汉代西北边地因特殊的植被条件，或称“流沙”[3]，或称“沙漠”[4]，或称“沙幕”[5]，或称“积沙之地”[6]。《盐铁论·轻重》说：“边郡山居谷处，阴阳不和，寒冻裂地，冲风飘卤，沙石凝积，地势无所宜。”《汉书·匈奴传下》也说：“幕北地平，少草木，多大沙。”“胡地沙鹵，多乏水草。”《汉书·霍去病传》写道，汉军与匈奴作战，曾经遇到“大风起，沙砾击面，两军不相见”的情形。当地局部地方的沙尘暴显然频繁发生。敦煌汉简于是可以看到“日不显目兮黑云多，月不可视兮风非(飞)沙”(2253)的简文。《后汉书·列女传·董祀妻》记述蔡文姬故事，引录其诗，有“沙漠壅兮尘冥冥，有草木兮春不荣”句。传蔡文姬作《胡笳十八拍》中“烟尘蔽野”以及“疾风千里兮扬尘沙”，“风浩浩兮暗塞昏营”等辞句，也形象地记述了当地的自然景观。
由于气温分布特征和热量资源等因素的影响，塞外生态条件也不适宜发展农耕。这些地区冬季在蒙古高压控制下，寒潮侵袭频繁猛烈，每遇强大寒潮袭击时，出现的低温和极端低温常常达到内地农人难以想象的程度。河西汉简资料中多有可以直接体现这一情形的例证。如居延汉简所谓“盛寒不和”(494.4B)，所谓“苦候望春”(45.6B)，所谓“始春未和”(435.4)，所谓“始春不节”(E.P.T43:56)，所谓“方春时气不调”(E.P.T50:50)等，以及敦煌汉简所谓“春时风气不和”(779)，所谓“方春不和时”(1448)，所谓“莫乐于温莫悲于寒”(1409A)等简文，大多作为民间书信用语，真实生动地反映了人们对当地的气候条件的感受。
近年敦煌悬泉置遗址发掘收获中，也可以看到这样的简文：
(1)二月中送使者黄君遇逢大风马警折死 Ⅱ0215④：71
(2)县泉地埶多风塗立干操毋□其湿也 Ⅱ0211②：26
(3)敦煌酒泉地埶寒不雨蚤杀民田 Ⅱ0215③：46
简文的释读，应当作：(1)二月中，送使者黄君，遇逢大风，马惊折死;(2)悬泉地势多风，塗立干燥，毋□其湿也;(3)敦煌、酒泉，地势寒不雨，早杀民田。[7]也都反映了当地气候条件的恶劣。
秦汉长城的规划和修筑，是考虑到生态环境的因素的。人们甚至在长城局部区段的走向上也可以发现有关例证。比如，史念海先生在实地考察秦昭襄王所筑长城时曾经注意到，“最能显示当时实际从事施工的劳动人民的才智的，莫过于现在固原和环县间的一段。这条长城由岷县始筑，迤逦趋向东北，但在过了固原之后，却斜向东南，绕了一个很不小的弯子。为什么如此?现在这个弯子以北的自然条件就足以作为说明。前数年我到这里考察时，这里正是一片盐碱地带，深沟浅壑往往尽呈白色，水草也相当缺乏。这当然不是近年才有的情形。长城到此绕个弯子，就可把不利的自然条件留给攻城的对手。”[8]
所谓“不利的自然条件”，推想当时规划者和施工者的心理，首先是“不利”于发展农耕的“自然条件”。
当然，我们说长城可以看作畜牧区和农耕区的分界线，只是基本形势大略如此。
我们看到，实际上西汉时期北边长城防线，其西段已超越现今年降水量400毫米线及通常所划定东部季风区域与西北干旱区域之区界250至720公里。[9]这一情形，与秦汉时期的气候条件与现今有所不同，较今温暖湿润的因素有关。[10]
长城以外的匈奴活动区域，其实也有经营谷物种植的历史记录。例如《史记·卫将军骠骑列传》记载：“汉军左校捕虏言单于未昏而去，汉军因发轻骑夜追之，大将军军因随其后。匈奴兵亦散走。迟明，行二百余里，不得单于，颇捕斩首虏万余级，遂至窴颜山赵信城，得匈奴积粟食军。军留一日而还，悉烧其城余粟以归。”又如《汉书·匈奴传上》也写道：“会连雨雪数月，畜产死，人民疫病，谷稼不孰。”颜师古注：“北方早寒，虽不宜禾稷，匈奴中亦种黍穄。”这些记载，都说明当时长城以北其实并非绝对的纯牧业区。
长城以内当然也有集中发展畜牧经济的适宜的条件。汉王朝策划所谓“马邑之谋”时，匈奴入塞，“徒见畜牧于野，不见一人”[11]，或谓“见畜布野而无人牧者”[12]，即说明塞内也有广袤的以畜牧业为主体经济形式的地区。《汉书·叙传》说，秦末以来，班壹避地于楼烦，“致马牛羊数千群。”“当孝惠、高后时，已财雄边。”颜师古注：“楼烦，雁门之县。”典型的例证又有汉景帝时匈奴入上郡取苑马事。[13]据《汉书·地理志下》，当时长城以内的军马基地，有北地郡灵州的河奇苑、号非苑，归德的堵苑、白马苑，郁郅的天封苑，西河郡鸿门的天封苑等。又辽东郡“襄平，有牧师官”。[14]
不过，长城以内临边居民的经营内容，往往是农耕和畜牧并重的，如《后汉书·马援传》所说，“处田牧，至有牛马羊数千头，谷数万斛。”
长城营造对于区域生态的影响
秦汉时期，是中国长城建造史上的重要时期。
秦长城虽然利用了战国长城的基础，但是许多地段已经再向外拓展，正如有的学者所指出，“当时那里还是多半未经开发的荒芜之地”。长城的修建，对于“开发边区，发展农牧业经济”，起了积极的作用。[15]
班彪曾经沿长城而行，作《北征赋》，其中写道：“越安定以容与兮，遵长城之漫漫。剧蒙公之疲民兮，为彊秦乎筑怨。”张衡《东京赋》以所谓“人力殚”记述秦始皇征用民力过度，薛综注：“天下之力，尽于长城……。”[16]也指出长城工程曾经迫使众多役人远至塞上艰苦劳作。伴随长城工程，又往往有大批移民北上实边。秦始皇时代已经可以看到有关记载。据《史记·秦始皇本纪》：