干旱荒漠绿洲生态安全的科学内涵

作者:潘存德    文章来源:本站收集    点击数:    更新时间:2006-6-5

干旱荒漠绿洲生态安全的科学内涵

 

潘存德

新疆农业大学林学院,乌鲁木齐 830052

 

关键词:绿洲  生态安全  防护生态安全  生物生态安全  水土生态安全

 

1   

 

安全是个体或系统不受侵害和破坏的状态,生态安全是安全的一种,是指人类在生产、生活和健康等方面不受生态破坏与环境污染等影响的保障程度,包括引用水与食物安全、空气质量与绿色环境等基本要素,是对人类赖以生存和发展的生态环境处于健康和可持续发展状态的概括。

“生态安全”包含着两重含义:其一是生态系统自身是否是安全的,即其自身结构是否受到破坏;其二是生态系统对于人类是否是安全的,即生态系统服务功能是否能提供足以维持人类生存的可靠生态保障。与国防安全、经济安全一样,生态安全是国家安全的重要组成部分,而且是非常基础性的部分。由水、土、大气、森林、草地、海洋、生物组成的自然生态系统是人类赖以生存、发展的物质基础。当一个国家或地区所处的自然生态环境状况能够维系其经济社会可持续发展时,其生态经济系统是安全的;反之,则不安全。

所谓的“生态安全”,广义地讲,是指在人的生活、健康、安乐、基本权利、生活保障来源、必要资源、社会次序和人类适应环境变化的能力等方面不受威胁的状态,包括自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全,组成一个复合人工生态安全系统。狭义的生态安全是指自然和半自然生态系统的安全,即生态系统完整性和健康的整体水平反映。生态系统健康是环境管理的一个新方面和新目标,通常认为,功能正常的生态系统可称为健康系统。它是稳定的和可持续的,在时间上能够维持它的组织结构和自治,以及保持对胁迫的恢复力。反之功能不完全或不正常的生态系统,即不健康的生态系统,其安全状况则处于受威胁之中。

 

2  干旱荒漠绿洲生态安全的科学内涵

 

保障生态安全是任何一个区域进行资源开发时必须遵循的原则,对生态脆弱区更有特殊的重要意义。干旱地区是典型的生态脆弱区,绿洲是干旱内流区能流、物流最集中的场所,也是在荒漠背景下人类局部优化的生存环境。其生态安全包括:绿洲内外以防护林和荒漠植被为标志的景观结构及空间格局,即防护生态安全;以生物多样性为核心的生物制衡,即生物生态安全;以土壤水盐平衡为主导的土地生产力与植被盖度,即水土生态安全。

2.1  绿洲防护生态安全

一般说来,大气中贴近地面空气层的流动,除了具有整层平流运动外,还具有乱流运动(涡动或湍流),正是由于这种湍流作用,呈现出风的阵性和律动,成为空气动力影响的一个重要方面。从力学观点来说,农田防护林减弱风速的原理在于,气流通过林带后风速动能被削弱和减小,这种消耗一方面由于气流穿绕枝叶时的磨擦和引起枝叶摇摆而消耗了部分动能,更重要的是经过林带后的气流形成许多湍流,彼此磨擦消耗动能而降低风速。从这个角度看,林带可理解为影响空气动力的“筛网”或“栅栏”。

地表活动面的性质,很大程度上决定着风速以及地表层空气的热量与水分平衡,因为热量与水分的输送主要是以湍流交换作用的方式而实现的。在大气中传热与传质(如H20和CO2)主要决定于湍流的结构与运动。由于农田林网改变了下垫面的粗糙度,使林带附近农田地表空气层的物理状态发生剧烈的变化。形成了特有的动力和热力效应。因此农田防护林的空气动力效应对微气候环境的调节功能起着决定性作用。然而,不同的林分具有不同的结构,进而有着不同的空气动力效应。在农业生产实践中,由于经营对象的多样化,以及受保护的对象其防护要求和标准各不相同,因此要求设计和经营不同结构类型的农田防护林,以满足土地经营多样化的生产要求。而农田防护林结构的设计,是以不同类型林分的生态作用特征为依据,是建立在结构与生态作用特征的关系这一理论基础之上,如果要达到某种防护功能,必须设计出与其防护作用特征相对应的林带结构。

在农田上,当风速引起的风蚀力水平超过土壤抗蚀力极限的时候,地表物质在风力作用下会产生能量和物质分散过程,即土壤风蚀,特别是在干旱时期土壤温度较低、植被盖度较小、农田未受保护的情况下,风蚀灾害极为严重。农田防护林是控制风蚀的有效措施。大量的研究工作表明,紧密结构林带后风速变化比较陡急,而疏透结构和透风结构林带后风速的变化比较缓和;在林带后约5~10H(林带高度)距离内,紧密结构的林带比疏透结构的林带和透风结构的林带防风效能好,但远于此距离以外,则疏透结构林带显出较好的防风效能,而紧密结构的林带和透风结构的林带次之。一般来讲,林带疏透度在0.25~0.35为最适结构状态,具有不同疏透度的林带均在迎风面10H至背风面20H范围内产生明显作用,30H处风速可恢复到旷野水平。这充分表明了农田防护林在降低风速、防止土壤风蚀方面的效能。

在风蚀重灾区,由于侵蚀风速和风向的多变性,仅由单一树种组成的林带(网)则不能满足防护需要。为达到有效的防护目的,需要采用乔、灌、草相结合的方法,构建农田防护林综合体系,各种参数的设计和确定要根据土壤风蚀程度来计算。防护林带主要类型有:为保护作物不受害风和尘暴侵害的不同宽度和密度的农田防护林带;固定沙流、综合利用沙壤土地的沙丘地带状、格状林带;防止流沙对道路侵害的道路防护林带。

农田防护林对区域气候有明显的影响,并形成特有的防护林生态系统边界层,在中小尺度林网化地区,因林带对气流的阻滞作用,在大气边界层下层出现扰动边界层,其高度达100m以上,该层风速随高度满足对数分布规律,与旷野地区相比风速明显减小,有明显的区域性气候效应;在林网下层形成下边界层,其风速与旷野相比更进一步减小,在林带附近形成特有的防护林小气候,影响该层风速的因子有林带高度、带距、林带结构、带宽、地面粗糙及风向、风速等。

在农田生态系统中,作物生长发育过程受微气候环境影响。微气候是作物所处的环境变量的复合体,包括土壤环境、气候环境(温度、辐射、湿度和风等)。作物生产力最终受微气候因子对诸如光合作用、呼吸作用、蒸腾和物质运输等生理生态过程的影响。大量研究表明,农田林网可以改善生态环境,优化作物生长环境条件,对作物生长环境有明显影响。在农田防护林庇护下,苜蓿可增产100~200%,牧草的叶子质量也会明显提高,玉米产量提高6~8%,农田林网对改善作物生长环境效益显著。

在防护林带对农田土壤水分影响方面,由于防护林体系降低了土壤蒸发,使防护林体系内的土壤含水量在5~6月增加1.79~3.45%。同时,防护林还通过对冬季积雪分配来影响农田土壤的水分状况。特别是对早春土壤较为干旱的时候,融雪对土壤水分的补给起很大的作用。农田防护林对土壤养分的影响是防护作用过程中一个很关键的部分,由于林带对农田微环境的调节,必然会对土壤微生物的区系组成和活动产生积极的影响,并导致土壤特性、肥力和结构的改变。

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