毛乌素的秘密

梁鹏 (中国科学院地质与地球物理研究所)

2013年9月，我人生中第一次进入沙漠，见到了真正意义上的沙丘。见到了典型的新月形，抛物线形，还有各种奇奇怪怪无法用课本上学到过的给其命名的沙丘。这就是位于内蒙南部，陕西北部的毛乌素沙地。也有人呼之为毛乌素沙漠。但是去过那里就会明白，她还不是真正意义上的沙漠，她不是想象中的一望无际一片荒凉，在这片土地上，有树有草有炊烟有牛羊。只是到了靠西部的地方，才能看到一点点纯正的流动沙丘，黄色软绵绵的沙子和充满几何美的沙脊线。喜欢从沙丘顶上沿着背风坡滑下去，那种磨破了裤子也很爽的感觉。更喜欢在夕阳西下时选一个极美的沙丘顶上坐着或者躺着，看看什么是真正的残阳如血——一个高中时写作文经常用到的词汇。而这片沙地的大多数地方，看到的都是牧民的草场，灌丛和偶尔出露的小沙包。所以我更喜欢称其为“沙地”，这个比沙漠更为温和的名字。

Figure 1 毛乌素的位置及其概况(Liang & Yang, 2016)

而这个中国十二大沙漠/沙地之一的毛乌素沙地就成为我沙漠研究生涯的开始。也许从那一天起，我的兴趣、追求、命运以及未来都要托付给这个星球上最荒凉的景观之一。我要开始适应她的环境，了解她的脾气，摸清她的性格，以至于我还想弄清她的历史，最好是知道她的将来。也许这就是所谓的研究。我第一次进入沙漠，坐在越野车上，手里拿着一本朱震达先生的《中国沙漠概论》，边走边看，认真地识别沙丘的类型和特征。中午的时候，我们常常在红柳丛下吃简单的午餐，在沙丘顶上观望远处绿油油的沙蒿，偶尔在丘间地还能遇到一两只兔子，眼睛仔细点，还能捡到几片打磨的不错的石器，运气再好点，还能在丘间地出露的棕黑色的古土壤上发现几枚印着“开元通宝”或者“庆历重宝”的铜钱或者锈迹斑斑的铁钱。印象最深的就是毛乌素的干河道和他残留的小湖泊。这些古河道造就的景观使得毛乌素沙地的景观丰富起来，也使得我们这次科考之旅不是那么荒凉和乏味。

Figure 2 毛乌素考察照片

我后来一直想弄明白为什么这片沙地的景观这么丰富。于是我们就尝试使用一点专业手段和分析，来解答心中的困惑。我需要一张毛乌素沙地的景观图，我可以利用遥感影像完成这个任务。我当然想知道为什么气候差别不是特别大的地方，沙丘和植被共存？为什么这里是连绵的沙丘，不远处就是绿油油的草场和农田？爱因斯坦坚信上帝不会掷骰子，宇宙自有其规律。我想大自然的现象也是这样，我们看起来杂乱无章，其实背后都有一只规律的大手操纵着。于千丝万缕中抽丝剥茧理出一点头绪使得一切合情合理，这就是我理解的科学。所以爱因斯坦需要质能方程那样简洁的公式来表达宇宙，他更想找到统一场论使得他的理论更加完美。

我们完成了毛乌素的景观图后发现他的流动沙丘主要集中在西部降水量比较低的地方。而东部还主要是半固定沙丘和固定沙丘。这和我们的常识是一致的。那就是沙丘发育在较为干旱的地方，较湿润的地方植被生长茂盛，保护了裸露土地的风蚀，降低了风沙堆积形成沙丘的可能性。这也就是中国的沙漠大体上分布在干旱区的原因之一。

Figure 3 毛乌素景观地貌图及其比例(Liang and Yang, 2016)

我们又通过一个叫做“地理探测器”的统计模型对毛乌素沙地这种复杂的景观地貌的成因进行了分析。简单地说，这个模型就是做“亲子鉴定”。毛乌素的景观就像是一个孩子，她的父母可能是降水、温度、下伏地形、风况、水系、下伏基岩……我通过统计他们的相似程度来判定谁最可能是她的父母。发现都写在了我们最近发表在国际期刊CATENA的文章里(Liang & Yang,2016)，大概意思就是说，降水和温度的组合决定了这里景观分布的体型，水系和地形决定了长相，而人类活动的扰动决定了细节。专业一点就是不同尺度的景观分布具有不同的决定因素。当然，她的景观是一个综合的结果，这也是大自然的普遍规律。就像一个人的成长总是受到各种环境的熏陶和影响，最终形成了独一无二的个体。

通过统计，我们发现了一个有意思的现象，这也是我最想讲述的“秘密”。毛乌素沙地的位置处于季风区边缘，大概在干旱区和半干旱区的分界线上，这种特殊的位置使得长久以来她成为沙漠化研究的宠儿。过去的几十年很多学者一直争论她的沙漠化过程到底是人为的还是一种自然过程。这牵涉到如何去治理这里的沙漠化问题。通常是通过统计时间序列上沙漠化面积变化和一些气象因素、人为因素的对应关系来论证这里沙漠化的控制因素。但是这里面有好几个不确定性，比如沙漠化面积统计的准确程度问题，比如沙漠化的滞后性问题。这些不确定性都可能会“失之毫厘，谬以千里”。

我们的解决方法就是通过空间对比来解决时间序列的不确定性。我们结合毛乌素沙地近三十多年来的植被遥感监测，发现从1981年到2005年，毛乌素的东部植被显著转好，而西部基本上没有变化。并且这个分界线十分诡异：

a.它基本上和陕西-内蒙边界重合；

b.它距离长城大约30公里（文献记载明清两代毛乌素的移民实边开垦北界大概就是长城向外推30公里）；

c.它和~280 mm等降水量线基本重合；

巧合的是，我们的统计结果显示，280mm降水量线以东，沙丘率有所增加。就是降水量大于280 mm后，随着降水量增大，沙丘反而增多了，这种景观分布状态和它的气候背景很不谐调。而280 mm以东，从1981年至2005年这二十年来也是植被增长最显著的区域。280 mm以西基本没有变化。这是巧合吗？上帝不会掷骰子!

Figure 4 毛乌素植被变化及古遗迹分布 (绿色圆点表示植被显著转好) (Liang & Yang, 2016)

我们通过历史文献调查，发现了这个分界线的秘密，它大概就是明清两代毛乌素移民实边开垦荒地的北界！也就是实际上的农牧分界线。这就是说，之所以其东部沙丘率增高，是因为农业活动。八十年代以来国家利用退耕、飞播等政策来对抗沙漠化，这里农耕用地急剧减少，再加上整个北半球风速降低，所以曾经遭受人为破坏而沙漠化的东部迅速响应，植被先于西部恢复了。而西部基本上没有发生变化，是因为这里本来降水量低，缺少水分，植被状况差，这是气候背景导致的。随着风速进一步降低或者保持在一个很低的水平，人类农业活动的停止，甚至区域降水量略有增加，从2005年到2013年，整个毛乌素的植被都显著好转。东西部先表现出的这种不同步变化表明沙地东部的景观与人类活动尤其是农业活动密切相关，是明清以来垦荒的直接结果。而西部却一直在一种较为自然的状态下。只有当气候状况发生变化时，西部才会缓慢响应。而东部依赖于人类扰动的停止。

这种例子也曾出现在埃及-以色列边界上。当以色列的人类扰动于1982年停止后，其沙化土地迅速恢复，与埃及形成了鲜明对比。之前有美国科学家研究毛乌素时认为毛乌素近几十年来植被显著好转是因为风速降低，应该是片面的，因为这种观点无法解释为什么2005年以前植被好转只发生在东部，而西部几乎没有变化。还是那句话，上帝不会掷骰子。这就是我所破解的毛乌素的秘密。

2016年7月1日晚于二连浩特

注：本文观点来自于我和导师最近发表在国际期刊CATENA上的文章，感兴趣的可以阅读：

链接1  Liang, P., Yang, X.,2016. Landscape spatial patterns in the Maowusu (Mu Us) Sandy Land, northernChina and their impact factors. Catena 145, 321-333.（地理探测器官网链接）

链接2 Liang, P., Yang, X.,2016. Landscape spatial patterns in the Maowusu (Mu Us) Sandy Land, northernChina and their impact factors. Catena 145, 321-333. (ResearchGate 链接)

链接3 Liang, P., Yang, X.,2016. Landscape spatial patterns in the Maowusu (Mu Us) Sandy Land, northernChina and their impact factors. Catena 145, 321-333.（ScienceDirect链接）