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中国沙漠, 2024, 44(6): 318-329 doi: 10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00099

西藏高原沙漠化研究综述

任珩,1,2, 姜盛基1, 赵文智,2

1.中国科学院西北生态环境资源研究院，甘肃省知识计算与决策智能重点实验室，甘肃 兰州 730000

2.中国科学院西北生态环境资源研究院，中国生态系统研究网络临泽内流河流域研究站，甘肃 兰州 730000

A review of desertification research on the Tibetan Plateau

Ren Heng,1,2, Jiang Shengji1, Zhao Wenzhi,2

1.Key Laboratory of Knowledge Computing and Intelligent Decision /, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China

2.Linze Inland River Basin Research Station, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China

通讯作者: 赵文智（E-mail： zhaowzh@lzb.ac.cnn）

收稿日期: 2024-05-27   修回日期: 2024-10-14  

基金资助: 国家社会科学基金项目.  23XGL035
甘肃省哲学社会科学规划项目.  2022YB138
中国科学院战略性先导科技专项.  XDA23060304

Received: 2024-05-27   Revised: 2024-10-14  

作者简介 About authors

任珩（1985—），甘肃文县人，博士，研究方向为生态水文与恢复生态学E-mail：renheng@llas.ac.cn , E-mail：renheng@llas.ac.cn

摘要

西藏高原沙漠化作为近年来最严重的高原生态环境问题，不仅决定整个西藏高原的生态环境质量，还影响着中国生态环境的可持续发展。本文从西藏高原沙漠化时空分布格局、风沙地貌形成过程、植被防沙措施及沙漠化监测技术4个方面，综述了西藏高原沙漠化研究最新进展。根据当前西藏高原沙漠化研究中存在的问题提出今后研究重点：（1）增加西藏高原沙漠化区域性和河流上中下联动整体研究；（2）明确沙物质来源及其对河谷风沙的相对贡献；（3）分析植被防沙措施对沙物质移动的影响；（4）构建适用于西藏高原沙漠化监测的新技术。对西藏高原沙漠化防治提出建议，以期为西藏高原生态环境可持续发展提供参考。

关键词： 西藏高原 ; 沙漠化 ; 植被 ; 监测技术

Abstract

As the most serious ecological and environmental problem in Tibet Plateau in recent years， desertification not only determines the ecological and environmental quality of the entire Qinghai-Tibet Plateau， but also affects the sustainable development of the ecological environment in China. This paper reviews the latest progress of desertification research on the Tibetan Plateau from four aspects： spatial and temporal distribution pattern of desertification， formation process of aeolian sand landform， vegetation sand control measures and desertification monitoring techniques. According to the existing problems in the study of desertification on the Tibetan Plateau， the future research priorities were put forwarded： （1） increase the overall study of desertification regionality and the linkage between upper， middle and lower rivers in the Tibetan Plateau. （2） identify the sources of sand materials and their relative contributions to the aeolian processes in river valleys. （3） analyze the effects of vegetation sand control measures on the movement of sandy materials. （4） establish a new technology for monitoring desertification on the Tibetan Plateau. Some suggestions on desertification control in Tibet Plateau were put forwarded in order to provide reference for the sustainable development of ecological environment in Tibet Plateau.

Keywords： Tibetan Plateau ; desertification ; vegetation ; monitoring technology

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本文引用格式

任珩, 姜盛基, 赵文智. 西藏高原沙漠化研究综述. 中国沙漠[J], 2024, 44(6): 318-329 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00099

Ren Heng, Jiang Shengji, Zhao Wenzhi. A review of desertification research on the Tibetan Plateau. Journal of Desert Research[J], 2024, 44(6): 318-329 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00099

0 引言

沙漠化是人为因素和自然因素造成的干旱、半干旱及部分半湿润地区土地退化，对区域生态环境质量和社会经济发展产生严重威胁［1-2］。西藏高原是气候变化的响应敏感区［3］，随着全球气候变化和当地人类活动加剧，西藏高原土地沙漠化已经成为区域的主要环境问题。雅鲁藏布江宽谷河段是西藏高原风沙活动最强烈地区，其独特的地貌特征为西藏高原沙漠化形成提供了物质来源和动力机制［4-5］。植被作为高原生态系统最重要的组成部分，在沙漠化防治中起着至关重要的作用。沙物质状况对植被分布相当敏感，植被的个体形态及植被群落对水流［6］和气流结构［7］有显著影响，对动力介质中沙物质的沉积和输移具有重要作用［8-9］。遥感技术可用以绘制大范围陆地表面状况，可为揭示大面积植被动态和荒漠化趋势提供多时相数据，是监测长时间序列地表过程的有效手段［10-11］。近年来，基于遥感数据衍生出的新型沙漠化监测技术进一步增强了遥感技术的应用深度和广度，为精准获取宏观尺度和长时间序列的地形地貌、植被变化和沙漠动态等空间演化数据提供了有效的方法和手段，也为监测、研究高寒河谷植被和沙漠化过程提供了新的思路［12-13］。

本文从西藏高原沙漠化时空分布、西藏高原风沙地貌形成过程、西藏高原植被防沙措施对沙漠化影响及西藏高原沙漠化动态监测技术4个方面综述了西藏高原沙漠化研究进展，对今后研究重点和未来的发展方向进行展望，并为西藏高原沙漠化防治提出建议，以期为西藏高原沙漠化防治提供理论依据，为西藏高原生态环境可持续发展提供科学参考。

1 西藏高原沙漠化时空分布

1.1　沙漠化分类指标体系

沙漠化分类体系是沙漠化研究基础，从最初国际沙漠化分类指标体系形成开始［14-15］，各国学者结合国内沙漠化现状及发展趋势相继制定了符合本国地貌特征和沙漠化现状的分类指标体系。西藏高原特殊的地理位置和气候条件孕育了具有高原特色的风沙地貌，而境内分布的“一江两河”流域不仅为风沙地貌形成和发展提供了动力机制，还是沙物质的主要来源。中国学者根据联合国沙漠化分类指标体系结合西藏高原风沙地貌类型和实际分布格局，利用遥感数据和野外调查相结合的技术手段，构建了适用于西藏高原的沙漠化分类指标体系。其中最具代表性的是李森课题组研究形成的分类指标体系［16-17］。以西藏高原风沙地貌形态、景观特征及分布状况为划分指标，再结合其特殊的地理位置和脆弱的生态环境，创立了符合中国高原地区实际的沙漠化分类指标体系。该体系将西藏高原沙漠化土地划分为潜在沙漠化、轻度沙漠化、中度沙漠化、重度沙漠化和极重度沙漠化5个类别，包括4级10类沙漠化土地和1级3类潜在沙漠化土地。建立了具有统一时空尺度和区域特征的沙漠化分类体系，为西藏高原沙漠化动态研究提供了基础数据。该分类指标体系是近年来西藏高原沙漠化研究应用最广泛的分类体系，得到了众多学者的认可。此外，张志伟等［18］以气候区划、地表物质组成、地貌类型及成因和植被覆盖度作为划分指标，通过实地调查和GIS技术相结合，对拉萨市城关区的沙漠化进行四级划分，分为2个Ⅰ级沙漠化类型、7个Ⅱ级沙漠化类型、18个Ⅲ级沙漠化类型、31个Ⅳ级沙漠化类型。李庆等［19］利用遥感影像结合野外调查和现有的研究成果，构建了一套适合中国高原地区的沙漠化土地的分类指标体系，将沙漠化分为轻度、中度、重度和极重度。

以国际沙漠化分类原则和理论为基础，结合西藏高原脆弱的生态环境和沙漠化现状形成的高原特色沙漠化分类指标体系为西藏高原沙漠化研究提供基础导则和理论框架，指导了西藏高原沙漠化发展。但就中国沙漠化分类体系发展进程来看，西藏高原沙漠化分类体系研究和发展依然滞后于国内典型沙漠化地区。这一现状主要归因于西藏高原复杂的气候条件和脆弱的生态环境。因此，如何将现有的监测技术和数据分析方法应用于西藏高原沙漠化演变过程之中，构建出一个适用于西藏高原多变气候条件和敏感生态环境的沙漠化分类体系是今后的研究重点。

1.2　沙漠化时空分布格局

西藏高原风沙地貌是在长时间自然条件变化和人为活动干预下形成的，广泛分布于河流谷地、山间盆地和山前洪积区等地貌单元，具有面积大、分布广和危害重等特点［19-20］。经过多年的持续治理，西藏高原的沙漠化问题已经得到了显著改善。从时间维度上看，西藏高原的沙漠化面积随时间呈先增长后减少趋势（表1）。1990—2000年，沙漠化面积增长了2 152.01 km2，中度和重度-极重度沙漠化面积分别增长了1 871.96 km2和778.34 km2，敏感性指数仅下降0.02，这主要与该时期内人口增长、畜牧量增加、开垦、乱砍滥伐等人为活动和气候变化有关［17，20-21］。2000—2010年，沙漠化面积增长趋势得到了控制，沙漠化面积减少了194.56 km2，轻度沙漠化面积增长12 459.92 km2，中度和重度-极重度沙漠化面积分别减少了12 414.13 km2和240.35 km2，敏感性指数下降0.05。除了轻度沙漠化面积增长外，其余程度沙漠化面积均减少，这主要与国家环保部门对西藏沙漠化问题的重视、沙漠化治理技术的推广有关，而轻度沙漠化面积增长则归因于西藏地区人为因素增长和畜牧业发展［17，20-21］。2010—2015年，沙漠化面积增长趋势进一步得到了控制，沙漠化面积在5年时间里仅增加了67.10 km2，轻度沙漠化面积减少2 838.03 km2，中度沙漠化面积不变，重度-极重度沙漠化面积减少了127.52 km2，敏感性指数下降0.05，沙漠化面积得到稳定，这得益于沙漠化防治技术的日益成熟和防治工程试验示范点的建设［17，20-21］。

表1   1990—2015年西藏高原不同程度沙漠化土地面积及敏感性指数变化

Table 1  Changes of desertified land area and sensitivity index in Tibet Plateau from 1990 to 2015

沙漠化面积和 敏感指数年份
1990200020102015
总面积/km2199 743.46201 895.47201 700.91201 768.01
轻度/km284 592.5584 094.2696 554.1893 716.15
中度/km2111 786.27113 658.23101 244.10101 244.10
重度-极重度/km23 364.644 142.983 902.633 775.11
敏感性指数—下降0.02下降0.05下降0.05

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从空间维度上看，西藏高原沙漠化分布随地形分布明显，沙漠化集中在藏北高原中部和西部、阿里高原西部、雅鲁藏布江河谷和朋曲中游河谷，而且沿着流域分布明显。在湖泊周边80 km范围内沙漠化土地面积占沙漠化土地总面积90%以上，表明西藏高原沙漠化土地大多分布在流域周边，其空间分布与流域关系密切［17，22］。在雅鲁藏布江中、上游河谷地貌单元上，风沙地貌呈斑块状、片状不连续分布，总体上构成了沿着狭长河谷带状不连续分布格局，且集中在宽谷河段。宽谷河段具有丰富的沙物质和开阔、平坦的下垫面，在河漫滩和河流阶地为风沙地貌的形成提供了便利条件［23］。此外，随着丰水期和枯水期的不断交替，在宽谷河段沉积的沙物质在风力作用下被搬运到两岸，形成爬坡沙丘，使得在河流纵向尺度上随着谷坡凹凸起伏呈阶梯不连续分布格局。从西藏高原方位尺度上看，藏东三江河谷主要分布灌草丛沙丘，藏南河谷地带主要分布多种形态的片状沙丘，大面积沙砾地和斑块状沙丘则主要分布在藏北、藏西地带。

1.3　沙漠化成因

土地沙漠化是在干旱、半干旱以及部分半湿润地区出现的由于人地关系不协调所造成的以风沙活动为主的土地退化现象［20］。这种长时间序列上形成的风沙地貌受到多种因素的制约，可以分为自然因素和人为因素。自然因素包括地形地貌、气候变化和植被覆盖等，而人为因素主要是一系列人类经济活动，例如农业种植、畜牧养殖和砍伐森林等对地表植被和土壤结构的破坏。

西藏高原以高原寒温带半湿润、半干旱和干旱气候为主，其沙漠化成因主要包括两个方面。一方面，西藏高原生态环境比较脆弱，气候复杂多变，对环境变化极为敏感，生态环境易变。研究表明，对于相同外界条件改变值，西藏高原生态环境对此响应值明显高于其他区域，沙漠化敏感指数更高，这是西藏高原土地沙漠化根本内在原因［9，17］。另一方面，西藏高原土地沙漠化原因包括自然因素和人为因素。自然因素是沙漠化发展的内在驱动力，主要包括气候、地形和植被，在不同的时间尺度上沙漠化过程对气候变化的响应模式不相同［20］。自20世纪90年代以来，西藏高原沙漠化问题呈恶化趋势，主要是由于在全球变暖的影响下区内温度升高，蒸发量增大，土壤变得更加干燥，风蚀作用加强，从而形成干旱环境。从长时间序列上看，由于气候变得干冷，加上植被稀少，大量碎屑物裸露地表，为风沙活动提供丰富的沙物质来源，从而加剧西藏高原沙漠化过程［24］。此外，西藏高原“一江两河”流域走向与区域内盛行的西风风向平行，使得该区域风力强劲，冬春季节西风持续时间长，为沙物质运移提供了动力机制。而冬春季节植被稀疏枯黄，进一步加剧了区域内沙漠化的延伸和扩张［25］。河谷沙地形成的主要原因是河流上游受多种外营力侵蚀产生松散碎屑物质，随着河流径流逐渐向下游搬运［9］，在相对平坦或者局部地形影响下在河道及河流两岸堆积并在枯水期裸露被河谷风逐步向山坡搬运形成山坡覆沙［23，26］。

人为因素是沙漠化发展的外在驱动力。20世纪90年代是西藏人口增长的高峰期，1990—2000年，西藏人口增长21.83万［27］，特别是雅鲁藏布江流域，是藏族人民的发源地和活动的中心区域［25］。随着人口增多，畜牧数量也随之增加，这使得西藏高原草地、林地和耕地被过度开发，土壤结构和地表植被遭到严重破坏，导致大量碎屑物裸露在地表，为风沙活动提供了丰富的物源，进一步加剧了沙漠化过程［28］。西藏高原土地沙漠化成因在20世纪90年代之前以气候变化为主，90年代以来随着人口数量增多，自然因素和人为因素共同作用是土地沙漠化主要原因［17］。

2 西藏高原风沙地貌形成过程

2.1　动力机制

沙丘是气流因携沙能力下降发生局部堆积，然后在风力作用下进一步塑造而形成的风沙地貌［29］。全球超过一半陆地面积受到风沙地貌过程的影响［30］。国内外学者围绕沙丘动力机制开展了大量研究［17，23，31］，认为水力和风力的时空耦合作用为沙丘形成提供了持续的动力机制［23，28，31-32］。河谷地表昼夜受热不均匀，加强了山谷间空气环流，形成了在冬季和春季频发且风力强劲的山谷风。此外，西藏高原境内地势西高东低，河谷走向与风向平行，增加了风的强度，枯水期强劲的西风和山谷风环流叠加形成的地面风，是西藏高原风沙活动的风动力条件［33-34］。河流是向下游输送陆地物质的重要途径［35］。西藏高原河谷沙丘的形成不仅受到风动力过程的影响，还受到湖泊和河流等水动力过程的影响［35］。西藏高原境内发育的“一江两河”流域是水动力主要来源，包括河流水力输送和降雨季节型溪流［9］。河流将上游沙物质和两岸风蚀沉积物输送至下游，在有植被覆盖的宽谷河段沉积下来，等到枯水期，这些暴露的细颗粒物质在风力作用下输送到河岸两侧形成爬坡沙丘［36］。此外，雅鲁藏布江中上游干湿季节分明，在夏季温度升高降雨量增多，再加上冰川融化，此时爬坡沙丘遭受到坡面冲刷，丘高削减，洪积坡积物在坡麓沉积，雨水还会将一部分坡积物带入河流，进一步加强了河流径流［23］。在风季形成的沙化地貌在雨季水动力作用下停滞发育甚至消亡，在翌年风季来临时，被消减的沙丘又被“复活”，形成一个形成—衰亡—复活的不断循环过程［37-38］。

除了风力和水力直接作用动力机制外，风沙地貌的形成还包括气候、地形和植被等间接作用动力机制［39］。气候改变影响风力和水力机制在整个西藏高原的分布规律，从而间接影响风沙地貌形成。例如，气候干暖化，改变境内盛行风向和风力强度，同样也会使降雨增多，水动力作用过程被增强［23，40］。地形是风沙地貌载体，沙漠化分布与地形地貌特征有关。西藏高原地势西高东低，使其境内盛行西风，而流域也随着地势高低呈东西流向，使西藏地区沙漠化沿着河流和地形分布［17，23，30］。植被是防沙治沙的有效措施，植被的存在会对近地面的气流形成阻挡和消减作用，沙物质发生沉积，在植被周围形成灌丛沙丘［23，31，40］。

2.2　沙物质来源与运移

2.2.1　沙物质的来源

地面沉积物是风沙地貌形成的物质基础，分析沙物质来源有利于理解沙漠化形成和演化，同时风沙沉积物的来源还是重建干旱区地表过程和解释风成序列古环境意义的关键。风力和水力作用不仅为风沙地貌形成提供了动力机制，还为风沙地貌发展提供了丰富的物源。沙丘沉积物的潜在来源包括河流和周围山区，每个来源都受到不同因素的影响［41］。

西藏高原风沙地貌分布广泛，尤其是雅鲁藏布江河谷地带沙物质十分丰富。通过对目前国内外西藏高原风沙地貌的物源研究进行总结和梳理，西藏高原风沙地貌的沙物质来源主要包括3个方面［17，23，28，42］：①水力和风力作用对上游沙物质的输运。雅鲁藏布江中上游降雨量丰富，年降雨量大于500 mm［23］。在丰水期，中上游流域输送的沙物质占全年输沙总量的85%以上［28］。由于强降水使得水力作用对河床侵蚀作用也进一步加强，雨水会将一部分风成沙丘带入到河道，为下游风沙地貌形成提供充足的沙物质来源。而在枯水期，水位下降，大量裸露沙物质在风力作用下向两岸和下游输移，形成爬坡沙丘。河岸和河漫滩是风沙地貌主要的沙物质来源［43-44］。②风力作用对土壤的侵蚀。20世纪90年代以来是藏区人口和耕地面积增长的高峰期。到2023年，藏区耕地面积占总面积的12.8%，风力作用对耕地最大侵蚀深度可达10 cm［25］。除了耕地面积增加，还有一部分草地也遭到严重破坏。风力作用下对土壤的侵蚀是西藏高原风沙地貌形成和发展的另一个物质来源。③古沙丘的活化和本地碎屑岩［44-45］。西藏高原宽广河谷和谷坡上遗存有较多的残留古沙丘和埋藏古沙丘，近年来随着气候条件恶化和人为活动增强，地表植被与土壤结构不断遭到破坏，导致古沙丘复活，成为新的沙源［20，46］。

以往对西藏高原风沙沉积物来源的研究集中于对地貌和地层关系的实地考察。近年来，基于元素标记示踪的地球化学法已经被广泛地用于地表沉积物的来源研究。Du等［46］通过对雅鲁藏布江43个地表沉积物样品的两个粒度组分中微量元素和稀土元素的测定和分析，认为雅鲁藏布江风沙沉积物起源于当地，主要来源于邻近的松散沉积物，上游的泥沙对中游的风沙沉积物贡献不大。Zhang等［3］同样分析了雅鲁藏布江全流域地表样品和局部碎屑岩的主要元素和微量元素含量，发现上游下半段与中游样品相似，而当比较中游地区的风成沉积物与周边的碎屑岩时，发现二者的主要元素和微量元素含量无关。因此，推测雅鲁藏布江中游的风成沉积物主要来自上游的下半段，而不是当地的碎屑岩。Zhou等［47］分别以马泉河谷（雅鲁藏布江上游）、山南河谷（中游）和米林河谷（中下游）为研究对象，对不同区域风沙沉积物粒度和元素进行分析，结果表明中游与下游风沙沉积物存在空间相关性，即它们可能共享上游共同的沙源，而上游马泉谷的沙丘形成和演化历史较长，主要是局部沙源，例如较早地质时期的河流斜坡侵蚀碎片和部分当地的碎屑岩。由此推断上游可能是中下游山谷风沙的潜在来源，而上游沙物质可能来源于当地碎屑岩。目前对西藏高原河流沙物质来源虽然进行了大量的研究，但是对于具体来源依然没有达成共识。因此，为了解决雅鲁藏布江河谷风沙成因结论的不一致，需要收集更多来自不同地质背景和上游及其支流的沉积物样本，以明确沙物质来源及其对河谷风沙的相对贡献，这也是今后沙漠化研究发展的重点和方向。

2.2.2　沙物质移动

风沙地貌的演变过程本质是沙物质在动力机制下不断运移。沙物质移动主要与地形、沙源及动力机制等宏观外部因素和沉积物粒度、形态等微观内部特性有关，风力作用在沙物质移动动力机制中占主导地位［46，48］。西藏高原特殊的地理位置和自然条件孕育了高原特色的风沙地貌，而沙物质的运移和沉积同样依附于其特殊的自然环境条件［37］。风力作用对沙物质移动的直接作用结果就是形成沿着盛行风向和地貌单元的沙丘分布格局［45，49-51］。此外，前已述及，裸露的沙物质是在风力和水力交互作用下移动和沉积的。在丰水期，上游沙物质在水力作用下被搬运到下游宽谷河段沉积下来形成河流沙丘。在枯水期，强劲的西风和山谷风叠加将裸露的沉积物搬运两岸山坡又形成爬坡沙丘［37-38］。

坡度、风速、植被和沙物质粒度是影响沙物质移动的关键因素［51-52］。当坡度小于55°时，大部分沙物质颗粒在风力作用下可以越过“掩体”不会发生沉积，因此55°坡度被认为是利于沙物质堆积的最小有效坡度［34］。而风速直接决定沙物质能否被风力介质携带而引起起沙，6 m·s-1的风速被认为是起沙的临界风速［53］。植被可以降低临界风速，气流减速和下沉运动导致沙物质输运局部达到饱和从而在植被附近发生堆积，形成灌丛沙丘［34］。粒度直接决定沉积物颗粒本身能否发生移动及运动的强弱。不同粒径的颗粒具有不同的爬升能力，大于2.0 Φ粗沙在坡脚停止运动，2.64 Φ的沙粒终止于沙丘中部，小于2.64 Φ的细沙和极细沙爬升至丘顶，小于3.00 Φ的沙粒则以跃移或悬移方式爬升更远［45］。西藏高原沉积物表面的沙物质移动是在风力和水力交互作用下进行的，风力作用占主导地位。在纵向尺度上，地表沉积物在风力和水力作用下从河流上游运移到下游，形成沿着风向和流域方向分布的斑状或不连续的片状风沙地貌格局。在横向尺度上，被风力作用从河流阶地和河漫滩搬运到两岸形成阶梯状爬坡沙丘。

3 西藏高原植被防沙措施

3.1　植被防沙效益

植被是防风固沙的有效措施［54］，通过种植植物可以阻挡沙物质移动［24，55］，也可为其他物种入侵、定居和种群扩大创造条件，形成可持续的植被防沙体系。西藏高原植被防风固沙主要在“一江两河”流域，通过在河漫滩和河流阶地种植植被，不仅可以减缓水力侵蚀作用，保持河床的稳定性，还可以对河流输沙进行拦截和沉积，但同时这也为爬坡沙丘的形成和发展提供沙源，即“沙聚”变成“沙源”。

植被能产生防风固沙效益的原因，除了自身形态结构外，植被种植形成的植被群落是决定植被防风固沙效益的关键因素。研究表明，覆盖度、配置模式、植被孔隙度、植被密度等是影响植被防沙效益的内在因素。张春来等［55］发现随着植被覆盖度的增大，地表气流动力学粗糙度和摩阻速率均增大，土壤风蚀率迅速减小，临界侵蚀风速和地表剪切力明显提高，对土壤风蚀具有显著的抑制影响。Meng等［56］认为有效控制风蚀所需的临界植被盖度为60%。Zhao等［57］发现，在绿洲与流沙过渡带中，草栅+固沙植物带+农田防护林是一种有效的绿洲保护系统，可使风速降低70%，输沙量降低96%。植被孔隙度和密度也是影响植被防风固沙的重要因素，主要表现在对风沙物质的拦截和沉积，孔隙度和密度过小不利于植被生长，过大达不到对起沙物质的拦截效应，20%孔隙度和5%~8%的灌丛密度被证明是植被捕获沙物质的最大阈值［44］。

西藏高原植被防沙措施以种植耐寒、耐旱性及适应高原气候的植被为主［58］。例如，沿江边种植以砂生槐、藏沙蒿为主要固沙植物，可以防止江边沙物质移动［59］，蒿属和锦鸡儿属等植物在乡土固沙中效果显著［60］；籽蒿、花棒、沙拐枣、杨柴和砂生槐在高寒河谷流动沙地的适应性较好［61］；沙柳和锦鸡儿混交林是防风固沙适宜的植被模式［62］；砂生槐和杨树混交林是最佳恢复群落，植被恢复后地表粗糙度提高7.9~16.8倍［5］；草本植物改善土壤养分更明显，优于灌木植物［61］。河漫滩植被可以降低河流的携沙能力，影响区域的水动力结构，引起沙物质在河流的一定范围内植被固沙区堆积从而实现固沙作用［59，63-64］。山坡上的植被可以通过降低地面风速，改变气流方向和沙物质运动方向使沙物质沉积下来实现固沙作用［34］。

除植被防沙措施外，西藏高原地区还通过工程、生物和化学等措施来进行防沙和固沙。1994年以来，先后在山南、那曲、阿里和拉萨等不同沙漠化类型区域设立沙漠化土地综合整治示范区，在沙漠化重点区域通过围栏封育、禁牧休牧和封沙育林育草等沙漠化防治工程措施实现沙化土地的保护和改良。截止2019年底，西藏固定沙化面积增加6.02万hm2，治理效果显著［17，65-66］。通过在沙化土地中接种蓝藻与土壤颗粒结合而形成人工生物土壤结皮的方法（ABSC），不仅可以稳定表土颗粒、抵抗土壤侵蚀，还可以显著提高裸露土壤中总有机碳（从0.51%提高到0.88%）和总氮（从300 mg·kg-1增加到779.2 mg·kg-1）含量，成为西藏高原一种前景广阔的防治荒漠化策略，目前已经被用于拉萨等沙化区域沙皮固定和土壤恢复［67］。此外，一些环保型化学固沙材料，例如生物类高分子固沙材料、高分子聚合材料和矿物质材料等也被用于西藏高原铁路沿线及其他沙化区流沙固定和沙害的防治［68］。

3.2　植被防沙措施对沙物质移动的影响

植被种植是最有效的防沙策略，植被生长形成的植被覆盖区拦截风沙和河流中的沙物质，使其因动力机制改变或减弱沙物质沉积达到固沙效果［57］。西藏高原风沙地貌主要沿着“一江两河”流域呈片状和辫状不连续分布。植被防沙措施对雅鲁藏布江河流沙物质移动的影响主要分为两个方面：一是丰水期对河流沙物质沉积运移的影响，二是枯水期对地表裸露沉积物运移的影响。在丰水期，河漫滩植被通过发育和代谢活动改变了水动力结构，高密度的植被可以形成墙边界保护，使河流的流动模式从混合层流变为边界层流，降低植被附近水流速度和湍流强度，促进了沙物质沉积［64，69］。Wharton等［70］发现河道植物覆盖可以显著降低河流流速促进了沙物质沉积，1 m2植被能够捕获0.085 m3的细沙物质。河流携带的沙物质随径流缓慢、低速经过植被覆盖区时，由于植被的拦截作用在其周边沉积下来。随着沙物质沉积的增强，河流中悬浮的细小沙质颗粒物层层叠加，最后形成河流沙丘。而由于植被影响，此时沙丘表面流速降低，抑制了沉积物的再悬浮，沙丘慢慢趋于稳定成为固定沙丘，最终沿着雅鲁藏布江河漫滩植被呈条状分布［71-73］。此外，河漫滩植被对河流输沙量也会产生影响。由于植被覆盖增大局部流动阻力，降低水流速度，同时也相应地降低了用于泥沙输送和河床侵蚀的剪切应力，增加河道下垫面和河床的抗蚀力，削弱侵蚀强度，抵抗河床沉积物的变形和侵蚀，保持河床稳定性，使沙物质在植被根系沉积下来，显著减少河流输沙量［39，74-75］。

在枯水期，降雨减少，河流水位下降，在丰水期形成的河流沙丘裸露出来成为风沙物源。雅鲁藏布江两岸植被及植被群落通过其形态（高、宽、茎叶密度等）、排列分布和生长特性等改变植被附近气流结构，植被“阻挡作用”导致的气流减速和下沉运动使风沙流局部过饱和而发生堆积，这为回涡沙丘的形成提供了物质基础。气流方向的改变不仅影响沙物质沉积和爬坡沙丘的初始发育位置，还是塑造沙丘形态的动力因子［34，76］。带状植被可以产生掩体效应促进沙物质堆积，在约10 km2区域内，可沉积11 656 kg沙物质［48］。雅鲁藏布江两岸植被对枯水期输沙量虽然也会产生影响，但是这种影响对整个雅鲁藏布江沙漠化防治贡献却很小，没有达到预期治沙效果。从近年雅鲁藏布江沙漠化现状和发展趋势来看，中上游植被防沙效益并不显著，甚至出现沙漠化加剧的逆向发展态势。这主要是因为虽然两岸植被使沙物质沉积下来，降低局部输沙量，但是随着干旱程度的加深，降雨减少，蒸发量增大，山谷风和西风风力加强，将沉积的沙物质吹到两岸，形成爬坡沙丘，“沙聚”变成“沙源”，加剧了沙漠化现象［77］。

4 西藏高原沙漠化监测技术

4.1　传统沙漠化监测评估技术

沙漠化是目前世界关注的环境问题，沙漠化动态监测对沙漠化防治策略指导具有重要意义。西藏高原沙漠化动态监测可以为其沙漠化防治对策的制定和生态环境可持续发展提供基础数据和理论指导。西藏高原由于受到海拔、气候条件和地形等因素影响，沙漠化动态监测滞后于国内典型沙化区。20世纪80年代研究初期沙漠化监测以野外调查结合沙漠化分布数据分析为主，但是成果并不显著。西藏高原沙漠化监测技术发展正式起步于20世纪90年代，此时遥感技术已经被广泛用于沙漠化动态监测，到2000年左右，已经形成了遥感数据结合野外调查的沙漠化动态监测新模式。地面调查可以监测当前的植被结构以及流沙斑块的空间分布状况，遥感（RS）影像反演技术则可为揭示大面积植被动态和荒漠化趋势提供多时相数据［78］。此外，遥感影像还可以提供难以到达偏远地区的沙漠及其腹地风沙地貌，甚至外行星风沙地貌的丰富信息，是一种可以绘制大范围陆地表面状况的监测技术，同时也是国内外监测长时间序列地表演变过程的有效手段［79-81］。Hanan等［82］通过遥感影像反演技术，建立了归一化植被指数、扰动指数、过程指数和表层土壤粒度等指标长时间序列数据集，评估了沙地荒漠化发展程度。也有学者利用实地考察结合遥感影像数据对西藏高原现代风沙活动进行研究，分析各环境因子对沙漠化演变过程的影响，并利用数学方法提取出影响西藏高原风沙活动的主要气候因子［20，83］。

沙漠化动态监测技术的发展为沙漠化防治策略提供技术支持。西藏高原由于地理位置特殊，气候环境恶劣，沙漠化发展进程滞后于国内典型沙化区。利用遥感技术可以实时、快速监测地表环境要素变化情况，而野外地面调查弥补了遥感数据精确度不高的缺陷。因此，利用遥感数据结合野外调查成为西藏高原沙漠化监测常用手段，为西藏沙漠化时空分布格局和动态变化提供可靠数据来源，是西藏高原沙漠化监测技术发展的基础。

4.2　基于遥感数据的新型沙漠化监测技术

基于遥感影像的沙漠化监测技术是研究西藏高原长时间序列沙漠化动态演变过程的有效手段。通过多次土地沙漠化调查和遥感监测数据分析，可以清晰地了解西藏高原不同地区沙漠化土地的类型、程度、数量以及空间分布格局。这些数据可以帮助我们更好地认识近30年来西藏高原土地沙漠化的动态变化过程。但由于西藏高原生态环境脆弱性和易变性，利用常规遥感技术已经不能满足西藏高原沙漠化动态发展监测技术需求。因此，近年来基于常规遥感手段衍生出沙漠化动态监测新技术。

利用高分辨率遥感监测技术，如MODIS、Landsat和Sentinel系列卫星等获取高分辨率的地表图像，这些图像可以帮助研究人员监测和分析沙漠化地区的植被覆盖变化、土地利用变化以及其他影响沙漠化的环境因素。例如，张志伟等［18］利用2000—2018年的MODIS影像数据，结合GIS制图技术，通过长期野外调查结合遥感技术，探讨高寒区沙漠化分类系统，确定各级各类荒漠的面积及空间分布范围。Zhan等［84］利用1995—2019年Landsat图像和大规模荒漠化监测的方法分析了雅鲁藏布江流域沙漠化的时空分布格局，结果表明，沙漠化主要分布在宽阔的河谷和支流入口，呈条状、不连续分布，沙地倾向于分布在南坡海拔较低、靠近河流的地区。随着地理信息系统和全球定位系统的发展和技术日益成熟，通过结合地理信息系统（GIS）、遥感（RS）和全球定位系统（GPS）“3S”技术，可以实现对高寒地区沙漠化的动态监测，这种技术路线的实施对于及时发现和应对沙漠化问题具有重要意义。例如，朱美媛［85］利用GF-1高分辨率遥感影像和西藏水文数据，运用“3S”技术手段，收集5期Landsat遥感影像，对西藏高原色林错流域42年来湿地特征和生态脆弱性进行了动态监测与预警分析。王俊华等［86］利用RS与GIS技术对西藏高原矿区沙漠化进行调查研究，发现研究区荒漠化形势较为严峻，主要荒漠化类型包括沙漠化、石漠化及盐碱化等，为矿山的选址及绿色矿山开发建设提供建议及技术支持。

近年来，无人机平台的使用增强了遥感技术在动态监测方面的应用范围和深度。无人机搭载高清摄像头和多光谱传感器，能够在低空进行详细的地表拍摄，这对于提高卫星遥感数据的精密度尤为重要。无人机技术在沙漠化监测中的应用，可以提供更高精度和分辨率的数据，为精准获取宏观尺度和长时间序列的地形地貌、植被变化和沙斑动态等空间演化数据提供了有效的方法和手段，同时也为监测、研究高寒河谷植被和沙漠化过程提供了案例和思路［87-88］。潘影等［89］基于Landsat遥感影像和无人机多光谱影像，从村落和地形2个尺度分析西藏草地归一化植被指数，利用无人机影像对同种土地利用类型内部异质性进行分析，发现遥感影像中无法辨别的点状、线状地物对NDVI分析结果有一定影响。Geng等［90］利用无人机和遥感技术对青藏高原植被指数及与沙漠化之间关系进行分析，发现遥感数据中的植被覆盖度被低估，证明无人机技术可以提高沙漠化监测中遥感数据的精度和分辨率。

除了遥感、“3S”和无人机等技术被用于西藏高原沙漠化动态监测外，归一化植被指数（DNVI）提取法、人工神经网络法、混合像元分析法、决策树分类法等也被应用于沙漠化信息提取，通过获取的沙漠化和植被空间分布及面积变化等数据来分析沙漠化的现状、空间分布、时空变化及驱动力等。段英杰等［91］采用监督分类和决策树分类方法，制作了2011年最新的西藏土地沙漠化现状图，西藏自治区沙漠化土地面积为218 286.60 km2，占全区土地总面积的18.18%，以中度沙漠化为主，主要分布在阿里地区、那曲地区和日喀则地区。除多等［83］利用西藏高原中部地面观测的植被覆盖度和同期接收的EOS/MODIS数据，分别建立了250 m分辨率归一化植被指数（NDVI），发现地面观测的植被覆盖度与植被指数之间呈线性关系。李治［92］采用人工神经网络BP模型对Landsat-8和哨兵二号卫星遥感图像进行了分类，对雅鲁藏布江宽谷河段辫状河流泥沙粒径分布、地貌特征及沙漠化变化潜在规律进行分析，结果表明宽谷河段泥沙以细砂和中砂为主，河流沉积沙丘裸露面积变化存在很强的季节性。马静宇［93］以2001—2015年的MODIS遥感像为数据源，采用混合像元分解法获取像元植被丰度，生成不同植被丰度的像元累积频率年变化曲线，探讨分析了青藏高原植被在沙漠和非沙漠地区的生长变化特点。在西藏高原沙漠化监测过程中，遥感技术发挥着至关重要的作用。基于遥感影像的西藏高原沙漠化监测新技术为我们提供了一种全面、高效的手段，帮助我们及时了解和应对沙漠化问题，为沙漠化防治提供科学依据。

5 结语

5.1　研究重点

通过对西藏高原沙漠化分布格局、成因、植被防沙措施及沙漠化监测技术等研究进展进行分析和讨论，就整个沙漠化研究过程而言，应聚焦于以下几个方面。

沙漠化治理卓有成效，尤其是雅鲁藏布江宽谷河段下游治沙效果显著，但其中上游沙漠化问题仍然严重，缺乏西藏高原沙漠化区域性、河流上中下联动整体研究。因此要加强西藏高原整体沙漠化数据收集，从时间和空间宏观尺度上整体分析西藏高原沙漠化演变的机理和流域上中下联动发展过程。

关于沙物质来源的研究依然没有达成共识，需要收集更多来自不同地质背景和上游及其支流的沉积物样本，以明确沙物质来源及其对河谷风沙的相对贡献，同时明确西藏高原风沙沉积物来源。

植被防沙效益显著，但缺乏植被防沙措施对沙物质移动影响的研究。目前植被防沙效益研究主要在植被对沙物质沉积影响，而在爬坡沙丘形成过程中植被对沙物质移动影响研究还相对较少，因此这也是后期沙漠化形成机理研究的重点。

利用现有监测技术重现西藏沙漠化动态演变过程、建立长时间序列沙漠化数据集，明晰植被防沙措施对河流沙物质沉积的研究尚有不足。如何将近年来出现的新型沙漠化监测技术结合藏区特殊的生态环境形成适用于西藏高原沙漠化新型监测技术和分类指标体系，是实现西藏高原沙漠化动态监测、建立长时间序列沙漠化数据集的关键。

5.2　沙漠化防治建议

西藏高原由于地理位置特殊、生态环境脆弱、气候条件复杂多变和环境敏感性高，沙漠化危害较一般沙化区更高，这给西藏高原沙漠化防治带来了巨大困难和挑战。本文在综述了西藏高原沙漠化形成、发展、植被防沙措施和监测技术的基础上为西藏高原沙漠化防治提供以下几条建议，以期为藏区沙漠化治理提供理论指导。

构建新的防沙、治沙策略。在雅鲁藏布江下游通过种植植被治沙效果显著，但在其中上游治沙效果并不理想，尤其是“沙汇”变“沙源”形成的爬坡沙丘加剧了中上游的沙漠化延伸，因此在全球沙漠化新型防治技术不断发展的背景下，有必要考虑引入工程、化学和生物等新型沙漠化防治技术。

提高沙漠化防治宣传，强化政策法规支持，推进生态恢复工程建设。要加强对当地居民的沙漠化防治教育和培训，提高他们的环保意识和参与度，让防治工作更具有基础性和持续性。要建立健全的沙漠化防治政策法规体系，加大对沙漠化防治工作的支持力度，推动相关工作的开展。

将新技术融入沙漠化监测过程，加强土地沙漠化监测、评估和地面监测站点的建设。在引入新技术的同时还要在关键区域设置地面监测站，收集土壤湿度、风速、气温等沙漠化关键影响数据，对于验证遥感数据和进行更精确的沙漠化评估非常重要。这些技术的综合应用，使得西藏高原的沙漠化监测更为全面和动态，有助于及时了解沙漠化进程，为制定防治措施提供科学依据。

将沙漠化防治和新时代生态文明理念相结合。借鉴山水林田湖草沙一体化保护和系统治理的经验，通过实施生态修复工程，加强草原植被的恢复和保护，有效防止沙漠化的扩散。结合新时代生态文明理念，推动生态保护与经济发展相协调，实现生态效益、经济效益和社会效益的良性循环。通过综合施策，结合科学技术手段和政策支持，有效推进西藏高原沙漠化防治工作，实现生态环境的可持续发展。

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