据《汉书·匈奴传下》记载，北边长城地区原本草木茂盛，禽兽繁衍，匈奴以此为主要生存基地，看作“园囿”一般。秦汉经营北边，动员军屯与民屯，移民规模有时一次就数以十万计，一时“人民炽盛，牛马布野”。起初当地水土保持条件远较现今为好，山泉流量也很可观，因而司马迁曾经在《史记·河渠书》中记述，新垦区“皆引河及川谷以溉田”。然而过度的开发，可以导致原有生态条件的破坏，如乌兰布和沙漠北部出现的汉代垦区后来衰落乃至废弃后，“逐渐沙化，而且愈往后风沙危害愈严重。”东汉初年，北边屯垦形势曾有反复，但是不久又出现城郭丘墟大多废毁的情形。有的学者经过对朔方郡垦区遗址的实地考察后指出，“随着社会秩序的破坏，汉族人口终于全部退却，广大地区之内，田野荒芜，这就造成了非常严重的后果，因为这时地表已无任何作物的覆盖，从而大大助长了强烈的风蚀终于使大面积表土破坏，覆沙飞扬，逐渐导致了这一地区沙漠的形成。”“现在这一带地方，已经完全是一片荒漠景象”，“绝大部分地区都已为流动的以及固定或半固定沙丘所覆盖。”个别地方，“沙山之高竟达50米左右。”[29]
史念海先生曾经分析说，西汉一代在鄂尔多斯高原所设的县多达二十多个，这个数字尚不包括一些未知确地的县。当时的县址，有一处今天已经在沙漠之中，有七处已经接近沙漠。“应当有理由说，在西汉初在这里设县时，还没有库布齐沙漠。至于毛乌素沙漠，暂置其南部不论，其北部若乌审旗和伊金霍旗在当时也应该是没有沙漠的。”土壤大面积沙化的情形各有其具体的原因，但是至少农林牧分布地区的演变也是一个促进的因素。除了可以防风防沙的森林被破坏，沙漠于是可以因风扩展而外，草原也有减低风蚀的作用，“可是草原的载畜量过高，也会促使草原的破坏。草原破坏，必然助长风蚀的力量，促成当地的沙化。”[30]
有的学者认为，过度的开垦，甚至也可以导致自然灾害的逐渐增加。“秦汉时期，由于大批的士兵、农民移入鄂尔多斯地区进行开垦，在一定范围内破坏了原始植被自然灾害增加，这个时期全内蒙古旱灾增加到27次，其中鄂尔多斯地区就有5次。[31]
对于河西居延边塞戍守和屯田导致的生态环境的破坏，有的学者进行了更为具体的分析：“古代弱水沿岸有良好的森林植被，胡杨(又作梧桐)和红柳组成为森林的主体，它们都是极耐干旱的植物。汉时，在弱水两岸修筑了一系列的烽燧，在烽燧之外又修筑了塞墙，所谓居延塞是指这种军防体系而言。在这种军事工程的修建中，都要大量地使用木材。在城障中(如破城子)和烽燧中，至今仍可以发现木材的残存。因此，居延塞的修建，砍伐了大量的森林。”“额济纳河沿岸现在是戈壁沙漠景观。然而在薄薄的沙砾下面却是黄土层。在黄土层之下则是深厚的沙砾层。当地的主风向是西北风，全年平均风速为4.2米/秒，春季平均风速为4.8米/秒，年平均八级以上大风37次，持续52天，年平均沙暴日数21天。而年平均降水量只有41.3毫米。年平均蒸发量3706毫米，蒸发量为降水量的90倍。在此情况下，黄土层一旦遭到破坏，地下的沙砾便在烈风的作用下飞扬移动。掘土方堆烽燧、建塞墙挖沟壕以及修筑城障等项活动，都要破坏黄土层，导致地下沙砾出露，被暴露出来的沙砾，顺西北风向东南移动，恰与额济纳河道呈垂直相交的状态。由于河东岸处于迎风坡，便具有沙障的作用，风沙在此产生涡流现象，纷纷下落堆积形成沙丘。日久天长，流沙的堆积越来越多，最后便在河的东岸形成了连绵不断的沙丘。”论者还指出，“额济纳河东岸沙丘的堆积有一个不断发展的过程。这个过程从汉代即已开始，随着人类活动的不断加剧而增强。”[32]
这样的分析，具体地总结了长城沿线局部地区生态环境的变化因素。这一情形其实是带有普遍性的。以这样的思路认识“起临洮，至辽东，延袤万余里”[33]，“自敦煌至辽东，万一千五百里，乘塞列隧”[34]的秦汉长城地区生态条件演变的共同形式和共同原因，可以得到更深刻的理解。
生态变迁与长城兴废
导致经济文化历史背景发生若干变化的生态因素，又称作生态因子，即影响生物的性态和分布的环境条件，大致可以区分为：1.气候条件，2.土壤条件，3.生物条件，4.地形条件，5.人为条件。
影响秦汉这一历史时期经济形势的主要的生态因素，应当说大致以气候条件和人为条件为主。气候条件和人为条件的影响，有时也对土壤条件、生物条件和地形条件发生作用。
气候条件对于以农业为主体经济形式的社会，显然是经济进程中至关重要的因素。这一条件对于社会生活的全面影响，也是不容忽视的。这种影响，也作用于政治景况、军事形势和民族关系。
历史上的生态条件是有所变化的。许多资料可以表明，秦汉时期的气候条件确实与现今不同，据竺可桢先生所绘“五千年来中国温度变迁图”，秦及西汉时，平均气温较现今大约高1.5℃左右，东汉时平均气温较现今大约低0.7℃左右。[35]平均气温上下摆动的幅度超过2℃。在两汉之际，曾经发生了由暖而寒的历史转变。[36]
与气候的变迁相应，两汉时期移民的方向有所变化。秦王朝与西汉王朝连年组织大规模的军队屯戍、移民实边，都为中原先进农耕技术向北传播提供了条件。在这一时期，新筑长城往往在旧有长城以北，如秦始皇长城就在秦昭襄王长城之外，二者之间即著名的“新秦中”垦区。“由于这个地区的土地在当时是十分肥沃的，其肥沃程度几乎可以和渭河下游相媲美。渭河下游当时为都城所在地，称为秦中。这个地区既然仿佛秦中，所以也就称为新秦中。”[37]我们有理由推测，当时不仅土壤条件适宜农耕的发展，气候等因素无疑也提供了便利的条件。而在秦始皇长城筑成之后，秦昭襄王长城的防卫作用显然已经不再具有实际意义了。然而后来又发生秦始皇长城也失去效用的情形，匈奴人不仅入居秦始皇长城以南，甚至又入居秦昭襄王长城以南。正如史念海先生所指出的，“东汉初年，匈奴内部分裂，南匈奴呼韩邪单于受到汉朝的保护，而入居于西河美稷县。美稷县位于战国时秦昭襄王所筑的长城之内。由那时起，历秦及西汉，匈奴人殆无能超越过这条长城而向南徙居的。至南匈奴呼韩邪单于时才改变了这个局面。”[38]