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

為了探討重大工程的生態環境效應,從風沙環境、土壤環境、小氣候、生物多樣性和地下水環境5個方面對塔里木沙漠公路防護林工程的綜合生態環境效應進行了研究.結果表明:(1)防護林改變了近地表風沙運動過程,防沙體系內風速、輸沙率降低幅度分別達64%~80%和87.45%~99.02%,風沙流結構、沙物質粒度、地表蝕積狀況也發生了明顯變化;(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,土壤肥力質量明顯提高,其變化基本呈現"先快后慢"的規律;(3)防護林對于小環境改善作用明顯,距地面6m范圍內,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查分析和研究,對塔里木沙漠公路防護林生態工程造林區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,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設施等為依據,劃分出6個立地類型小區;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個立地類型小區在空間上的分布是連續的,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)是根據前期主要防沙造林樹種植物耐鹽性選育實驗的結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生長于極端干旱的塔克拉瑪干沙漠中,防護林植物的蒸騰耗水和灌溉管理是防護林可持續的核心問題.利用莖流計測定了塔里木沙漠公路塔中段3種防護林植物的莖干液流,研究了防護林植物莖干液流規律、水分狀況和現行灌溉模式下植物的耗水量,探討了防護林灌溉管理中的節水問題.對莖干液流測定結果表明,防護林植物莖干液流具有明顯晝夜節律性,液流的高峰值出現在白天10:00~15:00,最小值出現在00:00~03:00,夜間也保持較小的液流.3株直徑1.9~2.0cm喬木狀沙拐棗(calligonumarborescens)、多枝檉柳(tamarixramosissima)、梭梭(haloxylonammodendron)在生長季的日平均莖干液流速率分別為67.2,77.05和61.54g·h-1;莖干液流受環境因子影響而波動,太陽輻射、風速、氣溫、相對濕度和植物莖干液流有顯著相關性.8年生沙拐棗、檉柳、梭梭植株年耗水量分別為1937.80,1253.39和1026.96kg,日平均耗水量分別為9.69,6.27和5.13kg.滴灌條件下,防護林帶內土壤含水量在各個月份變化不大,土壤含水量充足,防護林植物清晨和午后水勢變化反映出其水分狀況良好.如對現行灌溉管理模式進行優化,實現防護性能與水資源節約的有機結合,防護林還存在一定的節水空間.

3　　　8prataculturalscience(vol.21,no.6)6/2004 315完善畜牧業生產的配套服務體系　畜有計劃、有步驟地進行調整和加強,以適應現代化 草原畜牧業的發展要求,切實保證持續發展[6]。 牧業生產配套服務體系的建立和完善,對搞活畜 產品的流通和促進畜牧業的進一步發展尤為重 要。現代化畜牧業生產是以提高畜產品為目的,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,可以發現通用經驗模型對研究該區域土壤入滲有最好的適用性,kostiakov模型也較適用,horton模型在該區域土壤入滲研究中適用性相對較差。

通過全部調查法對防護林工程的次年苗木保存率進行了詳細調查,結果顯示:(1)由于造林環境惡劣,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,變化規律性不強;(4)公路沿線苗木保存率呈一定的空間分異規律,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。研究結果對于極端干旱環境中造林和塔里木沙漠公路防護林可持續性研究具有借鑒意義。

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

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

為了探討防沙工程對現代風沙地貌的影響,通過在塔中地區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變化的類型、分布和強度.研究發現:(1)在防沙體系內部以風積地貌為主,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模發育,而在地形起伏的沙壟區的次級沙丘迎風坡中部,則可較大規模地發育;(2)在防沙體系的上風側,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生形態和走向變化.阻沙林帶壟狀積沙體迎風坡形成穩定積沙坡面,但前移沙丘可造成其短時間的破壞,而后逐漸恢復成穩定坡面;(3)在防沙體系下風側沙面,可形成較大范圍的風蝕,在壟間地形成風蝕凹地,在地形起伏區沙丘被風蝕削平,地形起伏度降低.因此,防沙林帶對上風側風沙流具有巨大的消能截沙作用,到下風側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.

在沙漠公路沿線設置了地下水監測斷面,獲得了定位實測的地下水位數據,實測資料結合水文資料、地下水地表水相互轉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.

塔里木沙漠公路防護林生態工程全長436km,造林樹種以抗逆性較強的沙拐棗(calligonuml.)、檉柳(tamarixl.)、梭梭(haloxylonbunge)等優良防風固沙灌木為主,采用高礦化度地下水滴灌。2005年5月,公路沿線出現了罕見的突發性強降雨,由此引起的表層土壤鹽分淋溶造成了沙拐棗大量死亡。本研究采用線路調查和隨機抽樣方法,在突發性強降雨后對塔里木沙漠公路防護林帶內沙拐棗死亡率進行了調查,并對調查結果及其原因進行了分析,結果表明:沙拐棗死亡率(1)隨林齡的增加而減小;(2)隨礦化度的升高而增大;(3)壟間平沙地>過渡區>高大沙壟壟體;(4)林帶中央>公路旁>林帶外圍。

對不同立地類型、不同造林年限、不同樹種、不同季節的防護林土壤微生物數量及區系組成進行研究,結果表明:咸水灌溉條件下塔里木沙漠公路防護林和人工綠地建成后,風蝕作用減弱,流動沙丘逐漸固定,土壤結構和養分狀況得到改善,微生物活性大幅度提高;在土壤微生物區系組成中,細菌占絕對優勢,放線菌次之,真菌最少;表層微生物數量遠多于下層土壤;林地外圍距林緣近的土壤微生物活性較強,3m以外微生物數量已接近流沙微生物量;3類土壤微生物分布具不同的季節性規律,且不同立地類型土壤微生物分布差異明顯;隨造林年限的增加,防護林的改土作用更加顯著。

為了塔里木沙漠公路防護林持續穩定的發展,對防護林內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、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勢的發揮。2)平茬當年,不同留茬高度處理萌蘗株月生長動態一致,即株高、冠幅和地徑均呈"s"型增長,而萌條數呈對數增長,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。

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。結果表明3株喬木狀沙拐棗在一個生長季內的日平均耗水量為4183.4g;在現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。喬木狀沙拐棗液流日變化呈單峰曲線型,并隨環境因子的變化有所波動;液流高峰值出現在12:00~15:00,最小值出現在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關系,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。

根據56個土壤表層樣品、49個水樣的分析,探討了塔里木沙漠公路生態防護林帶沿線土壤表層鹽分的基本特征,并研究了防護林沿線土壤鹽分的分布規律。結果表明:表層土壤具有鹽分含量高、表聚性強烈的特征;地下水礦化度與地下水電導率、土壤電導率與土壤鹽分含量均呈現極顯著相關性,土壤鹽分屬于堿性鈉型氯化物。

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系統的持續和穩定．通過對多種脅迫下人工防護林的結構特征(包括生產力、更新能力、生物多樣性等)和功能特征(生物地化循環,如:防護林土壤生理生化特性、地下水)的變化研究,探討防護林與環境之間的相互關系．在此基礎上,將決策分析引入塔里木沙漠公路防護林穩定性研究,篩選出影響防護林系統穩定性的障礙因子,建立沙漠公路防護林穩定性的綜合指標體系,評價防護林穩定性,并將生態穩定性概念應用于生態系統管理．研究表明:現階段防護林塔里木沙漠公路防護林系統處于相對脆弱狀態,氣候條件是系統穩定的主要干擾因素,但能夠通過人工措施改善沙漠公路防護林系統的環境質量,增加了系統的穩定性．

塔里木沙漠公路防護林生態工程全長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,試驗結果表明,滴灌水量轉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。

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計提供依據。研究結果表明:沙漠公路防護林水平衡區在1a的水平衡期內,2m土體水分儲量和植物生長周期密切相關,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水灌溉仍具有較大節水空間,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利用。

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與不同種植年限、不同立地類型土壤水分動態變化進行了監測分析,探討了塔里木沙漠公路防護林帶土壤水分動態變化規律.結果表明,塔里木沙漠公路防護林帶土壤水分在時間動態上屬于灌溉周期型,且土壤貯水量與灌后干旱天數呈線性關系.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監測表明,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.同時還發現,同年種植的防護林帶不同立地類型區,板結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,是一項新的節水灌溉技術;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水試驗研究,并與傳統的沙漠公路防護林帶滴灌技術進行對比。研究結果表明,根灌技術比滴灌技術更加節水,其主要優點表現在增加土壤含水量、增加土壤層的濕潤深度、提高灌水效率、節省灌水時間等。而且,根灌技術能有效地抑制滴灌造成的地表土壤水分的蒸發損失、地表土壤的鹽分積累。根灌技術比滴灌要節水30%以上,是一項更高效的節水灌溉技術。

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.結果表明:沙漠公路防護林生態系統具有穩定近地層空氣氣溫和提高空氣濕度等典型的小氣候調節作用.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,與空氣濕度負相關,在陰天時林帶保溫保濕效果明顯;防護林對周圍環境的影響較顯著,防護林帶內小氣候具有降溫保濕的特征:林內氣溫總是小于原始沙地,林內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.