主要完成单位：敦煌研究院 中国科学院西北生态环境资源研究院 美国盖蒂保护所

　　主要完成人：汪万福 樊锦诗 张伟民 李红寿 武发思 内维尔·阿根纽 张国彬

　　获奖等级：二等奖

　　项目团队经过20多年的潜心研究，厘清了莫高窟地区风沙运动规律和沙源供给；研发了戈壁风沙危害防治新技术-地表人工砾石铺压技术；构建了一个以固为主，固、阻、输、导相结合的风沙灾害综合防护体系，使进入窟区的积沙量减少了85%以上。明确了地下潜水是莫高窟戈壁与洞窟水分的重要来源；发明的干旱区荒漠化土地生态恢复的方法在莫高窟风沙治理中发挥了重要作用。运用高通量测序等技术手段，揭示了洞窟内外大气颗粒物PM10和PM2.5的微生物群落结构、质量浓度、易溶盐含量等组分特征及其影响因素。项目的实施，有效地减轻了风沙尘对石窟围岩及壁画彩塑的损害程度，改善了窟区旅游生态环境，为干旱区生态恢复、文化遗产地的预防性保护和旅游可持续发展提供了技术支撑。

　　随着全球气候变化加剧和环境污染问题加重，文化遗产地遭受到的自然灾害和人为破坏正在增加，如何根据遗产地保存现状开展预防性保护是亟需解决的难题。

　　莫高窟地处我国八大沙漠之一的库姆塔格沙漠东南缘和鸣沙山东麓，风沙灾害一直是其保护面临的主要环境问题。回顾莫高窟风沙危害的治理与研究历程，按照各个阶段的主要特点及其存在的突出问题，可以归结为三个时期：

　　第一个时期：20世纪70年代以前，这一阶段以清除窟内和窟区积沙为主，在窟顶崖面及窟区设置了以阻为主的零星试验工程。如1951年前后在100多个洞窟安装了木门，清理了300多个洞窟的积沙，并在窟顶修筑挡沙墙、开挖输沙沟、扎设防沙栅栏等。但由于种种原因，防沙效果不佳，甚至一些工程措施由于位置设置不当造成新的隐患，后来被迫拆除。

　　第二个时期：从20世纪80年代初至90年代末，在窟顶安装了全自动气象站，开始对莫高窟区域环境要素特别是风况进行系统监测。1990年，敦煌研究院与中国科学院原兰州沙漠研究所合作，在美国盖蒂保护所的直接参与下，在窟顶戈壁区设置了“A”字型尼纶网栅栏进行阻沙。1992～1993年，引进滴灌技术，进行植物固沙试验。但由于规模小，造成林带内积沙严重，滴灌设备也被流沙掩埋。

　　第三个时期：从20世纪初至今，对莫高窟风沙危害有了新的认识。针对第二个时期出现的戈壁区严重积沙、植物固沙规模过小等实际问题，开始探索扩大植物固沙范围，开展草方格沙障固沙、砾石压沙新技术研发等试验研究，取得突破性进展。

　　近年来，随着国家重点基础研究发展规划“中国北方沙漠化过程及其防治研究”子课题“敦煌莫高窟风沙危害综合防护体系研究”、国家发改委与国家文物局“敦煌莫高窟保护利用工程”子项目“风沙防护工程”等项目的实施，不仅在流沙固定、控制流沙进入窟区方面取得重要进展，而且在风沙流引起沙尘气溶胶中微生物与可溶盐离子组分解析、诱导壁画酥碱和微生物病害的洞窟水分来源研究等方面进行了深入探讨。

　　本项目就莫高窟戈壁风沙流、戈壁与洞窟水分来源、气溶胶组分等方面进行了系统研究，创新性主要体现在3个方面。

　　创新之一

　　研发了戈壁风沙流危害防治新技术—地表人工砾石铺压技术。该技术因势利导，实现了以自然之力还治自然之害，最大程度地减轻了风沙尘对壁画的危害。

　　掌握莫高窟窟顶戈壁风沙流随风速、风向的变化情况，揭示不同风况条件下窟顶地表粗糙度与风积、风蚀速率间关系，研发莫高窟窟顶戈壁风沙流危害防治新技术，对于构建莫高窟风沙灾害综合防护体系意义重大。

　　1.厘清了莫高窟地区风沙运动规律

　　通过在窟顶建立全自动气象站，监测发现莫高窟地处多风地区，风沙危害的主导风向为偏西（NW）、偏南（SW）和偏东（NE）三组风向，依次占起沙风总频次的23.1%、43.9%和15.5%。窟顶鸣沙山沙丘向窟区方向运移速度极小，属慢速稳定型。

　　2.明确了莫高窟风沙危害沙源供给

　　通过在窟顶流沙区与戈壁区分别设置的全方位积沙仪等设备进行连续观测，确定鸣沙山前缘中小沙丘、平坦沙地以及窟顶戈壁“就地起沙”是造成莫高窟风沙危害的主要沙源地。

　　3.研发了戈壁风沙流危害防治新技术

　　通过风洞模拟和现场观测研究，从阻沙及输沙双重效应来讲，采用30%左右砾石覆盖度及粒径3~5厘米的人工砾石床面，是莫高窟窟顶偏西风、偏南风风沙流较理想的捕沙体和较强的偏东风风沙流的过沙体，解决了长期困扰风沙防治工程中普遍存在的问题。针对沙砾质戈壁不同的地表特征采取不同的砾石铺压方式，优化了戈壁砾石铺压的铺设技术工艺。

　　4.建立了以固为主，固阻输导相结合的莫高窟风沙灾害综合防护体系，使进入窟区的积沙量减少了85%以上

　　结合莫高窟地区风沙环境及风沙运动规律，在总结历史时期防沙治沙经验教训的基础上，重点应用近15年来在莫高窟风沙防治研究方面取得的最新成果，坚持因地制宜，因害设防；以固为主，固、阻、输、导相结合；以工程和生物措施为主，兼顾化学固沙；高新技术与常规治理相结合；重点治理，分阶段实施与长远目标相结合。在确保所有防治措施不给敦煌石窟的永久保存带来任何间接或潜在威胁的前提下，使莫高窟的风沙灾害得到了有效控制，改善了窟区的生态环境。

　　高立式栅栏是通过将疏透度为20%～25%的尼纶网栅栏设置在鸣沙山前中小沙丘脊线和防风固沙林带前沿流沙地上，采用直径10～15厘米的木桩固定，间距4米，外露高度0.6～1.2米。截至目前，已建立长6000米的高立式栅栏“阻沙区”。

　　麦草方格沙障沿高立式栅栏带平行延伸，长约2000米，宽从沙丘边缘的植物固沙带起延伸至沙丘内部400～600米，草方格规格以1米×1米为宜，根据不同地域风速调整，铺设总面积约115万平方米。草方格一方面抑制风蚀、固定流沙，同时改善下垫面沙地土壤性质，对促进沙漠生物结皮具有积极意义。

　　窟顶植物固沙带主要有2条，分布在鸣沙山前沿流动沙地上，长1850米，宽分别为12米和14米，平均高度1.5米，盖度达80%～100%，走向为西南到东北。窟顶林带主要发挥着阻风挡沙的重要作用，而窟前透风结构防护林带的配置在有效减轻崖面风蚀、调节洞窟通风方面效应明显。

　　砾石压沙带总体布局呈不规则倒梯形，靠近鸣沙山边缘长2000米，靠近窟缘长1500米，总面积165万平方米。砾石压沙带的实施解决了长期困扰戈壁风沙流防治工程中普遍存在的问题。

　　“A”字型尼纶网设置在窟顶戈壁区，栅栏高1.8米，孔隙率为20%，阻力系数为1.5，A字形顶点指向主风向（W），其既能在次风向（SSW）上截断鸣沙山的沙源，又能在主风向（W）上使栅栏具有导沙功能。

　　随着莫高窟保护利用工程子项目-风沙防护工程的全面实施，一个空间上由阻沙区、固沙区和输沙区组成，以工程、生物、化学措施组成的综合防护体系形成，该体系有效减轻了莫高窟受积沙、风蚀和风沙尘的危害，窟前栈道积沙量总体减少了85%以上，石窟文物赋存环境质量明显改善。