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【一、荒漠化和沙化背景】
提起荒漠化与沙化，大多数人可能觉得离自己很遥远。毕竟中国地大物博，毕竟西北地广人稀。严格来说，荒漠化和沙化是两个相对独立却密不可分的概念。广义的荒漠化，指由于人为和自然因素的综合作用，使得干旱、半干旱甚至亚湿润地区的自然环境退化（包括盐渍化、草场退化、水土流失、土壤沙化、狭义上的沙漠化、植被荒漠化、历史时期沙丘前移入侵等以某一环境因素为标志的具体的自然环境退化）的总过程。狭义的荒漠化则可单指沙漠化。以下沿袭国家林业局的说法，即荒漠化和沙化。
2015 年 12 月 29 日，国务院新闻办与国家林业局联合发布第五次全国荒漠化和沙化监测结果，荒漠化和沙化土地面积分别仍占国土面积的1/4以上和1/6以上。荒漠化和沙化仍然是我国最严重的生态问题。
荒漠化分布在 18 个省（区、市）的 528 个县（旗、市、区）。其中轻度荒漠化比例仅占 28.69%，其余均为中度、中度和极重度荒漠化，极重度荒漠化更是占到逾 1/5。还有下面更直观的卫星图。
广义的荒漠化实际上包括风蚀荒漠化（我国约 70%荒漠化都属此类型）、水蚀荒漠化（如水蚀严重的黄土高原）、盐渍化（在近 20 个省份均有分布）、冻融荒漠化（常见于高海拔地区）等不同类型；另外还有石漠化，主要存在于热带、亚热带湿润、半湿润气候条件和岩溶极其发育的地区，在我国主要分布在中部和南部省份。
至于我国荒漠化的分布，荒漠化面积最大的五个省份分别是新、蒙、藏、甘、青。从卫星图还可看到黄土高原那块巨大的疤痕。
然后谈一谈沙化，沙化土地分布在全国 30 个省（区、市）的 920 个县（旗、市、区），且超过 50%属于极重度沙化。地图中，中国八大沙漠：塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、柴达木盆地沙漠、库木塔格沙漠、库布齐沙漠和乌兰布和沙漠，和四大沙地（均在内蒙）：科尔沁沙地、毛乌素沙地、浑善达克沙地与呼伦贝尔沙地也清晰可辨。八大沙漠四大沙地集中分布在我国西北和北方，也使得新、蒙、藏、甘、青五省的沙化土地面积继续“领跑”全国。读博期间，足迹先后踏入六大沙漠，对荒漠化和沙化的直观感受也让我备受冲击。
中国沙化土地现状分布图
营养贫瘠的沙化土地同样分为多种类型，如流动沙地 / 丘（最易随风力移动，“最会跑”）、固定沙地 / 丘(基本被植被覆盖，很难移动）、半固定沙地 / 丘(部分被植被覆盖，但植被间空隙的流沙依然会随风而动）、戈壁滩（地表以坚硬的大小砾石为主）、风蚀劣地（新疆三个魔鬼城：克拉玛依乌尔禾魔鬼城、奇台将军戈壁魔鬼城、吉木萨尔五彩城，均属此种风蚀地貌）、沙化耕地（除西北，在北方和中原的一些河滩也时常可以见到）和物理治沙工程地等。
【二、荒漠化和沙化成因】
荒漠化与沙化，是在包括气候变异（全球变暖、降雨格局改变、水资源短缺加剧、洋流与大气圈层运动变化、极端天气更加频繁）和人类活动在内的多种因素共同作用下产生和发展。而人为不合理活动（如过度垦荒、超载放牧、太阳能和风能开发建设活动、农业用水与生态用水矛盾等）的加剧起着推波助澜的作用。
【三、荒漠化和沙化防治措施及成效】
近几年大概由于雾霾肆虐加剧，人们眼中满满都是 PM2.5。沙尘暴、扬沙浮尘天气似乎越去越远，仿佛只存在于过去的新闻里。而实际上，国家和各级政府在荒漠化与沙化防治上，持续投入大量的人力、财力、物力，多种措施并举。这些措施包括了自然修复措施，如封沙育林育草、草原围栏封育、封山育林育草、沙地封禁保护等，力图最大程度排除人为活动对生态系统中土地和植被的干扰，促使其借助自身的演替作用与自我修复功能进行恢复。
同时更包括多种人工促进措施，如固沙沙障（下图 1-3），即草方格、石方格、塑料方格等。顾名思义，用多种不同的材料如稻草、麦秆、石头、塑料条、编织袋等，人为设置边长 1m 到 3m 不等的方格作为沙障，靠机械作用阻止流沙随风迁移。除所需大量原材料外，还需大量人力。水土保持和荒漠化防治专业的朋友对沙障应该非常熟悉，沙障在西北的铁路和公路两侧也非常常见——塔克拉玛干数百公里长的穿沙公路两侧，全部都是草方格和苇方格。宁夏沙坡头作为我国第一个沙漠自然生态保护区，取得的治沙成就举世闻名。在 19 世纪 50 年代初，为保护穿沙而过的包兰铁路，最早采用的就是以麦草方格为主、配合草木再植的综合治沙工程体系。
再如人工造林种草或飞播造林种草（图 4 和 5），这种举措在亚湿润干旱区成功率相对更高，毕竟对水分需求较大。在干旱干旱区开展植树造林，成效常受限于水分条件。一方面因强烈的蒸发和下渗需补充浇灌大量水分，另一方面灌木和乔木强烈的蒸腾作用使得地下水分损失严重，林木的后期维护十分艰难。那几位在内蒙古靠人力倾力植树的日本友人远山正瑛、增田达志、大龙隆司、羽场刚，无私的国际行为值得称道！
还会通过减轻减缓人类活动的不利干扰，以加速荒漠化土地的恢复，具体如退耕还林还草（长远为子孙计）、小流域水文治理（人为干预局域内水分再分配和水文状况）、生态移民（撤出生态受损严重的地区）、舍饲圈养（山羊对植被破坏尤其严重，蹄子踩踏、啃食，更重要是它吃草连根拔！）、推广多种节水灌溉技术（包括渠道防渗、低压管灌、喷灌、微灌和完善灌溉管理制度）等（图 6-10）。
同时，构建生态防护林也是防风固沙、防止荒漠化与沙化迁移扩大的一个重要举措，如始于上世纪 70 年代，计划分八期工程到 2050 年完成的三北防护林，在治理沙化、控制水土流失、恢复与保护生态环境方面发挥重要作用，同时取得了生态、经济和社会多重效益。
此外，在荒漠化与沙化地区大力推广林沙产业，如红枣和葡萄林果经济林、灌木经济林、饲料经济林、肉苁蓉等新兴经济林等，从而将沙漠化防治与当地经济社会发展有机结合。
多种措施并举下，在一些典型区域取得了显著成效：
【四、生物土壤结皮治理荒漠化】
上面讲了这么多，不管是传统的治沙手段，还是新兴的治沙措施，都是其他同行的工作。一方面各种举措自有其不可替代的重要作用，另一方面也确实存在人力、财力、物力耗费巨大、后期维护艰难的现实问题。
俗话说得好：它山之石可以攻玉。读博时所在团队，探索的则是另外一条生态可持续之路，即利用生物土壤结皮(人工藻结皮）固沙，并利用藻 - 草 - 灌技术综合治理荒漠化。研究团队由先驱者、师公刘永定研究员和我导师胡春香研究员的带领，从 1996 年开始探索此技术，在武汉市和内蒙古自治区政府支持下，至今已在内蒙古毛乌素沙地、库布齐沙漠、乌兰布和沙漠和科尔沁沙地等推广示范荒漠藻人工结皮综合治沙技术共计5 万余亩。其中，达拉特旗项目区林草覆盖率由项目实施前的不足 15%提高到目前的 80%以上，有效控制了风沙的危害，成功实现了从“沙赶人”到“人赶沙”的蜕变。并已开始在青海进行推广；也进行了一些国外合作的尝试，如在法国某机场跑道两侧沙地进行治理维护。
荒漠藻试验基地
在生物结皮治沙技术发展和推广的过程中，得到了由中国科学院院士、国家自然科学基金委员会主任陈宜瑜，中国工程院院士、北京林业大学校长尹伟伦，中国工程院院士蔡道基，中国科学院院士曹文宣，国家林业局防沙治沙办公室总工程师杨维西等专家组成的委员会的一致认可，认为此项工作在国际上亦处于领先地位，并得到国外同行认可，在治沙领域同样有诸多研究的美国、以色列、澳大利亚等国的科学家曾多次到腾格里沙漠实验站和库布齐沙漠实验站进行访问和学术交流。也曾被国内主流媒体头版报道相关研究。
在科技某一领域取得国际领先地位实在不易，这对于提升国际地位和影响力也有着重要的意义。2017 年 9 月 11 日，《联合国防治荒漠化公约》第十三次缔约方大会高级别会议在鄂尔多斯召开，正是因为距离此地不足百公里的库布齐沙漠中卓越的治沙成绩，被认为是创造了荒漠化防治的中国模式。习近平主席致信祝贺，并指出土地荒漠化是影响人类生存和发展的全球重大生态问题。
（插播一段人物背景：刘老师因在水华蓝藻、荒漠藻、航天生命保障系统方面的贡献，和对国际学术研究与合作交流的推动，分别获得法国政府颁发的金棕榈统帅勋章和设在瑞典的国际宇航科学院院士称号。
刘老师在藻类研究方面的贡献和国际级别的大师地位不用多提，此外他从 1987 年开始从事空间环境生物学与载人航天受控生态生命保障系统研究，先后参与过 6 次返地卫星实验和 2 次飞船实验，是神舟 2 号飞船生命科学系统的技术总师，领导研制出中国第一个受控生态生命保障系统实验模型载体“通用生物培养箱”，为我国载人航天和 TG 计划的相关研究提供了重要的硬件支持。 在理论研究领域，他根据生态系统原理构建水生封闭生保系统，并在神舟 2 号自主项目、神舟 8 号中德合作项目上进行了验证和拓展、完善。他还根据多年治理荒漠的经验，提出运用生物土壤结皮模拟地球早期有氧大气形成的过程拓殖外星、构建陆地生态生保系统的构想，并系统推演了该构想的可行性，为外太空移民面临的长期生保难题提出了一个可选择的方案（Astrobiology，2008，8：75-86）。该构想得到多个国家同行科学家的关注和赞同，被 Nature Review in Microbiology（Vol.10: 551-562, 2012）, the ISME Journal（Vol.5: 1671-1682, 2011）,Trends in Microbiology（Vol. 18(7): 308-314, 2010）等国际权威刊物引用。）
下面用尽可能通俗易懂的语言，简单介绍这项技术工作：
作为在地球上最早出现的生物，和生态系统中最常见的早期先锋拓殖植物，蓝藻不只存在于海洋和淡水体系中，也存在于各种土壤甚至荒漠中。荒漠蓝藻以丝状类型为主，在自然条件下即可在荒漠地表形成生物土壤结皮——一种生物与土壤复合组成的壳状结构。一方面丝状结构能够捆绑固定沙土颗粒，另一方面藻细胞分泌的大量胞外多糖也具有很强的粘结吸附作用，进一步胶结土壤颗粒和沙粒。藻结皮形成后，不仅沙土表面的防风防水蚀能力大幅提升，水文条件得到改善，生物群落多样性得以提高，土壤厚度和结构质地、营养状况也逐渐改良。为向更高级的地衣、苔藓进行发育演替，以及之后草本植物、灌木的生长创造了最初的条件。
而团队的工作，简言之就是，从自然的生物结皮中分离筛选出优良的藻种，逐级扩大培养到工程化培养，然后以人力和机械化方式（如车载高射程风送式喷雾机、多功能洒水车、喷雾 / 粉机和飞机播种等）向荒漠地表接种藻液，通过人为干预，强化藻类在荒漠拓殖过程中的作用，并大幅缩短结皮的形成时间。
人工接种后，一旦藻结皮形成，就可以自我维持和发展，并进入前面所述的自然演替阶段。再无需人为干预，后期维护简易，是真正的生态可持续性治沙技术手段。
在实际的工作中发现，藻类接种在草本植物和灌木之间的空地上之后，结皮形成和发育效果要好于直接接种在裸沙表面。因为高等植物为藻结皮最初的形成和发展，提供了荫蔽和抵挡风蚀的作用。因此人工藻结皮固沙技术，结合草本植物和灌木再植，更为有效。也是藻 - 草 - 灌综合治沙技术体系的形成基础。
人工接种蓝藻后 1 年内，流沙表面逐渐固定。无需灌溉，结皮自然生长，颜色由浅到深，表层土壤逐渐加厚。苔藓和一年或两年生草本植物也逐渐在土表拓殖。有了逐渐加厚的结皮层，植物的根部穿过结皮才能扎根更稳，被改善过的土壤养分和水文状况，也为高等植物提供了生存发展的基石。
作为一项节省大量人力物力、生态可持续的工程技术体系，荒漠藻人工结皮综治固沙技术是一项前无古人的科学实践，没有现成的经验和知识。当地在应用这项技术后，取得的环境 - 生态、经济、社会等各方面效益是是显著而巨大的。但科技成果的推广应用是一项艰巨的工作，涉及很多非科学技术的问题，如当地的降水量、植被类型等。这项技术是全球范围内的第一个尝试，还需对技术进行进一步优化，以降低成本，扩大应用范围。
团队的工作，对于国人，尤其是广袤的西北和北方地区，有着深刻的意义。但荒漠化防治工作仍然任重而道远。作为团队中普通的一员，我为曾参与其中贡献一份微薄力量而自豪。如今虽已不再从事相关工作，但会时刻关注相关的最新动态。
丹心一片献西北，惟愿祖国万里青！
(引文请跳过，后有彩蛋~)
【数据来源和参考资料】
1. 国家林业局. 中国荒漠化和沙化状况公报. 2015/12/29.
2. 国家林业局. 中国荒漠化和沙化简况——第五次全国荒漠化和沙化监测. 2015/12/29.
3. 刘永定，胡春香，张文军等. 荒漠蓝藻环境生物学与生物土壤结皮固沙. 科学出版社. 2013.
4. 刘永定主编. 藻 - 草 - 灌(- 乔）综合治理荒漠化与区域可持续发展. 科学出版社. 2013.
5. 李佳. 三代科研人 20 年接力赴内蒙古治沙,武汉“荒漠藻”扎根库布齐沙漠. 长江日报. 2017/9/12 头版, 第 4 版.
6. 李华.利用蓝藻治理荒漠又获理论新突破. 中科院水生所官方网站. 2017/6/9.
7. Hu C.X., Gao K.S., Whitton B.A. Semi-arid Regions and Deserts. In: Whitton B.A. (Ed.), Ecology of Cyanobacteria II: Their Diversity in Space and Time. Dordrecht:
Springer Science+Business Media. 2012.
8. Hu C.X., Zhang D.L., Liu Y.D. Research progress on algae of the microbial crusts in arid and semiarid regions. Progress in Natural Science, 2004, 14(4): 289-295.
9. Hu C.X., Liu Y.D. Parimary succession of algal community structure in desert soil. Acta Botanica Sinica, 2003a, 45: 917-924.
10. Hu C.X., Liu Y.D., Paulsen B.S., et al. Extracellular carbohydrate polymers from five desert soil algae with different cohesion in the stabilization of fine sand grain.
Carbohydrate Polymers, 2003b, 54(1): 33-42.
11. Hu C.X., Zhang D.L., Huang Z.B., et al. The vertical microdistribution of cyanobacteria and green algae within desert crusts and the development of the algal crusts. Plant and Soil, 2003c, 257(1): 97-111.
12. Hu C.X., Liu Y.D., Song L.R., et al. Effect of desert soil algae on the stabilization of
fine sands. Journal of Applied Phycology, 2002a, 14(4): 281-292.
13. Hu C.X., Liu Y.D., Zhang D.L, et al. Cementing mechanism of algal crusts from desert area. Chinese Science Bulletin, 2002b, 47(16): 1361-1368.
14. Lan S.B., Ouyang H.L., Wu L., Zhang D.L., Hu C.X. Biological soil crust community types differ in photosynthetic pigment composition, fluorescence and carbon fixation in Shapotou region of China. Applied Soil Ecology, 2017(111), 9-16.
15. Lan S.B., Wu L., Zhang D.L., Hu C.X. Analysis of environmental factors determining development and succession in biological soil crusts. Science of the Total Environment, 2015, 538, 492–499.
16. Lan S.B., Wu L., Zhang D., Hu C.X. Assessing level of development and successional stages in biological soil crusts with biological indicators. Microbial ecology, 2013, 66(2), 394-403.
17. Lan S.B., Wu L., Zhang D.L., Hu C.X. Successional stages of biological soil crusts and their microstructure variability in Shapotou region (China). Environmental Earth
Sciences, 2012, 65(1), 77-88.
18. Ouyang H.L. & Hu C.X. Insight into climate change from the carbon exchange of biocrusts utilizing non-rainfall water. Scientific reports, 2017, 7(1), 2573.
19. Ouyang H.L., Lan S.B., Yang H.J., Hu C.X. Mechanism of biocrusts boosting and utilizing non-rainfall water in Hobq Desert of China. Applied Soil Ecology, 2017, 120,
70-80.
20. Rossi, Rossi, F., Li, H., Liu, Y.D., De Philippis, R. Cyanobacterial inoculati in (cyanobacterisation): perspectives for the development of a standardized multifunctional technology for soil fertilization and desertification reversal. Earth-Science Reviews, 2017, 171, 28-43.
——————彩蛋在这里，挟带几枚私货——————
（所有图片原创，除星空外均为手机拍摄）
库布齐沙漠实验站的美景，当然是治理后的，曾经铺天盖地的黄沙就不给你们看了。风雨欲来，层层厚重卷云下我们的试验基地，就问你像不像童话！像不像漫画！
试验基地的秋天。黄叶在秋光里刷刷笑，可知道你们能长在这里有多幸福？
夜晚野外通宵实验，帐篷外的北斗七星和银河
通宵后天亮时看到这似油画的一幕真被美得惊呆了！
还有那些在沙漠中顽强成长的生命，让人感动
日出时分，树下面惊艳的狗尾草
作为搬沙工，在库布其沙漠试验站的日常自拍
腾格里沙漠，顽强的生命，无处不在，绽放色彩
沙柳，抵御风沙，肩并肩
在沙漠待上一整天，我的午餐
古尔班通古特沙漠，不错，就是我
驱车 12 小时穿越塔克拉玛干沙漠，看到孤独坚守的胡杨
穿沙公路两旁，就扎满了草方格
当然啦，也有偷懒的时候。两张自拍，在腾格里沙漠东南缘，也就是沙坡头的黄河边。
我想，这里是否就是当年王维写下“大漠孤烟直，长河落日圆”的地方？
<全文完>