新时代防沙治沙“磴口模式”研究
中国林业科学研究院沙漠林业实验中心
2023年6月，习近平总书记来内蒙古巴彦淖尔市考察，主持召开了加强荒漠化综合防治和推进“三北”等重点生态工程建设座谈会，发出坚决打好“三北”工程攻坚战、努力创造新时代中国防沙治沙新奇迹的动员令，并亲自部署了“三北”工程三大标志性战役。习近平总书记在座谈会上深刻指出：“要因地制宜、科学推广应用行之有效的治理模式。四十多年来我们创新探索了宁夏中卫沙坡头模式、内蒙古磴口模式，还有库布其模式、新疆的柯柯牙模式等一大批行之有效的治沙模式。”习近平总书记考察内蒙古巴彦淖尔时对防沙治沙“磴口模式”的充分肯定，更是坚定信心，赋予我们打好黄河“几字弯”攻坚战，筑牢我国北方重要生态安全屏障更大的政治责任和使命任务。
“磴口模式”背景
内蒙古横跨“三北”，是我国北方面积最大、种类最全的生态功能区，同时也是我国沙化土地最为集中、沙害最为严重、生态环境最为脆弱的省区之一。境内分布有巴丹吉林、腾格里、乌兰布和、库布其“四大沙漠”和毛乌素、浑善达克、科尔沁、呼伦贝尔“四大沙地”，沙化土地遍布全区12个盟市92个旗县。内蒙古生态状况如何，关系华北、东北、西北乃至全国生态安全。习近平总书记始终高度重视内蒙古的生态文明建设，在对内蒙古的重要讲话重要指示批示中，关注最多、论述最多、部署最多的就是生态文明建设，并赋予内蒙古建设我国北方重要生态安全屏障、构筑祖国北疆万里绿色长城的战略定位。
内蒙古巴彦淖尔市磴口县位于黄河“几字弯”顶端，贺兰山与阴山间的西北季风通道上，是西沙东移的主通道和华北、京津等下风口地区沙尘暴的尘源地之一，也是国家生态安全战略格局中“北方防沙带”及乌梁素海流域生态系统的重要组成部分，境内有乌兰布和沙漠426万亩，占县域总面积的77%，东南部有黄河穿过，区域内沿黄地段，以新月形沙丘链为主的流动沙丘一望无际，植被覆盖度不足10％。
磴口县作为黄河流域重点生态圈的前沿阵地，最大的价值在生态、最大的责任在生态、最大的潜力在生态。上个世纪五六十年代，磴口县受乌兰布和沙漠风沙危害严重。往往一场大风过后，风沙会侵袭整个县城，需要组织大量的人力和车辆清理沙子。掩埋道路、农田、房屋的事件时有发生，给人民生产生活造成了损失。保护和治理好乌兰布和沙漠，对保障黄河、华北地区的生态安全具有重要作用。
中国林业科学研究院沙漠林业实验中心（沙林中心）从1979年成立之后，一直驻地在内蒙古巴彦淖尔市磴口县。沙林中心的主要任务是研究解决干旱半干旱地区林草建设关键科学技术问题，开展干旱区种质资源收集、保存与利用、防风固沙造林技术应用推广与科学的管护模式探索，以及荒漠生态系统长期监测等科研工作。沙林中心先后荣获国家、省（部）级等科技奖励成果16项，主参编出版学术著作21部，在国内外学术期刊发表科技论文600余篇，制定并颁布技术规程（标准）6项，授权专利18件。沙林中心作为成员单位，完成了“大范围绿化工程对环境质量作用的研究”，在国内属首创，居当时国际领先水平，该成果荣获“林业部科技进步一等奖”。完成了“防风固沙林体系优化模式的选定与实验示范区的建设”，该成果荣获“林业部科技进步二等奖”。为“三北”防护林体系建设工程和我国北方生态屏障建设提供科技支撑。1978年，磴口县被列为“三北”防护林工程建设县，依托“三北”防护林体系工程、天然林保护工程、退耕还林等一批重点生态工程，在沙林中心强有力的科技支撑的基础上，在乌兰布和沙漠-绿洲区大力营造防风固沙林和农田防护林。
“磴口模式”主要做法
内蒙古巴彦淖尔磴口县“山水林田湖草沙”生态要素齐全，坚持生态优先、绿色发展的理念，通过沙林中心的科技示范引领与地方政府的成果转化与推广相结合，国家重大生态工程与企业等社会力量投入相结合，形成了以资源保护为核心、防护体系为框架、产业发展为龙头的山水林田湖草沙一体化的综合治理与开发利用体系，探索出了一套行之有效的磴口防沙治沙模式，有力地推进了乌兰布和沙漠综合治理高质量发展。
沙林中心根据多年防沙治沙实践和成效研究分析，总结归纳出了“磴口模式”。“磴口模式”是一种凝聚科技力量防沙治沙的技术模式，是通过保护和恢复原生植被、建设防护林等措施，构建以自然保护地、封沙育草区、防风固沙区、农田防护网、光伏治沙区五个组成部分的防护复合体，形成配置合理、结构完善、生态经济效益显著的绿洲防护林体系。主要特点是系统防护、全域治理、科技赋能、产业支撑。
自然保护地，即磴口县建立的4个自然保护地，确保荒漠生态系统的原真性和完整性。农田防护林网，在绿洲内部，围绕农田、路网营造主副林带垂直的新型防护林网，遏制水土流失和沙漠对农田侵害。封沙育草区、防风阻沙区和光伏治沙区。在县域西部最外围、沙漠东缘，建设光伏治沙区，通过光伏+生态治理，形成阻挡乌兰布和沙漠的第一道防线。紧挨着光伏治沙区的是封沙育草区，以封育保护为主，辅以人工播种耐旱沙生灌木，形成阻挡沙漠的第二道防线。再向县域内，选用梭梭、花棒等优良抗逆植物，营造防风固沙区，形成第三道防线。五位一体，4道防线，从外至内、由表及里对县域和农田进行层层防护、系统治理。具体做法如下：
①以自然保护地为基础，保护沙漠原生资源。沙漠既是重要的自然资源，也是独特的生态系统，能够产生重要的生态服务功能。磴口县统筹布局了哈腾套海国家级自然保护区、纳林湖国家湿地公园、奈伦湖国家湿地公园和沙金套海国家沙漠公园等自然保护地，总面积191.4万亩，占全县国土面积的34.6%。动物种类由过去的40多种增加至81种，成为过境鸟类和野生动植物的“重要驿站”和“繁殖地”。通过守护自然生态，保育自然资源，保护生物多样性与地质地貌景观多样性，维护了自然生态系统健康稳定。
②以农田防护林网为核心，构筑绿色生态屏障。在乌兰布和沙漠东缘围绕农田营造防护林，在树种选育上，优选出目前绿洲防护林最佳主栽树种新疆杨、沙林杨等高大乔木，以达到防护效益最大化；在林带设计上，创新以冬季相林带疏透度为依据，降低了大风季节农田水土流失和农作物幼苗沙害；在林网规划上，以防护效益、水电渠路配置统筹规划，形成了株行距1m×2m，主副林带垂直，在水渠两侧各栽2行杨树的农田防护林网。
③以封沙育草区为前沿，阻止流动沙丘前移。主要采取封育保护措施，禁止采樵和放牧，促进天然植被恢复。对于裸露沙丘，辅助飞播和人工播种耐旱沙生灌木或半灌木，实现了裸露沙丘上天然植被的近自然恢复和更新，有效地控制了流沙的活动和前移。
④以防风阻沙区为关键，加强重点区域治理。选用梭梭、花棒、柽柳、柠条等优良抗逆植物，采取先固沙后造林、片带结合、多带配置等方法灵活构建防风阻沙林，营造不同树种、不同规格的林带、片林。
⑤以光伏治沙区为示范，推进沙漠资源的高效利用。光伏生态治理以可持续发展、高效节水为导向，优先选择沙旱生植物与光伏阵列相融合，是一条低耗水、低维护、低成本、可持续的有效探索途径。通过抬高光伏阵列高度、拉大阵列间距的方式，给种植灌草留下充足空间，以光伏组件为植被遮阴，减少蒸发量，以植被生长抑制扬尘，减少对发电量的影响，形成了板上发电、板下种植的“光伏+生态治理”范式。
“磴口模式”取得成效
1、小气候明显改善
1983—2018年，乌兰布和沙漠绿洲防护林内、外的大气温度、地表温度和降水量整体呈上升趋势，相对湿度、蒸发量和风速整体呈下降趋势；大气温度、地表温度、蒸发量和风速林内低于林外，大气相对湿度和降水量林内高于林外。绿洲防护林体系能够使防护林内大气温度降低0.2～1.6 ℃，地表温度降低0.10～5.49 ℃，相对湿度增加0.5%～18.6%，降水量增加0.5～100.7 mm，蒸发量降低18.4～1 282.8 mm，风速减小0.45～1.98 m/s。
防护林内、外的大气温度、地表温度、相对湿度、降水量和蒸发量的年内变化规律均为先增加后降低。在农作物和防护林生长季(5—9月)，林内降水量、大气相对湿度幅度较大，二者月均值可提高0.08～6.74 mm、0.47%～6.64%，风速减小0.54～0.97 m/s。
2、固沙阻沙能力明显增强
沙漠-绿洲过渡带起沙风（≥5.00m/s）频率为31.3%，起沙风平均风速为6.64m/s；而绿洲仅为15.2%，起沙风平均风速为7.23m/s，起沙风频率从沙漠-绿洲过渡带至绿洲降低了约50%。绿洲防护林体系不仅减弱了风速并减少了起沙风作用时间，因而减少了沙尘的传输量。
3、防风效益明显
稀疏型林带防风效果最佳，平均为41.37%，通风型次之，为29.58%，紧密型防风效果最差，为23.92%。林带防风效能较好的疏透度为40%~50%，随着林带总平均疏透度的增加，防风效能显著降低。分层疏透度不同也直接影响防风效果，因此，林带结构应以稀疏型为主，林带总平均疏透度控制在30%~50%，分层疏透度应控制在林冠层30%~50%，林干层50%。
稀疏型林带具有分布均匀的空隙，树干及枝叶等部分对气流的摩擦、分割和阻挡消耗较多动能，导致风速降低显著；疏透型林带树干部空隙较大，气流相对畅通，动能消耗较少，从而风速降低相应减少；与其他结构林带相比，通风型林带林干层通风孔道相对较多，气流阻力相对较小，风速降低不明显。基于以上原因，在乌兰布和沙区营建防护林时可根据当地情况尽可能选择稀疏型林带结构。
4、消减沙尘暴作用明显
沙尘暴发生过程中，在垂直梯度上，乌兰布和沙漠东北缘防护林内外风速均随高度增加呈现递增趋势，随着高度的增加，二者差值逐渐减小，风速消减层主要在24 m以下；在水平梯度上，沙尘暴经过防护林体系时风速显著削弱，不同高度上风速消减范围为9.26%-58.70%，平均消减31.03%，风速消减最大值在1m处(58．70%)。
农田防护林对于沙尘暴具有显著防风功能，当沙尘暴经过防护林时，近地层气流流场发生改变，因为林带的阻挡使得气流被迫抬升，从而减少进入防护林内的气流，这在一定程度上减轻了沙尘暴对防护林内部农作物的侵害。沙尘暴通过防护林时，沙尘水平通量降低，防护林外围50 m单次沙尘暴过程的平均沙尘水平通量为475.51g·m-2，而防护林内部只有177.35 g·m-2，沙尘浓度降低了298.16 g·m-2，并且随着高度的增高，二者差值逐渐减小，呈现出逐渐重合的趋势。从水平通量累计百分比分析，随着高度的增加，沙尘水平通量累计百分比增加幅度逐渐减小，24 m高度层防护林外围沙尘水平通量累计百分比增加幅度较大，而防护林内部相对较小；36-48 m高度层防护林内部沙尘水平通量累计百分比增加幅度逐渐增加，而防护林内部则逐渐趋于平稳;其中防护林外围78.4%的沙尘水平通量集中在24 m以内，而防护林内部24 m以内只占53.5%。以上数据分析表明，随着高度增加，下垫面状况对沙尘暴沙尘水平通量的影响逐渐减弱。
5、缓解霜冻作用效果明显
6、缓减冰雹灾害效果显著
7、植物群落多样性显著增加
绿洲边缘比绿洲外围多样性指数高，绿洲外围多样性指数为0.6255，绿洲边缘为2.284，多样性指数为绿洲低地（2.3261）＞绿洲边缘（0.896）＞流沙对照（0.6216）。防护林建设能增加植物群落物种多样性。
8、增产效益明显
在风沙危害严重的地区，如果没有林带的保护，常常会遭到风沙危害的袭击，使得农作物大幅度减产，甚至颗粒无收。风沙危害是乌兰布和沙区北东部人工绿洲的主要灾害，农田防护林在防治风沙危害方面具有无可替代的作用。防护林网能够显著地提高农业作物产量，在林网内小麦、籽瓜、甜菜的单位产量分别比网外提高45.8%、155.7%、25.0%。