大氣降塵沉積對塔克拉瑪干沙漠腹地土壤水鹽運(yùn)移影響

棵間土壤蒸發(fā)是塔克拉瑪干沙漠公路防護(hù)林耗水的重要組成部分。應(yīng)用micro-lysimeters測定了1個灌溉周期內(nèi)咸水滴灌下距林木不同位置處的土壤蒸發(fā)量。分析了土壤蒸發(fā)與水面蒸發(fā)的關(guān)系,通過一維平差處理對防護(hù)林土壤蒸發(fā)量進(jìn)行了估算。結(jié)果表明,塔里木沙漠公路防護(hù)林棵間土壤蒸發(fā)具有明顯的季節(jié)變化特征。試驗(yàn)初期棵間土壤蒸發(fā)量:根基部>距根基50cm處>距根基100cm處;第5d以后,根基50cm處>根基部>距根基100cm處。林地土壤蒸發(fā)隨土壤含水量的減低呈整體下降趨勢。通過估算,咸水滴灌下整個防護(hù)林年土壤蒸發(fā)總量為2.63×106m3,占總灌水量的21.43%,生長季蒸發(fā)量占全年蒸發(fā)量的92.28%。

塔克拉瑪干沙漠腹地巖土工程性質(zhì)的初步揭示與分析邵生?。ㄎ靼怖砉ご髮W(xué)水電學(xué)院，７１００４８）林頌恩（中國有色金屬工業(yè)總公司西安勘察院，７１００５４）１前言塔克拉瑪干沙漠是我國最大的內(nèi)陸沙漠，過去世代荒涼、人跡罕至，對該地區(qū)工程地質(zhì)狀況的了解始終是一個...

甘肅省天水師范學(xué)校溫少麗中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與．r-~oi-究所韓致文 ·九九五年卜月，中華人民共和國建國四十六 周年紀(jì)念之際，我國政府宣布r一條震撼世界科技 界的消息：中國在號稱“死亡之?！钡乃死敻纱?沙漠成功修筑了南北縱貫世界第二二大流動沙漠的等 級公路，將天山南麓的3l4國道與昆侖山北麓的 3l5國道貫通 塔克拉瑪干沙漠公路不僅為加快塔里木盆地的 石油和天然氣資源開發(fā)進(jìn)程提供r有力保障，而且 有力地改善_r南疆地區(qū)交通運(yùn)輸條件，對于南疆的 區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及加強(qiáng)國防建設(shè)都具有極為重要的 意義 塔克瑪干沙漠公路北起塔里木河北約35千米 的輪南，南與民豐東l5千米處的3l5國道連接，全 長約519千米。沿線地勢南高北低．相對高差達(dá) 360米，源于昆侖山前的洪積、沖積物和塔里木河的 沖積物經(jīng)風(fēng)力吹蝕、搬運(yùn)和

在多年調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)塔克拉瑪干沙漠公路的機(jī)械防沙工程體系雖能基本上保證道路暢通,卻也存在著一些問題,即該防沙工程體系沒有能夠依據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)沙活動的強(qiáng)弱,在不同地貌單元與部位上選用不同規(guī)格的固沙蘆葦方格;沒有能夠大規(guī)模推廣應(yīng)用可大量減少材料用量且施工省力、質(zhì)量易于控制的單層固沙蘆葦方格;在固沙蘆葦方格的維護(hù)上更偏重于大面積破壞后的重新栽植,而不是小面積破壞后的及時補(bǔ)栽;在新型固沙措施的研究與應(yīng)用方面也滯后于生產(chǎn)需要。在分析問題的同時,也提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。這些問題的共同影響,明顯地提高了機(jī)械防沙工程體系的建設(shè)與養(yǎng)護(hù)成本,導(dǎo)致其防護(hù)功效大幅度降低,并最終出現(xiàn)了有被人工防護(hù)林生態(tài)工程取代的趨勢。

選擇塔里木沙漠公路沿線典型下墊面,通過連續(xù)野外定點(diǎn)觀測、室內(nèi)粒度分析等手段,研究塔克拉瑪干沙漠腹地與復(fù)合縱向沙壟區(qū)不同地貌部位近地表大氣降塵的粒度特征及其空間分異規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn):沙漠公路沿線大氣降塵的平均粒徑在3.28φ～3.47φ之間,以細(xì)砂、極細(xì)砂為主,粒徑分布呈雙峰態(tài),表明降塵來源的多樣性。沿線不同下墊面降塵中粒徑<50μm的細(xì)粒物質(zhì)組成差異明顯,位于沙漠北部和中部開闊的壟間區(qū)是沙塵的潛在源地。復(fù)合縱向沙壟區(qū)不同地貌部位的降塵細(xì)粒物質(zhì)組成(粒徑<50μm)差異明顯,壟間區(qū)降塵中的細(xì)粒物質(zhì)含量最高。非塵暴降塵較之塵暴降塵偏細(xì),粉砂和黏土含量更多,分選性更差。大氣沉降顆粒的粒度分形維數(shù)可以從整體上反映出顆粒物的粒度分布和級配特征,是描述大氣沉降顆粒物粒度特征的重要指標(biāo)。

塔克拉瑪干沙漠是中國第一大沙漠,世界第二大流動沙漠,環(huán)境極為嚴(yán)酷,交通十分困難。但據(jù)文獻(xiàn)記載,古代曾有以下5條路線,即絲綢之路的南道、姑墨—于闐道、坎城—神山堡—疏勒道、焉耆—于闐道及抒彌—龜茲道,卻不乏我國古代人民的足跡。根據(jù)現(xiàn)存歷史文獻(xiàn)反映,晉代高僧法顯是我國第一個從東北向西南穿越塔克拉瑪干沙漠的人,玄奘是第一個把塔克拉瑪干沙漠比作\"死亡之海\"的人。

塔克拉瑪干沙漠自然環(huán)境極端惡劣,筆者于1994年開始在塔克拉瑪干沙漠腹地(以下簡稱塔中)進(jìn)行植物引種試驗(yàn)。為了將引種植物對塔中環(huán)境的綜合適應(yīng)能力進(jìn)行排序,為沙漠公路防護(hù)林建設(shè)選擇適宜的植物種,論文根據(jù)塔中的自然環(huán)境條件和各引種植物生長發(fā)育狀況,應(yīng)用層次分析法構(gòu)建了引種植物適應(yīng)性評價(jià)指標(biāo)體系,并在各引種植物的長勢、更新、繁殖、變異、成活率、抗風(fēng)沙性、抗旱性、抗鹽性等指標(biāo)進(jìn)行長期監(jiān)測的基礎(chǔ)上,應(yīng)用該指標(biāo)體系和灰色關(guān)聯(lián)分析對各引種植物適應(yīng)性進(jìn)行了總體評價(jià)和排序,篩選出了適用于塔里木沙漠公路防護(hù)林建設(shè)的灌木30種、喬木3種和草本植物11種。

陽光灼曬下的塔克拉瑪干沙漠酷熱無比，我們奔跑在沙漠腹地的公路上，汽車空調(diào)不停地吹出強(qiáng)勁的冷氣，讓人感覺不到窗外的炎熱。因?yàn)橛胸灤┧死敻傻纳衬反嬖冢刮覀冇袡C(jī)會成為沙漠腹地來往穿梭的過客。新修的道路平坦舒適，坐在車?yán)?。時速達(dá)到120公里，沒感覺太大的顛簸。道路兩旁隨處可見成片的胡楊，這是塔克拉瑪干沙漠的一處奇跡，因?yàn)橛泻恿鞯拇嬖?，這里生機(jī)盎然。

以塔克拉瑪干沙漠東南部若羌、且末氣象站43a(1961～2003年)大風(fēng)資料為依據(jù),結(jié)合2004年的野外風(fēng)沙監(jiān)測資料,采用天氣學(xué)、氣候?qū)W和統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合方法,分析了塔克拉瑪干東南部大風(fēng)特征及變化趨勢,為塔克拉瑪干沙漠東南部國道g315線若羌—且末段的選線、未來養(yǎng)護(hù)和防沙治沙提供科學(xué)依據(jù)。

針對沙漠地區(qū)的特殊地質(zhì)條件和沙漠公路的結(jié)構(gòu)形式,在塔克拉瑪干沙漠風(fēng)積沙工程特性試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上,確定了沙漠地區(qū)路基、路面的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型,并結(jié)合中石化西北油田分公司玉北區(qū)塊玉北8井鉆前道路的修建的工程實(shí)踐,提出了風(fēng)積沙路基的干壓機(jī)械施工工藝和沙漠道路防風(fēng)固沙工藝。

千里黃沙舞長龍,駝鈴消聲喇叭鳴.自古大漠稱絕域,而今跨越亦從容.

塔克拉瑪干沙漠公路447km路段穿越新月形沙丘與沙丘鏈、復(fù)合橫向沙壟以及高大復(fù)合縱向沙壟區(qū),風(fēng)沙危害極為嚴(yán)重,被譽(yù)為“世界公路建筑的奇跡”。為解決沙漠公路風(fēng)沙防護(hù)體系構(gòu)建的一系列科學(xué)與技術(shù)問題,沙漠學(xué)界隨之開展了風(fēng)沙運(yùn)動規(guī)律,風(fēng)沙危害的成因、強(qiáng)度、時空分異及其機(jī)械、化學(xué)、生物防治的理論與應(yīng)用研究。本文對風(fēng)沙危害及其防治研究的主要內(nèi)容及研究進(jìn)展進(jìn)行了全面總結(jié),認(rèn)為塔克拉瑪干沙漠公路風(fēng)沙危害與防治的理論研究成果與實(shí)踐應(yīng)用水平取得突破性進(jìn)展。

利用塔克拉瑪干沙漠公路沿線的肖塘、滿參和塔中3個定位觀測站1個自然年的監(jiān)測資料,對以起沙風(fēng)和輸沙強(qiáng)度為表征的風(fēng)沙活動進(jìn)行了分析。選取氣象站標(biāo)準(zhǔn)高度10min風(fēng)速中大于臨界起沙風(fēng)速(≥6.0m/s)的風(fēng),按16方位分別統(tǒng)計(jì)不同級別風(fēng)的次數(shù)及其方位,計(jì)算輸沙量。結(jié)果表明,風(fēng)沙危害的主風(fēng)向?yàn)槠珫|風(fēng),頻率范圍48%~76%。風(fēng)沙活動集中在4~9月;從沙漠邊緣向腹地風(fēng)沙活動加強(qiáng)。向沙漠腹地深入,應(yīng)加大公路風(fēng)沙危害防護(hù)力度。

塔克拉瑪干沙漠石油公路沿線風(fēng)沙活動是由塔木盆地內(nèi)熱能釋放與冷空氣入侵相互作用的結(jié)果。冷期，盆地內(nèi)冷高壓逆溫作用較強(qiáng)，地面熱能不足，使得風(fēng)力和風(fēng)沙活動強(qiáng)度弱；暖期，盆地內(nèi)熱源劇增，每當(dāng)熱能源飽和遇到冷空氣入侵誘導(dǎo)，導(dǎo)致了強(qiáng)風(fēng)及強(qiáng)風(fēng)沙活動天氣?？梢?，區(qū)內(nèi)風(fēng)沙活動及風(fēng)成景觀的塑造過程，主要是在暖干期進(jìn)行的。

塔克拉瑪干沙漠公路沿線氣候惡劣、土壤和淺層地下水的含鹽量高,沿線天然植被稀少,沙漠腹地僅發(fā)現(xiàn)12種能忍耐干旱和抗鹽的植物種。經(jīng)過科學(xué)試驗(yàn),已經(jīng)解決了沙漠腹地灌溉條件下固沙植物引種、選育和咸水灌溉等一系列人工綠地建設(shè)的技術(shù)難題,并且已經(jīng)引種固沙植物50多種,建成沙漠公路固沙、基地綠化人工綠地43.3hm2。沙漠人工植物栽培離不開灌溉。因此,主要從沿線土壤鹽分狀況,可利用水資源分布來評價(jià)植物固沙的立地條件。評價(jià)結(jié)果,在塔里木河近現(xiàn)代沖積平原有古河道淡水可以利用,昆侖山山前沖洪積扇普遍賦存可以利用的咸水。但全線可利用水資源的量不足以維持常規(guī)灌溉方式,必須采取節(jié)水灌溉,盡量節(jié)省資源,一些地方生物防沙要結(jié)合工程固沙,形成工程生物防沙體系,保證公路的暢通。

應(yīng)用塔克拉瑪干沙漠干線公路建成通車以來的交通事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),在分析交通事故主要指標(biāo)發(fā)展變化特征和分布特征的基礎(chǔ)上,建立了適用于沙漠公路交通事故特點(diǎn)的gm(1,1)預(yù)測模型,對未來幾年內(nèi)交通事故發(fā)展趨勢進(jìn)行了預(yù)測。預(yù)測結(jié)果表明,未來幾年沙漠公路交通事故次數(shù)、死亡人數(shù)、受傷人數(shù)以及直接經(jīng)濟(jì)損失等4項(xiàng)指數(shù)將分別以15.9%,10%,4.5%和5%的年平均增長率快速增長。同時針對預(yù)測結(jié)果提出了相應(yīng)的對策。

在塔克拉瑪干沙漠公路運(yùn)營多年后,野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),根據(jù)\"填挖平衡\"等原則及風(fēng)洞試驗(yàn)成果而設(shè)計(jì)的路基斷面形式,存在著一定的問題。主要表現(xiàn)為:未能考慮更大范圍的地形起伏及固沙帶積沙導(dǎo)致的地面上升等因素,致使路基高度設(shè)計(jì)過低,造成風(fēng)沙害越來越重,防治難度及成本也越來越高;此外,路基邊坡均為1∶3也不太合適,尤其是當(dāng)路塹較長較深時。在此認(rèn)知基礎(chǔ)上,結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際,探討更為合理的路基斷面形式,如路基高度應(yīng)提高45~80cm,平均60cm左右,有些路基邊坡可為落沙坡等,以期能更好地指導(dǎo)流動沙丘分布區(qū)的沙漠公路建設(shè)。

科研人員和塔里木石油工人在被稱為“死亡之?！钡乃死敻纱笊衬行藿ǖ模澜缟献铋L的流動沙漠公路兩側(cè)建起了一道綠色長廊。1994年，科技人員開始在沙漠油田基地開展防沙綠化先導(dǎo)試驗(yàn)，成功地尋找到就地利用高礦化度地下水進(jìn)行造林綠化的途徑，并篩選出一批適應(yīng)沙漠環(huán)境的造林樹種。1999年完成6．3公里生物防沙試驗(yàn)工程，2001年又建成30．8公里防護(hù)林生態(tài)示范工程，為最終實(shí)現(xiàn)沙漠公路的全線綠化奠定了基礎(chǔ)。

以塔克拉瑪干沙漠公路防護(hù)林的喬木狀沙拐棗(calligonumarborescens)、多枝檉柳(tamarixramosis-sima)和梭梭(haloxylonammodendron)2年生苗木為材料,采用盆栽試驗(yàn),設(shè)置10d(處理ⅰ)、20d(處理ⅱ)和40d(處理ⅲ)的自然干旱脅迫周期,探討其不同干旱處理下的水分生理特征及其耐旱性。結(jié)果表明:(1)3種苗木的水勢均隨著干旱脅迫程度增強(qiáng)而降低,水勢最大降幅均在第2個干旱處理周期內(nèi),在第3個干旱處理周期內(nèi)水勢有較大回升,且以喬木狀沙拐棗水勢最高,梭梭水勢最低。(2)喬木狀沙拐棗的pv水分參數(shù)均隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增強(qiáng)而降低,其滲透勢在第3個干旱周期內(nèi)開始回升,而初始質(zhì)壁分離的相對含水量(rwctlp)一直呈降低趨勢,質(zhì)外體水分含量(awc)呈現(xiàn)出"降-升-降"的波動狀態(tài)。喬木狀沙拐棗的耐旱能力隨著干旱脅迫程度的增強(qiáng)變化不明顯,它主要通過減少水分散失適應(yīng)干旱環(huán)境。(3)多枝檉柳的pv水分參數(shù)在處理ⅰ和處理ⅱ之間差別很小,處理ⅲ第60天就枯亡;其ψsat和ψtlp在第1個干旱周期降低,第2個干旱周期開始回升,而其awc隨脅迫時間在不斷增大;多枝檉柳的耐旱能力隨著干旱的增強(qiáng)急劇降低,耐旱性最差,它主要通過增加水分散失適應(yīng)干旱環(huán)境。(4)梭梭的ψsat和ψtlp在處理ⅱ、ⅲ之間非常接近,且都低于處理ⅰ,rwctlp與awc隨著干旱強(qiáng)度增強(qiáng)而增大,同期處理ⅱ和ⅲ的awc都高于處理ⅰ。梭梭的耐旱能力隨著干旱的增強(qiáng)不斷增強(qiáng),它通過增加體內(nèi)水分含量,減少水分散失應(yīng)對干旱脅迫。(5)3種植物的耐旱能力強(qiáng)弱為:梭梭>喬木狀沙拐棗>多枝檉柳,所以梭梭最適合做沙漠防護(hù)林樹種。

受新疆交通廳和新疆交通科學(xué)研究院的委托,新疆氣象局科技服務(wù)中心和防雷減災(zāi)中心承擔(dān)了塔克拉瑪干沙漠第二條沙漠公路——阿拉爾至和田沙漠公路防風(fēng)阻沙效益野外風(fēng)沙監(jiān)測及研究工作。在新疆交通廳和區(qū)氣象局領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下,氣象科技人員奮戰(zhàn)3晝夜,安裝完成的阿拉爾至和田沙漠公路防風(fēng)阻沙效益5層梯度風(fēng)自動氣象站,已向區(qū)氣象局傳回每秒瞬間風(fēng)向和風(fēng)速及每分鐘溫濕度等資料。

不久前，中日林業(yè)合作庫爾勒市“塔克拉瑪干沙漠東北部荒漠化地區(qū)綠化示范林營建工程”項(xiàng)目正式啟動。該項(xiàng)目是日中交流綠化基金無償援助新疆第五個合作造林項(xiàng)目，工程期限三年，在庫爾勒市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)東側(cè)先期執(zhí)行項(xiàng)目一期工程，項(xiàng)目總投資450萬元，其中，日中交流綠化基金無償提供204萬元，庫爾勒市地方配套256萬元，完成荒漠工程造林100公頃。

為了更好地維持塔里木沙漠公路防護(hù)林的可持續(xù)性,監(jiān)測了在現(xiàn)有灌水制度一個完整灌水周期內(nèi)防護(hù)林外緣土壤水鹽環(huán)境的變化。研究結(jié)果表明:(1)林帶外緣的土壤含水量在灌水結(jié)束后開始減少,在灌水周期的第6d林帶外緣90cm范圍內(nèi)的土壤水分逐漸的減小,大于90cm的范圍達(dá)到基本平衡;(2)在咸水灌水淋洗和蒸散等因素的綜合影響下,防護(hù)林帶外緣土壤鹽分表現(xiàn)出向林帶外120cm土壤層和表層聚積,根系層土壤有所減少;(3)防護(hù)林外緣地下水鹽分相對變化表現(xiàn)出"v"型變化,在距林帶90cm處變化最弱,地下水各參數(shù)距離林帶越近變化越大。