塔里木沙漠公路防護林工程抽水地下水位響應

內(nèi)容。長期而廣泛的數(shù)據(jù)的積累則是建模的基礎(chǔ)。使 用性能模型的發(fā)展是一項長期的任務,隨著路況信 息的不斷積累和對路面使用性能變化規(guī)律認識的不 斷深化,使用性能模型必將會逐漸得到改進。 參考文獻: [1]　譚明鶴,黃衛(wèi).路面管理系統(tǒng)分析中的改進優(yōu)劣系數(shù)法 [j].東南大學學報,1998,28(3). [2]　姚祖康,孫立軍,胡東明,等.瀝青路面使用性能評價 [j].土木工程學報,1989,22(3). [3]　孫立軍,姚祖康,胡東明,等.瀝青路面評價與對策確定 的專家系統(tǒng)[j].土木工程學報,1991,24(3). developmentandresearchonmaintenancemanagement systemforexpresswaypavements chenggang,h

　2005年　第6期　　　　　　　　段金明　周敬宣:國外道路聲屏障結(jié)構(gòu)形式的研究進展—193— [7]　defrancej,jeanp.integrationoftheefficiencyof[12]　fujiwarak,ishidukat.noiseshieldingefficiency noisebarriercapsina3draytracingmethod.caseofofbarrierwithmultipleaborbingedgeobstacles at2shapeddiffractingdevice[

3　　　8prataculturalscience(vol.21,no.6)6/2004 315完善畜牧業(yè)生產(chǎn)的配套服務體系　畜有計劃、有步驟地進行調(diào)整和加強,以適應現(xiàn)代化 草原畜牧業(yè)的發(fā)展要求,切實保證持續(xù)發(fā)展[6]。 牧業(yè)生產(chǎn)配套服務體系的建立和完善,對搞活畜 產(chǎn)品的流通和促進畜牧業(yè)的進一步發(fā)展尤為重 要。現(xiàn)代化畜牧業(yè)生產(chǎn)是以提高畜產(chǎn)品為目的,參

為了探明塔里木沙漠公路防護林帶咸水灌溉土壤入滲特性,在塔里木沙漠公路防護林帶內(nèi)選取5種不同種植年限的土壤,并取3種不同礦化度水,應用guelph入滲儀測定土壤水分入滲過程,并進行模型擬合與分析。結(jié)果表明:不同種植年限對土壤初始入滲速率、飽和導水率有顯著影響,尤其是0-10cm,10-15cm層土壤,隨著種植年限增加土壤初始入滲速率、飽和導水率呈減小趨勢。咸水灌溉條件下,土壤飽和導水率較淡水大。不同深度土壤入滲特性有差異,表現(xiàn)為25-40cm,40-60cm層土壤飽和導水率較其他層大。用常用的入滲模型對入滲過程進行模擬,可以發(fā)現(xiàn)通用經(jīng)驗模型對研究該區(qū)域土壤入滲有最好的適用性,kostiakov模型也較適用,horton模型在該區(qū)域土壤入滲研究中適用性相對較差。

塔里木沙漠公路是世界上穿過流動沙丘最長的公路。于1993年3月動工興建，1995年9月建成，北起輪南，南到民豐，全長522千米。她就像一條黑色的巨龍，舞動著矯健的身軀橫亙塔里木盆地，將天山南麓的314國道與昆侖山北部的315國道連通。繼公路建成之后，又一令世界矚目的工程——塔里木沙

利用植物莖流計,測定了塔里木沙漠公路塔中段喬木狀沙拐棗莖干液流變化及耗水特性。結(jié)果表明3株喬木狀沙拐棗在一個生長季內(nèi)的日平均耗水量為4183.4g;在現(xiàn)行的灌溉管理條件下,4~10月3株基徑為3.6,3.1,1.9cm的喬木狀沙拐棗日平均耗水量分別為6203.5,4829.1,1517.5g;7月份是耗水量最大的季節(jié)。喬木狀沙拐棗液流日變化呈單峰曲線型,并隨環(huán)境因子的變化有所波動;液流高峰值出現(xiàn)在12:00~15:00,最小值出現(xiàn)在0:00~3:00,夜間仍保持較高的液流速率。喬木狀沙拐棗液流速率與基徑呈正相關(guān)關(guān)系,在6月底,3株基徑為3.6,3.1,2.1cm的喬木狀沙拐棗日耗水量分別為9521.2,5803.1g/d和1818.8g/d。不同天氣條件下沙拐棗日平均率日耗水量的排列順序為:小雨<陰天<浮塵<沙塵暴<多云<晴天。干旱的環(huán)境條件和較為充足的水分供應是耗水量大的一個重要原因。

應用水平衡原理對塔里木沙漠公路防護林土壤水分運動規(guī)律進行研究,估算了塔里木沙漠公路防護林體系的耗水特征,為今后的灌溉方案設(shè)計提供依據(jù)。研究結(jié)果表明:沙漠公路防護林水平衡區(qū)在1a的水平衡期內(nèi),2m土體水分儲量和植物生長周期密切相關(guān),早春至初夏及秋季2m土體儲水量均增加,但盛夏土體儲水量下降明顯。2m以下土層儲水量在整個水平衡期均增加,土體中的水分在向土壤下層運移。水平衡各項中灌溉量836.5mm;蒸散量372.6mm;滲漏到2m土層以下的水量為304.5mm;凈滲漏量7.8mm。即:流出灌溉區(qū)的水量為684.9mm,占總灌溉量的81.9%。因此,塔里木沙漠公路防護林節(jié)水灌溉仍具有較大節(jié)水空間,能夠采用合理的灌溉制度減少水資源浪費,保障塔里木沙漠公路永續(xù)利用。

通過全部調(diào)查法對防護林工程的次年苗木保存率進行了詳細調(diào)查,結(jié)果顯示:(1)由于造林環(huán)境惡劣,塔里木沙漠公路防護林工程苗木保存率較低,約70%;(2)梭梭、檉柳、沙拐棗三種苗木的保存率不同,基本表現(xiàn)為梭梭和沙拐棗大于檉柳,而且在不同礦化度條件下也存在差異,礦化度較小時差異不大,而隨著礦化度的增加差異增大;(3)三種苗木的保存率都隨灌水礦化度的增加而逐漸降低,但礦化度小于10g/l時,變化規(guī)律性不強;(4)公路沿線苗木保存率呈一定的空間分異規(guī)律,在防護林橫斷面不同部位、壟間不同沙丘密度、縱向復合沙壟區(qū)不同地貌部位和公路沿線不同大地貌單元之間,苗木保存率存在差異。研究結(jié)果對于極端干旱環(huán)境中造林和塔里木沙漠公路防護林可持續(xù)性研究具有借鑒意義。

為了塔里木沙漠公路防護林持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展,對防護林內(nèi)衰退的喬木狀沙拐棗進行不同留茬高度和不同灌水量的平茬實驗,選取萌蘗條數(shù)、株高、冠幅、萌蘗條地徑、地上生物量5項指標評價平茬效果。結(jié)果表明:1)平茬后喬木狀沙拐棗的萌芽期推遲10天左右,但萌蘗株的生長勢明顯好于未平茬植株,合理的留茬處理更能促進這一優(yōu)勢的發(fā)揮。2)平茬當年,不同留茬高度處理萌蘗株月生長動態(tài)一致,即株高、冠幅和地徑均呈"s"型增長,而萌條數(shù)呈對數(shù)增長,但留茬高度對萌蘗條生長狀況和地上生物量積累及分配均有顯著影響(p20cm>15cm>5cm。3)灌水量引起的土壤水分狀況的差異極大的影響著防護林內(nèi)喬木沙拐棗的平茬效果,單次灌水量45l/株的平茬效果明顯好于22.5l/株。

為了揭示塔里木沙漠公路防護林內(nèi)覆蓋物對土壤水分蒸發(fā)的影響,在塔克拉瑪干沙漠腹地進行人工模擬蒸發(fā)實驗,為其防護林水資源高效利用和灌溉制度優(yōu)化提供科學依據(jù).研究結(jié)果表明:(1)積沙層、鹽結(jié)皮層、枯落物和積沙-枯落物混合層等覆蓋物阻隔土壤蒸發(fā),對土壤水分蒸發(fā)作用影響明顯;日蒸發(fā)量、累積蒸發(fā)量和蒸發(fā)速率都較無覆蓋物沙地大幅降低,而且覆蓋物越厚,降低幅度越大;覆蓋條件下蒸發(fā)受其他因素影響較小,日蒸發(fā)量變幅降低,累積蒸發(fā)呈線性分布,累計蒸發(fā)曲線近似直線,而裸沙地累積蒸發(fā)則呈正對數(shù)分布,累計蒸發(fā)曲線近似折線,蒸發(fā)受其他因素影響較大,日蒸發(fā)量變幅大,蒸發(fā)過程具有階段性;(2)覆蓋物的蒸發(fā)抑制效率明顯,而且隨覆蓋物厚度增加而成對數(shù)函數(shù)增加,當覆蓋物厚度增加到一定程度時,蒸發(fā)抑制效率增幅逐漸降低;各覆蓋物在2cm厚度的蒸發(fā)抑制效率差別不大,最大蒸發(fā)抑制效率(根據(jù)灌溉第1天日蒸發(fā)量計算)則為:積沙-枯落物混合層(79.92%)>枯落物(78.96%)>鹽結(jié)皮層(75.58%)>積沙層(74.11%),現(xiàn)實蒸發(fā)抑制效率(根據(jù)灌溉周期末(14天)的土壤累積蒸發(fā)量計算)則為:鹽結(jié)皮層(67.78%)>積沙-枯落物混合層層(66.72%)>積沙層(63.28%)>枯落物層(61.74%).

通過采用野外定位觀測法,對塔里木沙漠公路防護林帶灌溉周期內(nèi)與不同種植年限、不同立地類型土壤水分動態(tài)變化進行了監(jiān)測分析,探討了塔里木沙漠公路防護林帶土壤水分動態(tài)變化規(guī)律.結(jié)果表明,塔里木沙漠公路防護林帶土壤水分在時間動態(tài)上屬于灌溉周期型,且土壤貯水量與灌后干旱天數(shù)呈線性關(guān)系.在垂直變化上,可以將其分為水分速變層、中變層、弱變層以及土壤水分穩(wěn)定層等4個土壤層次.不同種植年限防護林帶土壤水分年動態(tài)監(jiān)測表明,隨種植年限的增加,防護林帶土壤水分含水率與土壤貯水量逐漸下降,相應土壤虧缺量成增加趨勢.反映了在現(xiàn)有的灌溉制度下,防護林帶越來越依賴于防護林帶土壤累積的貯水量.同時還發(fā)現(xiàn),同年種植的防護林帶不同立地類型區(qū),板結(jié)沙地的土壤平均貯水量最高,分別為沙壟、黏土地以及平沙地平均土壤貯水量的1.58,1.15和1.43倍,而土壤水分虧缺量都達到了900mm以上.

根灌技術(shù)直接把水分灌溉到一定深度的植物根系土壤層,是一項新的節(jié)水灌溉技術(shù);在塔里木沙漠公路防護林帶灌溉中,首次開展了根灌對土壤水分作用與影響的節(jié)水試驗研究,并與傳統(tǒng)的沙漠公路防護林帶滴灌技術(shù)進行對比。研究結(jié)果表明,根灌技術(shù)比滴灌技術(shù)更加節(jié)水,其主要優(yōu)點表現(xiàn)在增加土壤含水量、增加土壤層的濕潤深度、提高灌水效率、節(jié)省灌水時間等。而且,根灌技術(shù)能有效地抑制滴灌造成的地表土壤水分的蒸發(fā)損失、地表土壤的鹽分積累。根灌技術(shù)比滴灌要節(jié)水30%以上,是一項更高效的節(jié)水灌溉技術(shù)。

為了探討防沙工程對現(xiàn)代風沙地貌的影響,通過在塔中地區(qū)的野外實地沙面蝕積測量,分析了塔里木沙漠公路防護林影響下地表形態(tài)變化的類型、分布和強度.研究發(fā)現(xiàn):(1)在防沙體系內(nèi)部以風積地貌為主,形成了小尺度的灌叢積沙堆,中尺度的片狀積沙和較大尺度的壟狀積沙體.在防沙體系內(nèi)的林間也一定程度地形成了風蝕地貌,但在壟間地一般難以大規(guī)模發(fā)育,而在地形起伏的沙壟區(qū)的次級沙丘迎風坡中部,則可較大規(guī)模地發(fā)育;(2)在防沙體系的上風側(cè),阻沙林帶及其形成的壟狀積沙體使壟間的低矮流動沙丘在移動過程中發(fā)生形態(tài)和走向變化.阻沙林帶壟狀積沙體迎風坡形成穩(wěn)定積沙坡面,但前移沙丘可造成其短時間的破壞,而后逐漸恢復成穩(wěn)定坡面;(3)在防沙體系下風側(cè)沙面,可形成較大范圍的風蝕,在壟間地形成風蝕凹地,在地形起伏區(qū)沙丘被風蝕削平,地形起伏度降低.因此,防沙林帶對上風側(cè)風沙流具有巨大的消能截沙作用,到下風側(cè)隨著風力的逐漸恢復,風沙流逐漸趨于不飽和,造成沙面風蝕.

塔里木沙漠公路防護林生態(tài)工程全長436km,是沙漠公路沿線一條重要的綠色長廊,沙漠公路防護林帶以滴灌為主,灌溉水源就地開采沙漠公路沿線的地下咸水(3.26～26.65g.l-1),建有110眼灌溉機井,設(shè)計滴頭流量為3.6l.h-1,每次灌水時間6h。針對沙漠公路防護林滴灌的灌水效率,開展了滴灌與根灌的對比灌溉試驗,試驗結(jié)果表明,滴灌水量轉(zhuǎn)化成有效土壤水分的利用率不到50%,滴灌存在地表土壤水分蒸發(fā)損失、灌溉水有效利用率低等問題,為沙漠公路防護林提高灌水效率、提高灌溉水的有效利用率,提供科學依據(jù)。

在沙漠公路沿線設(shè)置了地下水監(jiān)測斷面,獲得了定位實測的地下水位數(shù)據(jù),實測資料結(jié)合水文資料、地下水地表水相互轉(zhuǎn)化理論以及地下水動力學原理,分析了地下水位的時空變化規(guī)律.認為地下水位埋深空間分布主要受沙丘高度和地形變化影響.地下水位隨時間變化的主要影響因素可分為4類,就影響水位變化的幅度而言,防護林工程抽水>垂直排泄作用>河流流量變化>滲流補給作用;而就影響范圍而言則滲流補給作用影響范圍最大,防護林工程抽水影響范圍最小.地下水位的年際變化呈自然波動狀態(tài).

為了探討重大工程的生態(tài)環(huán)境效應,從風沙環(huán)境、土壤環(huán)境、小氣候、生物多樣性和地下水環(huán)境5個方面對塔里木沙漠公路防護林工程的綜合生態(tài)環(huán)境效應進行了研究.結(jié)果表明:(1)防護林改變了近地表風沙運動過程,防沙體系內(nèi)風速、輸沙率降低幅度分別達64%~80%和87.45%~99.02%,風沙流結(jié)構(gòu)、沙物質(zhì)粒度、地表蝕積狀況也發(fā)生了明顯變化;(2)與自然流沙地相比,防護林土壤容重減小,全鹽含量、總孔隙度和含水量增大,土壤肥力質(zhì)量明顯提高,其變化基本呈現(xiàn)"先快后慢"的規(guī)律;(3)防護林對于小環(huán)境改善作用明顯,距地面6m范圍內(nèi),林地不同高度的空氣溫度普遍低于自然流沙地,而空氣濕度則高于自然流沙地,林地土壤溫度也低于自然流沙地;(4)隨著防護林內(nèi)生境的變化,土壤微生物種類顯著增加,但不同種類微生物的種群分布并不均勻;(5)目前防護林灌溉抽水對地下水位、地下水礦化度的影響不大,水位在厘米級范圍波動,礦化度的變化幅度在±1g·l-1左右,且沒有明顯的變化趨勢.

通過對塔里木沙漠公路沿線的自然條件和風沙危害狀況的調(diào)查分析和研究,對塔里木沙漠公路防護林生態(tài)工程造林區(qū)進行了立地類型的劃分.立地類型分類采用了3級分類系統(tǒng),從影響植物成活生長和影響防護性能2個層面因子切入,采用主導因子和限制因子相結(jié)合的方法進行劃分.以中尺度的地貌單元、沿線風沙危害狀況和重要的生產(chǎn)設(shè)施等為依據(jù),劃分出6個立地類型小區(qū);以小尺度的地貌類型、地形和風況等因子劃分出21個立地類型組;以地下水含鹽量和土壤類型進一步劃分出36個立地類型.其中,6個立地類型小區(qū)在空間上的分布是連續(xù)的,不同于一般的劃分特點;在立地類型劃分中地下水含鹽量的閥值(8g和15g·l?1)是根據(jù)前期主要防沙造林樹種植物耐鹽性選育實驗的結(jié)果及沿線地下水含鹽量空間分布特點確定的,把含鹽量低于8g·l?1的地下水劃歸為微咸水.

塔里木沙漠公路防護林橫穿塔克拉瑪干沙漠,利用3-30g·l-1地下咸水灌溉,風沙、高溫、鹽分等多種脅迫因子影響人工生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)和穩(wěn)定．通過對多種脅迫下人工防護林的結(jié)構(gòu)特征(包括生產(chǎn)力、更新能力、生物多樣性等)和功能特征(生物地化循環(huán),如:防護林土壤生理生化特性、地下水)的變化研究,探討防護林與環(huán)境之間的相互關(guān)系．在此基礎(chǔ)上,將決策分析引入塔里木沙漠公路防護林穩(wěn)定性研究,篩選出影響防護林系統(tǒng)穩(wěn)定性的障礙因子,建立沙漠公路防護林穩(wěn)定性的綜合指標體系,評價防護林穩(wěn)定性,并將生態(tài)穩(wěn)定性概念應用于生態(tài)系統(tǒng)管理．研究表明:現(xiàn)階段防護林塔里木沙漠公路防護林系統(tǒng)處于相對脆弱狀態(tài),氣候條件是系統(tǒng)穩(wěn)定的主要干擾因素,但能夠通過人工措施改善沙漠公路防護林系統(tǒng)的環(huán)境質(zhì)量,增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性．

在塔克拉瑪干沙漠腹地采用多個hobo溫濕度自動觀測儀器進行同步觀測的方式,對極端干旱區(qū)防護林小氣候中的氣溫、濕度分別進行了水平和垂直兩個尺度上的觀測.結(jié)果表明:沙漠公路防護林生態(tài)系統(tǒng)具有穩(wěn)定近地層空氣氣溫和提高空氣濕度等典型的小氣候調(diào)節(jié)作用.太陽輻射對防護林溫濕度影響顯著,輻射強度的大小與氣溫呈正相關(guān),與空氣濕度負相關(guān),在陰天時林帶保溫保濕效果明顯;防護林對周圍環(huán)境的影響較顯著,防護林帶內(nèi)小氣候具有降溫保濕的特征:林內(nèi)氣溫總是小于原始沙地,林內(nèi)濕度總是大于原始沙地,林邊氣溫升降幅度大于原始沙地,林邊濕度總是大于原始沙地.并且計算得出防護林垂直影響范圍溫度4~10m,濕度6~8m;水平影響范圍溫度16m,濕度24m左右.

為揭示塔里木沙漠公路防護林地土壤肥力質(zhì)量變化規(guī)律,分層采集不同定植年限林地土壤,在分析了林地土壤肥力因子差異的基礎(chǔ)上,選擇土壤肥力綜合指數(shù)(ifi)評價法,對塔里木沙漠公路防護林地土壤肥力質(zhì)量作了定量評價.結(jié)果表明:塔里木沙漠公路防護林建設(shè)后土壤物理結(jié)構(gòu)變好,孔隙增多、持水能力增強,隨防護林年限的增加,土壤微生物量增大、酶活性增強,促進了養(yǎng)分的積累和轉(zhuǎn)化,定植12年的防護林地土壤養(yǎng)分含量明顯高于定植不久的防護林地和流沙地.受咸水滴灌影響,定植年限較長的防護林地土壤含鹽量較大;林地土壤肥力指數(shù)隨林齡增大在提高,且與林木生長指標密切相關(guān).說明塔里木沙漠公路防護林的建設(shè)有利于風沙土的發(fā)育,土壤肥力質(zhì)量逐年變好,在現(xiàn)有滴灌下能夠滿足林木正常生長的需要.

選取塔里木沙漠公路防護林不同定植年限下3種灌木的根際和非根際土,比較研究了土壤物理、化學、生物因子的根際效應。結(jié)果表明:(1)除全氮和全磷外,20種土壤因子在3灌木根際土間差異極顯著；(2)根際土的容重、全鹽含量、有機質(zhì)含量、全氮含量、速效氮磷鉀含量、微生物代謝活性、脂肪酸含量和dna片段多樣性、微生物生物量碳氮磷和6種酶活性在不同年限林地間的差異極顯著；(3)全氮含量、速效氮磷鉀含量、微生物代謝活性、dna片段多樣性、微生物量碳和磷、纖維素酶和磷酸酶活性在不同樹種與年限的交互效應上差異極顯著；(4)微生物生物量碳氮磷的根際效應大小為檉柳>沙拐棗>梭梭,而不同樹種各土壤養(yǎng)分因子和酶活性的根際效應大小并不一致?？梢?幾種荒漠灌木的定植促進了土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化,加速了沙漠防護林土壤的發(fā)育進程。

利用li-6400光合作用系統(tǒng)在沙漠腹地測定分析塔里木沙漠公路防護林植物梭梭(haloxylonammodendron)、多枝檉柳(tamarixramosissima)和喬木狀沙拐棗(calligonumarborescens)光合特性對干旱脅迫的響應,探討了水分虧缺對防護林植物光合積累的影響作用。結(jié)果顯示:沙拐棗的凈光合速率、蒸騰速率、水分利用效率、光能利用效率及潛在光合作用能力對水分虧缺最敏感,而檉柳則最不敏感;不同處理下3種植物光合特性變化的差異表明,不同植物對水分虧缺有著不同的響應變化和適應方式;此外,干旱脅迫未提高3種植物的水分利用效率,反而降低了其光能利用效率;c3植物多枝檉柳在干旱高溫條件下保持著比c4植物梭梭和沙拐棗更為穩(wěn)定的光合積累和水分利用效率,說明部分c3植物具備不弱于c4荒漠植物的干旱耐受適應能力;雖然水分虧缺對3種植物的光合作用能力均存在不同程度抑制作用,但未對其光合積累造成不可逆轉(zhuǎn)的影響?？梢?種植物都有很強的干旱適應與耐受能力,這種能力表明沙漠公路防護林的灌溉管理還有進一步的節(jié)水空間。