李永华：跟着植物的思维治理荒漠化

　　新浪财经讯  主题为“和而不同，思想无界”的 CC讲坛第42期演讲于2021年4月17日在北京东方梅地亚M剧场举行。来自中国林科院荒漠化研究所副研究员 库姆塔格荒漠生态系统定位观测研究站 副站长 李永华先生出席并以《跟着植物的思维治理荒漠化》为题发表演讲。

　　以下为演讲全文：

　　大家好，今天我来跟大家分享一下，跟着植物的思维去治理荒漠化。

　　2021年是近20年来沙尘活动最为频繁的一年。2021年的3月15日，3月28日，相隔不到半个月，两场强沙尘暴横扫了我国的北方，北京空气出现了严重的污染，大部分地区 pm10浓度超越了2000微克每立方米，就在前天今年第三场强沙尘暴再次光临了北京，灾害面前我们都在问，我们人类能否彻底战胜沙尘暴，能否让沙漠变成绿洲，让自然灾害不再发生。

　　我是中国林科院荒漠化研究所李永华，一些人可能会好奇，林科院为什么研究荒漠化？这是因为林草修复是治理荒漠化的主要途径。

　　说到荒漠化必须先从荒漠说起，我国西北地区身居欧亚大陆内部，周围又有高原大山环绕，造就了高温少雨的荒漠环境。我国荒漠的面积十分广阔，总面积超越了100万平方公里，这么大的面积，想让荒漠变成绿洲所需的水量，大家可以想一想一定是一个天文的数字。从陆地上提水灌溉工程浩大，我想一定是得不偿失。恐怕也只有大海才有这么多水，想从大海引水到沙漠，我们要么推翻青藏高原，要不就是割裂欧亚大陆。如果发生的话，地球又将经历一次毁天灭地的变化，人类有可能像白垩纪统治者恐龙一样消失灭绝。

　　自然的荒漠除了广阔荒凉，甚至沙尘暴，荒漠对于地球和人类而言也具有积极的贡献。荒漠有很多独特的美景，有多样的动植物基因库，有丰富的矿藏，还是我们重要的碳库。历史时期没有了沙尘，可能就没有了黄土高原，以及富饶的黄淮海平原，没有沙尘吹到大海里，大海里面微生物就会减少很多，那么海洋生物的食物链有可能会断裂，当你有一天吃不到海鲜的时候，你可能还有点回忆或者惦记着我们的沙尘。

　　再说荒漠化，气候变化及人类不合理的活动，驱动了植被退化和土地荒漠化。从荒漠化的成因来看，缺乏对自然规律的系统认识，人类没有跟上植物的思维是导致荒漠化的重要原因。在这里我可以肯定地说，在未来很长一段历史时期，荒漠仍将是荒漠，我们人类可以和能够改变的是荒漠化。

　　过去10多年内，我一直在甘肃敦煌从事荒漠生态系统监测研究工作。走出敦煌绿洲，面对的是寸草不生的茫茫沙漠戈壁，第一次在天边看到一条绿色的植被带，还以为是海市蜃楼，走近了才看到是一条干涸的洪水沟，洪沟将上游的山地和下游的湿地连在一起，在生命的禁区中建立起来一个动植物交流繁衍的生命廊道。同时洪沟与植被共同组合，形成了绿洲外围阻挡风沙的天然的防护林网。

　　从敦煌出发，沿着阿尔金山山前的库木塔格沙漠，向西500多公里的行程中，就有十多条这样的洪沟流入库木塔克沙漠。听开车的师傅说，洪沟并不是每年都有洪水，洪沟的中下游，几年甚至十几年才有一次洪水流过。我们开始好奇，洪沟的植被是如何生长的呢？我们知道的水是荒漠的生命之源，为了监测洪沟的水量，我们首先想到的是建立起这种简易的量水堰，但是由于我们对洪沟的整个洪水状态估计不足，一场洪水，量水堰被冲得无影无踪了。

　　后来我们又多次的实地探测，决定利用天然的地形在20多米的崖壁上，琢孔直接安装了自动水位监测设备。有了水位，有了我们勘测地形，想要计算水量，我们还要掌握不同水位的流速。为了测定流速，一到夏季我们时刻关注着敦煌以及周边的天气预报。一看到敦煌有预报大的降水，我们就放下手边的工作，赶紧从北京往敦煌飞。但是由于干旱区的降水分布的差异太大，经常是东边太阳西边雨，好几次我们跑到了洪沟旁边，都没有等来期盼中的降水。直到2016年的8月底，我们终于赶上了一次大的洪水过程，大家可以看到这个是我们当时测量洪水的时候，当我们跑到洪沟之后，先在崖壁上搭起了帐篷，把仪器组装起来，准备去测量洪水，绑上安全绳，上面有人拉着，底下去测定。晚上的时候还需要拿着手电筒，靠着悬崖一点一点，小心翼翼的记下洪水涨落的每一组数据。我们测定了一夜，第二天在徒步返回到了我们停的车跟前的时候，那个时候感觉到有一点后怕。

　　经过几年的观测，我们终于粗略的估算出，多坝沟、崔木土沟每年的洪水流量大概800~1000万立方米。1000万立方米是个什么概念？这里可以告诉大家，基本上相当于北京一天的用水量，但是对于崔木土沟而言，这点水每年却养活了30多平方公里的植被。30多平方公里什么概念？相当于北京二环面积的一半。我们就进一步问，就这点水如何来养活了这大面积的植物？我们再次返回了多坝沟、崔木土沟，在泉水消失，洪水基本上每年都能到达的位置，挖出几个深坑，埋进去了土壤水分监测设备。我们观察发现洪沟里边基本上土壤是以砾石和粗砂为主，质地很疏松，当有地表水流过的时候，24小内地表水渗入到地下的水量接近了500毫米，其最大入渗的峰值超过1000毫米每天。也就是说绝大部分的泉水和洪水都藏到了地下，从地下流向下游，这就如同我们穿上了一层天然的防护服，使得珍贵的水资源能在这里得以保存和长期的利用。

　　植物又是如何利用这种深藏起来的水呢？我们一群博士再次干回了挖土工，挖开根系剖面，我们发现30厘米以上的土层基本上看不到根系。那么根系是在哪里活跃呢？就活动在100~150厘米这个深度，而且还不仅仅如此，我们继续往下挖，直到挖到500厘米的时候，还能看到柽柳的根系分布，最后我们几个实在挖不下去了，至少我们证明了在这个区域植物根系分布的很深。柽柳的根系在长期进化过程中所保留下来的这种根系分布特征，基本上是与洪沟的水分的长期动态相一致的。

　　我们又进一步监测了洪沟的蒸腾动态规律，发现无论对于地表水资源相对丰富的洪沟的中上游和地表水资源相对贫瘠的中下游，洪沟的植物基本不吸收利用这种间歇式的洪水，它们更喜欢喝这种深藏起来的土壤水，这样就避免了植物吃完上顿没有下顿的风险。那么深藏不漏，细水长流，就成为极干旱区洪沟中植物的重要的生存智慧。利用植物在洪沟中的生存智慧，看洪沟的保护，我们必须要全流域系统考虑，不能仅关注于洪沟一时一地的得失。

　　我们通过长期的样地观察，在洪沟中游拦洪蓄水，虽然能够增加种子的萌发，以及幼苗的生长，但是这个位置洪水有时候几年才来一次，那么两三年后没有洪水灌溉，这个区域萌发的幼苗就会出现大片的死亡。在洪沟的上游，去拦洪蓄水，能看到的是水坝周边的生命盎然，但是你没有看到的是洪水，再也不能下去到下游，那么下游的土壤水分得不到有效的补给。没有了水，几年后你再去看洪沟，基本上沙子就把洪沟填平了，它周边的植被也会出现大面积死亡。我们就很可惜一个绿洲外围，广袤的无人区，好不容易出现的绿色，一条生命廊道就没了。未来植物动植物可能需要跑上几十、几百公里才能把上下游联系起来，对于动物食物来源是很可怕的一件事情。

　　在过去几年，我们基本上走遍了中国的荒漠区。我们发现仅依靠着自然降水，植物能够存活下来的年降雨量下限大概是在50~60毫米，但是这还不是唯一，有很多降水是根本湿不了地皮的毛毛雨。扣除这点毛毛雨，植物有可能利用的降水会不到40毫米，与同区域的农田比较，这个地方植物所能利用的水可能仅有农田用水的3%到5%。换句话说，隔壁的农田一天能喝上一碗水，而这里植物只能喝上一口。面对如此极端的恶劣环境，植物又是紧衣缩食，又是提高水分利用效率，十八般武艺都用完了，它还是不能活着，怎么办？它只能做出牺牲，牺牲大部分，让小部分植物活下去。

　　如果我们开车从北京一路向西，沿着降水减少的梯度，你会看到植物是变得越来越矮小，越来越稀疏，稀稀疏疏分布的这些植物，邻居少了，地盘大了，那么下一步它又该如何去经营呢？在敦煌的阳关当沙子吹走后，我们寻找到这种遍地裸露的沙拐枣根系，我们用脚步测量了几段不完整的根系，发现沙拐枣的水平根最大半径已经超过了50米。同时我们在青海沙珠玉看到了崩塌的沙丘下面柠条的根系也是密密麻麻遍地的分布。事实上干旱区的植物，都能将更多的生产物质投入到根系，从而来形成了庞大的根系网，通过庞大的根系网大捕“雨”，将周边空地的水分据为已用，从而来增加自身的存活。大网捕“雨”也就成为干旱区植物生存下去的重要智慧。

　　以前我们经常忽视干旱区植物这种大网捕“雨”的智慧，根本看不得地表裸露，造林时总是见缝插针的高密度造林。你想一想，一桶水一个人喝10天，那么让10个人来喝，只能喝一天了，剩下9天怎么办呢？大伙只能忍着，要不最后一起死掉。这还不是最严重的，在干旱区有些地方为了增加这种造林的存活率，抽取地下水灌溉，通过我们监测发现，在年降雨量小于150毫米的区域，几年甚至十几年，才有一次的极端降雨，才有可能入渗到地下，补给到地下水，盲目的抽取地下水，只能造成地下水的不断的下降，最后大伙一起死掉。集约化搏生机也是荒漠植物夹缝中生存的妙招。

　　走在西北的时候，如果你留意的话，会看到公路两侧的植被生长比其他区域更为茂盛，经常会形成两道比较低矮的防护林网，延伸到天边，会形成一条美丽的风景线。在雨中我们看到由于公路上的降雨无法入渗水，分都会汇集到公路的两侧，这样就补给了两侧的土壤水，从而支撑了植物的生长。借鉴这一思路，我们在青海沙珠玉采用石板去覆盖流沙，一方面降低了风沙的流动，另一方面增加了局部的土壤水平含量，从而加速了退化土地的植被修复进程。不仅是瓷板的覆盖增加水分，同时这种疏松的流沙覆盖，也能够增加雨水的下沉速度，减少土壤水分蒸发，使水分能够更长时期的来保留在土壤中。这也是为什么？我们经常看到流沙上的土壤水分反而比半固定和固定的沙子上的土壤的水分显得更为湿润，也是借鉴这一原理，我们在敦煌已经开始推荐他们年前开沟，春季沙尘比较大的时候让沙尘把开的沟填一填，然后地下埋藏灌溉，以此来提高苗木的成活率，水分利用效率。

　　事实上我们自然的植被对沙子的应用更为娴熟，干旱区的荒漠植物都是一个固沙高手。一眼望去，你看看就是几十厘米的小植物都能够隆起一个一个的小沙包，那么植物和沙子之间有什么秘密呢？在内蒙古澄口，我们扒开唐古特白刺的沙包，看到沙埋的枝条中很多都长出了不定根。这样植物就在沙包的上部和沙包的下部形成了两层的根系。这个照片右下角就是我们当时挖出的沙包的地下的埋藏的根系，我们就进一步的用土壤水平探头，监测沙包的活动和沙包根系的活动状态。用图像采集我们看到当小雨晴天之后，沙包里的毛细根，两个小时就能再次长出新的毛细根，就开始吸收这种小的降雨了。当大雨来临的时候，雨水可以透过沙包渗入到沙包的下部，从而长期的保存起来。唐古特白刺形成两层的根系，使它能够充分的吸收利用小雨促进生长，同时能够在连续的干旱季节又能够利用深层的稳定土壤水，使自己能够存活下去。这就实现了上下伸手，大小通吃。植物在这个地方固沙和生长是一个很密切的合作共赢的关系。

　　当一筐一筐的把沙子装起来，再一筐筐称出它的重量，同时在沙包中捡出里边生长的植物，然后去烘干、称重，我们竟然发现一公斤的植物干重，就能固定6吨流沙。这是之前我们自己也没有想象到的，以前很少去留意这种沙包的优势，在很多时候我们把沙包推平，种树、种地，这样就造成了更大面积，更为严重的荒漠化。

　　我们人类能不能利用这些稀疏植被去做荒漠化防治，去把流沙控制起来。过去10多年，我们课题组就针对这个事情，做了一系列的风洞实验，摆放出不同盖度，不同结构组合的这种防护林模型，测试了防护林模型的防风固沙效果。经过测试，我们发现自然无序分布的植物，其地表植物风速通道时窄时宽，当空气流过窄的风速通道时，会出现气流加速的现象，这就是我们说的狭管效应。狭管效应就导致了近地表的这种干扰更大，加深了土壤的风蚀。如果在同等的植被盖度下，把这种杂乱无序的，零散分布的植物摆成行带式分布，就像图中左下角的位置，使行带式与区域的主风向垂直，这个时候就能很有效的抑制了狭管效应的发生。基于这一原理，我们课题组就提出了行带式低覆盖度造林模式。该模式继承了天人合一的这种精髓的思想，将区域的水分承载力，水分循环运动过程，植物生长与水分利用生长规律，以及防护林防沙治沙能力的提升有机地结合在一起，有力了推动了荒漠化治理的速度和能力。目前该模式已在我们内蒙、宁夏、甘肃得了广泛的应用。

　　1961年竺可桢先生在《人民日报》上发表了“向沙漠进军”。2004年以来，我国终于取得了荒漠化的阶段性胜利，通过荒漠化土地与沙化土地面积监测，连续三个监测期实现了双减。2019年美国《自然》杂志报道，过去20年全球都在增绿，我们国家贡献了25%，其中有42%来自于人工造林，也就是说中国在植树造林上取得了全球瞩目的成就。回顾荒漠化防治历程，从最初的我们提出：“要想富先修路，少让孩子多种树”。到“以水定林，量水而行，一荒则荒，一林则林”。到目前“自然修复为主”的这种“天人合一，和谐共生”的这种指导思想，从而我们真正的跟上了植物的这种思维，走上了治理荒漠化的大道。

　　与荒漠交朋友，与荒漠化掰手腕这么多年，通过植物长期进化过程中保留这种智慧，不仅学会了治沙，同时我们也学会了很多的道理，尤其是面对这种极端的环境的时候，一定是密切的去和周围的环境，和自然，甚至一滴沙子去保持合作，而不是对抗。

　　最后欢迎大家和我们一起走进荒漠，融入自然，让我们一起通过植物的智慧，共同去参与荒漠化治理，让自然该有的秩序回归到和谐的自然之中。

　　谢谢大家。

　　提问环节

　　问：在极端环境下，植物之间是选择对抗还是选择合作？

　　答：很早以前，我们就猜想在荒漠地区这种极端环境下，植物想活下去，有可能更好的选择合作，只有合作才有可能找到出路。事实上在热带雨林地区，温带地区，植物之间的更多是竞争，这种竞争包括阳光，土壤养分，但是在荒漠地区，你会看到这种竞争对抗，逐渐会走向和谐的共生。尤其是到敦煌极干旱区的时候，每年只有四五十，高的地方有，五六十的降水，就这么一点雨时候，植物想怎么活下去，都很难，只有互相帮扶。

　　举一个很典型的例子，假如这个地方是平板，种子过去了很难留下，土壤也很贫瘠，假如说有一天得到一个很大的机缘，一个大植物在这里扎下了根，形成一个沙包。下一步其他的植物种子就有了一个家，有了一个依托，就能在这沙包上驻留下来，然后经过沙子的掩埋，给它一个环境，使它能够萌发。这样就形成了几种植物共生的模式，这也是在极端环境下植物的智慧之一。

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责任编辑：钟娴