間溝壑寬度3～5 m，沖溝深1～2 m。對面溝坡上有多條沖溝，其中有2條比較明顯。一條寬度大約 1 m，另一條寬度大約2 m，寬的地方有5 m。長度約30～50 m。風(fēng)力侵蝕和水力侵蝕明顯，水土流失相當(dāng)嚴(yán)重。整個場景幾乎沒有植被。

圖4 保寧堡附近長城與毛烏素沙地(克拉克考察隊攝于190811)

(2) 復(fù)攝照片(見圖5)。拍攝于2019年11月19日，與111 a前克拉克考察隊拍攝的月份相同。從照片可以看出，3座長城墩臺仍然存在，但是上面的包磚已經(jīng)沒有了，墩臺也沒有原來那么高了。第一與第二墩臺之間溝壑由于暴雨徑流的沖刷發(fā)生了很大變化，寬度增加到大約15～25 m，沖溝深增加到2～5 m。

圖5 保寧堡附近長城與毛烏素沙地(喻權(quán)剛攝于201911)

對面溝坡上比較明顯的2條沖溝變化也比較大。小的一條沖溝寬度增加到2 m左右，大的一條沖溝寬度增加到4 m左右，寬的地方達(dá)到10 m，長度增加到80 m多。對面山坡由于附近的磚瓦廠取土形成60 m×80 m的取土場。

雖然時近冬季，也能明顯可見植被覆蓋度很高，植被以灌木為主，覆蓋度在70%以上，風(fēng)沙活動和水土流失得到有效控制。然而仍能看出沖溝兩側(cè)溝坡裸露，對面磚廠取土造成了新的水土流失，如不加強(qiáng)治理和管護(hù)，仍有再次沙化的風(fēng)險。

(3) 輔助照片(見圖6)。這張照片拍攝于2019年8月11日，為夏季拍攝，僅用以輔助說明該位置生態(tài)環(huán)境的變化。其時該區(qū)與111 a前照片比較，地形地貌發(fā)生了變化，原來的沖溝變寬、變深、變長，這都是水土流失造成的。建磚廠、修路等人類活動也破壞了原地形地貌。變化最大的是植被，整個區(qū)域被植被覆蓋，連沖溝里邊都長滿了灌草，明顯看出近年來水土流失得到有效控制。

圖6 保寧堡附近長城與毛烏素沙地(喻權(quán)剛攝于201908)

3.2.3 第3組照片。位于榆林市榆溪河紅石峽。

(1) 原始照片(見圖7)。原始照片拍攝于1908年11月某一日，是榆林市榆溪河紅石峽的一段。從照片上看，畫面底下是河流，就是現(xiàn)在的榆溪河，旁邊有一個土丘，高約10 m，上面有一棵樹。河的對面山頭左高右低，中間偏左也只有一棵樹。整個場景除有2棵樹外沒有其他植被。畫面底部右側(cè)有一山洞，洞底距離河床垂直距離約3 m。

圖7 榆溪河紅石峽(克拉克考察隊攝于190811)

(2) 復(fù)攝照片(見圖8)。復(fù)攝的新照片拍攝于2019年12月23日，與同組歷史照片同樣的位置。與111 a前克拉克考察隊拍攝的季節(jié)相近。從照片可以看出，山上地形地貌有局部變化。原來長一棵大樹的地方變低了，現(xiàn)在植被較多的地方形成風(fēng)沙堆積，變高了，這是多年風(fēng)蝕的結(jié)果。由于榆溪河的沖刷作用，畫面右下側(cè)的山洞底部與河床高度增加到6～7 m，河床下切3～4 m。可見110 a多來河床演變的程度極為嚴(yán)重。畫面左下側(cè)的土丘上面修建了一個亭子。植被也發(fā)生了很大變化，增加了很多喬、灌、草植物，以喬木居多，植被蓋度在70%以上?，F(xiàn)在已經(jīng)看不到有水土流失現(xiàn)象。

圖8 榆溪河紅石峽(喻權(quán)剛攝于201912)

(3) 輔助照片(見圖9)。該照片拍攝于2019年6月17日。為夏季拍攝，僅用以輔助反映該位置夏季生態(tài)環(huán)境的狀況。從照片中可以看出，其時該區(qū)植被長勢良好，除過河床外其余部分基本被植被覆蓋。右側(cè)洞底與河床清晰可見，河床與洞中間有一條路，河床上是淤積的沙子。

圖9 榆溪河紅石峽(喻權(quán)剛攝于201906)

3.2.4 第4組照片。位于榆林市西北部的明長城與毛烏素沙地。

(1) 原始照片(見圖10)。原始拍攝于1908年11月某一日。位置在榆林市西北部長城沿線。

圖10 榆林市西北部長城與毛烏素沙地

從照片上看，可見2座長城墩臺，包磚基本完整。畫面前景有一放羊羊倌，40多只黑色、白色綿羊。近處有一叢灌木，遠(yuǎn)處有零星灌木，地面有零星雜草。植被蓋度不超過5%。整個區(qū)域從近到遠(yuǎn)是一望無際的沙丘。

(2) 復(fù)攝照片(見圖11)。復(fù)攝的新照片拍攝于2019年11月19日。按照克拉克考察隊在榆林活動時間，估計與原照片拍攝時間在不同年份，同一月中相差不超過幾天，經(jīng)過了111 a風(fēng)吹日曬，長城墩臺包磚已經(jīng)沒有了，高度也比原來有所降低。長城的痕跡依稀可見。

圖11 榆林市西北部長城與毛烏素沙地(喻權(quán)剛攝于201911)

變化最大的是就在羊倌和羊的位置形成了一條很深的沖溝，寬約3～15 m，沖溝深大約2～5 m，這是由于長期的土壤侵蝕形成的。現(xiàn)在整個場景基本被植被覆蓋，以灌草植被為主，覆蓋度在70%以上。從照片還可以看出，該區(qū)仍有零量沙地裸露，存在水土流失隱患，需要進(jìn)一步治理。

在復(fù)攝上述4組照片過程中，沿途實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，長城沿線、城市周邊、村莊周圍、公路沿線等區(qū)域，植被蓋度高，治理效果好，但是也有局部裸露沙地。在遠(yuǎn)離這些區(qū)域的地方或者沙地腹地，還有小片沙地，植被蓋度依然不高。在高分辨率遙感影像上也看到了相同的結(jié)果。

4 結(jié) 論

從百年時間跨度歷史照片對比，結(jié)合現(xiàn)有研究資料分析，可以比較直觀地反映毛烏素沙地的生態(tài)環(huán)境變化。新中國成立后，開始整治風(fēng)沙，經(jīng)過幾十年努力，毛烏素沙地得到有效治理，也總結(jié)出了一套具有中國特色的治沙模式。但是，毛烏素地區(qū)干旱少雨，植被生長困難，生態(tài)相當(dāng)脆弱，水分依然是該區(qū)植被恢復(fù)的制約因素，在沙地腹地仍有大片沙丘。如果現(xiàn)有的植被恢復(fù)措施得不到鞏固，已經(jīng)治理好的沙地仍有再次沙化的風(fēng)險，盡管該區(qū)地下水資源相對豐富，但沙地的治理需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃Y源承載力，研究確定適宜的植被覆蓋率和合理的植被結(jié)構(gòu)。要把治沙與生態(tài)重建，推動區(qū)域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展結(jié)合起來，研究新的治沙技術(shù)和生態(tài)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和布局，適度開發(fā)水土資源。同時不斷創(chuàng)新體制機(jī)制，完善制度體系，加強(qiáng)管護(hù)，把毛烏素沙地治理納入黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展總體規(guī)劃，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，綜合治理，使毛烏素沙地重新恢復(fù)成水草豐美，人民幸福的大草原。

致謝：本文在西北大學(xué)楊勤科教授悉心指導(dǎo)下完成。照片復(fù)攝過程中得到長城保護(hù)研究會張寶田、李炬等老師提供信息，我的同事和攝影愛好者給予了大力協(xié)助，在此一并表示衷心地感謝！