摘自（《海水西调与再造西北》（河北人民出版社2005年9月出版，48万字）

国家软科学研究计划指导性项目（编号：2003DGQ3B168）

西安交通大学学术专著出版基金资助

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海水西调与绿化沙漠之“去盐碱化作用”

——沙尘暴、盐结壳的成因与海水西调

霍有光

（西安交通大学生态环境与现代农业工程中心，西安710049）

 

    一、沙尘暴的粒径与沙尘暴的成因

 

    数年前，笔者以新疆的罗布泊、青海的盐湖为例，已经对沙漠人造海是否会“浸染周边沙土、形成盐尘暴”问题进行了必要的说明与论证，但仍有一些人不断提出质疑，看来很有必要进行更深入的探讨。其实，沙漠中要出现盐尘暴，必须存在物质来源，即沙漠表层发生盐渍化后，形成了一定厚度的松散盐渍土，且颗粒的大小（重量）能够满足被5级以上的风力所吹扬。那么人造海周边会不会形成盐渍化与粉尘状的盐土呢？

 

    尘暴或沙暴，是大量尘土沙粒被强劲阵风或大风吹起，飞扬于空气中而使空气浑浊、水平能见度小于1公里的现象。形成尘暴需要两个条件：风速在10米/秒以上；空气热力不稳定。形成尘暴还要有特定的环境，即区内土地干燥、土质松散而缺少覆盖物，故多见于我国西北、内蒙古、华北与东北。一般直径≤0.1mm的尘粒，空中只能停留几分钟到几小时，在大风持续时间较短的情况下，沙尘物质是通过无数次的搬运作用逐渐向前堆积运移的。

 

    实践证明，能够被大风吹起的沙尘都要受颗粒大小（直径或重量）的制约。中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙坡头沙漠试验研究站樊恒文等先生（2002），研究了“1991～1998年期间”使用积尘器在4个地形剖面上监测得到的沙坡头地区的降尘规律，结论认为：①在沙漠黄土的过渡地带有一个较大的粉尘沉积速率。从1991到1998年期间平均年沉积量为4866kg/hm2。降尘沉积具有明显的时空变化特征。最大沉积量于每年的5月出现在丘间低地，较小的沉积量于冬季出现在沙丘顶部。距离沙漠越远，地表越稳定，降尘量越小。特大沙尘暴期间的沉积速率较大，影响和主导月、甚至年沉积量。②降尘物质属于沙壤质，其粒径集中在2～250μm，极细沙占37.16%。降尘沉积物由25种元素组成，8个主要的元素Si、Al、Fe、Ca、K、Na、Mg、Ti，构成元素总量的99.53%；30种重矿物被检出，其中易风化矿物占56.75%～74.32%。③区内降尘过程与区域人类活动和风场的变换密切相关。每年5月有最大的沉积速率主要因冬夏季风的转换、耕地的低覆盖和草场的严重过牧。降尘沉积与每月大于5m/ｓ的风速次数有良好的相关性，因为通常在该风速下才可能生成一个地区尺度的尘暴。

 

    现代沙漠腹地中沙子的颗粒一般有多大呢？据塔克拉玛干沙漠腹地的塔中四油田资料数据，这里的沙子颗粒具有广泛的代表性，即此地砂粒的粒径范围是0.05～0.5mm，其中≥0.1mm占绝对优势。也就是说在一个常年反复受大风侵袭的地区，如果没有人为的扰动，那么沙漠表层比较小的沙粒（≤0.1mm），一般多已被吹走了。这也是一年四季多特大风的（风口）地区，为什么常常形成戈壁滩的原因所在。

 

    2002年8月初，笔者有机会考察了甘肃敦煌国家地质公园（距敦煌180公里）的雅丹地貌，风蚀景象十分壮观，且拾得一枚长度大于10厘米的、石英质的白色风棱石留作纪念。敦煌雅丹地质公园，东西长25公里，南北宽2～5公里，面积约100平方公里，是世界迄今范围内所发现的规模最大、发育最成熟、形象最好、最具代表性的雅丹地质群落，具有极高的科学研究价值与观赏价值。此地在大风日复一日的吹蚀下，地表形成了一层数厘米厚的“结皮”，而结皮表面还密密麻麻平铺着长度在数厘米以上的、大小不等的砾石（以黑色为主），这些砾石的表面被吹得十分光滑，有的甚至风蚀出一定的风槽或风棱。这些密密麻麻的砾石（超过沙漠表面积的50%以上）已与结皮联结为一个整体（类似芝麻饼），具有很好的抗御大风侵蚀的功能。如果游人在沙漠结皮上行走，就会踩碎结皮，使结皮下的细沙重新暴露地表。因此，凡是到敦煌地质公园来的游客，不得乘自己带来的车辆进入地质公园，只准乘地质公园的专车沿限定的路线参观，目的是尽量保护沙漠自然生态环境，防止外来的车辆与游客自由穿行，压破或踩碎沙漠结皮，从而翻出可被大风吹扬的细沙物质。

 

    近年来，北京沙尘暴频率增加，经有关科学部门考察，与内蒙古阿拉善盟的额济纳河、居延海“消失”密切相关，空气日益干燥，沙区失去了大面积的水面与湿地，湖底淤泥干涸，使大量的细小颗粒的沙尘物质（≤0.063毫米）得以暴露（注：这比沙尘暴吹扬的0.1毫米的沙尘颗粒要小得多），也就为大风提供了可被吹扬的物质来源。《甘肃地质矿产报》介绍了2001年3月中科院沙尘暴西线考察组的调研资料：居延海在20世纪八十年代水深尚达1.8米，水中盛产鱼虾，千百成群的鸟儿嬉戏。由于黑河上游来水减少，1992年居延海彻底干涸，给额济纳旗和阿拉善盟带来沉重的灾难。额济纳绿洲目前正以每年2万亩的速度在消失，1700多万亩梭梭林仅剩下300万亩残林，41万亩胡杨林以年均1.2万亩的速度消失；巴丹吉林、腾格里和乌兰布和等三大沙漠以每年1000平方公里的速度在扩展，阿拉善盟荒漠化面积已占到全盟的85%，每年有近1亿立方米的流沙进入黄河；占全盟天然草场面积80%以上的荒漠草场的植被覆盖度也由10%左右下降到4.5%～8.6%，牧草种类大量减少；居延海干涸湖盆的地表物质有70%是小于0.063毫米的粉尘，遇到五级风就可以产生沙尘暴。以前30年才发生一次沙尘暴，而2001年春天竟然发生了19次之多，群众称这里为“黑风口”。人造海在沙漠中蓄积于低洼地带而不是暴露于高地，形成了较大的水面及周边之湿地（可生长嗜盐植物），其表面没有可被大风吹起的“松散物质”。沙尘暴卷起的悬浮物质（泥沙颗粒），显然不会来自大片的水面或湿地，因此在人造海出现的地区可以遏制沙尘暴。

 

    从上述“居延海沙尘暴”的演化机理不难领悟：中亚咸海地区的沙尘暴，决不是来自咸海直接镇压的湖盆地区以及周边的湿地，而是那些毗邻咸海的农作物区，究其成因，这些农作物区一是长期灌溉，使农田发生了盐渍化；二是农田常年耕作，反复地将细土翻到地表，为大风提供了可供吹扬的物质，从而形成了所谓的“盐尘暴”。

 

    二、沙漠盐结壳的作用

 

    我国北方沙漠地区现有内陆湖泊多为盐碱湖，据了解它们对周边沙地构成盐碱浸染的威胁并不大。退一步说，即使发生周边局部盐碱化，表层出现板结现象，形成坚硬的盐结壳，反而能起到一定的固沙作用，要比流沙裸露好得多。

 

    有人认定渤海水西调沙漠后必然迅速蒸发，裸露出大片的盐与沙，由此带来“铺天盖地、来势凶猛”的“盐尘暴”。其实此论是对我国北方沙漠盐碱的结晶规律与环境缺乏一定的了解。试以现有沙漠咸水湖来举例：

 

    罗布泊位于塔里木盆地大沙漠东部，既是盆地的最低点和集流区，又是我国著名的大盐泽。历史上，罗布泊最大面积为5350平方公里，干涸后面积约450平方公里。自建国以来，由于人为因素改变区域水资源配置，塔里木河上游地区农业用水量越来越大，使塔里木河长达1272公里的干流缩短为987公里，自尉犁县以下成为永久性断流，两岸植被退化、沙化、水量减少。罗布泊失去上游河水的补给，1972年完全干涸。从卫星照片解读可知，如今罗布泊由类似于耳轮一样的一圈圈盐壳组成，成因是“罗布泊湖水的退缩经历了多次反复的过程，形成了不同的湖滨，但总的趋势是随着来水的减少，湖盆呈同心状收缩，每收缩一次，就形成一道耳轮线。”

 

    罗布泊古代又称蒲昌海，我国早在两千年前对湖盐的结晶特点便有准确的认识，如《水经注·河水二》云：蒲昌海“地广千里，皆为盐而刚坚也……掘发其下，有大盐，方如巨枕……故蒲昌亦有盐泽之称也。”罗布泊地处河西走廊的“上风”位置，尽管每年从新疆刮来的西北风，都要长驱直入河西走廊，常常引起沙尘暴，却难以形成过所谓的“盐尘暴”。这是什么原因呢？

 

    （1）正如《水经注》所云“掘发其下，有大盐”那样，咸水随自身重力作用在沙层之下结晶，而不是在沙漠浮表结晶。如果不存在“地下咸水周期性地抬升并反复浸染地表”这一沙漠地质环境，沙漠表层就不会出现盐渍化。

 

（2）盐结晶后，“方如巨枕”而“刚坚”。咸水结晶作用与就地的沙粒、黏土形成盐壳，结晶集合物无论是体积还是重量，都比普通的沙粒增大了几十倍乃至成百倍，大风很难吹扬。

    陈宗器在1936年出版的《地理学报》上发表《罗布淖尔与罗布荒原》一文，同样讲述了他们科考时，对罗布泊盐块之坚硬程度而留下的深刻印象：罗布泊东部盐块“高低稍有不平，愈西则盐块之高起越多，大坑亦愈深，又不齐一，高度自一二十厘米以至一米不等。……盐块之峰又甚锐利，行一日后，余等咸感足痛，骆驼柔软之足更在盐滩上血汁斑斑矣！驼夫则用熟牛皮以辅缀其伤处，使痛苦较少。”

 

 

    有趣的是，青海开采达布逊盐湖，利用盐水结晶后而“刚坚”的性质，用高浓度的盐水铺设了一条矿区公路，盐盖厚达15—18米，全长32公里，号称“万丈盐桥”。“玉带似的盐桥”路面光滑平坦，旁无护栏，下无桥墩，山色湖光相映，景致壮观。盐桥将盐湖从中间劈成两半，载重汽车在上面跑来跑去。此外，柴达木盆地中有星罗棋布的盐湖，一些盐湖已经干涸,结为坚硬的“盐石”,铁路、公路亦从其上通过。如此坚硬的“盐石”路面或“盐壳”，大风能将它刮起来吗？试想一想，假如河西走廊时常受到来自罗布泊盐尘暴的威胁，那么罗布泊如何能够形成一个所谓“初步探明工业储量１亿吨，远景储量2.5亿吨”的超大型钾盐矿呢？（同理，待北方沙漠生态环境发生好转后，可以停止向沙漠人造海调渤海水，人造海海盆之下，将就地形成大型盐矿）

 

 

    三、土壤盐渍化、盐湖消亡与绿化沙漠之“去盐碱化作用”

 

    土壤盐渍化是一种缓变性地质灾害，属化学作用造成的土地退化，主要是由于气候、排水不畅、地下水位过高及不合理灌溉方式等因素相互叠加所造成。自然状态下发生盐渍化与人工灌溉发生盐渍化有相同的成因机理。一般农田盐渍化与农业盲目发展不合理的、片状灌溉有关。农田大水漫灌抬高了地下水位，地下咸水随着地下水位上升把盐碱带到地表，如此年复一年的反复灌溉，加之排灌（冲洗盐碱）工程不配套，结果使表层土壤发生了盐渍化。不难看出，地下咸水周期性地抬升并反复浸染地表，是导致土壤盐渍化的关键因素。众所周知，沙漠的特点是非常干旱与缺水，人们穿越浩瀚沙漠，很难找到水源，即便有地下水，由于埋藏较深也无法开凿（低洼地区例外），因此对沙漠整体而言，是不会发生“地下咸水周期性地抬升并反复浸染地表”这一现象的。

 

    能不能形成盐尘暴或盐沙暴，显然有必要对盐水的一般结晶规律问题，进行深入探讨。笔者在1999年曾针对一些人的疑虑，提出了沙漠人造海表层沙土“去盐碱化作用”的模型，即在水源有一定保证的前提下，盐水结晶将周期性地重复“盐类矿物质溶解——在水重力作用下垂直下渗——水分蒸发与盐类深部重结晶”过程。盐类反复溶解～反复结晶，使盐水含盐量越向下越浓，由盐水中自析的结晶物不断向下迁移并填补更下部的沙间空隙。结晶物（颗粒较大）受上层沙粒压制无法向上移动，而沙粒中的水分则可伴随蒸发作用、沿着沙间空隙向上运移。最后，在沙漠下层可形成巨厚的盐类沉积矿藏。同理，如果沙漠人造海能够使沙漠降雨量增加，也将有助于沙漠湖泊周边盐渍化沙地逐渐发生“去盐碱化作用”，植被逐渐生发，生态环境也将向良性方向转化。

 

    如果沙漠中咸水湖发生退化、消亡，其一般过程是：咸水水面越来越小（盐的浓度越来越高）——水面消失并退化为湿地——干涸——被流沙掩埋。咸水湖不可能出现在沙丘的顶部，只能汇聚于沙漠盆地中相对最低的位置，当它干涸之后，位置越低越易被流沙掩埋。譬如，全国大中型制盐企业之一的内蒙古雅布赖盐场，年产盐700多万吨，由于沙漠以每年前移20米的速度吞没盐场，所以每产1吨盐需剥离清沙4立方米。可见，即便设想人造海出现了最坏的发展趋势，假如发生干涸，那么流沙很快会将其掩埋，也就失去了盐尘暴的物质来源。

 

    内蒙古乌兰布和沙漠西南缘有一个著名的吉兰泰盐池，位于阿拉善左旗中部，盐湖水面达120平方公里，岸边形成银白色的盐圈，盐层厚度3 ～ 4米，最深处有6米，总储量1.3亿万吨，开采后每3 年可再结晶大约1米厚的新盐层，迄今已有250多年的开采史。现吉兰泰盐场年产成品盐80多万吨，生产驰名国内的“吉盐”，为全国重点企业之一。组建吉兰泰盐化集团后，跨入全国轻工200强，为全国500家最佳经济效益企业，年利税达6600万元。此地不仅从未形成过所谓“盐尘暴”，人类反而由于依托盐湖采矿而与自然环境顽强搏斗，利用地下淡水发展农林业，并建设了沙漠动物园，竟在沙漠中营造了一块可观的绿洲，被国家领导人赞誉为“沙漠明珠”。

 

    无独有偶，中国科学院新疆生态与地理研究所周智彬等先生（2002）在《塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地对沙地盐分时空分布的影响》一文中，讨论了“去盐碱化作用”的实例。塔里木沙漠油田是21世纪我国石油生产的重要战略接替区，由于地处塔克拉玛干沙漠腹地，风沙危害严重。为保障油田基地生产和生活顺利进行，1994年起建成人工绿地35hm2和35.2km的沙漠公路防护林。沙漠腹地没有淡水资源，绿地建设长期使用地下咸水灌溉。区内年平均气温12.4℃，一年中最热月为7月份，月平均气温28.2℃，最冷月为12月份，月平均气温-8.1℃，极端最高气温45.6℃，极端最低气温-22.2℃。年降水量11.05mm，平均相对湿度29.4%，蒸发量为3638.6mm，平均风速2.5m/s，最大瞬时风速为20.0m/s。地面景观为流动性高大复合沙垄。土壤特征随地貌不同而有所差异。绝大部分为流动风沙土，盐分含量为1.26～1.63g/kg，在下层偶尔出现亚粘土，夹杂在风沙土中间，一般只有20～60cm。自然植被种类贫乏，群落结构简单，盖度极低，绝大多数地区无植被分布。沙漠有植物种27种，沙漠腹地仅有植物9种。

 

    人工绿地选用柽柳、沙拐枣、梭梭3类27种灌木为绿化树种，配置方式为行间混交，株行距为1m×1m。在丘间的粘土地，栽种耐盐碱的梭梭和柽柳；在流沙地配置具有良好固沙性能的沙拐枣和梭梭。灌溉方式采用滴灌或沟灌，灌溉周期为8～12d，灌水定额1000m3/hm2。灌溉井水矿化度4.08g/L。“沙漠腹地人工绿地长期使用咸水灌溉，所携带的大量盐分在土壤中积聚或被迅速淋溶到土壤深层或地下水区域，土壤内水盐的运动异常迅速。”“随着土壤深度的增加，土壤盐分含量增加，但没有出现严重的积盐现象，但随着时间的推移，土壤各层盐分含量逐渐减少，盐分被淋溶到土壤下层或地下水。”“绿地植物均为耐盐、泌盐的灌木，从土壤中吸收了大量的盐分。土壤中的盐分在大量灌溉用水的淋溶下向下层移动。……大量的水分运移到200cm以下，使得淋溶到下层的盐分难以返回。”

 

    论文的结论是，塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地咸水灌溉“输入的盐分绝大部分渗漏到2m土体以下，这是植物能够在高矿化度盐水灌溉下正常生长的主要原因。另外各层土体的盐分储量在平衡期内也发生了巨大的变化，其中2m土体的储盐量减少了125.1t，2m以下的土体增加了79.9t，与植物生长紧密相关的2m土体的盐分在平衡期内急剧减少，120～180cm三层土层盐分储量减少达25～37t，脱盐率达60%～70%，同时，各土层的全盐量也显著降低，各土层的全盐在0.5～0.9g/kg之间，远低于土壤原始全盐1.26g/kg的数值”。

 

    所以，与多数人关心沙漠“水平渗透”不同的是，笔者更关心的是沙漠的“垂直渗透”问题。而“垂直渗透”，使一些人担心盐类会过度堆积的问题，变为多余。大家知道，沙漠是覆盖在广袤的基岩之上的，沙子再薄，可能也要厚达10余米（注释：如果构造盆地里沙子太厚，不宜作为人造海的选址地区）。渤海水输入构造盆地后，沙漠最初可能类似吸满水分的海绵，先形成大面积湿地而不是大面积湖泊。①据有关专家介绍，湿地的蒸发量比水面还要大一些，调渤海水的目的，就是要利用沙漠中大自然无偿赐予的太阳能，使海水蒸发，来改变沙漠的干燥环境。②沙子孔隙度大、垂直“渗透性极好”，沙漠构造盆地内沉积的盐类矿物质，会被调来的海水一再重复“盐类矿物质溶解——在水重力作用下垂直下渗——水分蒸发与盐类深部重结晶”过程，如此循环往复，最终在厚厚的沙层“中下部位”形成巨厚的盐矿。③海水蓄积区，水面、湿地及周边生长的耐盐植物群落，可以遏止沙尘暴。构造盆地内发生盐碱化的低洼沙地，盐类结晶后，结晶物与相邻的沙粒板结在一起，形成具有一定厚度、一定面积的“盐结皮”、“盐结壳”、“盐结壳层”，比普通流沙颗粒（重量）增大了几十倍到成百、成千倍，大风无法将其刮起。这就既固定了流沙，又减少了尘暴的物质来源。④大量蒸发的海水湿润了整个沙漠地区，甚至造成降雨，增加了区内水资源总量，促使沙区生物的生存环境向良性方向转化。

 

参考文献

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[15]霍有光.渤海水西调工程续论.科技导报，1997，5，34～38.

[16]霍有光.刍议人造海可持续发展工程.科技导报，1997，（3）.

[17]霍有光.关于西调渤海水改造北方沙漠的设想.中国科技论坛，1997，第3期.（中国人民大学书报资料中心：《中国地理》1997年第4期全文转载。）

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[19]竹守章，东水西调彻底改造沙漠[N].科技日报，2000-08-07.

[20]竹守章.呼唤东水西调改造北方沙漠[N].中国环境报，2001-01-05.

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塔克拉玛干沙漠公路与盐生植被（去盐碱化作用）