内蒙古大学生态与环境科学系,呼和浩特010021沙尘暴的生态效益

ironmen2004文章编号:1003-75782004)01-033-05沙尘暴的生态效益东北师范大学草地研究所,国家草地生态工程实验室,长春130024;内蒙古大学生态与环境科学系,呼和浩特010021)沙尘暴是一种自然的天气现象,本文初步分析了东亚地区沙尘暴发生的时空变化特征;提出了沙尘暴具有正负两方面的效应,论述了正面的生态效益,即中和酸雨、提供矿质营养、缓解温室效应、太阳伞效应、净化大气。此外,还对如何全面认识沙尘暴做了相关阐述。关键词:沙尘暴;趋势;生态效应中图分类号:43文献标识码:中国北方地区时常出现大范围沙尘暴天气,给农牧业生产及其他经济活动带来了负面影响。为什么我国北方会频频出现沙尘暴现象?多数学者认为,这是土地荒漠化日益严重的必然结果。目前,我国受到荒漠化威胁的面积已接近国土总面积的40%并且还在以每年2460Km荒漠化的扩展和蔓延为沙尘暴天气提供了沙尘物质来源和地表热量不稳定的条件。当强大的气流经过没有植被覆盖的地面大量粉尘细沙便会随风而起,悬浮在空中,形成沙尘天气及沙尘暴。随着近年来沙尘暴的发生,我国各部门对沙尘暴给予极大的关注:林业部门强调造林;农业部门强调种草;水利部门强调兴修水利;气象部门则强调“厄尔尼诺年”。

特别是在20世纪最后几年,声讨它的声音越来越强。因此,究竟如何科学地认识和正确面对沙尘暴是本文论述的主要问题。沙尘暴是一种普遍的天气现象根据地质记录,在过去的几百万年里,亚洲中纬度的干旱和半干旱区逐渐形成,是全球沙尘暴的源地之一,大量的粉尘被搬运到黄土高原、北太帄洋等地。如果从黄土堆积年代计算,我国西北地区沙尘暴吹袭已达二三百万年,黄土高原200多米厚的堆积,即为新生代第四纪以来西方沙漠地带松散的细粒沉积物被沙尘暴吹向东南方降落堆积而成可见沙尘暴在人类出现之前就已频繁发生。公元前我国就有过沙尘暴的记录,据史书记载,“(汉)成帝建治元年(公元前32西北有如火光。壬寅晨,大风从西北起,云气赤黄,四塞天下终日夜。下著地者,黄土尘也.。明末清初曾比较频繁地发生过沙尘暴,如“成化二十一年1485)三月戊子,大名风霾,已而雨沙,数日乃止。京师自正月至三月(阴历-作者注)1568)正月初一,大风扬砂走石,白昼晦冥,自北畿抵江浙皆同”由此可见,沙尘暴作为一种自然现象,在古代早有发生。在世界各地,沙尘暴的发生预示着春天的来临。非洲北部撒哈拉大沙漠每年月刮起的沙尘暴一直吹到欧洲南部,过境时天空呈砖红色,特称为“西罗科sirocco到日本列岛,日本称之为“春霞”;美国在开发西部大帄原的过程中,无节制的滥垦乱伐,导致1933次“黑风暴”的发生,至今加里福尼亚洲春季仍常有从南部沙漠吹来的沙尘。

此外,沙尘暴不仅发生在地球上,火星上也有发生。围绕火星进行观测的火星全球探测器拍摄的照片显示出,与地球最近的火idaliaia)被一个巨型沙尘暴吞噬,影响范围可达一个大洲。这表明沙尘暴并不是我国特有的天气现象,在其它国家也有沙尘暴发生,甚至出现在地球以外的其它星球上。收稿日期:2003-04-22基金项目:国家自然科学基金:中国西部环境和生态科学研究计划项目日、韩两国近年来的沙尘暴变化趋势日、韩两国近年来的沙尘暴记录表明,该地区2000年沙尘暴的频次急剧增加,成为近10年来最多的一年。据日本的123个观测站1992年记录,沙尘天气累积次数为2002001年近8002002年发生沙尘天气近1000次沙尘天气(见图1)。韩国在19961997年各发生沙尘暴一次,2000中国吉林省白城市沙尘暴发生的周期性从本质上讲,沙尘暴是规模巨大的天气系统的一种自然现象,具有一定的周期中可以看出,90年代,吉林省白城市沙尘暴天气日数是50年代的1/24,这与我国北方大部分地区相似。沙尘暴日数在减少,沙尘暴强度在增强。尽管类似沙尘暴这种巨大的自然现象的周期性具有“边界不够清晰”的特点,但从表仍可看出,吉林省白城市20世纪下半世纪,尘暴大致是每隔20年出现一次循环。

21世纪,沙尘暴转入活跃期,在新一轮的周期循环中,2003年春季沙尘暴偏少,可能是2001-2010年代中的一次低谷。日本19922002年沙尘日数年际变化showingdecadechangesand-dustdayduing1992averagenumsand-duststormdayifferenicheng1960196119701971198019811990199120002001可以看出,沙尘暴频次90年代末的最低谷值向上回升,这种趋势预示着沙尘暴继8090年代不活跃之后,又可能开始新一轮韩国19962001年沙尘日数年际变化showingdecadechangesand-dustdaying1996Korea.活跃期。这可能因为2000年处于20世纪最强的一次厄尔尼诺事件的高峰期。东亚季风的加强导致了我国北方2001年冬春季的寒潮大风出现。近年来我国沙尘暴活动的特点是:出现的频次增加;时间集中沙尘暴多发区为偏东、偏北地区。沙尘暴的生态效益由于人口的激增,经济发展的驱动,沙尘暴源区的生态系统受到过牧、过垦、过樵、超采地下水、滥开矿、滥挖药材等行为的超负荷干扰,致使草地植被退化、土质沙化、沙地边缘的隔离带缩小、地面裸露面积扩大,使得具有严重危害的强沙尘暴呈现出增加的趋势。

当沙尘暴吹袭时,人们面对这种突发性的天气现感到焦急、烦燥和恐荒,看到了由它产生的一系列负面影响,例如,沙尘暴的强风携带细沙粉尘摧毁建筑物及公用设施;造成农田、渠道、村舍、公路与铁路、草场等被大量沙尘掩埋,土地受到风蚀危害等。然而,事物总是“一分为二”的,沙尘暴是一把“双刃剑”,有正负两方面的生态效应,它给全球生态系统带来正面的生态效应也不应被人们忽视。客观地进行探讨,沙尘暴具有以下五方面重要的生态效益(见图colosand-duststorm中和酸雨沙尘暴是天然的“中和剂”。根据日本崎玉大学W版本教授等人乘飞机采集沙尘暴的样品分析,沙尘本应呈微碱性,但经过韩国和日本群岛的沙尘样品中,二氧化硫的含量增高变成了酸性,这是沙尘暴在经过酸雨地带时,中和雨中的酸而沉降的缘故。W版本教授等人进行模拟试验,将沙尘样品装入密封的长圆形量筒中,分别注入SO测定量筒进口和出口处的浓度得知:即使SO量增加时,则不能被沙尘继续吸附;当注入SO混合气体后,沙尘吸附SO浓度的影响10在我国,南方受酸雨危害较严重,北方尚未见明显的酸雨危害。这是因为西北部的黄土高原土壤为碱以黄土高原为源地的沙尘暴对酸雨具有中和作用。

我国的移动型沙尘暴降低了酸雨的酸性, 使我国北 方降水的 pH 值增加 对酸性土壤粒子起到了中和作用。从我国吹到日本的沙尘每年约有 100 300 万吨, 降落到地面的沙尘大约 每帄方公里约含碳酸钙50 中和了降水中10% 20%的酸性离子。这样可以把日本 中和成普通雨水(pH 相当于增加了200 mm 降水量的中和作用。因此, 沙尘暴好比 从空中倾泻的“中和剂”, 把酸雨沉降的二氧化硫 (SO 等酸性气体中和掉,减缓了土壤 的酸化进程 11 为植物提供矿质营养源陆地植物萌发的季节与发生沙尘暴的时期相同, 沙尘暴随着高空气流越过太帄洋, 远达北美洲。 落入 海洋中的沙尘, 是浅水浮游生物和深水海藻的营养供给源, 有利于海洋生物的生长发育; 落到陆地上的沙 其丰富的矿物质,成为陆地生态系统的无机营养供给源。沙尘暴在移动速度逐渐变慢的过程中, 组成成 分的比例也在不断变化, 大的沙粒先行降落, 当接近终点时, 微细颗粒增多, 此时提供营养源的效应表现明 东北亚周围的边缘海域,海盆深度大, 大陆架面积小, 滨海矿藏不丰富, 再加上朝鲜半岛和日本群岛多 山地及丘陵, 河流短而湍急, 流域面积小, 河流携带入海的陆源矿物质元素较少。日本群岛受火山喷出物的 覆盖较多, 因而铁矿奇缺, 导致环日本海地区海中缺铁。绿色植物固氮需要铁元素作中介来传导电子, 而且 铁是形成叶绿素的关键元素, 缺铁会引起植物患“缺绿症”, 呈现“黄化现象”, 沙尘暴在一定程度上可以弥 补这方面的欠缺。Jo 在太帄洋近赤道地区和环日本海地区约200 km