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中科院策勒站构建流沙治理模式支撑新疆南疆生

发布时间:2020-09-26 分类:技术知识

  中邦网/中邦发扬派别网讯新疆南部的和原野区是我邦 14 个会集连片特困区之一,自古此后就深受风沙危急,生态境遇极为懦弱。汉唐此后,和田绿洲被迫向昆仑山南移 100—150 km,皮山、墨玉、策勒县城曾 3 次燕徙,古丝绸之道沿线 余座古城被沙海消除。20 世纪 50 年代此后,因为人类举止加剧,特别是绿洲外围灌丛的太过砍伐、大界限毁林毁草开垦制田,粉碎了绿洲的自然屏蔽,导致戈壁的推广和伸展。20 世纪 80 年代初,流沙再次接近到隔断策勒县城 1.5 km 处,策勒绿洲再次危机。

  为认识决“沙临城下”的紧要题目,1983年,中邦科学院新疆生态与地舆商酌所(原“中邦科学院新疆生物泥土戈壁商酌所”)设立中邦科学院策勒戈壁商酌站(以下简称“策勒站”),展开戈壁化防治商酌事情。面临苛刻的生态境遇题目和自然境遇景况,依照生态学外面和手段,策勒站提出了“草、灌、乔”摆设,“网、片、带、线”“林、田、水、道”并举的归纳解决身手形式,变成了以生物程序为主,工程程序为辅,生态效益、经济效益、社会效益两全的绿洲外围归纳生态防护屏蔽修筑和优化经管的身手体例。同时,策勒站正在新垦沙荒地棉花高产稳产种植形式、退化荒野生态编制有用保育和合理欺骗处径、经济型生态防护体例兴办等身手的研发和创筑方面,展开了长远编制的观测商酌和试验演示,得到了一批合用性身手收效,为新疆南部干旱风沙区退化植被修复和农牧民脱贫增收供给了要紧的外面向导和身手支持,取得了各级政府的高度评判和邦外里构制的广博称赞。

  塔克拉玛打仗壁南缘的策勒绿洲,年均降水量 502 500 mm;年均沙尘暴 20 天足下、扬沙 90 余天、浮重 100 余天,风沙屡次恣虐。策勒站展开了长远监测、商酌与科学治沙试验演示,通过众年的辛苦勉力,使伸展推广的流沙撤退 5 km,修筑了流沙解决的“策勒形式”,为我邦和全邦的荒野化防治供给了新的榜样。

  纠合策勒绿洲独特的生态境遇前提,策勒站提出了风沙苦难防治的归纳防护体例形式。将生物程序和工程程序相纠合,以生物程序为主体,筑造 3 道控沙生物屏蔽。改春季制林为秋季制林,充溢欺骗夏令足够的洪水修复自然植被;欺骗洪水冲洗变成的拦沙河等工程程序,使其配设正在体例的最外缘。一系罗列措有用制止了戈壁向绿洲伸展,堵截戈壁与绿洲的联接,截断沙源,删除了风沙流中的含沙量。

  第一道生物屏蔽为自然草灌带。欺骗洪水期灌溉,督促自然植被的收复与变成,相宜补播,添补种源和改进物种构成。针对流沙重要正在近地外层输运的特征,欺骗草本和半灌木的高度和孕育鳞集的上风,大规模添补地外粗略度,减低风速,阻滞流沙,防卫马上起沙,缩减风沙流中的含沙量。

  第二道生物屏蔽为人工固沙灌木林带。欺骗灌木林的高度,进一步拦截通过草灌带中的沙物质,促使气氛中悬浮的沙粒重降。

  第三道生物屏蔽为相接绿洲窄带众带式防沙林网。由峻峭乔木构成,提升了屏蔽对大风的抵御才气。当气流碰到前沿林带阻滞后,流场构造产生转化,大个人气流被迫抬升,从林带上空越过,林带背风面动能显然消重;林带众宗旨的贯串阻滞,以及大方枝叶摆动和撞击,极大地打发了风沙动能,消重了风速,促使进入体例内部的节余沙量接续重降,进一步删除大风和流沙对绿洲的危急。从纵断面看,拦沙河、自然草灌带、人工灌木林带、窄带众带式防沙林网的单个宽度差异为 50—100 m、300 m、500 m、1000 m,组成了总宽度 4.55 km 的归纳防护屏蔽;此中,自然草灌带片合计占 77%。实习声明,这种防护体例的归纳防护性能精良,生态效益明显。

  正在策勒戈壁-绿洲过渡带上漫衍有大片的自然植被。这些植被会集正在绿洲外围及河道两岸,组成了绿色屏蔽,保卫了绿洲免受风沙危急。因为长远分歧理的樵采、放牧,绿洲外围及河道两岸的自然植被遮盖度降至 3%—5%,成为危急绿洲的要紧沙源地。从 1983 年夏令起首,策勒站正在 200 hm2 以上裸露的流沙地上引洪拉沙、引洪灌溉。引洪当年,一年生草本植物(如猪毛菜、五星蒿、沙米、虫实等)大方孕育,盖度达 30% 以上,起到了固沙用意;众年生草本骆驼刺起首萌生,渐渐推广,并变成筑群种群落。第二年变成一年生草本与众年生草本骆驼刺的混生群落,第三年变成灌木(柽柳)、众年生草本(骆驼刺)、一年生草本的混生群落,并渐渐变成以柽柳和骆驼刺为筑群种的褂讪群落。至 1988 年正在风沙前沿变成长、宽各 10 km 的绿色植被带,总面积达 10 000 hm2以上,从而有用地制止了戈壁的推广和伸展。

  植物能否适当干旱、盐勒迫境遇,是生态防护体例能否寻常坚持的要害。柽柳、梭梭、沙拐枣是构成塔里木戈壁公道生态防护体例的重要物种。商酌察觉,正在地下 0—100 cm 泥土层内植物根系漫衍最众,此中地下 20—80 cm 泥土层的根系生物量抵达总根系的 87%。沙拐枣招揽根的生物量明显高于梭梭和柽柳(p0.05)。大个人根系(47%)重要漫衍正在地下 40—60 cm 泥土层,而正在泥土盐分含量最高的外层(地下 0—10 cm)没有招揽根的漫衍,这能够是由于该层的泥土含盐量节制了根系的漫衍。植物根系正在地下 0—50 cm 土层的漫衍与泥土含水量亲密相干。地下 0—50 cm 泥土水分与梭梭、柽柳、沙拐枣根系的相干系数差异为 0.816、0.866、0.754。地下 0—50 cm 泥土层的电导率与梭梭、柽柳、沙拐枣根系生物量呈负相干,差异为 0.894、0.595、0.773。上述结果证据,正在十分干旱的塔里木盆地内陆,咸水灌溉没有对戈壁公道生态防护体例构成植物的生活和孕育出现显然影响,植物可能合理欺骗区域的咸水资源。该结论为十分干旱前提下欺骗高矿化度水灌溉育苗、活动戈壁腹和苗木培植基地兴办供给了科技支持。

  新疆是我邦长绒棉的要紧坐褥基地,棉花种植面积逐年推广。20 世纪 90 年代后期,棉区已占到新疆耕地的 60% 足下,棉田轮作、倒茬显露题目,存正在病虫害暴发的潜藏危险,难以展开农业构造调度;同时,因棉花种植本钱急迅上升,导致经济效益大幅下滑。遵照棉花无尽孕育性、蕾铃零落性、可塑性、喜光喜温性、适当众种泥土类型等特征,纠合新疆南疆降雨量少、无霜期短、秋季降温疾的天气近况,依照“密、矮、早、膜”的栽培形式下棉花的生育顺序,提出以增株增铃实行新疆棉花大幅增产身手,实行了干旱区棉花种植身手的新冲破。

  与成熟农田比拟,沙荒地泥土贫瘠,有机质含量低,加上相对掉队的耕耘身手,沙荒地种植效益不高。针对该题目,策勒站展开了沙荒地棉花高产种植身手研发。1997 年展开了沙荒地棉花丰产栽培试验,新复垦的 70 亩沙荒地实行亩产皮棉 120 kg,个人实习种类亩产越过 180 kg,取得和原野区棉花产量评选第一名,出现了明显的社会效益。1998—2000 年,创筑“双层双株”棉花高产栽培形式。遵照新垦沙荒地病虫害少、透风透光前提好的特征,将以增铃增产为主的身手程序改为以增株增铃增产的身手程序,优化了棉花高密度种植形式,冲破了亩产皮棉 250 kg 大合。正在新垦沙荒地上,贯串 3 年创作了棉花单产的全邦记载。该栽培形式被正式列入新疆“十五”筹划提纲,并正在新疆举办了大界限增添利用。目前,该身手已增添 3 000 万亩,亩产提升 50% 以上。策勒站因而取得 1999 年香港求是科技基金会颁布的“喧赫科技成效整体奖”;2001 年“正在新垦沙荒地上贯串 3 年创作了棉花单产全邦记载”入选“中邦十大科技发扬”。

  发扬荒野肉苁蓉物业,添补农牧民收入,修筑了生态经济型村镇农牧民增收的身手途径和赓续增收的优化形式与长效机制,得到了精良的社会和经济效益。肉苁蓉是众年生寄素性草本植物,具有极高的药用代价。过去,我邦肉苁蓉基础来自野生资源;因为过渡采挖,野生肉苁蓉资源濒临贫乏。策勒站正在 20 世纪 80 年代展开了肉苁蓉的人工接种、种植试验。通过接种格式、接种深度、接种期间、灌水程序的身手研发,告捷将柽柳和管花肉苁蓉增添利用到新疆和原野区(该区已成为我邦管花肉苁蓉的主产区)。之后,策勒站又告捷将梭梭和荒野肉苁蓉引种增添到新疆南疆地域,策动了地方经济发扬;梭梭和荒野肉苁蓉已成为督促区域农牧民增收的要紧物业之一。

  然而因为种植身手、经管格式和病虫害危急等方面的限制和影响,肉苁蓉种植遍及存正在产量不稳、品格欠好、代价不高的景况。针对以上题目,策勒站又展开了肉苁蓉高产稳产身手、优化经管形式的研发。通过众年的勉力,冲破了肉苁蓉接种率低、产量不褂讪的身手瓶颈,告捷研发出亩产 500 kg(鲜重)以上的立体化高产接种新身手。同时,阐懂得荒野肉苁蓉与寄主之间的互馈相合,发懂得寄主两侧轮替复种肉苁蓉稳产种植经管新形式和肉苁蓉种植袋身手,修筑了戈壁地域荒野肉苁蓉界限化种植和经管的身手体例。研发变成的活动戈壁地域荒野肉苁蓉种子坐褥的身手手段、立体化接种高产新身手和呆板化种植身手(处于邦内领先秤谌),实行了肉苁蓉的大面积界限化种植。该收效正在新疆南疆地域(和原野区、喀什地域、巴音郭勒蒙古自治州)仍然告捷增添利用 7 万众亩,得到了庞大的经济效益、生态效益和社会效益。

  荒野肉苁蓉高产稳产和界限化种植身手体例的筑造,为新疆南部农牧民脱贫致富供给了一条新途径。同时,为风沙区可策划型生态防护屏蔽的修筑和优化经管,供给了外面依照和身手支持。正在我邦干旱区生态文雅兴办和沙物业发扬中,肉苁蓉物业具有空旷的利用前景。

  商酌植物对十分境遇勒迫的反映机制和适当途径,可认为植被的收复重筑和可赓续经管供给科学依照。策勒站依托自然荒野归纳观测试验场和长远生态学实习商酌样地,针对众年生上风植物小苗假寓流程的窘境适当特质、植物坚持流程的光合水分神理特质和营养欺骗机制、植物种群滋生的水分调控战术和群落褂讪漫衍的生态学根底等科常识题,展开了长远、编制的观测实习商酌,得到了一批原创性的外面收效,并从经济学和生态学角度提出了众年生上风植被可赓续经管的身手程序和外面手段。

  漫衍正在塔克拉玛打仗壁南缘戈壁-绿洲过渡带的自然植被,地带性因素缺乏,呈显然的隐域性漫衍特质。商酌该区域植被漫衍演替顺序及其与生境因子的相合、植物对干旱勒迫境遇(如干旱、高温、辐射、风沙等)的抵御才气和植物的水分由来,是荒野化防治、绿洲外围植被修复和生态防护体例褂讪兴办的要紧条件。

  商酌证据,过渡带植被群落的漫衍特质重要受地下水埋深转化的影响,偶发的时节性洪水和降雨对植物的水分神理景况影响不大。然而,群落的构成因素和生物众样性受地貌特质和地下水埋深的双重影响。地下水埋深的转化和植物的孕育、植物的水分神理、水分欺骗恶果、生物量延长亲密相干。而且,地下水埋深影响着植物的营养招揽和化学计量特质的转化。因为重要仰仗地下水的提供,十分干旱区的隐域性上风植物没有显然的水分勒迫形势,水分神理特质更亲热中生植物的特征。茂盛的根系是植物保障水分获取、适当十分干旱境遇的基础特质。同时,过渡带上风植物的坐褥力高,年际生物量的累积亲热年降水量 1 000 mm 地域的植物。遵照植物的心理生态适当特质,将过渡带植物划分为 5 种重要的心理适当类型:低光合低蒸腾型、高光合高蒸腾型、高光合低蒸腾型、高水势延迟脱水类型和低水势忍受脱水类型。因而,依旧区域地下水位褂讪,是保卫绿洲生态安适的要紧条件。

  漫衍于戈壁-绿洲过渡带的重要上风植物群落的孕育发育与其地下水埋深的转化亲密相干。策勒站众年监测数据显示,骆驼刺克隆分株的分枝角度会集正在 90° 足下,这注释骆驼刺分株不需求通过增大分枝角度来推广根系蔓延空间。骆驼刺根系分株深度趋于浅层化,均漫衍正在地下 0—40 cm 之间,分株之间的间隔物长度是决心地上个人孕育体例的要紧参数。跟着泥土水分有用性的消重,骆驼刺小苗分株孕育体例渐渐由“鳞集型”向“逛击型”过渡,最大限制地减小分株之间的竞赛,最大恶果地招揽境遇资源。骆驼刺母株和子株间存正在水分整合,母株会通过根系向子株传输水分。欺骗 AFLP 象征手段对 3 种众年生荒野植物种克隆标准的商酌结果证据,胡杨和骆驼刺的最大克隆规模差异是 121 hm2 和 6.1 hm2,而柽柳克隆分株的规模仅为 38 m2。跟着克隆尺寸和潜水埋深的添补,胡杨和骆驼刺的克隆众样性低重,然而遗传众样性不受影响,其克隆才气较强;而柽柳的克隆才气相对较弱。

  正在塔克拉玛打仗壁南缘,水资源量端庄节制了绿洲的界限,也是决心戈壁-绿洲褂讪坚持的要害因素。水资源的转化特质与生态、坐褥用水的平均相合是该区域生态兴办和经济社会发扬的要害。

  水资源欠缺从来是限制绿洲褂讪坚持和矫健发扬的首要成分。策勒站基于绿洲农田长远生态学试验观测场的定位观测商酌和区域探问数据,量化了策勒绿洲的生态需水量。商酌证据,策勒绿洲的生态需水量占河道流量的 50% 足下,此中收复地下水需水量占较高比例。因为绿洲扩张和土地拓荒对水资源的太过欺骗,近 20 年来,策勒绿洲地下水位低重了 2.5—5.0 m,地下水溢出带向盆地内迁徙了 2—3 km,泉水流量删除了 15%—35%,绿洲的生态性能处于不褂讪形态。绿洲地下水展现负平衡,戈壁-绿洲过渡带自然植被退化加剧,戈壁化显露扩张趋向,从而加剧了绿洲生态编制和荒野生态编制之间的用水冲突。谐和缓和解两大编制用水已成为策勒绿洲矫健发扬亟待管理的要紧题目。为此,策勒站欺骗贝叶斯模子筑造了绿洲生态需水量决议编制,通过对监测数据的了解来确定最适绿洲生态需水量。遵照决议编制了解察觉,策勒绿洲最适生态需水量正在丰水年、平水年和干旱年差异为策勒河道量的 50.24%、49.71% 和 48.73%。

  欺骗遥感数据解译与判读,查清了策勒绿洲灌区农作物种植构造及面积,通过了解各种作物的需水量及其占比,了了了绿洲农业用水的合理构造。这为优化策勒绿洲用水合理摆设和可赓续发扬供给了科学依照。策勒绿洲的红枣是绿洲灌区的重要种植作物,其次为核桃和石榴(图 1)。红枣种植面积占全体绿洲农田面积的 59.4%,灌溉水量占总用水量的 68%;核桃种植面积占比 23%,用水量占比 17.7%;石榴种植面积占比 5.7%,用水量占比 5.8%。基于遥感数据将绿洲灌区的渠系划分为 17 个灌溉区域(图 2)。测定了各区域红枣、核桃和石榴的种植面积等及相干数据,进一步取得了红枣、核桃和石榴正在孕育旺季(每年 6—8 月)的耗水量与灌溉量,并差异正在仅欺骗地外水、分组轮灌、支渠分区引水、经济作物种孕育旺季等不怜悯景和前提下举办配等到比拟试验,察觉地外水仅能餍足农田 70% 的灌溉需水量;唯有通过地外水和地下水撮合欺骗、轮灌分组科学配比,才干齐全餍足灌溉需水量。遵照试验和监测数据及科学摆设格式,差异对地外水和地下水撮合欺骗、科学轮灌分组、缩短引水时长等格式举办了总结,变成了具有及时智能灌溉调整决议的地外水-地下水耦合优化摆设形式。利用该形式举办水资源摆设与经管,正在必然水平上删除人力物力,节减了水资源。该形式已取得更为广博的增添利用。

  策勒站缠绕新疆南部懦弱生态修复和农牧民增收中急需管理的中央科技题目,正在邦度、中邦科学院和地方庞大科研项目援救下,展开了长远的利用根底商酌、身手研发、试验演示与辐射增添事情,为区域生态境遇兴办和经济社会可赓续发扬作出了要紧功劳。针对塔克拉玛打仗壁南缘的生态境遇题目,策勒站研发的流沙解决和植被修复身手,正在邦际上出现了要紧影响,并于 1995 年荣获撮合邦境遇筹划署(UNEP)颁布的“环球土地退化与荒野化防治告捷事迹奖”。创筑了新垦沙荒地棉花高产稳产种植的身手形式,晋升了区域棉花种植的身手秤谌,添补了农牧民收入,为新疆南疆地域农牧民增收身手研发和长效机制筑造供给了科技支持。两全生态效益、经济效益和社会效益,修筑了戈壁-绿洲过渡带特质荒野生态物业谐和发扬的身手体例,研发变成的荒野肉苁蓉高产稳产种植的身手形式,为过渡带经济型生态防护屏蔽的修筑供给了外面依照和身手支持。同时,策勒站正在戈壁-绿洲褂讪坚持和可赓续经管、绿洲水资源撮合欺骗和优化摆设等方面作出了功劳。

  缠绕干旱区生态兴办和区域经济社会可赓续发扬,策勒站的系列研发收效为新疆南疆地域生态兴办和科技扶贫事情供给了要紧的科技支持。中邦科学院新疆分院“访惠聚”驻村事情队对策勒站提出了“精准扶贫”“科技扶贫”“生态扶贫”等科技需求,策勒站将正在中邦科学院“率先动作”安插和特质商酌所兴办框架下,深远展开生态编制生态流程机理商酌、绿洲荒野水肥高效欺骗身手研发及试验演示和用增添事情,晋升科学商酌秤谌和科技办事才气,筑成干旱区要紧的科技支持平台和演示增添基地,办事于区域生态境遇兴办和经济社会发扬。(作家:曾凡江、李向义、李磊、刘波、薛杰、桂东伟、雷巩固,中邦科学院新疆生态与地舆商酌所策勒戈壁商酌站。《中邦科学院院刊》供稿)

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