從百年時間跨度照片對比分析毛烏素沙地生態變化

喻權剛， 喻愷陽， 張景望

(1.黃河水利委員會 晉陜蒙接壤地區水土保持監督局， 陜西 榆林 719000；2.黃河流域水土保持生態環境監測臨潼分中心， 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。該區有史以來都是畜牧業比較發達地區。由于長期以來人類活動的影響，植被破壞嚴重，逐步形成流動沙丘。新中國成立以來，當地政府組織群眾對毛烏素沙地開展了整治工程。尤其是1999年開始的大規模退耕還林(草)工程的實施，使該區的植被覆蓋率快速提高。2000—2015年，毛烏素沙區植被覆蓋度顯著、極顯著增加的面積為34 370 km2，約占該區沙地總面積的33.8%[1]。據陜西省榆林市資料，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條大型防護林帶。全市境內5.70×105hm2流沙有4.00×105hm2得到固定、半固定，實現了由沙進人退到人進沙退，由荒沙到綠州的轉變。

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、甘等省區進行了為期480 d余的綜合科學考察，行程3 200 km余[2]，途經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。經過反復尋找，又于相近季節在原地復攝了能反映當代景觀的新照片。同時收集了相關資料，輔助分析毛烏素沙地生態環境今夕的變化。

1 毛烏素沙地概況

毛烏素沙地地理坐標位于北緯 37°30′—39°20′,東經107°20′—111°30′，包括內蒙古自治區的鄂爾多斯市南部、陜西省榆林市的西北部風沙區和寧夏回族自治區鹽池縣東北部。據全國沙漠化普查結果表明，毛烏素沙地總面積為7.84×104km2，占全國沙區總面積的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。該地區最顯著的特點就是干旱，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,兼具風蝕和水蝕的特點。該區多大風,且頻繁出現的起沙風(風速大于5 m/s)與干旱季節同步,為風沙活動和運移創造了動力條件[4]。

關于毛烏素沙地起源與變遷問題的研究,始于20世紀50年代，迄今大體上存在3種不盡一致的認識。 ①地質時期成沙說； ②人類歷史時期形成說； ③地質時期沉積的沙質地層,經歷史時期人類活動的作用而活化成沙漠[4]。不論哪種觀點，公認的是早在先秦和秦漢時的毛烏素地區是一片水草豐美的大草原，風景宜人，是匈奴民族的政治和經濟中心。到了唐代，由于不恰當濫牧，不合理開墾以及氣候變化等影響，毛烏素地區已經開始有了積沙。經過一千多年的逐漸擴展，至明清時毛烏素已形成茫茫大漠。當時的人們并沒有治理的觀念和能力，當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，沙進人退，使許多人迫于生計遠走他鄉。當地有句順口溜，“山高盡禿頭，灘地無樹林。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，陜北榆林市城區搬遷了三次。這片沙地雖然地處陜西、內蒙古接壤區，但是漫天的沙子會被季風吹到北京、西安、南京等市，甚至漂洋過海，到更遠的地方。根據榆林市資料，在19世紀，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%，流沙吞沒農田牧場8.00×104hm2，沙區僅存的1.10×105hm2農田也處于沙丘包圍之中，2.60×105hm2牧場沙化、鹽漬化、退化嚴重。沙區有6個城鎮412個村莊被風沙侵襲壓埋，形成了“沙進人退”的被動局面。

2 照片拍攝和復攝過程

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進行過多次科學考察和實地調查，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。克拉克考察隊在山西、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、商貿、人口、交通等內容進行了深入調查和詳細記述，特別是明確記載了當時毛烏素沙地風沙活動和危害情況，是清代后期西方人對黃土高原地區自然和人文地理狀況最為系統的一次考察。

據《穿越陜甘：1908—1909年克拉克考察隊華北行紀》一書記載，克拉克考察隊招募了相關專業優秀專家，其中包括隨隊醫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。克拉克考察隊首先在太原地區進行了約2個月的準備工作，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。因為有長城墩臺等歷史遺跡作為標志物，111 a后才有可能找到原來的拍攝位置。

為了精準找到老照片的拍攝位置，筆者制定了詳細的尋找方案。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，隨后到疑似點現場與歷史照片對照。同時，又聯系陜北長城保護研究會、榆林市榆陽區攝影家協會等組織以及同事和攝影愛好者，前后經過近5個月，行程300 km多，歷經千辛萬苦，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，不斷變換相機位置和拍攝角度，調整光圈和焦距，然后再按下快門，完成了4張歷史照片的復攝工作。

3 毛烏素沙地生態變化對比分析

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行了詳細描述。《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入陜西佳縣，沿禿尾河流域考察，沿途已經看見從毛烏素沙漠吹來的沙粒，出現小片沙地。11月3日，考察隊到達榆陽區劉千河鄉劉千河村，當天所經之地至少有四分之一都被散沙覆蓋著，懸崖和丘陵的構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，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。考察隊進入毛烏素沙地，河流兩側不再是高高的懸崖，而是散沙堆起的高高的堤岸。考察隊已經從黃土丘陵區進入了風沙區。到達榆林城時，城東側，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入城內的便利通道。考察隊描述說，榆林城周邊的鄉野十分荒涼，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，沙丘隨著每一次風暴移動，蕩平了地上的一切。偶爾出現的幾間土房子就像孤寂大海上的小島。考察隊在榆林的一個月期間，沒有出現一次降雨或降雪。每天都在刮風，強風夾帶大量沙土侵襲著房屋和古跡。12月5日，考察隊在到達榆林市魚河堡時, 從北城墻外沙堆上直接入城，城堡內有厚達6～9 m的沙堆。

克拉克考察隊的記載說明了當時毛烏素沙地沙化的嚴重程度，也是當時流沙淹沒村莊、農田，沙進人退的真實寫照。這些記載與111 a前的老照片上看到的景象是一致的。這種情況一直延續到新中國成立初期。據資料記載，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內。

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，應該是在11月中旬的某一日拍攝的，照片中有遠近兩座長城墩臺，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，整個區域幾乎全是明沙覆蓋，可見風沙活動劇烈。場景右側有零星灌木，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在已不見蹤跡，應該是被風吹平了，墩臺左前方原來低洼區域現在高出平均地面。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。現場調查發現，樟子松樹齡15 a左右，楊樹樹齡20到30 a。植被長勢很好，經現場測算，植被蓋度超過95%以上。由于植被覆蓋度高，已經看不見沙地，幾乎看不到水土流失現象。與111 a前相比，生態環境明顯改善。

圖2 芹河流域長城與毛烏素沙地(喻權剛攝于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境的變化。從照片可見，其時該區植被長勢很好，覆蓋度很高，幾乎看不見沙地。地面被綠色覆蓋，天空明凈，藍天白云，看不出這里曾經是風沙肆虐的沙地。現場拍照時考察周邊環境發現，該位置毛烏素沙地植被得到較大程度恢復。

圖3 芹河流域長城與毛烏素沙地(喻權剛攝于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。風力侵蝕和水力侵蝕明顯，水土流失相當嚴重。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，風沙活動和水土流失得到有效控制。然而仍能看出沖溝兩側溝坡裸露，對面磚廠取土造成了新的水土流失，如不加強治理和管護，仍有再次沙化的風險。

(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環境的變化。其時該區與111 a前照片比較，地形地貌發生了變化，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) 復攝照片(見圖8)。復攝的新照片拍攝于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，現在植被較多的地方形成風沙堆積，變高了，這是多年風蝕的結果。由于榆溪河的沖刷作用，畫面右下側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重。畫面左下側的土丘上面修建了一個亭子。植被也發生了很大變化，增加了很多喬、灌、草植物，以喬木居多，植被蓋度在70%以上。現在已經看不到有水土流失現象。

圖8 榆溪河紅石峽(喻權剛攝于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環境的狀況。從照片中可以看出，其時該區植被長勢良好，除過河床外其余部分基本被植被覆蓋。右側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，遠處有零星灌木，地面有零星雜草。植被蓋度不超過5%。整個區域從近到遠是一望無際的沙丘。

(2) 復攝照片(見圖11)。復攝的新照片拍攝于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，經過了111 a風吹日曬，長城墩臺包磚已經沒有了，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，該區仍有零量沙地裸露，存在水土流失隱患，需要進一步治理。

在復攝上述4組照片過程中，沿途實際調查發現，長城沿線、城市周邊、村莊周圍、公路沿線等區域，植被蓋度高，治理效果好，但是也有局部裸露沙地。在遠離這些區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果。

4 結 論

從百年時間跨度歷史照片對比，結合現有研究資料分析，可以比較直觀地反映毛烏素沙地的生態環境變化。新中國成立后，開始整治風沙，經過幾十年努力，毛烏素沙地得到有效治理，也總結出了一套具有中國特色的治沙模式。但是，毛烏素地區干旱少雨，植被生長困難，生態相當脆弱，水分依然是該區植被恢復的制約因素，在沙地腹地仍有大片沙丘。如果現有的植被恢復措施得不到鞏固，已經治理好的沙地仍有再次沙化的風險，盡管該區地下水資源相對豐富，但沙地的治理需要根據當地的水資源承載力，研究確定適宜的植被覆蓋率和合理的植被結構。要把治沙與生態重建，推動區域經濟高質量發展結合起來，研究新的治沙技術和生態產業的規模和布局，適度開發水土資源。同時不斷創新體制機制，完善制度體系，加強管護，把毛烏素沙地治理納入黃河流域生態保護和高質量發展總體規劃，統籌協調，綜合治理，使毛烏素沙地重新恢復成水草豐美，人民幸福的大草原。

致謝：本文在西北大學楊勤科教授悉心指導下完成。照片復攝過程中得到長城保護研究會張寶田、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助，在此一并表示衷心地感謝！