极干旱地区土壤与大气水分的相互影响

基于建立在莫高窟窟顶的密闭拱棚,通过监测棚内凝结水量和空气温湿度,对极干旱地区典型极干旱气候条件下土壤与大气水分的相互影响进行综合分析。棚内凝结水量和空气温湿度的监测结果表明,在热动力作用下存在地下水分向大气输送的过程,其原因主要是在温度作用下土壤结合水分的分解蒸发与土壤盐分的吸湿吸附的交替作用。这也是形成所谓"土壤凝结水分"与"土壤水分呼吸"的根源。当温度升高时,土壤结合水分分解蒸发"呼出"水分,当温度降低时土壤盐分吸湿吸附,"吸入"大气水分,形成土壤与大气不对称水分交流。称质量实验表明:土壤水分的变化与空气温度的变化完全对应;有深层水分支持的土壤吸收大气水分的能力相对较差。极干旱地区土壤与大气水分的相互影响研究结果能为莫高窟珍贵文物的保护提供参考。

极干旱区深埋潜水蒸发量的测定

在远离降雨的典型极干旱气候条件下,在敦煌莫高窟窟顶戈壁搭建封闭塑料拱棚,在棚内放置空调抑制"拱棚效应"。通过空调的制冷抑制拱棚的增温效应,通过空调的冷凝降低棚内的湿度,使棚内的温湿度与外界靠近,并通过空调冷凝排水量评估潜水蒸发强度。45d的监测表明:在潜水埋深超过200m的敦煌极干旱地区存在不少于0.0219mm/d的潜水蒸发。太阳辐射强度、温度、湿度对潜水蒸发有重要影响。潜水蒸发量的测定为利用潜水进行荒漠化的生态重建提供了基本的评估依据,对揭示极干旱区埋深较深的GSPAC水文循环和潜水开发有重要意义,对莫高窟的文物保护也非常关键。

极干旱地区厚皮甜瓜露地栽培膜下滴灌灌水下限指标初步研究

试验以新疆大面积露地栽培种植的厚皮甜瓜品种金龙为试验材料,通过在甜瓜生长各个生育期设置不同的灌水下限,研究灌水下限指标对产量、水分利用效率、商品率和品质等的影响。结果表明:当苗期灌水下限为60%θf、开花坐果期75%θf,果实膨大期80%θf,成熟期65%θf时,甜瓜产量、水分生产效率和商品率均较高,且有利于增加单瓜重,提高可溶性固形物含量,其他各项品质指标也均在平均值以上。研究成果将为甜瓜露地膜下滴灌优质高产栽培灌溉制度的制定提供理论依据,为膜下滴灌技术在甜瓜露地栽培上应用和推广提供技术支撑。

用隔绝法对极干旱区土壤水分来源的分析

通常认为极干旱区土壤水分来源于降水、大气或凝结水,深埋区不存在潜水蒸发。然而通过使用拱棚法初步证明在极干旱深埋区存在潜水蒸发,而潜水是土壤水分的重要来源。为了进一步求证土壤水分来源,开挖200 cm×200 cm×200 cm的土坑,完全隔绝与下层土壤及四周的水分联系,回填后监测土壤10、30、50、100、150 cm的空气温湿度;同时设置与四周隔绝但底面联通的对照坑。27 d后都模拟25 mm降雨。监测发现模拟降雨前联通土壤的水分含量、空气相对湿度、绝对湿度都明显高于隔绝土壤。1 a后远离降雨时土壤水分的检测发现隔绝土壤水分含量低于联通对照,但因隔绝土壤处于潜水蒸发漫溢的相同气象环境,其湿度不会无限下降。隔绝对比实验反演证明深埋极干旱区存在潜水蒸发。

用拱棚法对极干旱区GSPAC水分运转的分析

在典型极干旱气候条件下,在敦煌莫高窟窟顶戈壁上搭建封闭塑料拱棚,经235 d的膜面凝结水分的持续抽取和土壤水分监测表明:在潜水埋深200 m以下的极干旱区,有2.1 g.m-2.d-1的水分向上运转与输出;在长期的水分输出后,土壤湿度不但没有下降,反而上升,明显高于初始湿度和对照;棚内外土壤空气相对湿度、绝对湿度和温度的监测发现,存在水分向上连续运转的条件和机制,可排除水分来自外部土壤和大气侧入的可能。由此判定,在埋深较深的极干旱地区存在潜水蒸发,潜水是土壤水分的重要来源,并通过土壤的"呼吸"与大气保持着交流。土壤盐分对土壤水分的运转和时空异质分布有重要影响。极干旱气候、地热和上层土壤的温度变化是引起GSPAC水分运转和潜水蒸发的根本原因。

应用拱棚-空调法对极干旱区降水的模拟回收

拱棚法监测表明极干旱区存在潜水蒸发,而土壤温湿度监测表明,土壤水分具备向下运转的条件,这意味着拱棚所监测的水分可能来自降水,极干旱区并不存在深埋潜水蒸发。因此,研究降水的最终去向非常重要。为此笔者应用拱棚-空调法进行对极干旱区降雨模拟回收。结果表明,在极干旱条件下占该区85%以上频次的5 mm的降水经90 d可完全蒸发和回收。回收过程中,棚内地上50 cm的相对湿度(RH)和绝对湿度(AH)分别较棚外增高12.10%和3.50 g/m3,这使降水的回收时间大为延长;另外,土壤内部的温湿度监测表明,洒水后30 cm土壤的温度、RH、AH分别高于棚外对照1.46℃、4.17%和2.50 g/m3,说明有一定数量的降水通过膜下土壤侧向流向了外部,增加了收集时间。回收实验证明极干旱区降水可完全蒸发,该区存在潜水蒸发与GSPAC(Groundwater-Soil-Plant-Atmosphere Continuum)水分的向上运转。

盐分对极干旱土壤水分垂直分布与运转的影响

通过对莫高窟戈壁土壤中主要盐分的检测和理化特性分析，发现在极干旱地区，土壤盐分对土壤水分的垂直分布产生了重要影响。以芒硝为代表的结晶盐分，其含量分布和理化特性与土壤水分分布非常吻合。0～20cm以无水盐分（Na2SO4）为主，水分含量较低，是盐分集聚层；在20～50cm以结晶盐分（Na2SO4·10H2O）为主，水分含量较高，是盐分析出层；50cm以下以膜状水盐溶液为主，水分含量较低。与附近含盐量较低的流沙相比，盐分使戈壁土壤的水分含量增大了10倍以上，在热动力学作用下使浅层土壤水分的活动能力大大增强，对GSPC系统水分的垂直运转和潜水蒸发产生了重要影响。这为极干旱区利用潜水进行生态恢复提供了新的可能，对莫高窟的文物保护也具有重要意义。

柴达木极干旱地区人工草地建设调查

根据柴达木极干旱地区的自然特点,认为人工草地建设必须同灌溉、生态建设、农业产业结构调整、戈壁旅游开发相结合,正确把握牧草品种选配、建设季节、植被组织、建设管理重点环节,做到因地制宜,科学规划。

柴达木极干旱地区草地生态建设技术与模式探讨——以那棱格勒村人工草地为例

针对柴达木极干旱地区草地植被建设问题探讨技术和模式,力求保障建设质量,实现高产高效。柴达木地区干旱多风,生态环境恶劣,人工草地建设需要和林业工程措施建设相结合,依林护草,相互依托,共同作用,构建生态安全屏障。同时科学规划,合理利用资源,建设草业经济。人工草地建设要从人工草地群落组成选配、生产环境建设、田间管理三个方面着手分析定案。建设品种要与土地、生产和经济耦合统一,品种间和谐互利,形成组织稳健;突出建设障碍,综合方法治理盐碱,预防栽培不利因素;注重田间管理,建立留茬和冬灌制度,保障牧草安全越冬,实现可持续生产利用。

极干旱地区填料含水率控制方案比选

以典型的西北极干旱地区高标准铁路路基填筑为例,通过方案比选确定最优含水率控制方案,确保路基填筑质量。

综合电法在寻找基岩裂隙水、断裂带脉状裂隙水中的应用——以新疆东部哈密天湖铁矿、甘肃北山等我国内陆极干旱气候区为例

应用联合剖面、视电阻率测深等综合电法结合水文地质条件在新疆东部哈密天湖铁矿、甘肃北山(柳园一带、西石板墩沟、黑尖山、狼娃山边防营)等我国内陆极干旱气候区进行了水文物探工作,寻找赋存于基岩裂隙、断裂破碎带中的断裂带脉状裂隙水,经30余眼水文地质钻孔验证,单井涌水量达120m3/d^500m3/d,矿化度为1.2g/L-2.6g/L,成功率86%。不但解决了部分矿山及人畜饮水问题,而且为类似地区的断裂带找水工作积累了经验,取得了显著的社会与经济效益。

极干旱戈壁地区铁路路基填筑质量控制

随着我国经济的不断发展,铁路的建设对于经济和交通的发展有着非常重要的意义。而要使得铁路建设取得良好的发展,首先要保证铁路路基的质量,路基的质量直接影响着整个铁路建设工程的质量,尤其是在极干旱戈壁地区,铁路路基填筑面临的难度更大,必须要对于施工技术进行灵活的应用,保证铁路施工的质量。本文结合实际的工程案例对极干旱戈壁地区铁路路基填筑质量的控制措施进行了一定的探讨。

风沙、极干旱戈壁荒漠环境无砟轨道养护工艺

本文从混凝土养护角度出发,通过多种养护方式综合分析、比较,寻求解决大温差、极度干旱缺水、大风沙等严酷自然环境条件下无砟轨道混凝土裂纹控制及行之有效的施工养护措施。通过新型养护样式与传统养护方式比对,说明其切实有效性及经济合理性。

用拱棚法对极干旱区沙地水分来源的定性分析

在潜水埋深超过200m的敦煌莫高窟极干旱沙漠区,用拱棚法和微型空气湿度监测仪对流沙水分的时空分布格局进行监测,并对水分的来源进行分析。拱棚膜面凝结水分的持续抽取表明,在典型干旱气候条件下,有源源不断的沙地水分蒸发,其中1.25g.m-2.d-1的水分在膜面凝结。沙地水分的时空动态分布格局表明,存在水分向上运移的温湿度条件。由此判定,除降水之外地下潜水蒸发是沙地水分最基础的来源。实验表明,干沙层虽然对沙地水分蒸发具有极强的抑制作用,但在升温过程中仍存在水分蒸发;在降温过程不但可从下层流沙吸收大量的水分,而且可吸收大气水分。沙地的蒸发量大于来自大气的吸湿量,总有少量的水分流失。沙地水分潜水来源的确定,不但对沙漠化的治理提供了新思路,而且对莫高窟文物的保护具有十分重要的意义。

探索生命极限的模式生物——南极土壤自由生活线虫Plectus murrayi及其环境适应性特征

针对土壤自由生活线虫的环境适应性及其生态功能研究一直是土壤动物学和生态学的核心内容之一。前期研究表明南极土壤自由生活线虫能够在极端干旱的土壤中生存,尤其是线虫的优势种群之一——Plectus murrayi,在生理生态水平上均表现出独特的适应性。土壤自由生活线虫Plectus murrayi是仅在南极麦克默多山谷(McMurdo Dry Valleys,MDV)发现的主要陆生生物之一,目前已在多领域成为研究极端环境下生态学以及生物学的模式生物。本文旨在综述其系统发育、分布、生命周期和实验室发育的最新研究,以及其在遗传水平上的耐冷冻和耐干燥性,结合南极沙漠土壤的特殊生态系统,阐述其对于探索生命极限的意义。基于P.murrayi在南极麦克默多山谷土壤的生境分布,与其他南极自由生活线虫相比,P.murrayi喜欢相对较高的湿度和较低的盐度土壤生境。由于全球气候变暖,南极麦克默多山谷的温度和湿度不断增加,P.murrayi极可能成为南极沙漠中的主要陆生动物。通过对P.murrayi的研究,能够探索其适应和功能基因之间的新联系,这些基因在理解细胞对极端微环境的抗逆性方面有着至关重要的作用,具有长远的农业以及医学利用价值。未来对南极麦克默多山谷土壤环境压力的短期和长期响应的研究,有助于揭示细胞对环境干旱、寒冷的耐受和修复作用,探明生物进化与生态系统复杂性之间的关系,以及不同微环境在塑造更复杂系统群落中的作用。

多年生黑麦草、雀麦根系形态和生长对土壤干旱的适应性

为了研究牧草根系对干旱环境的适应性,选择多年生黑麦草(Lolium perenne)和雀麦(Bromus valdivianus)进行盆栽试验,给予80%~85%有效水(PAW)充分供水和20%~25%PAW极端干旱两种水分模式,通过对两种牧草的根系外形、干物质积累和根系形态学分析,探求两牧草在极干旱胁迫下的有效生产策略。研究表明,两种牧草的根尖外形略有不同。雀麦根毛长而密,分生区细胞致密,伸长区较长;多年生黑麦草根毛稀疏,伸长区短。20%~25%PAW极干旱胁迫使黑麦草根系粗细不匀,出现畸形;而雀麦根系未见明显受害。两种牧草生物量在茎叶和根的积累无显著的种间差异和水分处理间的组间差异。雀麦和多年生黑麦草单株根系的总长度、根面积、根平均直径、根尖数和分叉数存在极显著差异。多年生黑麦草根量显著高于雀麦(至少P≤0.01),根长和面积是雀麦的1.5倍左右,根尖数和分叉数是雀麦的2倍以上。雀麦根系末端侧根分枝密度高,短且粗;多年生黑麦草侧根细而长。干旱胁迫显著减少了两种牧草的总根长度,促进了雀麦根的径向生长。总之,雀麦根毛区较多年生黑麦草发达,多年生黑麦草根量显著多于雀麦。黑麦草主要以根数量(量)取胜,采取广泛吸水的适应策略;雀麦以根毛发达,侧根分枝密度高(质)为主,采用确保有效吸水的适应策略。

极旱后强降雨条件下的黏土坝坡基质吸力变化研究

为跟踪极旱过程中黏土坝坡裂缝发展过程,以白龟山2014年遭遇极端干旱为例,通过模型试验,模拟强降雨及极干旱天气,测得试样土体在吸湿-脱湿过程中的基质吸力值并研究其变化情况,由此获得土样的土-水特征曲线用以分析坝坡稳定。研究结果显示:短期的干旱导致坝体表面失水,并不会影响到坝坡的稳定,而长期干旱生成的裂缝会在强降雨时成为雨水渗入坝体的快捷通道,使得坝坡土体的强度急速降低,严重影响大坝的稳定。当不断遭遇干旱降雨循环后,坝坡土体会变得松散,即使不遭遇极干旱天气也会很容易产生裂缝,给坝坡稳定埋下隐患。考虑到裂缝发展与含水率的变化密不可分,且裂缝又直接影响到坝坡土体的强度,因此可根据不同时段的土-水特征曲线判定大坝的稳定情况,据此可提出相应的保护措施。

新疆塔河油田水文地质调查研究

新疆极干旱荒漠地区蕴藏着丰富的矿产资源,但寻找和利用荒漠含水层中的微咸水是保证资源开发顺利进行的先决条件。以塔河油田水资源的调查为例,通过对该区水文地质调查研究,认为首先要选择地表地下水集中排泄的入渗地段,以寻找岩土层有利蓄水的构造为突破口建立靶区,有望找到有开采价值的地下水。

河西西部一次暴雨的机制分析

利用常规高空、地面气象资料、区域加密雨量站资料和FY-2静止卫星云图以及NCEP1°×1°再分析资料,对2016年6月1日发生在河西西部玉门的暴雨前后的天气环流背景、影响系统、物理量特征和卫星云图进行分析。分析表明:此次暴雨天气的流场配置在高、低层均为"东高西低",受"歪脖子"高压的影响,上游低值系统在河西西部长时间滞留,青海低涡移速缓慢,形成了近似"北槽南涡"的形势;暴雨发生时高层辐散、低层辐合,形成了强烈的抽吸作用,有利于输送和汇聚水汽;强降水中心发生在对流不稳定、斜压不稳定相结合的区域和CAPE强中心的下游;此次暴雨发生期间,多个中尺度对流云团在暴雨地区上空移过形成了"列车效应"。由于在酒泉西部这种极干旱地区出现暴雨天气过程极其罕见,通过分析,以期掌握河西西部极干旱地区暴雨的发生机制,进而能提高此类天气的预报准确率,给当地的防灾减灾工作提供更加准确、优质的气象预报服务和决策依据。

基于GEV干旱指数和DFA方法的苏北地区季节性干旱研究

为分析近年来江苏省苏北地区季节性干旱灾害特征,利用苏北五市1989-2013年的逐月降水量资料,建立月降水量的广义极值分布函数,通过分析广义极值干旱指数（GEVI）,研究苏北五市近25a的季节性干旱分布和干旱等级的时空变化特点。在此基础上,利用去趋势波动分析方法（DFA）对苏北五市月平均降水量的周期性规律进行研究。结果表明,苏北五市的月降水量均服从广义极值Fréchet概率分布,且具有从西北（徐州）地区向东南沿海（盐城）地区递增的空间分布特征,整体上属于干旱灾害频发的地区,且以轻旱为主且季节性特征明显。苏北五市的月降水量存在幂律相关性,即降水量具有较强的正长程相关性,因此,未来苏北地区干旱的总体趋势将与过去特征正相关。