塔里木沙漠公路防護(hù)林苗木保存率特征及影響因素分析

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(xiàng)長期的任務(wù),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(rèn)識的不 斷深化,使用性能模型必將會逐漸得到改進(jìn)。 參考文獻(xiàn): [1]　譚明鶴,黃衛(wèi).路面管理系統(tǒng)分析中的改進(jìn)優(yōu)劣系數(shù)法 [j].東南大學(xué)學(xué)報(bào),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(xué)報(bào),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(xué)報(bào),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(jìn)展—193— [7]　defrancej,jeanp.integrationoftheefficiencyof[12]　fujiwarak,ishidukat.noiseshieldingefficiency noisebarriercapsina3draytracingmethod.caseofofbarrierwithmultipleaborbingedgeobstacles at2shapeddiffractingdevice[

塔里木沙漠公路防護(hù)林生長于極端干旱的塔克拉瑪干沙漠中,防護(hù)林植物的蒸騰耗水和灌溉管理是防護(hù)林可持續(xù)的核心問題.利用莖流計(jì)測定了塔里木沙漠公路塔中段3種防護(hù)林植物的莖干液流,研究了防護(hù)林植物莖干液流規(guī)律、水分狀況和現(xiàn)行灌溉模式下植物的耗水量,探討了防護(hù)林灌溉管理中的節(jié)水問題.對莖干液流測定結(jié)果表明,防護(hù)林植物莖干液流具有明顯晝夜節(jié)律性,液流的高峰值出現(xiàn)在白天10:00~15:00,最小值出現(xiàn)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(huán)境因子影響而波動,太陽輻射、風(fēng)速、氣溫、相對濕度和植物莖干液流有顯著相關(guān)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(hù)林帶內(nèi)土壤含水量在各個月份變化不大,土壤含水量充足,防護(hù)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(xiàn)行灌溉管理模式進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)防護(hù)性能與水資源節(jié)約的有機(jī)結(jié)合,防護(hù)林還存在一定的節(jié)水空間.

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

為了解塔里木沙漠公路防護(hù)林生態(tài)工程對地下水位的影響,在該工程第69#灌溉水源井處設(shè)置觀測場,通過多個觀測井的非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn),觀測井中地下水位的變化情況,確定了研究區(qū)域的含水層滲透系數(shù)k=13.317m/d、抽水影響半徑r=332.04m。分析了地下水位降落"漏斗"和水位下降、上升隨時間和空間的變化規(guī)律:在2個抽水應(yīng)力期內(nèi),水位急速下降和上升過程均可在抽水試驗(yàn)開始后的11min內(nèi)完成,隨著時間的累積,變化趨勢逐漸緩慢;抽水結(jié)束后,水位可恢復(fù)到初始水平。因此,研究認(rèn)為塔里木沙漠公路防護(hù)林生態(tài)工程灌溉期抽水不會引起天然地下水位的持續(xù)下降,這將為沙漠公路沿線地下水資源的可持續(xù)利用和防護(hù)林生態(tài)工程整體的穩(wěn)定性及長久運(yùn)行提供一定的理論依據(jù)。

為了揭示塔里木沙漠公路防護(hù)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(jìn)行人工模擬蒸發(fā)實(shí)驗(yàn),為其防護(hù)林水資源高效利用和灌溉制度優(yōu)化提供科學(xué)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(jì)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(jì)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(dāng)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(jì)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(shí)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(jì)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%).

為了探討防沙工程對現(xiàn)代風(fēng)沙地貌的影響,通過在塔中地區(qū)的野外實(shí)地沙面蝕積測量,分析了塔里木沙漠公路防護(hù)林影響下地表形態(tài)變化的類型、分布和強(qiáng)度.研究發(fā)現(xiàn):(1)在防沙體系內(nèi)部以風(fēng)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(fēng)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(fēng)坡中部,則可較大規(guī)模地發(fā)育;(2)在防沙體系的上風(fēng)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(fēng)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(fù)成穩(wěn)定坡面;(3)在防沙體系下風(fēng)側(cè)沙面,可形成較大范圍的風(fēng)蝕,在壟間地形成風(fēng)蝕凹地,在地形起伏區(qū)沙丘被風(fēng)蝕削平,地形起伏度降低.因此,防沙林帶對上風(fēng)側(cè)風(fēng)沙流具有巨大的消能截沙作用,到下風(fēng)側(cè)隨著風(fēng)力的逐漸恢復(fù),風(fēng)沙流逐漸趨于不飽和,造成沙面風(fēng)蝕.

利用biolog法、熏蒸提取和比色滴定的方法,測定了土壤碳源代謝強(qiáng)度、生物量和酶活性,分析了塔里木沙漠公路防護(hù)林土壤微生物活性的分異特征.結(jié)果表明:隨著防護(hù)林定植年限增加,土壤微生物代謝活性(awcd)和多樣性指數(shù)明顯增加,但不同土層間無明顯差異;不同年限林地間過氧化氫酶差異極顯著,纖維素酶和蔗糖酶差異顯著;隨著防護(hù)林定植年限增加,土壤微生物生物量增大,不同年限林地間微生物生物量碳和氮的差異極顯著和顯著,而微生物生物量磷無顯著差異;土壤微生物的awcd值與速效養(yǎng)分顯著正相關(guān),但與容重和水分的相關(guān)性不大.在現(xiàn)有的管理制度和氣候條件下,隨定植年限增加,塔里木沙漠公路防護(hù)林土壤代謝活性逐漸提高.

為了塔里木沙漠公路防護(hù)林持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展,對防護(hù)林內(nèi)衰退的喬木狀沙拐棗進(jìn)行不同留茬高度和不同灌水量的平茬實(shí)驗(yàn),選取萌蘗條數(shù)、株高、冠幅、萌蘗條地徑、地上生物量5項(xiàng)指標(biāo)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(jìn)這一優(yōu)勢的發(fā)揮。2)平茬當(dāng)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(hù)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。

根據(jù)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(tài)防護(hù)林帶沿線土壤表層鹽分的基本特征,并研究了防護(hù)林沿線土壤鹽分的分布規(guī)律。結(jié)果表明:表層土壤具有鹽分含量高、表聚性強(qiáng)烈的特征;地下水礦化度與地下水電導(dǎo)率、土壤電導(dǎo)率與土壤鹽分含量均呈現(xiàn)極顯著相關(guān)性,土壤鹽分屬于堿性鈉型氯化物。

對不同立地類型、不同造林年限、不同樹種、不同季節(jié)的防護(hù)林土壤微生物數(shù)量及區(qū)系組成進(jìn)行研究,結(jié)果表明:咸水灌溉條件下塔里木沙漠公路防護(hù)林和人工綠地建成后,風(fēng)蝕作用減弱,流動沙丘逐漸固定,土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分狀況得到改善,微生物活性大幅度提高;在土壤微生物區(qū)系組成中,細(xì)菌占絕對優(yōu)勢,放線菌次之,真菌最少;表層微生物數(shù)量遠(yuǎn)多于下層土壤;林地外圍距林緣近的土壤微生物活性較強(qiáng),3m以外微生物數(shù)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(jié)性規(guī)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(hù)林的改土作用更加顯著。

利用植物莖流計(jì),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?xiàng)l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?yàn)?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(yīng)是耗水量大的一個重要原因。

為了掌握塔克拉瑪干沙漠腹地單井抽水過程中,地下水位的變化過程,為沙漠生態(tài)防護(hù)林工程可持續(xù)供水提供理論依據(jù)。通過設(shè)置在塔里木沙漠公路防護(hù)林生態(tài)工程灌溉用第69號水源井處的觀測場,觀測了一次抽水過程,2個抽水應(yīng)力期內(nèi),觀測井中的水位變化情況,確定了研究區(qū)域的幾個水文地質(zhì)參數(shù),分析了抽水過程水位變化規(guī)律。研究顯示:計(jì)算所得滲透系數(shù)k=13.32m/d;抽水影響半徑r=332.04m;給水度μ=5.08%。在2個抽水應(yīng)力期內(nèi),水位急速下降和急速上升過程均可在其開始后的11min內(nèi)完成,之后轉(zhuǎn)為緩慢變化階段。停止抽水后,水位可以恢復(fù)到未抽水之前的水平,沒有引起天然地下水位的持續(xù)下降。

塔里木沙漠公路防護(hù)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(hù)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(jī)井,設(shè)計(jì)滴頭流量為3.6l.h-1,每次灌水時間6h。針對沙漠公路防護(hù)林滴灌的灌水效率,開展了滴灌與根灌的對比灌溉試驗(yàn),試驗(yàn)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(hù)林提高灌水效率、提高灌溉水的有效利用率,提供科學(xué)依據(jù)。

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

對不同立地類型、不同生長年限、不同季節(jié)、不同樹種的防護(hù)林土壤微生物數(shù)量及區(qū)系組成進(jìn)行研究,分析了土壤微生物與土壤環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系,結(jié)果表明:咸水灌溉條件下塔里木沙漠公路防護(hù)林和人工綠地建成后,土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分狀況得到改善,微生物活性大幅度提高;土壤微生物區(qū)系組成中,細(xì)菌占絕對優(yōu)勢,放線菌次之,真菌最少;表層微生物數(shù)量遠(yuǎn)多于下層土壤;林地外圍距林緣近的土壤微生物活性較強(qiáng),3m以外微生物數(shù)量已接近流沙地微生物量;各類土壤微生物分布具不同的季節(jié)性規(guī)律,且不同立地類型防護(hù)林土壤微生物分布差異明顯;隨造林年限的增加,防護(hù)林的改土作用更加顯著。土壤微生物分布與土壤養(yǎng)分含量和土壤ph值顯著相關(guān)。

為了探討重大工程的生態(tài)環(huán)境效應(yīng),從風(fēng)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(hù)林工程的綜合生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了研究.結(jié)果表明:(1)防護(hù)林改變了近地表風(fēng)沙運(yùn)動過程,防沙體系內(nèi)風(fēng)速、輸沙率降低幅度分別達(dá)64%~80%和87.45%~99.02%,風(fēng)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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.

2005年測定了塔里木沙漠公路防護(hù)林塔中段不同年齡防護(hù)林造林樹種的樹高、冠幅、基徑及分蘗數(shù),依據(jù)不同年齡的防護(hù)林植物的形態(tài)指標(biāo)建立其生長方程。分析表明,梭梭和沙拐棗的樹高、冠幅、基部截面積,檉柳的冠幅生長過程都符合對數(shù)型增長,用對數(shù)方程可以進(jìn)行很好的模擬;檉柳的樹高和基部截面積生長符合logistic增長模型,可以用logistic方程進(jìn)行很好的模擬。依據(jù)測定的形態(tài)指標(biāo),建立了三種防護(hù)林植物生長的數(shù)學(xué)模型,為塔里木沙漠公路防護(hù)林的經(jīng)營管理提供了依據(jù)。

通過對塔里木沙漠公路沿線的自然條件和風(fēng)沙危害狀況的調(diào)查分析和研究,對塔里木沙漠公路防護(hù)林生態(tài)工程造林區(qū)進(jìn)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(hù)性能2個層面因子切入,采用主導(dǎo)因子和限制因子相結(jié)合的方法進(jìn)行劃分.以中尺度的地貌單元、沿線風(fēng)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(fēng)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(jìn)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(diǎn);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(shí)驗(yàn)的結(jié)果及沿線地下水含鹽量空間分布特點(diǎn)確定的,把含鹽量低于8g·l?1的地下水劃歸為微咸水.

通過采用野外定位觀測法,對塔里木沙漠公路防護(hù)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(jìn)行了監(jiān)測分析,探討了塔里木沙漠公路防護(hù)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(hù)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(hù)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(hù)林帶土壤水分含水率與土壤貯水量逐漸下降,相應(yīng)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(hù)林帶越來越依賴于防護(hù)林帶土壤累積的貯水量.同時還發(fā)現(xiàn),同年種植的防護(hù)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(dá)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(xiàng)新的節(jié)水灌溉技術(shù);在塔里木沙漠公路防護(hù)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(yàn)研究,并與傳統(tǒng)的沙漠公路防護(hù)林帶滴灌技術(shù)進(jìn)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(diǎn)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(xiàng)更高效的節(jié)水灌溉技術(shù)。

應(yīng)用水平衡原理對塔里木沙漠公路防護(hù)林土壤水分運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行研究,估算了塔里木沙漠公路防護(hù)林體系的耗水特征,為今后的灌溉方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。研究結(jié)果表明:沙漠公路防護(hù)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(yùn)移。水平衡各項(xiàng)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(hù)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(fèi),保障塔里木沙漠公路永續(xù)利用。