塔里木河下游近20 a输水的生态效益监测分析

自2000年实施以抬升地下水位、拯救塔里木河下游"绿色走廊"、遏制生态持续恶化为目的的生态输水工程以来,截至2020年,已向塔里木河下游实施生态输水21次,累计输水量达84.45×10~8m~3。近20 a的监测结果分析显示:(1)在距河道100 m处,塔里木河下游的上段、中段、下段的地下水位埋深由输水前期2000年的7.76 m、9.31 m、7.82 m抬升至2020年的3.70 m、4.48 m、2.69 m,平均抬升幅度为4.06 m、4.83 m、5.13 m;在500 m处,地下水位埋深分别由输水前的8.21 m、9.45 m、9.08 m抬升至6.61 m、5.46 m、3.82 m。生态输水对塔里木河下游的上、中、下3个区段地下水位的影响范围均达到了1050 m,分别抬升了2.69 m、1.38 m、1.59 m。(2)地表水体面积由输水前的49.00 km~2扩大到2019年的498.54 km~2,尾闾湖泊—台特玛湖"死而复活",地表水体面积达到455.27 km~2。(3)输水后,地表生态响应敏感,在距河道2000 m范围内,塔里木河下游高植被覆盖度、归一化植被指数(ND-VI)、植被净初级生产力(NPP)、植被总初级生产力(GPP)分别增加了132 km~2、0.07、7.6 g C·m~(-2)和1221 g C·m~(-2)·季~(-1)。(4)输水对塔里木河下游地表植被的影响和改善面积达到1423 km~2,生态系统服务价值和功能大幅增加,碳汇区域由2001年占研究区的1.54%增长至2020年的7.80%,生态系统健康程度和生态恢复力大幅提升,土壤碳汇能力增加。近20 a的生态输水大幅抬升了塔里木河下游地下水位,沿河两岸以胡杨为主体的荒漠河岸林植被得到拯救和复壮,地表植被覆盖度增加,塔里木河下游生态退化趋势基本得到遏制。     

塔里木河下游生态输水对地下水埋深变化的影响

地下水是维系荒漠河岸植被生存、生长的关键因子,对于退化植被的恢复具有重要的意义。结合塔里木河下游生态输水过程中地下水埋深的实测数据,详尽分析了2000—2020年地下水埋深的时空变化及对生态输水的响应。监测结果显示:在生态输水条件下,塔里木河下游河道两侧地下水埋深大幅抬升。(1)在纵向上,自上游段的英苏、中游段的喀尔达依,至下游段的依干不及麻,在距河道100 m处,地下水埋深分别由输水前的7.76 m、9.31 m、7.82 m抬升至3.70 m、4.48 m和2.69 m;在距河道300 m处,地下水埋深分别由输水前的8.09 m、9.15 m、8.25 m抬升至4.53 m、5.00 m和3.29 m;在距河道500 m处,地下水埋深分别由输水前的8.21 m、9.45 m、9.08 m抬升至6.61 m、5.46 m和3.82 m。(2)在垂直于河道方向上,根据地下水井监测数据,生态输水对塔里木河下游的上、中、下3个区段地下水位的影响范围均达到了1050 m,分别抬升了2.69 m、1.38 m、1.59 m。(3)生态输水前期(2000—2009年),上、中段地下水位抬升迅速,2009年以后,下游段依干不及麻地下水位抬升幅度明显高于英苏(0.88～4.65 m)和喀尔达依(0.53～4.07 m)。并且,70.5%监测井地下水位波动趋于稳定,说明间歇性的生态输水有助于抬高地下水埋深,是地下水补给的主要来源,对于维持地下水较高水位的动态平衡具有一定的促进作用。     

塔里木河下游地下水位对植被的影响

对塔里木河下游断流河道2000~2002年9个地下水监测断面和18个植被样地的实地监测资料分析表明,地下水埋深对天然植被的组成、分布及长势有直接关系。地下水位的不断下降和土壤含水率大大丧失是引起塔里木河下游植被退化的主导因子。塔里木河下游的四次输水对其下游地下水位抬升起到了积极作用,河道附近地下水位呈逐级抬升过程,横向影响范围达1000 m左右,纵向上,表现为上段地下水抬升幅度较大 (达84%),下段抬升幅度较小 (6%)。随着地下水位的抬升,天然植被的响应范围由第一次输水后的200~250 m,扩展到第四次输水的800 m。     

塔里木河下游输水与生态保育

从2000年5月至2002年7月塔里木河向下游4次输水所引起的地表植被的变化来看,生态输水后,植被响应明显,在距离河道150m范围内,草本植被重新萌发,种类也明显增加,乔灌木植被反应更加明显,出现了胡杨实生苗。在150～350m范围内,地下水没有达到草本植被生长所需要的水位,灌木和胡杨林对这一水位反应明显。在350～750m范围内,地下水位一般抬升1～3m,只能满足成年胡杨和个别种的柽柳生长,个别洼地可以发现零星的草本植被。到750m以后,与输水前的植被几乎没有变化。因此,可以认为750m是塔里木河下游生态输水的最大影响宽度。     

塔里木河下游生态输水条件下胡杨林生态系统恢复研究

基于文献阅读,对塔里木河下游生态输水条件下胡杨林生态系统的恢复响应进行了讨论分析。生态输水显著抬升了地下水位,降低了地下水矿化度与土壤干旱指数,有效改善了塔里木河下游胡杨林生态系统的生境;胡杨复壮明显,距河道50 m胡杨冠幅最大增长达511.20%,距河道500 m内胡杨枯枝比平均小于0.15。输水后,下游胡杨树干径向生长平均增加62.80%,以胡杨为建群种的下游荒漠河岸林植被面积从2000年的492 km~2增加到2020年的1423 km~2,其中,低、中、高覆盖度植被面积分别增加20.80%、448.00%和190.00%;下游生态环境与植被群落对输水响应敏感,随输水量变化响应波动;现有输水模式因缺乏面上水文过程而难以保障下游胡杨林的有效更新,胡杨种群历经输水20 a依然保持"倒金字塔"型的退化龄级结构,并出现显著的性比偏雄与性别空间分异;胡杨群落依然处于恢复演替的初级阶段且不稳定,下游生态系统退化态势尚未彻底扭转。基于研究综述,探讨了塔里木河下游生态恢复中存在的问题,提出"优化输水方案,扩大受水面积和采取更加积极的恢复措施"的建议。     

塔里木河下游断流河道应急输水与地表植被响应

通过对塔里木河下游5个断面、30个植物样地的调查和对天然植物当年生小枝的长度、当年生小枝上胡杨的叶数、50片以上叶长、宽及叶重、芦苇的高度和叶长、宽、重量等的测试分析，揭示了塔里木河下游断流河道输水后地表植被的响应范围。研究表明，随着输水后地下水位的抬升，地表植被产生了明显变化。在横向上，芦苇的反应敏感区范围在100～150m区间；对胡杨的横向影响范围在200～250m之间；在纵向上，平均叶数从下游上段至下游下段，分别较末端断面增加57％、22．2％、9．2％；河道两岸地下水位较下游下段抬升幅度大，横向上对植被的影响范围也较下游下段宽。输水历时的长短和输水量对塔里木河下游植被恢复密切相关。     

塔里木河下游生态输水对地下水补给量研究

地下水对干旱区荒漠生态系统的维持至关重要,生态输水对地下水的补给量及影响范围是评估输水成效的要素之一,对于准确理解地下水循环特征至关重要。基于2000—2020年塔里木河下游生态输水过程中的地下水监测数据,拟合输水前后地下水水面线方程,结合水均衡原理,对塔里木河下游近20 a生态输水过程中的地下水埋深时空变化、地下水补给量以及输水期地下水最大影响范围进行了估算与分析。结果表明:(1)塔里木河下游实施生态输水后,地下水位呈明显抬升趋势,抬升幅度具时空差异性,在英苏、喀尔达依和阿拉干断面分别抬升了3.01 m、2.87 m、5.75 m;前10 a输水对地下水位抬升作用明显小于后10 a;(2)塔里木河下游近20 a的输水对地下水的总补给量为30.6×10~8m~3(占输水总量的36.2%),包气带补给40.1×10~8m~3(47.5%),入台特玛湖水量为11.7×10~8m~3(13.8%);(3)塔里木河下游前10 a的输水对地下水补给量(61.6%)大于后10 a(25.2%),主要归因于输水量增大,地下水埋深减小引起土壤含水量饱和差减小;(4)塔里木河下游输水期地下水的最大影响范围具有较大的波动,与输水前地下水埋深和输水量正相关;近10 a,英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻断面,输水期地下水单侧影响范围高达1075 m、2326 m、1623 m、856 m。     

近20 a塔里木河下游输水对生态环境的影响

塔里木河下游是新疆生态环境问题比较突出的地区。为改善该地区恶化的生态环境,国家自2000年起向塔里木河下游实施了18次以生态建设和环境保护为目的的生态输水工程。近20 a来,塔里木河下游地下水位随输水次数增加呈不断上升趋势,生态植被不断修复,生态环境逐步好转。尤其是2017年实施第18次生态输水后,下输水量及其影响范围取得较大突破,引起社会高度关注。通过近20 a的断面来水监测资料,从水量、水质、地下水变化、植被恢复等方面,初步分析输水对生态环境的影响。同时,对前人研究的成果进行梳理和延展,使其对今后塔里木河下游的生态调度和科学管理起到指导作用。经分析得出以下结论：（1）虽然生态输水量基本都补给了生态植被和河道两侧的地下水,但持续性输水才是保证下游脆弱的生态环境稳定好转的根本途径。（2）输水使下游生态环境得到改善,现生态植被正在恢复,地下水位逐步抬升,地下水质明显好转。（3）采用汛期输水和间歇机动式调度,可使输水效益达到最大化。     

塔里木河下游长期输水条件下河流剖面地下水埋深估算

准确估计输水条件下河岸地下水埋深的动态变化,可以量化生态输水量与地下水埋深的响应关系,并由此估计自然河道所需输水量及持续时间,这对于干旱区水资源管理的可持续发展具有重要的科学意义。结合塔里木河下游20 a生态输水监测数据,用发展的包含地下水和土壤水的拟二维地下水模型,对输水条件下塔里木河下游上、中、下段3个断面(英苏、阿拉干和依干不及麻)的地下水埋深变化进行20 a长期模拟。通过率定期和后11 a(2010—2020年)的地下水埋深模拟结果与站点数据比较,发现两者较一致,证明该模型在塔里木河下游河岸断面地下水长期模拟上的合理性和适用性。然后根据3个断面20 a的模拟结果分析输水条件下地下水埋深和土壤水的长期变化及其对生态输水的响应。结果表明:经过20 a的生态输水,英苏、阿拉干和依干不及麻3个断面上的地下水位和土壤湿度都有明显的上升,地下水位埋深从输水前的8 m左右抬升到输水后的4 m左右,土壤湿度从最初的0.20上升到0.35以上,特别是自2009年以来,随年输水量增加,地下水位和土壤湿度增加幅度明显。生态输水与地下水的年际变化有一定的滞后性,由于土壤湿度和地下水位表现为正相关关系,这使得土壤湿度对输水量也有滞后性的特点。相比于河水流量,地下水水平传导率的取值对断面地下水埋深变化起着更重要的作用。另外,输水量与地下水的年际变化表明塔里木河下游河岸要想获得持续的生态效益,需要对河道提供间歇性的生态输水。     

塔里木河下游地下水化学特征对生态输水的响应

结合2000~2002年塔里木河下游5次生态输水过程,通过对沿河40眼地下水监测井采集的水化学资料的分析表明：塔里木河下游地下水化学特征随五次间歇性生态输水发生明显变化。地下水化学对输水的响应表现为初期、中期和后期三个阶段：初期,地下水化学成分中的主要离子含量和矿化度都明显上升;中期逐步下降;输水后期又逐步上升。通过对地下水盐运移机理以及生态输水后地下水化学变化特征的分析得出,单一河道输水方式不如双河道,甚至多河道输水更有利于生态的恢复,另外,生态输水只是对地下水中盐分浓度起到了稀释作用,只有采取一系列工程和管理措施才能使下游水质真正好转。     

Reconstructing the development of the geosystems of the Primorsky Range during the latter half of the Holocene

We examine the sequence of changes in the structure of the geosystems of the Primorsky Range (Baikal region) for the last 6000 years, based on a continuous recording of fluctuations of the vegetation reconstructed from spore-pollen complexes of a high peat bog. We determined the chronological timeframe of paleogeographical events. The study showed that there occurred a radical structure transformation of the geosystems in the mid-late Holocene, along with a recurrence of similar landscape transformations caused by the instability of natural conditions.     

城市化的开发区模式研究

我国许多城市通过开发区建设,在短时间内完成了产业和人口的集聚,实现了城市地域空间和人口规模的跳跃性增长和产业结构的转型。由于在这种城市空间增长过程中,开发区建设起了决定作用,因此,这种以开发区带动整个地区城市化的方式可称为"开发区模式"。开发区驱动城市化的机制表现在开发区自身区域的城市化和开发区带动周围农村地区城市化两个层面,并具有快速跳跃性、外驱性和不稳定性、人为性、经济增长模式的单一性和基础设施建设的高标准性等特征。针对开发区建设中出现的问题,提出了促进其健康发展的建议。     

On the origin of the seismic anisotropy of the lithosphere

Summary. It is known that flow in the mantle can produce preferred orientation in olivine crystals with seismic anisotropy as a consequence. Flow in the subcrustal lithosphere is unlikely because of the high viscosity. Lenses of high temperature and low-viscosity ( anomalous mantle ) are located under the crust in many tectonically active regions, and viscous flow can easily arise in such material resulting in seismic anisotropy. After cooling, such anomalous mantle acquires high viscosity and becomes incorporated into the lithospheric layer preserving the anisotropy produced by the flows which existed previously. The interaction of the stresses with cracks in the upper crust can be one of the causes of anisotropy in this layer.     

基于区域河湖地貌演化历史的大荔人化石层位年代分析

目前对含大荔人化石的地层年代认识仍存很大争议。采用黄土—古土壤序列定年法广泛调查渭河盆地东北部区域和大荔人化石点附近洛河上下游河段过去的河湖环境演变历史;在此基础上,结合产出大荔人化石的地貌沉积体特征,分析其形成时所处的区域演化阶段及其中含化石的沉积层位堆积年代。结果显示,区域曾在S₁₄、L₉、L₆、S₂、L₂和L_1SS发育或堆积时期发生过数次古湖湖退或河流下切;含大荔人化石的沉积层是在区域发生于L₆晚期的一次湖退后,洛河于出露至气下的古湖湖底上堆积而成的,其堆积时代与S₅古土壤发育时代相当,平均年龄约0.55 Ma BP。由该研究结果推论,学界对北京猿人年龄估计的老的年龄框架可能偏年轻。     

对沙漠化农田能转化效率及潜力的分析

我国北方东起黑龙江省嫩江地区, 吉林白城地区及辽宁西部, 包括内蒙兴安盟东南、哲里木、昭乌达、锡林郭勒、乌兰察布、伊克昭等盟的大部地区, 直至河北坝上、陕西榆林北部约26.7万平方公里的幅员范围内, 由于自然条件的特殊性(地表组成物质质地松散、沙粒成分比重很大及气候干旱、多大风, 且年内季风与周期性干旱相吻合), 加上人类不合理开发活动的影响, 成为我国目前沙漠化发展最活跃的地区, 其沙漠化土地近16.5万平方公里, 占全区总面积的61.5%。该地区有较长的经济开发史, 农、牧业相互影响, 交错分布的情况, 在历史上业已形成。据粗略统计, 该区范围内, 有旱作耕地近5, 000万亩, 多以传统的粗放的撂荒种植制进行经营, 长年遭受不同程度的风沙危害, 属于生产水平较为低下的农田类型。这些农田急待整治, 以便提高生产力。由于本区年均降水量在350-450毫米之间, 客观上具有发展旱作农业的可能性。如能合理经营、科学利用其自然资源, 将可能发展成为农、牧业结合的发达地区。从而对我国北方地区农业发展起促进作用。为了深化对沙漠化农田的认识, 揭示其生态失调的实质, 本文将就生态系统观点对其进行分析以寻求有效的整治沙漠化农田的途径。     

温带干旱地区近地层空气二氧化碳浓度的变化特征

选定我国温带干旱地区的四种植被类型:典型草原(内蒙古)、荒漠草原(宁夏)、榆树林(宁夏)和油松林(宁夏)为观测样地,观测研究了近地层空气CO2浓度的变化特征,结果表明:(1)干旱地区近地层空气CO2年平均浓度为323.49±21.36×10-6,是一种自然状态下的本底数据,其平衡受当地植被覆盖程度和种类控制.(2)近地层空气CO2浓度随植被类型不同存在差异,灌草丛生的榆树林最低297.92±15.56×10-6,裸露的荒漠草原最高331.82±19.17×10-6,植被的种类控制着地表面空气CO2浓度的大小,灌木杂草有利于吸收近地层空气的CO2,裸露的地表不利于CO2浓度的吸收和调节,植被在空气组成平衡过程中,起着"汇"的作用,尽管干旱地区植被稀少.(3)干旱地区近地层空气CO2浓度存在明显的季节变化,11月份浓度最高336.54±27.12×10-6,7月份最低305.05±15.45 × 10-6;呈"S"型曲线变化趋势,这种季节变化十分有利于调节地表空气CO2的浓度.(4)干旱地区近地层空气CO2浓度存在日变化,变化范围261.0×10-6～384.0×10-6,均值为323.5×10-6.一天中,平均CO2浓度最低时间在下午的16:00时,最高时间是在半夜0:00时.变化趋势呈"沟谷"状,两头高,中间低.(5)在人烟稀少的温带干旱地区,植被、土壤和气候相互作用,调节和控制差近地层空气CO2的浓度变化.     

Direct determination of the characteristics of the currents responsible for the geomagnetic anomaly of the Rhinegraben

Summary. Previous geomagnetic measurements in the Rhinegraben have led us to assume that the responsible currents have the properties of direct currents and that they all flow in the sediments filling the graben. In order to verify these conclusions, we have performed measurements in a mine at a depth of 650 m. By comparing the field simultaneously recorded at the surface, in the mine and at the reference station, it is possible to deduce that the anomalous currents have the above mentioned properties.