塔里木沙漠公路防护林生态工程的综合生态环境效应

为了解塔里木沙漠公路防护林生态工程对地下水位的影响,在该工程第69#灌溉水源井处设置观测场,通过多个观测井的非稳定流抽水试验,观测井中地下水位的变化情况,确定了研究区域的含水层渗透系数k=13.317m/d、抽水影响半径r=332.04m。分析了地下水位降落"漏斗"和水位下降、上升随时间和空间的变化规律:在2个抽水应力期内,水位急速下降和上升过程均可在抽水试验开始后的11min内完成,随着时间的累积,变化趋势逐渐缓慢;抽水结束后,水位可恢复到初始水平。因此,研究认为塔里木沙漠公路防护林生态工程灌溉期抽水不会引起天然地下水位的持续下降,这将为沙漠公路沿线地下水资源的可持续利用和防护林生态工程整体的稳定性及长久运行提供一定的理论依据。

选取塔里木沙漠公路防护林不同定植年限下3种灌木的根际和非根际土,比较研究了土壤物理、化学、生物因子的根际效应。结果表明:(1)除全氮和全磷外,20种土壤因子在3灌木根际土间差异极显著；(2)根际土的容重、全盐含量、有机质含量、全氮含量、速效氮磷钾含量、微生物代谢活性、脂肪酸含量和dna片段多样性、微生物生物量碳氮磷和6种酶活性在不同年限林地间的差异极显著；(3)全氮含量、速效氮磷钾含量、微生物代谢活性、dna片段多样性、微生物量碳和磷、纤维素酶和磷酸酶活性在不同树种与年限的交互效应上差异极显著；(4)微生物生物量碳氮磷的根际效应大小为柽柳>沙拐枣>梭梭,而不同树种各土壤养分因子和酶活性的根际效应大小并不一致。可见,几种荒漠灌木的定植促进了土壤养分转化,加速了沙漠防护林土壤的发育进程。

通过对塔里木沙漠公路沿线的自然条件和风沙危害状况的调查分析和研究,对塔里木沙漠公路防护林生态工程造林区进行了立地类型的划分.立地类型分类采用了3级分类系统,从影响植物成活生长和影响防护性能2个层面因子切入,采用主导因子和限制因子相结合的方法进行划分.以中尺度的地貌单元、沿线风沙危害状况和重要的生产设施等为依据,划分出6个立地类型小区;以小尺度的地貌类型、地形和风况等因子划分出21个立地类型组;以地下水含盐量和土壤类型进一步划分出36个立地类型.其中,6个立地类型小区在空间上的分布是连续的,不同于一般的划分特点;在立地类型划分中地下水含盐量的阀值(8g和15g·l?1)是根据前期主要防沙造林树种植物耐盐性选育实验的结果及沿线地下水含盐量空间分布特点确定的,把含盐量低于8g·l?1的地下水划归为微咸水.

3　　　8prataculturalscience(vol.21,no.6)6/2004 315完善畜牧业生产的配套服务体系　畜有计划、有步骤地进行调整和加强,以适应现代化 草原畜牧业的发展要求,切实保证持续发展[6]。 牧业生产配套服务体系的建立和完善,对搞活畜 产品的流通和促进畜牧业的进一步发展尤为重 要。现代化畜牧业生产是以提高畜产品为目的,参

为了探明塔里木沙漠公路防护林带咸水灌溉土壤入渗特性,在塔里木沙漠公路防护林带内选取5种不同种植年限的土壤,并取3种不同矿化度水,应用guelph入渗仪测定土壤水分入渗过程,并进行模型拟合与分析。结果表明:不同种植年限对土壤初始入渗速率、饱和导水率有显著影响,尤其是0-10cm,10-15cm层土壤,随着种植年限增加土壤初始入渗速率、饱和导水率呈减小趋势。咸水灌溉条件下,土壤饱和导水率较淡水大。不同深度土壤入渗特性有差异,表现为25-40cm,40-60cm层土壤饱和导水率较其他层大。用常用的入渗模型对入渗过程进行模拟,可以发现通用经验模型对研究该区域土壤入渗有最好的适用性,kostiakov模型也较适用,horton模型在该区域土壤入渗研究中适用性相对较差。

塔里木沙漠公路防护林生长于极端干旱的塔克拉玛干沙漠中,防护林植物的蒸腾耗水和灌溉管理是防护林可持续的核心问题.利用茎流计测定了塔里木沙漠公路塔中段3种防护林植物的茎干液流,研究了防护林植物茎干液流规律、水分状况和现行灌溉模式下植物的耗水量,探讨了防护林灌溉管理中的节水问题.对茎干液流测定结果表明,防护林植物茎干液流具有明显昼夜节律性,液流的高峰值出现在白天10:00~15:00,最小值出现在00:00~03:00,夜间也保持较小的液流.3株直径1.9~2.0cm乔木状沙拐枣(calligonumarborescens)、多枝柽柳(tamarixramosissima)、梭梭(haloxylonammodendron)在生长季的日平均茎干液流速率分别为67.2,77.05和61.54g·h-1;茎干液流受环境因子影响而波动,太阳辐射、风速、气温、相对湿度和植物茎干液流有显著相关性.8年生沙拐枣、柽柳、梭梭植株年耗水量分别为1937.80,1253.39和1026.96kg,日平均耗水量分别为9.69,6.27和5.13kg.滴灌条件下,防护林带内土壤含水量在各个月份变化不大,土壤含水量充足,防护林植物清晨和午后水势变化反映出其水分状况良好.如对现行灌溉管理模式进行优化,实现防护性能与水资源节约的有机结合,防护林还存在一定的节水空间.

对不同立地类型、不同造林年限、不同树种、不同季节的防护林土壤微生物数量及区系组成进行研究,结果表明:咸水灌溉条件下塔里木沙漠公路防护林和人工绿地建成后,风蚀作用减弱,流动沙丘逐渐固定,土壤结构和养分状况得到改善,微生物活性大幅度提高;在土壤微生物区系组成中,细菌占绝对优势,放线菌次之,真菌最少;表层微生物数量远多于下层土壤;林地外围距林缘近的土壤微生物活性较强,3m以外微生物数量已接近流沙微生物量;3类土壤微生物分布具不同的季节性规律,且不同立地类型土壤微生物分布差异明显;随造林年限的增加,防护林的改土作用更加显著。

塔里木沙漠公路是世界上穿过流动沙丘最长的公路。于1993年3月动工兴建，1995年9月建成，北起轮南，南到民丰，全长522千米。她就像一条黑色的巨龙，舞动着矫健的身躯横亘塔里木盆地，将天山南麓的314国道与昆仑山北部的315国道连通。继公路建成之后，又一令世界瞩目的工程——塔里木沙

根据56个土壤表层样品、49个水样的分析,探讨了塔里木沙漠公路生态防护林带沿线土壤表层盐分的基本特征,并研究了防护林沿线土壤盐分的分布规律。结果表明:表层土壤具有盐分含量高、表聚性强烈的特征;地下水矿化度与地下水电导率、土壤电导率与土壤盐分含量均呈现极显著相关性,土壤盐分属于碱性钠型氯化物。

塔里木沙漠公路防护林横穿塔克拉玛干沙漠,利用3-30g·l-1地下咸水灌溉,风沙、高温、盐分等多种胁迫因子影响人工生态系统的持续和稳定．通过对多种胁迫下人工防护林的结构特征(包括生产力、更新能力、生物多样性等)和功能特征(生物地化循环,如:防护林土壤生理生化特性、地下水)的变化研究,探讨防护林与环境之间的相互关系．在此基础上,将决策分析引入塔里木沙漠公路防护林稳定性研究,筛选出影响防护林系统稳定性的障碍因子,建立沙漠公路防护林稳定性的综合指标体系,评价防护林稳定性,并将生态稳定性概念应用于生态系统管理．研究表明:现阶段防护林塔里木沙漠公路防护林系统处于相对脆弱状态,气候条件是系统稳定的主要干扰因素,但能够通过人工措施改善沙漠公路防护林系统的环境质量,增加了系统的稳定性．

　2003年　第10期　　　　　　　陈艳艳等:道路交通运行状态可靠性评价方法综述及展望—131— [6]　bellmgh,shieldcm,buschf,kruseg.acapacityreliabilityofaroadnetwork:anassessment stochasticuserequilibriumpathflowestimator.methodologyandnumericalresults.transp.res. transportationresearch,1997,

在塔克拉玛干沙漠腹地采用多个hobo温湿度自动观测仪器进行同步观测的方式,对极端干旱区防护林小气候中的气温、湿度分别进行了水平和垂直两个尺度上的观测.结果表明:沙漠公路防护林生态系统具有稳定近地层空气气温和提高空气湿度等典型的小气候调节作用.太阳辐射对防护林温湿度影响显著,辐射强度的大小与气温呈正相关,与空气湿度负相关,在阴天时林带保温保湿效果明显;防护林对周围环境的影响较显著,防护林带内小气候具有降温保湿的特征:林内气温总是小于原始沙地,林内湿度总是大于原始沙地,林边气温升降幅度大于原始沙地,林边湿度总是大于原始沙地.并且计算得出防护林垂直影响范围温度4~10m,湿度6~8m;水平影响范围温度16m,湿度24m左右.

duetointerferenceofvegetationbyexperimentinwindtunnelandobservationinfield,theboundarylayerisdividedinto2sublayersapproximatelyatthevegetationheight.asfortheverticalwindgradient,itchangesdisorderlyinroughsublayerofthelowerandchangesregularlyininertialsublayeroftheuppervaryingwithvegetationcharacteristics.erosionrateincreasesexponentiallywithvegetationcoveragereduction.theestablishmentofshrubshelterbeltalongtarimdeserthighwaymadeobviouseffectsnotonlyonwindpreventingandsandbinding,butalsoonmicroclimate.comparedwithmobiledune,airtemperatureishigherinsummerandlowerinautumn,whilerelativemoistureishigher,andevaporationandsoiltemperaturelowerintheshrubshelterbelt.

为了塔里木沙漠公路防护林持续稳定的发展,对防护林内衰退的乔木状沙拐枣进行不同留茬高度和不同灌水量的平茬实验,选取萌蘖条数、株高、冠幅、萌蘖条地径、地上生物量5项指标评价平茬效果。结果表明:1)平茬后乔木状沙拐枣的萌芽期推迟10天左右,但萌蘖株的生长势明显好于未平茬植株,合理的留茬处理更能促进这一优势的发挥。2)平茬当年,不同留茬高度处理萌蘖株月生长动态一致,即株高、冠幅和地径均呈"s"型增长,而萌条数呈对数增长,但留茬高度对萌蘖条生长状况和地上生物量积累及分配均有显著影响(p20cm>15cm>5cm。3)灌水量引起的土壤水分状况的差异极大的影响着防护林内乔木沙拐枣的平茬效果,单次灌水量45l/株的平茬效果明显好于22.5l/株。

塔里木沙漠公路防护林生态工程全长436km,造林树种以抗逆性较强的沙拐枣(calligonuml.)、柽柳(tamarixl.)、梭梭(haloxylonbunge)等优良防风固沙灌木为主,采用高矿化度地下水滴灌。2005年5月,公路沿线出现了罕见的突发性强降雨,由此引起的表层土壤盐分淋溶造成了沙拐枣大量死亡。本研究采用线路调查和随机抽样方法,在突发性强降雨后对塔里木沙漠公路防护林带内沙拐枣死亡率进行了调查,并对调查结果及其原因进行了分析,结果表明:沙拐枣死亡率(1)随林龄的增加而减小;(2)随矿化度的升高而增大;(3)垄间平沙地>过渡区>高大沙垄垄体;(4)林带中央>公路旁>林带外围。

利用植物茎流计,测定了塔里木沙漠公路塔中段乔木状沙拐枣茎干液流变化及耗水特性。结果表明3株乔木状沙拐枣在一个生长季内的日平均耗水量为4183.4g;在现行的灌溉管理条件下,4~10月3株基径为3.6,3.1,1.9cm的乔木状沙拐枣日平均耗水量分别为6203.5,4829.1,1517.5g;7月份是耗水量最大的季节。乔木状沙拐枣液流日变化呈单峰曲线型,并随环境因子的变化有所波动;液流高峰值出现在12:00~15:00,最小值出现在0:00~3:00,夜间仍保持较高的液流速率。乔木状沙拐枣液流速率与基径呈正相关关系,在6月底,3株基径为3.6,3.1,2.1cm的乔木状沙拐枣日耗水量分别为9521.2,5803.1g/d和1818.8g/d。不同天气条件下沙拐枣日平均率日耗水量的排列顺序为:小雨<阴天<浮尘<沙尘暴<多云<晴天。干旱的环境条件和较为充足的水分供应是耗水量大的一个重要原因。

沙漠是特殊的工程环境。根据国家“八五”重点科技攻关项目85-101-07“塔里木沙漠石油公路环境影响综合评价研究”,本文就沙漠环境对沙漠工程的影响以及沙漠工程环境影响特征进行了分析。

为了掌握塔克拉玛干沙漠腹地单井抽水过程中,地下水位的变化过程,为沙漠生态防护林工程可持续供水提供理论依据。通过设置在塔里木沙漠公路防护林生态工程灌溉用第69号水源井处的观测场,观测了一次抽水过程,2个抽水应力期内,观测井中的水位变化情况,确定了研究区域的几个水文地质参数,分析了抽水过程水位变化规律。研究显示:计算所得渗透系数k=13.32m/d;抽水影响半径r=332.04m;给水度μ=5.08%。在2个抽水应力期内,水位急速下降和急速上升过程均可在其开始后的11min内完成,之后转为缓慢变化阶段。停止抽水后,水位可以恢复到未抽水之前的水平,没有引起天然地下水位的持续下降。

为了揭示塔里木沙漠公路防护林内覆盖物对土壤水分蒸发的影响,在塔克拉玛干沙漠腹地进行人工模拟蒸发实验,为其防护林水资源高效利用和灌溉制度优化提供科学依据.研究结果表明:(1)积沙层、盐结皮层、枯落物和积沙-枯落物混合层等覆盖物阻隔土壤蒸发,对土壤水分蒸发作用影响明显;日蒸发量、累积蒸发量和蒸发速率都较无覆盖物沙地大幅降低,而且覆盖物越厚,降低幅度越大;覆盖条件下蒸发受其他因素影响较小,日蒸发量变幅降低,累积蒸发呈线性分布,累计蒸发曲线近似直线,而裸沙地累积蒸发则呈正对数分布,累计蒸发曲线近似折线,蒸发受其他因素影响较大,日蒸发量变幅大,蒸发过程具有阶段性;(2)覆盖物的蒸发抑制效率明显,而且随覆盖物厚度增加而成对数函数增加,当覆盖物厚度增加到一定程度时,蒸发抑制效率增幅逐渐降低;各覆盖物在2cm厚度的蒸发抑制效率差别不大,最大蒸发抑制效率(根据灌溉第1天日蒸发量计算)则为:积沙-枯落物混合层(79.92%)>枯落物(78.96%)>盐结皮层(75.58%)>积沙层(74.11%),现实蒸发抑制效率(根据灌溉周期末(14天)的土壤累积蒸发量计算)则为:盐结皮层(67.78%)>积沙-枯落物混合层层(66.72%)>积沙层(63.28%)>枯落物层(61.74%).

通过全部调查法对防护林工程的次年苗木保存率进行了详细调查,结果显示:(1)由于造林环境恶劣,塔里木沙漠公路防护林工程苗木保存率较低,约70%;(2)梭梭、柽柳、沙拐枣三种苗木的保存率不同,基本表现为梭梭和沙拐枣大于柽柳,而且在不同矿化度条件下也存在差异,矿化度较小时差异不大,而随着矿化度的增加差异增大;(3)三种苗木的保存率都随灌水矿化度的增加而逐渐降低,但矿化度小于10g/l时,变化规律性不强;(4)公路沿线苗木保存率呈一定的空间分异规律,在防护林横断面不同部位、垄间不同沙丘密度、纵向复合沙垄区不同地貌部位和公路沿线不同大地貌单元之间,苗木保存率存在差异。研究结果对于极端干旱环境中造林和塔里木沙漠公路防护林可持续性研究具有借鉴意义。

为了探讨防沙工程对现代风沙地貌的影响,通过在塔中地区的野外实地沙面蚀积测量,分析了塔里木沙漠公路防护林影响下地表形态变化的类型、分布和强度.研究发现:(1)在防沙体系内部以风积地貌为主,形成了小尺度的灌丛积沙堆,中尺度的片状积沙和较大尺度的垄状积沙体.在防沙体系内的林间也一定程度地形成了风蚀地貌,但在垄间地一般难以大规模发育,而在地形起伏的沙垄区的次级沙丘迎风坡中部,则可较大规模地发育;(2)在防沙体系的上风侧,阻沙林带及其形成的垄状积沙体使垄间的低矮流动沙丘在移动过程中发生形态和走向变化.阻沙林带垄状积沙体迎风坡形成稳定积沙坡面,但前移沙丘可造成其短时间的破坏,而后逐渐恢复成稳定坡面;(3)在防沙体系下风侧沙面,可形成较大范围的风蚀,在垄间地形成风蚀凹地,在地形起伏区沙丘被风蚀削平,地形起伏度降低.因此,防沙林带对上风侧风沙流具有巨大的消能截沙作用,到下风侧随着风力的逐渐恢复,风沙流逐渐趋于不饱和,造成沙面风蚀.

对不同立地类型、不同生长年限、不同季节、不同树种的防护林土壤微生物数量及区系组成进行研究,分析了土壤微生物与土壤环境因子的相关关系,结果表明:咸水灌溉条件下塔里木沙漠公路防护林和人工绿地建成后,土壤结构和养分状况得到改善,微生物活性大幅度提高;土壤微生物区系组成中,细菌占绝对优势,放线菌次之,真菌最少;表层微生物数量远多于下层土壤;林地外围距林缘近的土壤微生物活性较强,3m以外微生物数量已接近流沙地微生物量;各类土壤微生物分布具不同的季节性规律,且不同立地类型防护林土壤微生物分布差异明显;随造林年限的增加,防护林的改土作用更加显著。土壤微生物分布与土壤养分含量和土壤ph值显著相关。