自然因素和人類活動(dòng)對(duì)莫諾湖和青海湖水位變化研究

羅宇驊

摘要：盡管莫諾湖和青海湖相距約11000公里，但它們都是高堿度的閉塞咸水湖。 通過(guò)數(shù)據(jù)分析，兩個(gè)湖泊的水位波動(dòng)不僅有自然原因，而人類活動(dòng)也對(duì)它產(chǎn)生了巨大的影響。 本文論證了上個(gè)世紀(jì)兩大因素對(duì)于莫諾湖和青海湖水位的影響與及趨勢(shì)，并初步提出可行的環(huán)境管理方案。

關(guān)鍵詞：青海湖;莫諾湖;水位;自然變化;生態(tài)破壞

一、介紹

莫諾湖位于美國(guó)加利福尼亞州東部，是北美最古老的咸水湖之一。同樣，在地球的另一端——中國(guó)的青海省，也存在另一個(gè)最大的咸水湖：青海湖。

盡管它們形成于不同的時(shí)代（莫諾湖出現(xiàn)在大約76萬(wàn)年前，而青海湖形成于13萬(wàn)年前），但莫諾湖和青海湖卻有著很多相似之處。百萬(wàn)年前的地殼運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致莫諾盆地和青海湖盆地的形成，由這些地質(zhì)變化造成的上升山脈阻擋了兩個(gè)湖泊的流出，使湖泊鹽的濃度顯著增加，它們變成了咸水湖。最新研究表明，今天的莫諾湖的PH值約為10，而青海湖的PH值同為堿性，大約是9.3 [1]。

雖然青海湖和莫諾湖都是超咸水湖，但它們之間有個(gè)有趣的區(qū)別：即兩個(gè)湖泊中所生活的生物。青海湖共有種子植物445種，浮游植物53種，浮游動(dòng)物29種，底棲動(dòng)物22種，鳥類超過(guò)191種。此外，青海湖還生活著一種特有的魚類——青海湖裸鯉（Gymnocypris przewalskii）。在上個(gè)世紀(jì)，青海湖的這種魚類的最高數(shù)量達(dá)到了32萬(wàn)噸左右，許多湖周圍的人們都靠捕撈青海湖裸鯉為生[2]。與青海湖多樣性生態(tài)系統(tǒng)相比，莫諾湖生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性相對(duì)較低：幾乎沒(méi)有一種魚類能夠在這樣的咸水環(huán)境中生存，只有鹽蠅和堿蠅是唯一生活在湖中的動(dòng)物。

然而，在過(guò)去的100年里，這兩個(gè)湖泊的水位都下降了很多。由于這種變化，生活在這兩個(gè)湖泊的生物數(shù)量急劇下降，湖泊的生態(tài)系統(tǒng)也遭受了嚴(yán)重的破壞。本文將對(duì)兩湖水位下降的原因以及兩湖的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行探討。此外，本文還將提出一些可能的解決方案，以應(yīng)對(duì)這兩個(gè)地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

二、數(shù)據(jù)和方法

對(duì)于莫諾湖的數(shù)據(jù)，最早的記錄是在1850年。在1850年至1912年這段時(shí)間，所有的記錄是參考于Scott Stine的研究;1912年至1979年的記錄基于LADWP和USGS匯編;莫諾湖委員會(huì)（Mono Lake Committee）則記錄著1979年至今的觀測(cè)和匯編數(shù)據(jù)。

對(duì)于青海湖的數(shù)據(jù)，最早的官方記錄是1959年。與莫諾湖長(zhǎng)達(dá)一百五十年的記錄相比，青海湖的許多資料至今仍然缺失。幸運(yùn)的是，1908年，俄國(guó)探險(xiǎn)家來(lái)到青海湖，估計(jì)了當(dāng)年的水位。在編譯圖表的過(guò)程中，本文使用了虛直線來(lái)呈現(xiàn)1908年和1959年之間丟失的數(shù)據(jù)[3]。這樣便可以找出兩個(gè)湖之間的一些相似點(diǎn)。

根據(jù)兩個(gè)湖泊的水位歷史記錄編制了以下的圖表：

除水位變化外，兩湖的面積和容積是衡量近百年來(lái)地質(zhì)變化的關(guān)鍵因素。根據(jù)莫諾湖委員會(huì)和《青海大學(xué)學(xué)報(bào)》的資料，兩湖面積和容積的縮小情況整理成以下兩張圖[3]。

這兩個(gè)湖泊水量的變化對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。在莫諾湖，由于是高咸水濃度，沒(méi)有魚類能夠在那里生存。莫諾湖周邊，生活在那里或遷徙鳥類數(shù)量的減少同樣反映出生態(tài)系統(tǒng)受到了威脅。根據(jù)加州研究人員進(jìn)行的一項(xiàng)科學(xué)調(diào)查，在相同的土地面積下，成年雪環(huán)頸鸻的數(shù)量從1978年的384只減少到2007年的71只，而原因則是在過(guò)去的幾十年里日漸缺少棲息地[4]。青海湖裸鯉（Gymnocypris przewalskii）也發(fā)生了類似的現(xiàn)象，這是一種生活在該環(huán)境中的典型魚類[2]。該物種的數(shù)量變化匯總?cè)缦聢D所示：

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可以看出，莫諾湖和青海湖的生態(tài)系統(tǒng)同樣面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

三、分析與討論

根據(jù)圖1、圖2、和圖3，青海湖和莫諾湖的水量都顯著減少，并且在圖4顯示出兩個(gè)湖泊中的生物數(shù)量都在以令人震驚的速度減少。莫諾湖的雪環(huán)頸鸻密度已經(jīng)減少到30年前總數(shù)的五分之一。青海湖裸鯉數(shù)量從1960年的23萬(wàn)噸減少到1999年的3391噸。顯然，水位變化是解釋這些生物數(shù)量減少的因素之一，因?yàn)楫?dāng)水位下降時(shí)，湖泊變得更咸，從而改變了湖中生物的棲息地。為了解決這一生態(tài)挑戰(zhàn)，找出哪些因素在上個(gè)世紀(jì)發(fā)生了變化變得格外重要。

首先，本文分析了兩湖在上個(gè)世紀(jì)的自然變化。這些變化包括蒸發(fā)量、降水量和流入量等因素。為了找出水量變化與這些因素之間的關(guān)系，我們建立了一個(gè)公式：?V = P + I - E。?V是指每年水量的變化;P指年降水量;I指每年流入湖中的水量;E指年蒸發(fā)量。

在莫諾湖，1937年至1983年的年平均降水量約為8英寸（約200毫米），約為31萬(wàn)英畝英尺的降水。每年的平均流入量約為23萬(wàn)英畝英尺。年蒸發(fā)量約為41英寸（約1000毫米），也就是150萬(wàn)英畝英尺/年。將所有值代入公式，方程變?yōu)椋?/p>

?V = P + I - E = 310，000 af + 230，000 af - 1，500，000 af = -960，000 af

= -11.84×108m3

因此，莫諾湖水量的年減少量約為1，184，000，000m3，這對(duì)應(yīng)于圖3中所示的從1940年代到1980年代水量的減少。

再分析青海湖，在1958年至1986年中，青海湖年平均降水量為400毫米左右，相當(dāng)于18×108m3每年。在此期間的年平均流入量約為20.5×108m3每年。年平均蒸發(fā)量為950mm左右，相當(dāng)于43×108m3每年[5] 。使用上述公式：

?V = P + I - E = 18×108m3? +20.5×108 m3 - 43×108? m3= -4.5×108 m3

根據(jù)公式計(jì)算，水量每年減少約27毫米，與青海湖實(shí)際減少情況相符。

除自然因素外，人類活動(dòng)也導(dǎo)致水量減少，生態(tài)系統(tǒng)瀕危。對(duì)莫諾湖而言，人為分流是水位下降的關(guān)鍵因素。1941年，由于洛杉磯地區(qū)缺乏淡水資源，當(dāng)?shù)厮姴吭谀Z湖以南約350英里處，從流入莫諾湖的河流分流取水。由于改道，進(jìn)入莫諾湖水量明顯減少。在蒸發(fā)量相同的情況下，莫諾湖的水位下降至過(guò)低的水平。這對(duì)應(yīng)了如圖3中的曲線，從1850年到1940年的30年間，莫諾湖的水位下降了15米左右。這是在轉(zhuǎn)向之前的大約一百年，從來(lái)沒(méi)有發(fā)生過(guò)如此大規(guī)模的減少。

中國(guó)的青海湖也存在類似的人類活動(dòng)對(duì)水位的影響。從1949年到1987年，青海湖生活取水量從32萬(wàn)立方米增加到132萬(wàn)立方米。畜牧業(yè)用水由504萬(wàn)立方米增加到1357萬(wàn)立方米。農(nóng)業(yè)用水量由59萬(wàn)立方米增加到2850萬(wàn)立方米。工業(yè)用水由1400立方米增加到53萬(wàn)立方米[6]?？偟膩?lái)說(shuō)，1987年青海湖周圍的人們使用的水比1949年多了大約8倍。由于這一原因，在上個(gè)世紀(jì)，青海湖的水位呈現(xiàn)出不斷下降態(tài)勢(shì)。

除了水位，人類活動(dòng)也影響了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)，特別是青海湖。如圖4所示，青海湖裸鯉從1960年至1999年的40年間，產(chǎn)量由23萬(wàn)噸減少98%，僅剩3000噸左右。這與近50年來(lái)青海湖水位下降和用水量增加相對(duì)應(yīng)。據(jù)中國(guó)水網(wǎng)報(bào)道，青海湖裸鯉必須在淡水中產(chǎn)卵。然而，由于湖周圍的人們從這些溪流中提取淡水，許多水資源已經(jīng)干涸，這是導(dǎo)致裸鯉種群數(shù)量下降的主要原因。

總體來(lái)看，降水、蒸發(fā)、河流來(lái)水量等自然因素和人類活動(dòng)對(duì)莫諾湖和青海湖水位均有不同程度的影響。

四、可能的解決方案

根據(jù)上一部分的分析，自然因素和人類活動(dòng)共同導(dǎo)致了兩湖水位的下降和當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的破壞。要解決這一問(wèn)題，通過(guò)限制人類活動(dòng)來(lái)保護(hù)"兩湖"是比較可行和容易的。

兩個(gè)湖都已經(jīng)有了幾項(xiàng)政策。例如，莫諾湖委員會(huì)試圖在不從莫諾湖分流的情況下滿足洛杉磯的用水需求。中國(guó)政府也制定了一些政策，試圖阻止青海湖的水量下降。此外，還有幾種方法可以解決兩湖目前面臨的問(wèn)題。解決辦法之一是鼓勵(lì)更多的植被。根據(jù)在西非和蒙古的研究，植被數(shù)量和降水量之間存在正比例關(guān)系[7]。類似的模式可以適用于莫諾湖和青海湖。如果政府鼓勵(lì)當(dāng)?shù)厝嗣穹N植更多的植物或樹木，這兩個(gè)地區(qū)的降雨量將有很大可能增加。

除此之外，促進(jìn)植被可以為青海湖提供額外的好處。在過(guò)去的50年里，畜牧業(yè)用水占總用水量的30%以上。在土地資源有限的情況下，在環(huán)青海湖地區(qū)鼓勵(lì)更多的植被意味著未來(lái)將會(huì)有更少的畜牧業(yè)。因此，人類對(duì)水的使用將減少，并間接地提高青海湖的水位。

除了種植更多的植被，還可以采用人工干預(yù)手段恢復(fù)兩個(gè)湖泊的生態(tài)系統(tǒng)。對(duì)于青海湖，政府定期將魚苗送到最終流入青海湖的溪流中。這一措施有助于穩(wěn)定湖中魚類種群的減少，甚至提高最近幾年不同魚類種群的反彈。據(jù)青海省政府介紹，青海湖的典型魚種青海湖裸鯉已經(jīng)從2000年的2500噸左右增加到2010年的32000多噸。如果這一措施在未來(lái)繼續(xù)實(shí)施，青海湖的生態(tài)系統(tǒng)必將逐步恢復(fù)。

結(jié)論

盡管有著12小時(shí)的時(shí)差和1500米左右的海拔差，莫諾湖和青海湖有不少相似之處。近十年來(lái)水位下降是一個(gè)重要的共同點(diǎn)。本文把水位下降的原因分為自然因素和人為因素兩大類。在生態(tài)方面，近百年來(lái)，降雨和入流水量一直遠(yuǎn)低于蒸發(fā)量。因此，兩個(gè)湖泊的水位都經(jīng)歷了顯著的下降。為從自然角度解決水位下降問(wèn)題，政府應(yīng)該鼓勵(lì)在這兩個(gè)地區(qū)增加植被，從而增加降雨量。對(duì)于由于人為因素導(dǎo)致水位下降，其原因主要是居住在兩個(gè)湖泊附近的人們從流入的河流中取水。因此，流入兩個(gè)湖泊的水量減少，水位因此下降。在這些因素的影響下，兩湖的水位在上個(gè)世紀(jì)都經(jīng)歷了類似的劇烈下降。

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