新時代防沙治沙“磴口模式”研究
中國林業科學研究院沙漠林業實驗中心
2023年6月，習近平總書記來內蒙古巴彥淖爾市考察，主持召開了加強荒漠化綜合防治和推進“三北”等重點生態工程建設座談會，發出堅決打好“三北”工程攻堅戰、努力創造新時代中國防沙治沙新奇跡的動員令，並親自部署了“三北”工程三大標誌性戰役。習近平總書記在座談會上深刻指出：“要因地制宜、科學推廣應用行之有效的治理模式。四十多年來我們創新探索了寧夏中衛沙坡頭模式、內蒙古磴口模式，還有庫布其模式、新疆的柯柯牙模式等一大批行之有效的治沙模式。”習近平總書記考察內蒙古巴彥淖爾時對防沙治沙“磴口模式”的充分肯定，更是堅定信心，賦予我們打好黃河“幾字彎”攻堅戰，築牢我國北方重要生態安全屏障更大的政治責任和使命任務。
“磴口模式”背景
內蒙古橫跨“三北”，是我國北方面積最大、種類最全的生態功能區，同時也是我國沙化土地最為集中、沙害最為嚴重、生態環境最為脆弱的省區之一。境內分佈有巴丹吉林、騰格裏、烏蘭布和、庫布其“四大沙漠”和毛烏素、渾善達克、科爾沁、呼倫貝爾“四大沙地”，沙化土地遍佈全區12個盟市92個旗縣。內蒙古生態狀況如何，關係華北、東北、西北乃至全國生態安全。習近平總書記始終高度重視內蒙古的生態文明建設，在對內蒙古的重要講話重要指示批示中，關注最多、論述最多、部署最多的就是生態文明建設，並賦予內蒙古建設我國北方重要生態安全屏障、構築祖國北疆萬里綠色長城的戰略定位。
內蒙古巴彥淖爾市磴口縣位於黃河“幾字彎”頂端，賀蘭山與陰山間的西北季風通道上，是西沙東移的主通道和華北、京津等下風口地區沙塵暴的塵源地之一，也是國家生態安全戰略格局中“北方防沙帶”及烏梁素海流域生態系統的重要組成部分，境內有烏蘭布和沙漠426萬畝，佔縣域總面積的77%，東南部有黃河穿過，區域內沿黃地段，以新月形沙丘鏈為主的流動沙丘一望無際，植被覆蓋度不足10％。
磴口縣作為黃河流域重點生態圈的前沿陣地，最大的價值在生態、最大的責任在生態、最大的潛力在生態。上個世紀五六十年代，磴口縣受烏蘭布和沙漠風沙危害嚴重。往往一場大風過後，風沙會侵襲整個縣城，需要組織大量的人力和車輛清理沙子。掩埋道路、農田、房屋的事件時有發生，給人民生産生活造成了損失。保護和治理好烏蘭布和沙漠，對保障黃河、華北地區的生態安全具有重要作用。
中國林業科學研究院沙漠林業實驗中心（沙林中心）從1979年成立之後，一直駐地在內蒙古巴彥淖爾市磴口縣。沙林中心的主要任務是研究解決乾旱半乾旱地區林草建設關鍵科學技術問題，開展乾旱區種質資源收集、保存與利用、防風固沙造林技術應用推廣與科學的管護模式探索，以及荒漠生態系統長期監測等科研工作。沙林中心先後榮獲國家、省（部）級等科技獎勵成果16項，主參編出版學術著作21部，在國內外學術期刊發表科技論文600余篇，制定並頒布技術規程（標準）6項，授權專利18件。沙林中心作為成員單位，完成了“大範圍綠化工程對環境品質作用的研究”，在國內屬首創，居當時國際領先水準，該成果榮獲“林業部科技進步一等獎”。完成了“防風固沙林體系優化模式的選定與實驗示範區的建設”，該成果榮獲“林業部科技進步二等獎”。為“三北”防護林體系建設工程和我國北方生態屏障建設提供科技支撐。1978年，磴口縣被列為“三北”防護林工程建設縣，依託“三北”防護林體系工程、天然林保護工程、退耕還林等一批重點生態工程，在沙林中心強有力的科技支撐的基礎上，在烏蘭布和沙漠-綠洲區大力營造防風固沙林和農田防護林。
“磴口模式”主要做法
內蒙古巴彥淖爾磴口縣“山水林田湖草沙”生態要素齊全，堅持生態優先、綠色發展的理念，通過沙林中心的科技示範引領與地方政府的成果轉化與推廣相結合，國家重大生態工程與企業等社會力量投入相結合，形成了以資源保護為核心、防護體系為框架、産業發展為龍頭的山水林田湖草沙一體化的綜合治理與開發利用體系，探索出了一套行之有效的磴口防沙治沙模式，有力地推進了烏蘭布和沙漠綜合治理高品質發展。
沙林中心根據多年防沙治沙實踐和成效研究分析，總結歸納出了“磴口模式”。“磴口模式”是一種凝聚科技力量防沙治沙的技術模式，是通過保護和恢復原生植被、建設防護林等措施，構建以自然保護地、封沙育草區、防風固沙區、農田防護網、光伏治沙區五個組成部分的防護複合體，形成配置合理、結構完善、生態經濟效益顯著的綠洲防護林體系。主要特點是系統防護、全域治理、科技賦能、産業支撐。
自然保護地，即磴口縣建立的4個自然保護地，確保荒漠生態系統的原真性和完整性。農田防護林網，在綠洲內部，圍繞農田、路網營造主副林帶垂直的新型防護林網，遏制水土流失和沙漠對農田侵害。封沙育草區、防風阻沙區和光伏治沙區。在縣域西部最週邊、沙漠東緣，建設光伏治沙區，通過光伏+生態治理，形成阻擋烏蘭布和沙漠的第一道防線。緊挨著光伏治沙區的是封沙育草區，以封育保護為主，輔以人工播種耐旱沙生灌木，形成阻擋沙漠的第二道防線。再向縣域內，選用梭梭、花棒等優良抗逆植物，營造防風固沙區，形成第三道防線。五位一體，4道防線，從外至內、由表及裏對縣域和農田進行層層防護、系統治理。具體做法如下：
①以自然保護地為基礎，保護沙漠原生資源。沙漠既是重要的自然資源，也是獨特的生態系統，能夠産生重要的生態服務功能。磴口縣統籌佈局了哈騰套海國家級自然保護區、納林湖國家濕地公園、奈倫湖國家濕地公園和沙金套海國家沙漠公園等自然保護地，總面積191.4萬畝，佔全縣國土面積的34.6%。動物種類由過去的40多種增加至81種，成為過境鳥類和野生動植物的“重要驛站”和“繁殖地”。通過守護自然生態，保育自然資源，保護生物多樣性與地質地貌景觀多樣性，維護了自然生態系統健康穩定。
②以農田防護林網為核心，構築綠色生態屏障。在烏蘭布和沙漠東緣圍繞農田營造防護林，在樹種選育上，優選出目前綠洲防護林最佳主栽樹種新疆楊、沙林楊等高大喬木，以達到防護效益最大化；在林帶設計上，創新以冬季相林帶疏透度為依據，降低了大風季節農田水土流失和農作物幼苗沙害；在林網規劃上，以防護效益、水電渠路配置統籌規劃，形成了株行距1m×2m，主副林帶垂直，在水渠兩側各栽2行楊樹的農田防護林網。
③以封沙育草區為前沿，阻止流動沙丘前移。主要採取封育保護措施，禁止採樵和放牧，促進天然植被恢復。對於裸露沙丘，輔助飛播和人工播種耐旱沙生灌木或半灌木，實現了裸露沙丘上天然植被的近自然恢復和更新，有效地控制了流沙的活動和前移。
④以防風阻沙區為關鍵，加強重點區域治理。選用梭梭、花棒、檉柳、檸條等優良抗逆植物，採取先固沙後造林、片帶結合、多帶配置等方法靈活構建防風阻沙林，營造不同樹種、不同規格的林帶、片林。
⑤以光伏治沙區為示範，推進沙漠資源的高效利用。光伏生態治理以可持續發展、高效節水為導向，優先選擇沙旱生植物與光伏陣列相融合，是一條低耗水、低維護、低成本、可持續的有效探索途徑。通過抬高光伏陣列高度、拉大陣列間距的方式，給種植灌草留下充足空間，以光伏組件為植被遮陰，減少蒸發量，以植被生長抑制揚塵，減少對發電量的影響，形成了板上發電、板下種植的“光伏+生態治理”範式。
“磴口模式”取得成效
1、小氣候明顯改善
1983—2018年，烏蘭布和沙漠綠洲防護林內、外的大氣溫度、地表溫度和降水量整體呈上升趨勢，相對濕度、蒸發量和風速整體呈下降趨勢；大氣溫度、地表溫度、蒸發量和風速林內低於林外，大氣相對濕度和降水量林內高於林外。綠洲防護林體系能夠使防護林內大氣溫度降低0.2～1.6 ℃，地表溫度降低0.10～5.49 ℃，相對濕度增加0.5%～18.6%，降水量增加0.5～100.7 mm，蒸發量降低18.4～1 282.8 mm，風速減小0.45～1.98 m/s。
防護林內、外的大氣溫度、地表溫度、相對濕度、降水量和蒸發量的年內變化規律均為先增加後降低。在農作物和防護林生長季(5—9月)，林內降水量、大氣相對濕度幅度較大，二者月均值可提高0.08～6.74 mm、0.47%～6.64%，風速減小0.54～0.97 m/s。
2、固沙阻沙能力明顯增強
沙漠-綠洲過渡帶起沙風（點5.00m/s）頻率為31.3%，起沙風平均風速為6.64m/s；而綠洲僅為15.2%，起沙風平均風速為7.23m/s，起沙風頻率從沙漠-綠洲過渡帶至綠洲降低了約50%。綠洲防護林體系不僅減弱了風速並減少了起沙風作用時間，因而減少了沙塵的傳輸量。
3、防風效益明顯
稀疏型林帶防風效果最佳，平均為41.37%，通風型次之，為29.58%，緊密型防風效果最差，為23.92%。林帶防風效能較好的疏透度為40%~50%，隨著林帶總平均疏透度的增加，防風效能顯著降低。分層疏透度不同也直接影響防風效果，因此，林帶結構應以稀疏型為主，林帶總平均疏透度控制在30%~50%，分層疏透度應控制在林冠層30%~50%，林幹層50%。
稀疏型林帶具有分佈均勻的空隙，樹榦及枝葉等部分對氣流的摩擦、分割和阻擋消耗較多動能，導致風速降低顯著；疏透型林帶樹榦部空隙較大，氣流相對暢通，動能消耗較少，從而風速降低相應減少；與其他結構林帶相比，通風型林帶林幹層通風孔道相對較多，氣流阻力相對較小，風速降低不明顯。基於以上原因，在烏蘭布和沙區營建防護林時可根據當地情況盡可能選擇稀疏型林帶結構。
4、消減沙塵暴作用明顯
沙塵暴發生過程中，在垂直梯度上，烏蘭布和沙漠東北緣防護林內外風速均隨高度增加呈現遞增趨勢，隨著高度的增加，二者差值逐漸減小，風速消減層主要在24 m以下；在水準梯度上，沙塵暴經過防護林體系時風速顯著削弱，不同高度上風速消減範圍為9.26%-58.70%，平均消減31.03%，風速消減最大值在1m處(58．70%)。
農田防護林對於沙塵暴具有顯著防風功能，當沙塵暴經過防護林時，近地層氣流流場發生改變，因為林帶的阻擋使得氣流被迫抬升，從而減少進入防護林內的氣流，這在一定程度上減輕了沙塵暴對防護林內部農作物的侵害。沙塵暴通過防護林時，沙塵水準通量降低，防護林週邊50 m單次沙塵暴過程的平均沙塵水準通量為475.51g·m-2，而防護林內部只有177.35 g·m-2，沙塵濃度降低了298.16 g·m-2，並且隨著高度的增高，二者差值逐漸減小，呈現出逐漸重合的趨勢。從水準通量累計百分比分析，隨著高度的增加，沙塵水準通量累計百分比增加幅度逐漸減小，24 m高度層防護林週邊沙塵水準通量累計百分比增加幅度較大，而防護林內部相對較小；36-48 m高度層防護林內部沙塵水準通量累計百分比增加幅度逐漸增加，而防護林內部則逐漸趨於平穩;其中防護林週邊78.4%的沙塵水準通量集中在24 m以內，而防護林內部24 m以內只佔53.5%。以上數據分析表明，隨著高度增加，下墊面狀況對沙塵暴沙塵水準通量的影響逐漸減弱。
5、緩解霜凍作用效果明顯
根據2004年5月2日霜凍調查分析，完整林帶使瓜類死苗率降低28.7%。由於樹體降溫放熱、林網對氣流的阻擋作用以及林冠層對熱輻射的影響等，防護林結構較完整的區域凍害明顯輕於防護林不夠完整的區域；寒流進入林網區後,産生霜凍的能力隨縱深距離增大而逐步衰減。加強綠洲防護林體系建設、完善林網結構、重視農田周圍閒散荒地的造林綠化對緩減霜凍具有重要意義。
6、緩減冰雹災害效果顯著
根據2016年6月13日冰雹災害實地調查，林網內、外玉米災後植株保存率分別為87%、24%。雹塊近地面水準速度和豎直速度均隨高度降低而減小，與風速廓線形態和下沉氣流在近地面的截止趨勢一致。防護林緩減雹災作用的動力學機理是：防護林與雹塊間存在以空氣為介質的動力作用，林帶阻礙近地面氣流運動，遏制近地面含雹氣流的下沉和輻散，雹塊進入林網低風速區後接受比無林區更大的空氣阻力，豎直和水準速度均顯著降低，致災能力降低。
7、植物群落多樣性顯著增加
綠洲邊緣比綠洲週邊多樣性指數高，綠洲週邊多樣性指數為0.6255，綠洲邊緣為2.284，多樣性指數為綠洲低地（2.3261）＞綠洲邊緣（0.896）＞流沙對照（0.6216）。防護林建設能增加植物群落物種多樣性。
8、增産效益明顯
在風沙危害嚴重的地區，如果沒有林帶的保護，常常會遭到風沙危害的襲擊，使得農作物大幅度減産，甚至顆粒無收。風沙危害是烏蘭布和沙區北東部人工綠洲的主要災害，農田防護林在防治風沙危害方面具有無可替代的作用。防護林網能夠顯著地提高農業作物産量，在林網內小麥、籽瓜、甜菜的單位産量分別比網外提高45.8%、155.7%、25.0%。
2024年3月30日，內蒙古自治區黨委宣傳部授予“磴口模式”治沙群體“北疆楷模”稱號。我們將積極探索防沙治沙新技術、新模式，持續總結推廣“磴口模式”，努力打造世界荒漠化防治與綠色發展樣板。
