祁连山是我国重要的水源涵养生态功能区。山区冰川稳定的水源补给和林草植被水源涵养功能相依互补，为祁连山南北绿洲和荒漠生态系统提供了稳定的水资源，在维护区域生态平衡，保障西北干旱区生态安全方面举足轻重。新中国建立以来，该区实施了天然林保护、自然保护区建设、退耕还林、退牧还草、生态公益林建设、流域综合治理等重点生态建设工程。但是，由于气候变化和人为干扰双重影响，祁连山北坡生态退化的趋势仍没有得到根本改变，已严重威胁到河西走廊乃至我国西部地区的生态安全。掌握祁连山生态环境变化动态，分析生态环境演变成因，是科学保护与治理祁连山生态环境的关键。长期以来，国内外学者针对祁连山区气候、冰川、水文、植被变化进行了大量研究，但是对祁连山区生态环境整体变化的研究较少。本研究利用1956—2009年祁连山北坡定位观测、遥感监测和实地调查的气象、水文、森林、草原资料及相关文献，采用回归与对比分析相结合的方法，综合分析祁连山北坡生态环境变化，为加快祁连山生态修复提供依据。

祁连山地处青藏高原东北部边缘(94°—104°E，36°—39°N)。祁连山北坡是河西走廊的石羊河、黑河、疏勒河及苏干湖4个流域的发源地，行政区划涉及甘肃省酒泉市的阿克塞哈萨克族自治县、肃北蒙古族自治县，张掖市的肃南裕固族自治县、民乐县、甘州区、山丹县，金昌市的永昌县，武威市的凉州区、古浪县、天祝藏族自治县和兰州市的永登县共11个县(区)及中牧集团山丹马场。气候属高山高原气候，冬季寒冷漫长，春秋季较短，年均气温-5~6 ℃，≥0 ℃年积温1 327.7~2 336.4 ℃，≥10 ℃年积温331.9~1 631.0 ℃，全年无霜期140天以下，年平均日照时数2 600 h，空气相对湿度47%~58%，干燥度0.6~1.9；年降水量150~700 mm，年蒸发量1 569~1 788 mm，年径流深100~500 mm，每年平均向河西绿洲输送74.68亿m³的径流量。植被表现出明显的垂直带谱：海拔4 000~4 300 m为高山垫状植被带，海拔3 800~4 000 m为高山草甸植被带，海拔3 200~3 800 m为高山灌丛草甸带，海拔2 800~3 200 m为山地森林草原带，海拔2 300~2 800 m为山地草原植被带，海拔2 000~2 300 m为草原化荒漠带，海拔4 300 m以上为冰川(黄大燊，1997；施雅风，2005)。

收集祁连山地区武威、永昌、山丹、张掖、临泽、高台、酒泉、金塔、玉门、瓜州、敦煌、古浪、民乐、肃南、肃北、乌鞘岭、门源、祁连、野牛沟和托勒共20个气象站1960—2009年的年均气温和降水量资料，资料来源于国家气象数据共享网(http://www.nmic.gov.cn/)。将20个气象站气象资料的平均值作为区域气候数值，计算其距平，然后用5年趋势滑动分析气候的年际变化趋势。

分别采用我国第一次冰川编目时应用的1956—1963年航摄像片、1964年和1972年调绘的地形测量图(中国科学院高山冰雪利用研究队，1958；王宗太等，1981)和第二次冰川编目时应用的2005—2006年ASTER和Landsat TM/ETM+卫星遥感影像监测获得的祁连山区冰川条数、面积、冰储量及雪线数据，对比分析不同时期祁连山区冰川面积、冰储量和雪线变化。

水文水资源资料来源于1956—2009年祁连山内陆河流域的21个水文站监测的径流量：石羊河水系有古浪、黄羊河水库、西营河水库、杂木寺、九条岭、沙沟寺河和西大河水库7个水文监测站；黑河水系有李桥水库、双树寺水库、瓦房城水库、祁连、扎马什克、莺落峡、肃南、丰乐、新地和嘉峪关10个水文监测站；疏勒河水系有玉门、昌马堡和党城湾3个水文监测站；苏干湖水系有哈尔腾1个水文监测站。以上21个出山径流量控制站控制了祁连山北坡出山径流总量的83%。采用对比分析和线性回归相结合的方法进行分析和评价。

采用1958，1989，2000和2008年祁连山北坡森林资源清查的各类林地面积数据，1980—1988年甘肃省草原总站完成的甘肃省草原普查资料(甘肃省草原总站，1999)及有关肃南、天祝县草原退化面积调查数据(裴成芳，2008；顾自林等，2009)，对比分析祁连山北坡森林、草地及土地荒漠化变化。

祁连山地区20个气象站1960—2009年气温变化见图 1。由图 1中5年滑动趋势线可见：在1968年之前，祁连山地区年气温呈下降趋势，之后呈增加趋势，其中1968—1984年气温上升幅度较小，之后大幅度波状上升。

图 1 1960—2009年祁连山地区年气温变化 Fig.1 Annual temperature change in Qilianshan Mountains from 1960 to 2009

由图 1中5年滑动趋势线和0距平线可见：在1987年之前年气温为负距平，之后为正距平，可见自1987年之后气候明显变暖。年气温的年际变化率为0.033 4 ℃·a^-1，在50年间累计上升了1.67 ℃，与年份的相关系数为0.737 9，并且通过了0.01的置信度检验，表明气温升高趋势显著。从空间分布来看，绝大部分地区年气温增幅0.02~0.04 ℃，疏勒南山和冷龙岭西段以北的浅山地带增幅为0.04~0.05 ℃，而托来山东段及其以南、乌鞘岭以南的河谷地带增幅仅为0~0.02 ℃，在大通山以南、大通河和庄浪河下游出现了降温，但幅度不大，降幅为0~0.02 ℃(贾文雄等，2008)。

祁连山地区20个气象站1960—2009年的降水量变化见图 2。由图 2中5年滑动趋势线可见：1984年之前年降水量呈波状增加趋势，之后呈微弱波状减少趋势，2000年以后又呈增加趋势。

图 2 1960—2009年祁连山地区年降水量变化 Fig.2 Annual precipitation change in Qilianshan Mountains from 1960 to 2009

由图 2中5年滑动趋势线和0距平线可见：在1976之前年降水量为负距平，之后为正距平，表明1960—1976年是少雨期，1976—2009年是多雨期，气候在1976年由干旱逐渐向湿润转变。年降水量的年际变化率为0.570 2 mm·a^-1，50年间累计增加29 mm，与年份的相关系数为0.296 3，通过了0.05的置信度检验，表明降水量虽然呈增加趋势，但增加趋势不太明显。大部分地区的年降水量增加幅度为0~2 mm·a^-1，野马南山、托来南山、托来山东段以南以及乌鞘岭以南高山地带的增加幅度更大，增幅为2~4 mm·a^-1，而乌鞘岭以北的腾格里沙漠、嘉峪关以西和玉门镇以东以及敦煌以西荒漠地区的年降水量出现了下降，降幅为0~2 mm·a^-1(贾文雄等，2008)。

对比分析1956年和2006年祁连山北坡冰川面积，在过去的50年间，冰川面积整体退缩。1956年调查结果表明：对甘肃省水资源影响较大的石羊河、黑河、北大河、疏勒河、党河和哈尔腾河6个内流区和大通河流域的冰川总面积为1 743.3 km²(王宗太等，1981)。至2006年，冰川面积减少至1 435.2 km²，冰川面积缩减率达17.7%(表 1)。祁连山区以面积小于2 km²的冰川数量占绝对优势，冰川面积对气候变暖最为敏感(Wang et al., 2008)。在7个流域中，冰川面积退缩绝对数最大的是疏勒河流域，有83 km²的冰川退缩或消失，但由于其冰川个体面积普遍较大，其相对缩减率较小，为13.8%。冰川面积减缩率最大的为大通河流域，冰川面积减缩率达45.9%。

表 1 祁连山区各流域冰川变化 Tab.1 Glacier change of all drainage basins in Qilianshan Mountains

表 1 祁连山区各流域冰川变化 Tab.1 Glacier change of all drainage basins in Qilianshan Mountains

在冰川面积减少的同时，冰川厚度平均减薄5~20 m，雪线(平衡线)上升100~140 m。七一冰川平衡线高度在1958—2008年间约升高了230 m(王宁练等，2010)。1956—2006年间，祁连山北坡河西内流区冰川冰储量减少70亿m³，为1956年冰川储量615.4亿m³的11.4%。

个体面积较小的祁连山东段冰川变化最为剧烈，东北坡的33条冰川长度在1956—2001年退缩速度约为11.5 m·a^-1，冰川面积缩减率普遍超过了25.0%；冷龙岭有27条冰川在1972—2007年的35年间消失，消失的冰川总面积为3.76 km²，较1972年冰川面积缩减3.6%。而中、西段冰川个体面积较大，冰川面积变化比较小，1956—2000年，95%的冰川以4.9 m·a^-1的速度退缩；面积缩减率普遍在15%以下(Liu et al., 2003；刘时银等，2006；蒲健辰等，2006；曹泊等，2010)。

代表性冰川末端变化实测情况表明：祁连山北坡冰川在1956—1976年为退缩期，1975—1985年为平稳期，1986年至今为加速退缩期。水管河4号冰川的退缩速率在1956—1976年为16.8 m·a^-1，1976—1984年为8.9 m·a^-1；七一冰川退缩速率在1957—1976年为2.0 m·a^-1，1975—1984年为1.1 m·a^-1，1985—2005年为4.5 m·a^-1；老虎沟冰川1962—1976年退缩速率为5.1 m·a^-1，1977—1985年为1.3 m·a^-1，1985—2005年为7.0 m·a^-1(刘潮海等，1988；杜文涛等，2008)。从东段冷龙岭冰川退缩速度和西段山区冰川消融量来看，1994年以来，祁连山北坡冰川消融退缩速度明显加快(曹泊等，2010；程瑛等，2009)。

预测随着气候变暖，祁连山区冰川衰退迅速，21世纪初期出现融水量高峰，中期融水量减少。预测至21世纪中期疏勒河流域分布的5~30 km²的中等规模冰川出现融水高峰(施雅风，2001)。据有关研究预测，2050年我国西北地区的气温上升1.6~2.7 ℃，相当于年升温0.02~0.03 ℃(赵宗慈等，2002)。预测到2022~2023年，河西内流河冰川径流达到最大值，冰川径流分别增加到13.15亿m³和13.80亿m³，冰川融水径流的补给比重分别增大到18.17%和19.06%，达到最大值；同时，冰川面积分别减少75.15和117.59 km²，减少的比例分别为5.63%和8.81%；预测到2082—2085年，冰川融水径流达到1980年的初始状态；预测2256—2356年以后，冰川将完全消失，冰川融水径流终止，冰川对径流的调节作用也将消失，流域径流变率加大，势必对河西走廊三大流域山区水资源未来变化趋势带来深远影响(谢自楚等，2006)。

祁连山北坡发源的石羊河、黑河和疏勒河三大内陆河水系，均流入河西走廊，统称河西走廊内陆河水系。从石羊河、黑河、疏勒河水系1956年以来的出山径流来看(图 3)，祁连山北坡的出山径流存在一定区域差异(Lan et al., 2005；丁宏伟等，2006；常继青等，2009)。祁连山北坡东部的石羊河流域出山径流呈明显减少趋势，这种总体下降趋势与祁连山东部山区气温升高、降水量持续下降及冰川融水径流量减少有关。祁连山北坡中部的黑河流域出山径流呈增加趋势，但增加趋势不显著，出山径流的增加与气温上升导致冰雪融水有所增加有关(宋高举等，2010)。祁连山北坡西部的疏勒河流域出山径流呈显著增加趋势，这是山区气温升高导致冰川融水增加和山区降水量增加共同造成的。尽管祁连山北坡东、中、西部的出山径流量有所不同，但20世纪80年代以来，发源于祁连山北坡的河川总径流量和主要河流控制站径流量在跌宕起伏中总体呈现略有增加的趋势。

图 3 河西内陆河流域水文主要监测代表站径流量变化 Fig.3 Annual runoff change of main monitoring representative hydrometric station of inland rivers in the Hexi region

1960—2009年的50年间，祁连山北坡出山径流平水年份占36.73%，丰水和偏丰年占30.61%，枯水和偏枯年份占32.65%，平水和枯水年合计占69.39%，丰枯过程存在着以2年为小周期的变化过程，很少有长周期的丰枯时段，反映出祁连山北坡内陆河流域出山径流的相对稳定性。

新中国初期，人们对森林、草地的生态功能认识不清，在“以粮为纲”和“人定胜天”等错误思想路线指导下，祁连山北坡大面积林地和草地被开垦种地。据不完全统计，1958—1988年间，祁连山北坡毁林草开荒面积达10万多hm²(天祝藏族自治县志编纂委员会，1994；甘肃省肃南裕固族自治县志编纂委员会，1994；古浪县志编纂委员会，1996；肃北蒙古族自治县概况编写组，1986)，海拔1 900~2 600 m的草地、灌木林地及疏林地、幼林地大部分被开垦为耕地，东段天祝、古浪县山区开荒范围甚至达到海拔3 000 m。据甘肃省林业厅调查，1980年祁连山北坡有林地面积仅有11.8万hm²，较1958年国家林业局三级森林经理调查时减少0.6万hm²，减少4.8%。1980年国务院批准祁连山林区为国家重点水源涵养林，甘肃省人民政府决定停止对祁连山森林采伐。1989年经国务院批准在祁连山北坡东、中段林区建立了甘肃祁连山国家级自然保护区，进一步加强了森林草地保护，森林面积开始逐步恢复。20世纪90年代以来，国家和甘肃省加大了祁连山水源涵养林保护。2000年规划设计调查结果表明，祁连山北坡有林地面积为19.1万hm²，较1980年增加7.3万hm²，较1989年增加6.0万hm²。但是，毁林毁草开荒种地现象仍未彻底杜绝，超载放牧造成的植被退化现象仍在加剧。如天祝县在1991—1999年间耕地面积增加了1.6万hm²，其中79.58%为开垦林草地形成的(吴静等，2007)。1989—1998年间，祁连山自然保护区裸地面积增加20.7%，很密植被面积减少了33.5%，其中保护区西段裸地和稀疏植被面积增加30.0%和12.9%，东段很密植被面积下降38%，稀疏植被和较少植被分别增加52.5%和6.6%，表明祁连山区10年来植被指数在下降，植被退化严重。植被指数减少的地区以灌木林和草地为主(郭铌等，2003)。21世纪以来，国家在祁连山北坡实施了祁连山自然保护区建设工程、天然林保护工程、退耕还林工程、黑河流域上游祁连山生态恢复工程，进一步加强了森林资源保护力度，森林面积进一步得到保护和恢复。截至2008年底，祁连山北坡有林地面积达到22.4万hm²，比1958年增加10.0万hm²，较1989年增加9.4万hm²。已有1.0万hm²陡坡耕地退耕还林草。

虽然祁连山北坡林地面积在成立祁连山自然保护区之后有较快的增加，但是，由于受人为干扰特别是超载放牧影响，森林质量处于退化状态。据2008—2009年调查数据，祁连山国家级自然保护区内，结构完整的林分面积只有2.6万hm²，占有林地总面积的12.9%；结构较为完整的林分面积17.2万hm²，占86.6%；1 047 hm²林分结构简单，抗病虫危害能力降低。保护区内灌木林退化严重，1965年以来因超载放牧导致45.3万hm²灌木林退化成盖度为30%~49%的稀疏灌丛草地，占保护区灌木林总面积的65.4%。林缘下线海拔2 300m以下的灌木林退化为低覆盖度草地。

据甘肃省草原总站调查，1980—1988年祁连山北坡甘肃境内天然草地人为退化面积达到97.5万hm²，占可利用草地的21.5%，另有1.8万hm²草地遭到鼠害，251.2万hm²草地干旱缺水(甘肃省草原总站，1999)。1990年以来，因超载放牧致使祁连山北坡草地退化仍呈不断加剧之势。据天祝县草原工作站2008年调查，该县草原退化面积达90%以上，严重退化面积达13.5万hm²，占全县草地面积的34.4%，与1958年相比，牧草产量下降30.4%，牧草覆盖度下降11.1%，牧草高度下降41.1%，牲畜放牧密度由1958年的0.44只·hm^-2增加到现在的1.67只·hm^-2。肃南县2008年退化草地面积达到120.8万hm²，占全县草原总面积的85%，退化草地面积较1983年增加了49.6万hm²。

在全球气候变暖背景下，祁连山北坡地区气温普遍升高，冰川消融速度加快，冰川储量显著减少，这对河西地区内陆河流未来水资源的储备带来不利影响。尽管祁连山北坡的降水量总体上有所增加，但增加趋势并不明显，这对改变地表湿润状况和增加地表水资源有一定作用。且降水量变化在空间上存在一定的空间差异；祁连山东部地区的降水量呈减少趋势，导致出山径流量也呈减少趋势，加剧了石羊河流域水资源的供需矛盾；祁连山中、西部地区降水量呈增加趋势，再加上冰川消融量的增加，导致黑河和疏勒河的出山径流略有增加，但这以冰川资源的消耗为代价，而且增加的水资源远不满足中下游绿洲农业、工业、城镇对水资源的需求，所以黑河和疏勒河流域的水资源供需矛盾并不容乐观。

新中国成立至1980年期间，因乱砍滥伐和毁林开荒，导致祁连山北坡森林面积有所减少。1989年建立祁连山国家级自然保护区以来，祁连山北坡有林地面积有较大增加。但是，由于人为干扰加剧，特别是超载放牧影响，祁连山北坡森林质量下降，灌木林和草地退化严重，可食牧草产量降低，不仅影响山区牧民的经济收入，而且导致涵养水源功能下降，水土流失加剧。

根据当前实际情况，提出加强祁连山北坡生态保护与治理的建议：1)尽快启动实施国家重点生态工程项目，加大生态建设投资力度；2)制定强有力的政策措施，依法加强生态建设；3)扩大生态效益补偿范围，提高生态补偿标准；4)开展生态经济示范区建设，转变生产生活方式；5)实施生态移民工程，将自然保护区核心区、缓冲区及生态脆弱区内生产生活的农牧民全部转移安置，妥善解决民生问题，推动实验区及保护区周边地带森林、湿地和草原的可持续经营。