應(yīng)用DGGE技術(shù)分析青藏鐵路沿線的土壤細(xì)菌種群多樣性

根據(jù)青藏鐵路沿線26個行政單元自然災(zāi)害的歷史記錄,對沿線的洪水、山洪、地震、雪災(zāi)、風(fēng)災(zāi)以及滑坡、泥石流和崩塌等自然災(zāi)害進(jìn)行量化分析,通過自然災(zāi)害災(zāi)種、頻次的統(tǒng)計和聚類分析將青藏鐵路沿線劃分為6個自然災(zāi)害組合分區(qū),其中,拉薩河谷路段主要以洪水、滑坡災(zāi)害為主;羌塘高原路段主要以雪災(zāi)、風(fēng)災(zāi)為主,青南高原路段以雪災(zāi)、地震災(zāi)害為主;柴達(dá)木盆地路段以風(fēng)災(zāi)、地震等災(zāi)害為主;青海湖盆地路段以洪水、雪災(zāi)為主;湟水谷地路段以洪水、山洪、滑坡災(zāi)害為主。拉薩河谷路段和湟水谷地路段的自然災(zāi)害類型組合具有相似性。

通過大比例尺野外地質(zhì)調(diào)查和跨季節(jié)對比觀測,發(fā)現(xiàn)青藏鐵路沿線發(fā)育地震破裂、斷層裂縫、凍土裂縫與冰裂縫4種不同類型的地裂縫。典型地震破裂包括西大灘古地震破裂、昆侖山南緣地震破裂、可可西里古地震破裂、崩錯地震破裂、谷露盆西地震破裂、羊八井—當(dāng)雄盆西地震破裂;地震破裂規(guī)模大,產(chǎn)狀穩(wěn)定,與地震鼓包、地震陡坎、地震凹陷有序組合,是地表構(gòu)造變形的重要形式,屬內(nèi)動力成因地裂縫。斷層裂縫沿斷層破碎帶定向分布,產(chǎn)狀穩(wěn)定,成群產(chǎn)出,與斷層活動、地下水運移、不均勻凍脹存在密切的關(guān)系,是構(gòu)造變形與融凍變形聯(lián)合、內(nèi)外動力耦合產(chǎn)生的復(fù)合成因地裂縫。凍土裂縫和冰裂縫屬外營力成因地裂縫,是凍土與冰層不均勻融凍變形的重要表現(xiàn)形式。地震破裂、斷層裂縫和凍土裂縫對青藏公路、青藏鐵路及沿線工程安全具有不良影響,這些地裂縫切割錯斷路基,形成路面破裂和路基滑塌,產(chǎn)生顯著的災(zāi)害效應(yīng)。

基于青藏鐵路多年凍土區(qū)工程長期監(jiān)測系統(tǒng)所獲取的地溫與變形資料,對鐵路沿線4處融區(qū)的特征及其變化趨勢進(jìn)行了分析。這4處融區(qū)分別為沱沱河北面洼地輻射-滲透融區(qū)（r1）、休冬曲北岸河流融區(qū)（r2）、扎加藏布河西岸河流融區(qū)（r3）與洼里希里唐盆輻射-滲透融區(qū)（r4）。結(jié)果表明：r1土體溫度處于升溫中,融區(qū)正在發(fā)展;r2土體溫度較為穩(wěn)定,位于融區(qū)邊緣地帶;r3土體升溫趨勢明顯,融區(qū)處于快速發(fā)展之中;r4深部土體溫度較為穩(wěn)定,融區(qū)仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。在r1、r3與r4,路基下未形成隔年凍土;但在r2融區(qū),路基下有形成隔年凍土的可能。監(jiān)測期內(nèi),路基累計沉降變形小于50mm,滿足鐵路路基設(shè)計規(guī)范的要求。

選取青藏高原及周邊66個氣象站資料,分析了青藏高原及青藏鐵路沿線1971—2000年大風(fēng)日數(shù)的空間分布特征及建站以來大風(fēng)和風(fēng)向特征,計算了百年一遇的最大風(fēng)速和風(fēng)壓.分析發(fā)現(xiàn):青藏高原大風(fēng)日數(shù)主要集中在青藏鐵路沿線地區(qū),年際和年代際變化明顯;鐵路沿線極端最大風(fēng)速和歷年平均最大風(fēng)速都出現(xiàn)在鐵路中部的托托河,風(fēng)向多為偏西風(fēng);鐵路沿線50a、100a一遇的10min平均最大風(fēng)速和風(fēng)壓都出現(xiàn)在安多地區(qū).以新疆達(dá)扳城為參考站,推算出青藏鐵路沿線各站的列車停駛臨界風(fēng)速.為確保列車運營安全,建議在昆侖山口至錯那湖間的高山地段風(fēng)口和列車轉(zhuǎn)彎處建造防風(fēng)設(shè)施.

結(jié)合青藏鐵路格爾木—昆侖山口段自然地理條件,對該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的分布及特征進(jìn)行了分析,分別總結(jié)歸納了山區(qū)、平原區(qū)的主要地質(zhì)災(zāi)害特點及原因,并闡述了該區(qū)域地震災(zāi)害的影響,為保障今后青藏鐵路安全運行提供了一定的科學(xué)依據(jù)。

青藏鐵路沿線活動斷層調(diào)查與地應(yīng)力測——青藏鐵路沿線活動斷層調(diào)查與地應(yīng)力測量屬中國地質(zhì)調(diào)查局實施項目，工作內(nèi)容包括青藏鐵路沿線活動斷層調(diào)查、地應(yīng)力測量、隧道穩(wěn)定性分析和地殼穩(wěn)定性評價，起止時間2001年1月—2003年12月，工作性質(zhì)屬綜合研究，組織...

青藏高原高寒生態(tài)系統(tǒng)十分獨特、脆弱,對人類擾動極為敏感。本文從青藏鐵路唐古拉至拉薩段工程建設(shè)對沿線生物多樣性的影響進(jìn)行分析,提出運用生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建理論,采用以原生植被自我修復(fù)為主的人工措施,維持植被原生物種是一種安全處理方法,采取按工程類別提出的各類緩解工程建設(shè)對生態(tài)系統(tǒng)影響的對策措施,可緩解工程對生物多樣性及生態(tài)環(huán)境的總體影響。

在廣大的凍土地區(qū),尤其是常年多風(fēng)的凍土地區(qū),空氣與地面之間的熱交換不僅僅表現(xiàn)為傳導(dǎo)、自然對流和輻射。在風(fēng)的作用下,地表上部空氣的強制對流和表土層中的水分蒸發(fā)大大增強,對凍土層的熱狀況產(chǎn)生重要的影響。對于像青藏高原這樣的凍土地區(qū)而言,地面上1.5m處空氣的年平均溫度要比下附面層底的年平均溫度低3~3.5℃以上;同時,對于表土層潮濕的凍土地區(qū)而言,水分的蒸發(fā)也將會帶走土體中的大量熱量。從凍土地區(qū)風(fēng)作用的概念———凍土地區(qū)的風(fēng)降低地表溫度、促進(jìn)下伏凍土發(fā)育的作用出發(fā),分析了影響凍土地區(qū)風(fēng)降溫作用的諸多因素,給出在強風(fēng)、表土含水量大的條件下,風(fēng)作用表現(xiàn)得非常顯著的結(jié)論。然后,通過對比、分析青藏鐵路北麓河試驗段的2個工程實例,驗證了風(fēng)的作用對凍土溫度狀況的重要影響。最后,給出了風(fēng)作用在凍土地區(qū)若干基礎(chǔ)工程實踐中直接或間接的應(yīng)用,以及利用風(fēng)的降溫作用來保護(hù)凍土的工程措施的使用條件和局限性。

在全球氣候變暖的背景下,青藏鐵路沿線多年凍土目前處于退化狀態(tài),凍土退化將會對線路的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,為解決這一問題,收集青藏鐵路沿線多年凍土區(qū)凍土上限的觀測數(shù)據(jù),并比較2007年和2015年的數(shù)據(jù),分析填土路基斷面凍土上限特征,探討減緩路基工程變形的工程措施。結(jié)果表明:青藏鐵路多年凍土區(qū)填土路基人為上限有所抬升；由于線路存在左右側(cè)陰陽坡的差異,致使兩側(cè)路肩以下人為上限形態(tài)差異性更加明顯,并且凍土升溫退化顯著；對于青藏鐵路多年凍土區(qū)路基,在工程邊坡鋪設(shè)碎石有助于應(yīng)對氣候變化引起的多年凍土退化導(dǎo)致的路基工程變形問題。

構(gòu)造活動強度α(1)和地殼穩(wěn)定程度β(1)是構(gòu)造活動性評價和工程穩(wěn)定性區(qū)劃的重要參數(shù),α=1-β。對青藏鐵路沿線任一單元i,以斷層運動速率(vi)、地震震級(mi)、溫泉溫度(ti)和構(gòu)造應(yīng)變(εi)綜合刻畫構(gòu)造活動強度(αi),αi=(vi/vmax+mi/mmax+ti/tmax+εi/εmax)/αmax。根據(jù)各單元構(gòu)造活動強度值(αi),應(yīng)用克里格等值線繪制軟件,編制構(gòu)造活動強度等值線圖,為青藏鐵路沿線構(gòu)造活動性評價和工程穩(wěn)定性區(qū)劃提供定量判據(jù)。α0.40的構(gòu)造活動區(qū)可能孕育ms6～7級地震,對應(yīng)于不穩(wěn)定區(qū);α0.70的強烈構(gòu)造活動區(qū)可能孕育8級左右強烈地震,對應(yīng)于極不穩(wěn)定區(qū)。區(qū)劃結(jié)果表明,青藏鐵路沿線發(fā)育昆侖山南、可可西里、通天河、唐古拉山、錯那湖、當(dāng)雄、羊八井7個不穩(wěn)定區(qū),其中包括西大灘、谷露盆西、羊八井3個極不穩(wěn)定區(qū)。

文章利用青藏鐵路沿線青海境內(nèi)14個常規(guī)氣象站2000~2014年降水資料和28個加密氣象站降水資料以及水害資料,分析了鐵路沿線水害的時間分布特征和空間分布特征,并對鐵路沿線水害致災(zāi)因子進(jìn)行分類,同時對降水致災(zāi)因子、降水類型、水害孕災(zāi)環(huán)境和人為活動等造成水害的成因進(jìn)行探討,為開展青藏鐵路沿線青海境內(nèi)降水引發(fā)的水害氣象風(fēng)險評估打下基礎(chǔ),為開展鐵路沿線水害預(yù)報服務(wù)及災(zāi)害防御有一定的參考作用。

本文通過對青藏鐵路青海段沿線各站1981～2008年28a間7月降水資料統(tǒng)計,對鐵路沿線臺站中雨以上降水概率、最大日降水量分布特征、沿線大降水時空分布及沿線臺站氣壓變化與降水的關(guān)系進(jìn)行了分析,對進(jìn)一步提高青藏鐵路沿線大降水的預(yù)報準(zhǔn)確率,具有一定的參考和指導(dǎo)作用。

gis強大的空間分析功能對生態(tài)環(huán)境敏感性評價過程中的空間要素疊置分析具有明顯優(yōu)勢。本文通過對傳統(tǒng)生態(tài)環(huán)境敏感性評價方法的系統(tǒng)分析和邏輯完善,采用arcgis平臺的modelbuilder工具封裝了可以進(jìn)行多循環(huán)生態(tài)環(huán)境敏感性評價gis模塊;并選取青藏鐵路沿線部分路段,測試了從環(huán)境問題分析、指標(biāo)與權(quán)重確立、空間數(shù)據(jù)預(yù)處理到gis模型運行的全過程。結(jié)果表明:在多重生態(tài)與環(huán)境要素累加效應(yīng)影響下,青藏鐵路生物通道的兩側(cè)高度敏感,且多個敏感區(qū)連成一個線性敏感帶,鐵路沿線生態(tài)環(huán)境敏感性區(qū)域的帶狀空間格局特征突出;通過與大量地面調(diào)查的評估結(jié)果相比較,驗證了該gis模型判斷生態(tài)敏感區(qū)域的科學(xué)性和可靠性,從而為線性工程的生態(tài)環(huán)境敏感性快速評價提供技術(shù)支撐。

本文基于青藏公路、鐵路沿線區(qū)域約63400km~2范圍1:10萬地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析研究。采用以etm為主,重點地區(qū)輔以ikonos的遙感數(shù)據(jù),遙感解譯與地面驗證相結(jié)合的技術(shù)方法在研究區(qū)解譯出數(shù)百條斷層,根據(jù)這些斷層的延伸方向和分布位置可歸納為20條斷裂帶(rf),它們與以往地面為主調(diào)查的斷裂帶(gf)基本吻合。本區(qū)的斷裂帶基本上均為活動斷裂帶,且都存在發(fā)震斷層?；隆⒛嗍魇乔嗖鼐€活動構(gòu)造的主要次生災(zāi)害。本區(qū)活動斷裂對滑坡分布有一定影響,但并沒有控制作用;地震構(gòu)造不但控制了本區(qū)泥石流的分布,地震活動對泥石流活動的觸發(fā)作用也非常明顯。

基于對青藏公路及鐵路沿線區(qū)域約63400km2范圍內(nèi)1∶10萬地質(zhì)環(huán)境遙感的調(diào)查研究結(jié)果,采用以etm為主、重點地區(qū)以ikonos為輔的遙感數(shù)據(jù)、遙感解譯與地面驗證相結(jié)合的技術(shù)方法在研究區(qū)解譯出數(shù)百條斷層。根據(jù)這些斷層的延伸方向和分布位置可歸納為20條斷裂帶(rf),它們與以往以地面調(diào)查為主的斷裂帶(gf)基本吻合。研究區(qū)的斷裂帶基本上均為活動斷裂帶,且都存在發(fā)震斷層,將已發(fā)生地震的震級和頻率較高(ms≥5至>8)的斷裂帶定為主要地震構(gòu)造帶。青藏線共有5個主要地震構(gòu)造帶,其中東昆侖地震構(gòu)造帶及當(dāng)雄—羊八井地震構(gòu)造帶是研究區(qū)內(nèi)可能對鐵路工程建設(shè)及公路、鐵路運行安全帶來嚴(yán)重影響的最重要的地震構(gòu)造帶?；?、泥石流是青藏線活動構(gòu)造的主要次生災(zāi)害。該區(qū)的活動斷裂對滑坡分布有一定的影響,但并沒有控制作用;地震構(gòu)造不但控制了泥石流的分布,且地震活動對泥石流活動的觸發(fā)作用也非常明顯。

青藏鐵路橫穿了青藏高原上大量的活動斷裂帶。本文研究了青藏鐵路沿線的29條活動斷裂帶分布規(guī)律和地質(zhì)病害。通過分析崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)病害特點和典型路段的地質(zhì)選線,總結(jié)了斷裂帶地質(zhì)選線的原則,主要包括:盡量在斷裂帶活動性較弱、寬度較窄的地段以垂直或高角度通過;盡量不設(shè)大中橋、高橋、隧道、高填深挖等難以修復(fù)的大型建筑物。事實證明,以上原則在繞避和通過活動斷裂帶時是正確可行的,可以在青藏線改建和其它鐵路工程上借鑒運用。

對青藏鐵路沿線阻沙柵欄的流場結(jié)構(gòu)、阻沙效率進(jìn)行風(fēng)洞模擬實驗,對沱沱河路段阻沙柵欄的野外積沙形態(tài)進(jìn)行觀測。結(jié)果顯示,氣流經(jīng)過柵欄時有遇阻抬升、集流加速、減速沉降區(qū)和消散恢復(fù)區(qū)。在越過柵欄后形成兩個減速恢復(fù)區(qū)和兩個加速區(qū),減速區(qū)分別距地表3cm和20cm處,加速區(qū)分別位于近地表和35cm高度處。隨來流風(fēng)速的增加,柵欄前加速區(qū)起始范圍向柵欄逼近,而柵欄后恢復(fù)區(qū)起點向遠(yuǎn)離柵欄方向發(fā)展。當(dāng)氣流越過柵欄后風(fēng)速急劇降低,導(dǎo)致沙粒減速沉降。隨進(jìn)口風(fēng)速的增加,柵欄間阻沙量和越過柵欄后輸出沙量呈指數(shù)關(guān)系遞增。鐵路沿線采用的柵欄阻沙效率達(dá)80%以上,且隨風(fēng)速的增加呈線性關(guān)系遞減。沱沱河路段阻沙柵欄西南側(cè)以風(fēng)蝕為主,最大風(fēng)蝕深度達(dá)16.7cm,其余區(qū)域表現(xiàn)為積沙,最大積沙厚度達(dá)19.9cm。

通過地表路線地質(zhì)觀測、不同比例尺的活動構(gòu)造填圖及不同深度的地球物理探測,證實青藏鐵路沿線發(fā)育近南北向活動構(gòu)造帶,表現(xiàn)為活動斷層、地殼形變、第四紀(jì)斷陷盆地、建造、地震活動、溫泉線性分布及比較顯著的地球物理異常。青藏鐵路沿線近南北構(gòu)造帶現(xiàn)今活動性比較強烈,未來尚有增強趨勢,能夠誘發(fā)多種類型的地質(zhì)災(zāi)害,對鐵路路基、公路路基和永久建筑產(chǎn)生不同程度的工程危害。

通過青藏鐵路沿線北段西大灘至唐古拉山北坡范圍內(nèi)植被樣帶的抽樣調(diào)查,對植物物種豐富度(s)、植被蓋度由北至南的動態(tài)變化特征以及兩者的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:(1)在青藏沿線北段高海拔地區(qū),由北至南植物物種豐富度呈逐漸升高的趨勢,1m~2樣方平均物種數(shù)量由沿線北部樣帶的5或6種,逐漸升高至南部樣帶的9或10種。多重比較表明,相鄰或相近的植被樣帶間單位面積物種豐富度多差異不顯著,而當(dāng)樣帶間距加大時,則表現(xiàn)出顯著性差異。(2)由北至南各樣帶1m~2樣方平均蓋度呈不規(guī)則的動態(tài)變化,多重分析表明,多數(shù)樣帶間1m~2樣方蓋度間存在顯著差異,說明植被蓋度與物種豐富度相比更多地受到地形、土壤理化性質(zhì)等小環(huán)境因素的影響。(3)研究區(qū)域北部各樣帶1m~2樣方平均蓋度與物種豐富度呈現(xiàn)較顯著的正相關(guān)關(guān)系,且多以乘冪指數(shù)方程擬合精度較高。而在研究區(qū)域南部,則未表現(xiàn)出顯著的相關(guān)關(guān)系,這是因為這些樣帶中群落蓋度主要受少數(shù)優(yōu)勢種蓋度所控制,而與群落物種數(shù)量相關(guān)性不大。最后,提出今后需要加強青藏鐵路沿線高寒地區(qū)植被分布格局及其環(huán)境解釋的相關(guān)研究,以便深入分析區(qū)域植被分布的格局和成因。

研究了天文因素對近500a來厄爾尼諾事件的影響,分析了近50a來enso事件與青藏鐵路沿線氣溫地溫的關(guān)系.結(jié)果表明:年平均氣溫和年平均最高氣溫,春季平均最高氣溫、夏季平均最低氣溫和秋季平均最低氣溫,在elnino年偏低;而在lanina年則偏高.0cm年平均最低地溫、秋季平均最低地溫和冬季平均最低地溫,在elnino年偏低;而在lanina年則偏高.enso事件對從5cm及其以下的地溫沒有明顯影響.厄爾尼諾事件有準(zhǔn)60a和準(zhǔn)19a周期,其可能是對天體運動的響應(yīng).

通過1∶2000活動斷裂勘測與地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查,在青藏鐵路沿線鑒別出24條不同規(guī)模、不同寬度的構(gòu)造裂縫帶。青藏鐵路沿線構(gòu)造裂縫主要沿活動斷層分布,呈線性排列,產(chǎn)狀穩(wěn)定,延伸較長,成群產(chǎn)出,與現(xiàn)今構(gòu)造變形、斷層運動及斷層破碎帶不均勻凍脹存在成因聯(lián)系,常形成密集的構(gòu)造裂縫帶。構(gòu)造裂縫帶寬20～2400m。構(gòu)造裂縫對青藏鐵路、青藏公路及沿線工程安全具有不良影響,能夠產(chǎn)生顯著的災(zāi)害效應(yīng),如切割錯斷路基,產(chǎn)生路面塌陷,誘發(fā)不均勻凍脹變形,影響工程質(zhì)量和行車速度,對車站、房屋、管道也將產(chǎn)生不同程度的破壞作用。

文章是根據(jù)近年來在青藏鐵路、公路沿線所做的一些基礎(chǔ)性工作所取得成果,淺議該區(qū)段工程地質(zhì)條件,以期相互探討、借鑒。