青藏鐵路工程與多年凍土的互相作用PPT課件

1、一、研究方法一、研究方法 凍土生態(tài)系統(tǒng)：凍土生態(tài)系統(tǒng)：在高寒環(huán)境和獨(dú)特冷生環(huán)境下形成并協(xié)同發(fā)展著的脆弱生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)是凍土區(qū)域生態(tài)環(huán)境最基本的單元，包括非生命生境體系（凍土、凍結(jié)層上地下水以及活動層土壤）和生命體系（植被）等。 生態(tài)系統(tǒng)可恢復(fù)性生態(tài)系統(tǒng)可恢復(fù)性：體現(xiàn)工程擾動場地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)程度與潛力。反映工程活動干擾生態(tài)系統(tǒng)的自組織結(jié)構(gòu)的抗干擾與恢復(fù)能力。第1頁/共26頁一、研究方法一、研究方法 生態(tài)樣方調(diào)查地球物理勘探遙感調(diào)查垂直 樣帶+ 平行 樣方四極電測深兩期 TM 遙影像對比生態(tài)指標(biāo)土壤環(huán)境指標(biāo)凍土環(huán)境指標(biāo)類型，覆蓋度，生物生產(chǎn)力組成結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分凍土上限、厚度、含冰量第2頁/

2、共26頁物探物探樣方調(diào)查:公布設(shè)17個(gè)樣帶，69個(gè)樣點(diǎn)遙感調(diào)查圍繞公路、鐵路分布區(qū)域開展線性綜合調(diào)查，時(shí)間：2002與2003年7-8月植被生長旺盛期第3頁/共26頁一、研究方法一、研究方法 生態(tài)指標(biāo)類比凍土環(huán)境指標(biāo)類比環(huán)境要素類比受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)程度與可能恢復(fù)潛力 ： IFSHHL)1 (0LrpSDSC空間代替時(shí)間第4頁/共26頁模型的說明I I表示頂級物種侵入指數(shù)，是天然原有建群優(yōu)勢物種種數(shù)與出現(xiàn)頻度的函數(shù)，H,HH,H0 0分別代表工程擾動場地與天然場地的 Shannon-Weiner指數(shù)；F F為相同地點(diǎn)工程擾動場地與天然場地植被覆蓋度差值。S SL L就是受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)程度與

3、恢復(fù)能力指標(biāo)；壤環(huán)境潛力用土壤綜合指數(shù)表示，綜合反映土壤結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分水平以及水分狀況， D D是凍土上限年平均深度的變化值。C Cp p就是恢復(fù)潛力指標(biāo)，無量剛。 IFSHHL)1 (0LrpSDSC第5頁/共26頁二、凍土生態(tài)要素間的相互關(guān)系二、凍土生態(tài)要素間的相互關(guān)系盡管存在地下水位埋深隨凍土上限深度增加而增加的微弱趨勢，但總體上并不具有明顯的依存關(guān)系，地下水位一般分布在高于凍土上限的相對穩(wěn)定的深度范圍。同樣凍土含冰類型或含冰量與地下水位埋深之間的關(guān)系不明確，含冰量大小并不影響地下水位深淺變化。 第6頁/共26頁青藏鐵路沿線凍結(jié)層上地下水夏季埋深多處于1.5-2.5m范圍內(nèi)，凍土作為其隔水底

4、板，其動態(tài)變化對上層地下水而言既是隔水層變化又是補(bǔ)給水源變化，使得凍結(jié)層上地下水動態(tài)更加復(fù)雜。相比凍土上限，多年凍土厚度與地下水位埋深之間相關(guān)性要好一些，較大厚度凍土區(qū)上層地下水位較淺。第7頁/共26頁 總體上凍土上限高的地帶具有較高的植被覆蓋度，青藏鐵路沿線高覆蓋植被一般分布在凍土上限小于3.5m的范圍內(nèi)，3-4m凍土上限內(nèi)植被分布復(fù)雜，高覆蓋與低覆蓋甚至嚴(yán)重退化植被類型都有分。 高含冰量凍土并不一定能孕育高覆蓋草地。 凍土厚度越大，植被覆蓋度越高；高覆蓋的高寒草甸或高寒沼澤草甸草地一般具有較厚的凍土層。上層地下水位與植被覆蓋度的關(guān)系比較復(fù)雜，覆蓋度小于70%的大部分高寒草原以及部分高寒草甸

5、草地地下水位分布波動較大，覆蓋度大于70%的大部分高寒草甸草地以及高寒沼澤草甸草地區(qū)地下水位埋深一般較淺。第8頁/共26頁二、凍土生態(tài)要素間的相互關(guān)系二、凍土生態(tài)要素間的相互關(guān)系y = 0.6362x3 - 6.6211x2 + 23.351x -23.822R2 = 0.40190510152025301357凍土上限/m粗粒含量/%表層土壤物質(zhì)中粒度大于0.5mm的物質(zhì)含量越大，凍土上限越深；換言之，凍土上限下降將使得表層土壤粗礪化；凍土含冰量與粒度小于0.01mm的粘土物質(zhì)含量之間成反比關(guān)系，而與粒度在0.25-0.05mm的細(xì)砂物質(zhì)含量之間呈正比。 第9頁/共26頁凍土上限與土壤養(yǎng)分要

6、素之間具有明顯的關(guān)系，一般地，土壤有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量隨凍土上限深度增加而減少。這是凍土環(huán)境對活動層土壤環(huán)境影響的重要環(huán)節(jié)，并由此影響著凍土生態(tài)系統(tǒng)。凍土與土壤養(yǎng)分含量的關(guān)系：第10頁/共26頁三、人類工程活動對凍土生態(tài)系三、人類工程活動對凍土生態(tài)系統(tǒng)的影響統(tǒng)的影響 草地植被群落類型 草地類型與主要構(gòu)成植被類型 草地植被群落結(jié)構(gòu)與覆蓋度 主要優(yōu)勢物種、主要伴生種，群落覆蓋度 草地生物生產(chǎn)力 群落樣方內(nèi)植物地上生產(chǎn)量第11頁/共26頁地點(diǎn)與地點(diǎn)與高程高程自然狀態(tài)下的基本特征自然狀態(tài)下的基本特征工程干擾工程干擾20年后的基本特征年后的基本特征生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)類型類型主要群落主要群落類型類型優(yōu)勢種與

7、主要伴優(yōu)勢種與主要伴生種生種總蓋總蓋度度%生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)類型類型主要主要群落群落類型類型優(yōu)勢種與主要伴生優(yōu)勢種與主要伴生種種總蓋度總蓋度%昆侖山昆侖山南坡南坡扇穗茅草扇穗茅草原原扇穗茅扇穗茅+青藏苔草青藏苔草扇穗茅、青藏苔扇穗茅、青藏苔草、雪靈芝、沙草、雪靈芝、沙生風(fēng)毛菊生風(fēng)毛菊21.6堿茅堿茅草原草原堿茅堿茅+早熟早熟禾禾堿茅、早熟禾堿茅、早熟禾鐮形棘豆、青藏苔鐮形棘豆、青藏苔草草3.2不凍泉不凍泉扇穗茅草扇穗茅草原原扇穗茅扇穗茅+青藏苔草青藏苔草扇穗茅、青藏苔扇穗茅、青藏苔草、鐮形棘豆草、鐮形棘豆18青藏青藏苔草苔草草原草原青藏青藏苔草苔草+黃芪黃芪黃芪、青藏苔草黃芪、青藏苔草駝絨黎駝絨

8、黎566道班道班青藏苔草青藏苔草草原草原青藏苔草青藏苔草+粗壯嵩粗壯嵩草草青藏苔草、粗壯青藏苔草、粗壯嵩草、沙生風(fēng)毛嵩草、沙生風(fēng)毛菊菊26堿茅堿茅草原草原堿茅堿茅+扇穗扇穗茅茅堿茅、扇穗茅堿茅、扇穗茅棘豆棘豆4清水河清水河紫花針茅紫花針茅草原草原紫花針茅紫花針茅+青藏苔青藏苔草草紫花針茅、青藏紫花針茅、青藏苔草、大花嵩草苔草、大花嵩草30青藏青藏苔草苔草草原草原青藏青藏苔草苔草+鵝觀鵝觀草禾草禾青藏苔草青藏苔草鵝觀草鵝觀草早熟禾早熟禾4烏麗盆烏麗盆地地紫花針茅紫花針茅草原草原紫花針茅紫花針茅紫花針茅、火絨紫花針茅、火絨草、二裂委陵菜草、二裂委陵菜沙生風(fēng)毛菊沙生風(fēng)毛菊61紫花紫花針茅針茅草原草原

9、紫花紫花針茅針茅+青藏青藏苔草苔草紫花針茅、青藏苔紫花針茅、青藏苔草、賴草、亞菊草、賴草、亞菊6高寒草原草地植被群落類型、結(jié)構(gòu)以及覆蓋度變化第12頁/共26頁地點(diǎn)與地點(diǎn)與高程高程自然狀態(tài)下的基本特征自然狀態(tài)下的基本特征工程干擾工程干擾20年后的基本特征年后的基本特征生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)類型類型主要群落主要群落類型類型優(yōu)勢種與主要優(yōu)勢種與主要伴生種伴生種總蓋總蓋度度%生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)類型類型主要群落主要群落類型類型優(yōu)勢種與主要優(yōu)勢種與主要伴生種伴生種總蓋度總蓋度%五道梁五道梁4639m高山嵩草高山嵩草草甸草甸高山嵩草高山嵩草+青藏苔青藏苔草草高山嵩草、青高山嵩草、青藏苔草、火絨藏苔草、火絨草、小葉棘

10、豆、草、小葉棘豆、早熟禾早熟禾84早熟禾早熟禾+扇穗茅草扇穗茅草原原早熟禾早熟禾+扇穗茅扇穗茅+雪靈芝雪靈芝 扇穗茅、早熟扇穗茅、早熟禾禾墊狀點(diǎn)地梅墊狀點(diǎn)地梅雪靈芝雪靈芝10風(fēng)火山風(fēng)火山4790m矮嵩草草矮嵩草草甸甸矮嵩草矮嵩草+高山嵩草高山嵩草+珠芽蓼珠芽蓼矮嵩草、高山矮嵩草、高山嵩草、珠芽蓼嵩草、珠芽蓼蘭花棘豆、早蘭花棘豆、早熟禾、火絨草熟禾、火絨草78早熟禾草早熟禾草原原早熟禾早熟禾+羊茅羊茅+火火絨草絨草早熟禾羊茅、早熟禾羊茅、火絨草、紫菀火絨草、紫菀40溫泉溫泉4874 m高山嵩草高山嵩草草甸草甸高山嵩草高山嵩草+火絨草火絨草高山嵩草高山嵩草火絨草墊狀點(diǎn)火絨草墊狀點(diǎn)地梅、黃芪、地梅、

11、黃芪、針茅針茅58垂穗披肩垂穗披肩草草原化草草原化草甸草甸垂穗披肩垂穗披肩草草+毛葉毛葉棘豆棘豆垂穗披肩草垂穗披肩草毛葉棘豆、早毛葉棘豆、早熟禾、羊茅熟禾、羊茅4開心嶺開心嶺4772m藏嵩草沼藏嵩草沼澤草甸澤草甸藏嵩草藏嵩草+矮嵩草矮嵩草+苔草苔草藏嵩草、矮嵩藏嵩草、矮嵩草苔草、高山草苔草、高山嵩草、早熟禾嵩草、早熟禾92早熟禾草早熟禾草原化草甸原化草甸早熟禾早熟禾+西伯利亞西伯利亞蓼蓼早熟禾、西伯早熟禾、西伯利亞蓼、火絨利亞蓼、火絨草草28高寒草甸草地植被群落類型、結(jié)構(gòu)以及覆蓋度變化第13頁/共26頁高寒草原系統(tǒng)高寒草原系統(tǒng)高寒草甸系統(tǒng)高寒草甸系統(tǒng)沙化草地生態(tài)系統(tǒng)沙化草地生態(tài)系統(tǒng)地點(diǎn)地點(diǎn)自然

12、狀自然狀態(tài)態(tài)干擾跡干擾跡地地地點(diǎn)地點(diǎn)自然狀態(tài)自然狀態(tài)干擾跡干擾跡地地地點(diǎn)地點(diǎn)沙化沙化前前沙化沙化后后66道班道班14.69.3五道梁五道梁33.414.5五道梁五道梁33.421.8清水河清水河18.311.1風(fēng)火山風(fēng)火山31.018.6烏麗盆地北烏麗盆地北15.022.8楚瑪爾河楚瑪爾河14.712.8溫泉溫泉33.911.4楚瑪爾河谷楚瑪爾河谷12.514.4烏麗盆地烏麗盆地22.110.6開心嶺開心嶺41.730.6沱沱河沱沱河16.521.6草地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力變化不同生態(tài)系統(tǒng)地上生物量變化（單位：g；樣方面積：25cm25cm） 第14頁/共26頁三、人類工程活動對凍土生態(tài)系三、人類工

13、程活動對凍土生態(tài)系統(tǒng)的影響統(tǒng)的影響樣方中物種平均多度M，一個(gè)樣點(diǎn)所測樣方中所有物種個(gè)體總數(shù)的平均值； Shannon-Weiner指數(shù) iiPPHln Pielou均勻度指數(shù))1 ()(12SipJsiSPPJiiswln/ )ln( Whittacker 指數(shù)(ws) ws=S/ma-1第15頁/共26頁指數(shù)指數(shù)昆侖山南坡昆侖山南坡清水河清水河烏麗烏麗不凍泉不凍泉未干擾未干擾干擾跡干擾跡地地未干擾未干擾干擾跡干擾跡地地未干擾未干擾干擾跡干擾跡地地未干擾未干擾干擾跡干擾跡地地H1.2241.2240.61260.61261.23251.23251.2421.2420.59840.59840.7

14、0680.70681.7781.7780.5960.596Jsw0.41580.41580.20810.20810.41860.41860.4220.4220.24950.24950.29470.29470.6040.6040.2020.202Jsi0.37640.37640.68490.68490.11960.11960.3540.3540.78610.78610.64970.64970.17990.17990.6520.652M20.820.87.87.831.231.214.414.4222213.613.627.827.85.45.4 第16頁/共26頁指數(shù)指數(shù)五道梁五道梁風(fēng)火山風(fēng)火山

15、溫泉溫泉開心嶺開心嶺未干擾未干擾干擾跡干擾跡地地未干擾未干擾干擾跡干擾跡地地未干擾未干擾干擾跡干擾跡地地未干擾未干擾干擾跡干擾跡地地H1.5551.5551.0291.0291.9051.9050.37890.37891.49241.49240.41580.41582.1062.1061.0591.059Jsw0.5280.5280.3790.3790.7220.7220.37890.37890.65220.65220.31120.31120.8480.8480.3680.368Jsi0.2340.2340.2510.2510.19760.19760.52980.52980.18260.182

16、60.23540.23540.28160.28160.7720.772M52.552.520.220.235.635.66.026.0241417.27.278.278.225.625.6第17頁/共26頁植物群落的多樣性可用于分析不同生境梯度間物種的替代程度，或物種周轉(zhuǎn)速率、物種替代速率和生物變化速率，可以直觀地反映不同群落間物種組成的差異和生境的變化程度 取樣面積(m2)樣方數(shù)高寒草原樣方數(shù)高寒草甸原生群落恢復(fù)群落原生群落恢復(fù)群落1164.040.39.480.750.75163.890.40.47.870.30.34163.040.10.15.980.510.51163.060.30.3

17、5.190.50.5842.520.20.24.420.320.3242.760.10.13.830.20.21642.310.20.24.060.230.2342.440.10.13.200.40.4群落的多樣性指數(shù) 第18頁/共26頁三、人類工程活動對凍土生態(tài)系三、人類工程活動對凍土生態(tài)系統(tǒng)的影響統(tǒng)的影響 高寒草原01020304050烏麗清水楚河昆侖 66道班粒度（%）0510152025粒度（%）A1A2B1B2高寒草甸01020304050可可西里溫泉五道梁風(fēng)火山粒度（%）010203040506070粒度（%）A1A2B1B2土壤結(jié)構(gòu)變化 A, 粒度0.5mm的粗砂及礫石含量 ;B

18、, 粒度小于0.05 mm 的細(xì)粒物質(zhì)含量 第19頁/共26頁烏麗烏麗清水清水楚瑪爾楚瑪爾河河昆侖昆侖6666道班道班可可西可可西里里溫泉溫泉五道梁五道梁未干擾未干擾107.74107.7488.1388.13104.15104.1554.8154.8188.0888.0857.357.328.5428.5496.8796.87擾動擾動68.4168.4179.4979.4962.3962.3952.6452.6454.4954.4948.448.418.518.595.195.1減少減少%36.536.59.89.840.140.13.963.9638.1338.1315.5315.5335

19、.1835.181.831.83土壤表層0.1-0.05mm粒徑物質(zhì)含量變化 無論高寒草原還是高寒草甸，其土壤表層結(jié)構(gòu)在工程擾動前后的顯著變化是粗礪化，粗砂及礫石含量顯著增加，但細(xì)粒物質(zhì)（粒度小于0.05 mm）含量沒有明顯變化規(guī)律，尤其對寒凍雛形土壤幾乎沒有變化。分析粒度介于0.1-0.05mm之間的物質(zhì)組成變化，可以發(fā)現(xiàn)，無論高寒草原還是高寒草甸，在受到工程干擾后其表層土壤中的細(xì)砂及粗粉砂類物質(zhì)含量均不同程度減少，遞減幅度在1.83-40.1%左右。 第20頁/共26頁024681012烏麗楚瑪河清水河不凍泉二道溝昆侖山有機(jī)質(zhì)含量（g/kg)未干擾干擾跡地00.10.20.30.40.50

20、.60.70.8烏麗楚瑪河清水河不凍泉二道溝昆侖山全氮（g/kg)未干擾干擾跡地在工程強(qiáng)烈擾動后，經(jīng)過20余年的自然恢復(fù)，高寒草原干擾跡地土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮含量顯著低于未干擾草原土壤，有機(jī)質(zhì)含量平均減少61.65%，最高減少幅度可達(dá)93.1%；全氮含量減少52.51%，最高減少幅度可達(dá)89.2%；同時(shí)，干擾跡地土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量具有明顯的空間分布的相依性，有機(jī)質(zhì)含量高（低）的區(qū)域，全氮含量也高（低）。盡管高寒草原干擾跡地土壤有機(jī)質(zhì)與全氮含量明顯低于未干擾草原土壤，但大部分地區(qū)其表層土壤現(xiàn)狀平均的有機(jī)質(zhì)含量在2.0g/kg以上，全氮含量在0.2 g/kg以上，與干旱區(qū)主要草原土壤相當(dāng)，其中在烏麗、不凍泉以及昆侖山南坡等地帶，有機(jī)質(zhì)與全氮含量高達(dá)4.0 g/kg和0.3 g/kg以上，接近未干擾自然寒凍干旱土壤的養(yǎng)分水平。 高寒草原土壤養(yǎng)分含量變化第21頁/共26頁010203040506070風(fēng)火山1風(fēng)火山2溫泉可可西里開心嶺五道梁有機(jī)質(zhì)（g/kg)未干擾干擾跡地00.511.522.533.5風(fēng)火山1風(fēng)火山2溫泉可可西里 開心嶺五道梁全氮（g/kg)未干擾干擾跡地高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)土壤在工程擾動后，其養(yǎng)分含量顯著減少，生境條件惡化。干擾跡地土壤有機(jī)質(zhì)平均比未干擾寒凍雛形土壤少55.7%，全氮含