绿洲防风固沙体系研究：塔克拉玛干沙漠边缘固阻结合流沙治理_贾志清，宁虎森，王让会，罗青红著_9787030513823

绿洲防风固沙体系研究：塔克拉玛干沙漠边缘固阻结合流沙治理

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《绿洲防风固沙体系研究——塔克拉玛干沙漠边缘固阻结合流沙治理》详细介绍了极端干旱区植物材料选育、植被优化配置、水资源合理利用、防护体系结构模式等内容，重点阐述了抗旱和耐盐碱固沙植物材料选育、水资源高效率利用与植被优化配置、活化沙地植被重建、固阻结合流沙固定、绿洲多层次整体防护体系配置中的关键技术点。《绿洲防风固沙体系研究——塔克拉玛干沙漠边缘固阻结合流沙治理》提供了干旱区绿洲边缘生态保护和合理开发的模式，为遏制区域生态环境退化、构建生态屏障、确保生态安全提供科学依据和技术支撑。同时，《绿洲防风固沙体系研究——塔克拉玛干沙漠边缘固阻结合流沙治理》对促进干旱沙区农牧民致富和区域丝绸之路经济带发展具有重要意义。

第一章绪论
第一节国内外研究现状
一、荒漠化土地治理及活化沙丘固定研究
荒漠化问题的提出可追溯于20世纪30年代美国大平原地区的“黑风暴”事件，而再一次引起全球关注的是20世纪60年代非洲撒哈拉地区的“大饥荒”事件。针对土地荒漠化及其防治，国际组织和各国政府出台了相关的公约及政策，科技人员为此也开展了大量的试验研究。特别是1992年世界环境与发展大会以后，联合国环境规划署（UNEP）、联合国开发计划署（UNDP）等国际环境组织都把干旱区水文资源与荒漠化等环境问题列入国际合作的重点研究对象，并相继出台了一系列重大国际行动计划，这些计划注重从整体性、系统性、大尺度的研究思路进行多学科有机结合，并且显示出了对环境问题从资料观察积累、系统化、定量化分析到利用现代高科技手段进行研究和整治的强劲态势。
世界范围内生态环境保护和荒漠化的防治在基础理论和工程技术方面，各国有所不同。美国和澳大利亚以法律的形式保护天然林植被不被破坏。前苏联、印度和埃及等国，先后在陆地和沿海地区建立沙漠、沙地综合试验站，多专业、全方位开展荒漠化整治的综合研究。以色列的荒漠农业是人类探索极端环境条件下融生态保护与经济发展为一体的一个成功范例，早在30年前，以色列第一任总理就提出内盖夫（Negev）沙漠是以色列最具发展潜力的地区，政府通过制定积极的土地及财政金融政策，资助开展高效利用荒漠生态资源的相关研究与产业化示范，在节水灌溉技术与设备、咸水灌溉技术、管道施肥与无土栽培技术、抗旱耐盐种质资源的创新、高效利用光能和风能资源的技术与设备、荒漠药用资源的开发利用、微藻的人工养殖，以及荒漠区设施农业、畜牧业、林果业技术开发与产业化等方面都取得重大突破促生了一大批独具特色的荒漠生态产业基地。
近年来，国外在荒漠化方面的研究主要集中在形成原因、影响范围、发展趋势、风险评价、防治对策等。荒漠化防治基本思路是“模式—保护—恢复—管理”。总体上，国外的防沙治沙技术仍以传统的方法为主。其中，阿尔及利亚采用就地利用地下水的有利条件栽种枣椰并结合建立沙障形成的防护体系有效地保护了被流沙包围的绿洲；土库曼斯坦不仅建立了植物固沙、机械固沙和化学固沙相结合的工程防护体系，并对固沙植物稳定性进行了系统研究；伊朗除了采用沙障和生物固沙之外，还结合国情采用了石油产品覆盖固沙技术治理沙漠，不仅使地表免遭风蚀，而且保持了土壤水分，有利于受精卵着床、种子萌发、植物生长；日本在海岸沙丘治理和利用方面极为重视，并分步实施了机械沙障固沙、植物固沙和沙地利用等；以色列创造了节水灌溉技术和高效荒漠农业开发技术，在沙漠改造利用方面成效显著。自1969年美国农业部北部研究中心（NRRC）首先研制出保水剂以来，日本、法国、韩国也相继开发出不同类型的保水剂材料，保水材料对荒漠化防治具有重要的促进作用；近年，美国、墨西哥、埃及等国科学家对荒漠地区植物抗逆性等方面的研究有助于防沙治沙植物材料筛选。可检索到的国际相关专利有9项，绝大部分为化学固沙方法和固沙材料。
我国在干旱区生态建设和荒漠化防治方面取得卓越成效，拥有一大批成功经验和实用技术，在国际上处于领先地位。早在20世纪50~60年代，我国就组织开展有关沙漠地区综合考察，建立了多个沙漠治理站点，并通过长期试验研究，形成了适合当地自然条件的沙害防治模式和技术体系。1978年，我国组织实施“三北”防护林体系工程建设，目前“三北”防护林体系工程建设进入第四阶段，被誉为“世界生态工程之最”，经过多年的科技研究，获得了一大批实用技术与模式，并在北方8个省份建成各具特色的试验示范区18个，完成试验示范任务2.12万多公顷，推广面积46.7万多公顷；获得新产品20项，新技术、新工艺112项，新材料54种，研制成功设备1套，获国家专利26项。在工程实施过程中，科技人员围绕防风固沙植物种选育、防护林体系结构、造林技术、灌溉技术、土壤改良技术等方面开展长期的试验研究。
新疆针对绿洲边缘沙害防治和沙漠地区工程沙害防治开展了大量试验研究工作。结合国家攻关项目“荒漠化形成机制研究和荒漠化土地恢复与开发利用研究”、“脆弱生态环境的恢复与重建技术研究”、“策勒县流沙治理试验研究”、“和田地区土地荒漠化治理研究与示范”、“荒漠梭梭林更新复壮技术”、“南疆荒漠老绿洲生态经济型防护林体系建设模式的研究”、“重盐碱地和风蚀地大面积恢复柽柳试验推广”等的研究与示范，对沙区造林与水分平衡的关系、固沙植物种类的选择与配置、生态经济型防护林建设及防沙治沙新技术新材料等方面进行了深入探讨，总结提出了一系列综合防治土地荒漠化的技术与理论，初步探索出了适合中国国情的荒漠环境综合治理新思路，积累了大量的第一手试验研究资料，科研成果获得“全球土地退化荒漠化控制成功业绩奖”，受到国内外广泛关注。
目前国内外在防沙治沙和生态建设的技术发展趋势主要表现在以下几个方面：一是传统技术的推广应用。结合本国国情和当地自然条件，总结和开发出了一系列操作便利、造价低廉、效果显著的防沙治沙和生态环境建设技术，如综合防护体系建设技术、引洪灌溉恢复植被技术、防风固沙林营造技术、引洪冲沙淤地技术、切断沙源环丘造林技术、秋灌造林技术、集水造林技术、利用湿沙层固沙造林技术、封沙育林育草技术、物理（阻、固、输、导）防沙治沙技术等。二是高新技术的开发与应用。大量先进的保水节水材料陆续上市，荒漠植物基因克隆和转化的生物工程技术研究也有所突破，以这些高新技术为支撑，通过改土、节水、育种相结合的方法从而改善干旱区生态环境，这是未来防沙治沙和生态建设技术发展的主要方向。三是生态产业发展技术开发。沙漠地区特有资源丰富，开发潜力大，具有良好的产业发展前景，因此结合防沙治沙和生态环境建设，开发和推广应用发展生态产业技术既可提高经济效益又可兼顾生态效益，是干旱区生态建设的持续途径，如生态果园、景观生态林建设，以及沙漠地区特有生物资源开发技术和经济型防护林体系建设技术等。
二、盐碱地造林及微咸水高效利用研究
国外早在20世纪初就开展了盐碱土地的分布、形成过程、类型及发生规律等方面的研究，初期主要集中在成因和盐分积累过程，后期主要关注土壤中水盐运移规律及植物与盐分的相互影响和适应，以及对盐碱土地的改良、防治和对生态环境的影响等。
灌溉水资源的短缺已成为干旱半干旱地区农业持续发展的一个重要限制因素，开发各种水资源特别是劣质水用于灌溉越来越受到重视。国内外利用（微）咸水灌溉已有100多年的历史，就（微）咸水水质、适宜灌溉土质和作物管理、田间管理等方面进行了大量的实践。以色列学者围绕沙地咸水灌溉条件下的作物和果树产量与质量等方面开展了较多的试验，其中利用咸水滴灌在内盖夫沙漠种植土豆、香瓜、葡萄等取得了较好的效果，同时对比分析了不同处理方法和矿化度水灌溉的效率，完善了相关模型，主要是通过稀释方法，将矿化度为1.2~5.6g？L–1的地下水用于农田灌溉，采用的灌溉方式主要是喷灌和滴灌；美国在加利福尼亚州开展了不同矿化度咸水灌溉条件下的豇豆适应性试验，灌溉水的矿化度为2.5~4.8g？L–1，盐分胁迫主要表现在豇豆种植的早期。另外，还开展了利用微过滤膜淡化农业废弃咸水的研究，经处理的水达到了生活饮用标准，但其方法成本明显高于常规处理方法。伊朗也在干旱区开展了利用浅层咸水种植植物试验，并对植物根系分布与地下水埋深、蒸发潜力之间的关系进行了分析。日本学者在西澳大利亚开展了干旱区和沙漠地区利用太阳能进行土壤脱盐造林试验。印度、黎巴嫩等也开展了干旱区咸水利用相关试验研究。此外，国外学者在咸水滴灌条件下的水盐运移和水盐胁迫环境下的植物抗逆性方面做了较多的研究，建立了滴灌点源溶质的等效半球模型，确定了滴灌点源附近、饱和区域附近，以及不考虑根系吸附情况下的溶质分布，提出了渗透调节作用可能是使植物能够忍耐脱水的最重要的生理机制之一等结论。
20世纪70年代前后，我国进行了利用咸水灌溉的研究与实践，宁夏、甘肃、内蒙古、陕西、河南、河北、山东、新疆和辽宁等省区都有利用微咸水和咸水灌溉的试验和生产实践。各地的咸水灌溉试验证明了咸水可以用来进行农田灌溉，并且只要合理利用咸水灌溉均可达到比旱作增产的目的，但采用什么样的灌溉方式、灌溉制度才能获得更理想的效果仍然需要结合地区的土壤、气候及作物的种类和种植结构等因素进行研究。近年来，国内许多专家学者也对咸淡混灌、咸淡轮灌及污水灌溉和海水灌溉等方面进行了研究，但主要集中在农业灌溉，对荒漠咸水灌溉研究较少，随着20世纪90年代塔里木沙漠公路的修建，荒漠咸水灌溉研究逐渐增多，并取得了一些成果。何兴东等的试验表明塔里木沙漠公路沿线丘间地的高矿化度地下水埋深太浅（0.8~1.0m）是导致固沙植物死亡的主要原因，在塔克拉玛干沙漠北缘进行的咸水灌溉造林试验发现梭梭、头状沙拐枣、盐穗木和沙枣的成活率均随灌溉水矿化度增加而下降，并且流动风沙土中植物的成活率和生长量总体高于荒漠林土，而根系生长在不同样地间则遵循限制因子定律，认为在沙丘和平沙地上应选用沙拐枣和梭梭，如种植柽柳则需采取适当的土壤保水措施等。
三、抗逆性植物材料筛选及运用技术研究
研究植物抗旱性的方法主要有两大类：第一，从植物形态结构的角度出发，研究其与植物形态构造和抗旱性之间的关系，包括对叶片的解剖结构的研究和对生物量的观测，主要又以叶片解剖结构的研究为主。第二，以植物的生理生化指标为切入点，阐明其对植物抗旱性的指示作用，这些指标主要包括：水分生理指标、光合特性、酶活性及原生质特性、渗透调节、内源激素等，近几年国内外有许多学者利用稳定碳同位素方法测量植物的长期水分利用效率，比较植物的抗旱性。
植物抗旱性研究发展趋势是研究植物的抗旱生理机制、叶片结构参数和生理生化指标的变化，对于找出简易的抗旱性鉴定指标，培育和筛选抗旱强的树种意义重大。到目前为止，研究者从群体、个体、器官等角度出发，分别对植物的生态学、解剖学、形态学、生理学的抗旱表现进行了深入的研究，提出了各种抗旱性鉴定指标，为认识植物抗旱性进行了有益的探讨。不同植物适应干旱的方式是多种多样的，一些植物具有几种机制共同起作用的抗旱性。目前来讲，测定植物的光合作用在试验中应用较为广泛，然而由于光合仪测得的水分利用效率只代表某一特定时间内植物部分叶片的行为，而且它随时间、生长季节和外界环境条件的变化而改变，因此如何采用一个较简单可行的指标来评估植物生长过程中的长期水分利用效率是我们当前面临的一个关键技术问题。近年来已普遍将叶片δ13C作为植物长期水分利用效率的可靠指标。它的一个优势就是可以通过分析长期积累于叶片中的碳代谢产物来评估叶片或植株生长过程中总的水分利用效率特性，并且此种测定不受时间和季节的限制。样品采集烘干后，可以于空闲的时间进行测定。毫无疑问，今后工作的重点应从多层次上更加系统地阐明植物抗旱性的物质基础及其生理功能，应把δ13C作为植物反映长期水分利用效率的可靠指标应用到植物学的许多方面。
盐胁迫对于植物生理的影响极为广泛，几乎涉及所有的代谢途径。例如，光合作用、呼吸作用、蛋白质合成和分解、物质和能量及油脂代谢等，目前普遍认为主要表现在渗透胁迫、离子胁迫及氧化胁迫方面，而植物也已对盐胁迫形成了各种适应方式。植物的抗盐性状是一个由多种基因控制的数量性状，这也决定了抗盐机制的复杂性。过去，虽然已经在很多方面研究得相当深入，但还是不能解释植物耐盐的实质，目前没有一个统一的机制能够解释所有植物对盐的适应性，所以仍然需要从事基础研究，只有彻底探明盐胁迫机制，以及植物的抗盐机制才能找到避免盐害的有效措施，才能提高植物的抗盐性，培育出耐盐植物。
目前国内对植物耐盐性评价指标的研究主要集中在形态、生理和生态3个方面，形态指标上植物遭受土壤盐胁迫首先表现在根的生长受抑制，耐盐性低的植物表现为新根的数量明显减少，此后才表现在新梢和叶的生长上；指示植物耐盐性的生理指标有多个，目前研究主要集中在Na+、K+、K+/Na+、游离脯氨酸含量、SOD活性等，生态指标主要是δ13C值，普遍
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