坚守沙漠腹地,中国科学院新疆生地所莫索湾沙漠研究站

因地制宜持续探索(科技视点·跟随科研人员去治沙④)

(资料图片仅供参考)

莫索湾站科研人员在监测梭梭根系层不同深度的水盐变化。

宋春武摄

李生宇(右)给学生讲解如何使用辐射观测仪。

吴月辉摄

从乌鲁木齐出发,走乌奎高速—呼克公路—甘莫公路,一路向北,3个多小时车程后,可抵达古尔班通古特沙漠腹地,中国科学院新疆生态与地理研究所莫索湾沙漠研究站(以下简称莫索湾站)就建在这里。

60多年来,莫索湾站一代代科研人员坚守在此,在科学治沙、荒漠化防治上持续探索。

根据降水和土壤水分条件,保持防护效果好的天然植被

和记者同行前往莫索湾站的,是中国科学院新疆生地所莫索湾站站长李生宇和莫索湾站副站长宋春武。

路上,李生宇给记者讲起莫索湾站的历史。

1956年,中国科学院组建新疆综合考察队,开始对包括沙漠在内的新疆自然条件、自然资源进行全面考察,并在1960年设立莫索湾站。

莫索湾站是我国成立最早的野外观测站之一,也是中国科学院新疆生地所第一个沙漠研究站。据李生宇介绍,建站初期,莫索湾站以研究古尔班通古特沙漠自然演变趋势和沙漠化防治为主要方向。1979年后,重点开展对沙漠环境地面过程的观测和生物防沙措施研究。

车驶入莫索湾站区,道路旁的防护林郁郁葱葱。

“站区周围的林子日常由我们维护。”李生宇说,“站区内部分道路经过硬化改造,比过去好走多了。”

莫索湾站东、西、北三面环沙。“莫索湾站位于我国面积最大的固定、半固定沙漠,该区域生态较为脆弱,是天山北坡经济带的生态屏障的重要区段,地理位置非常重要。”李生宇说。

莫索湾站区主要包括三大区域,分别是生活区、集水造林区和荒漠保育区,后两个区域都位于站区北部。李生宇告诉记者,站区地处沙漠—绿洲过渡带,一边是绿洲,一边是荒漠区,站区本身就是绿洲防护屏障组成部分,可以阻挡来自西北方向的风沙。

记者跟随李生宇来到荒漠保育区。跟南边的满眼翠绿相比,这里是一片自然荒漠景观,一个个固定、半固定沙丘散布其中,沙丘高度从10米到20米不等。

爬上一个10多米高的沙丘,站在最高处放眼望去,沙丘和丘间地上长满了温带荒漠中重要的固沙植物——一簇一簇的梭梭,有白梭梭,也有梭梭柴。

“为何不在这里种乔木、建人工防护林?”记者问。

李生宇解释说,古尔班通古特沙漠年降水量为70—150毫米,而梭梭属植物依靠这些天然降水就可以维持生长。如果建成人工防护林(乔木)耗水量要大好多倍,仅靠天然降水远远不够。

“梭梭这些天然植被虽然看上去很稀疏,但在现有的降水和土壤水分条件下,维持这样的长势和植被盖度刚好,防护效果既好又持久。”李生宇说。

针对不同的自然条件,采取适宜的固沙造林技术措施

古尔班通古特沙漠降水集中在冬春季节,较好的降水条件为沙漠植物生长提供了条件,使其成为我国最大的固定、半固定沙漠。

“古尔班通古特沙漠固定、半固定的性质还得益于沙漠中广泛存在悬湿沙层。”宋春武说,古尔班通古特沙漠沙丘湿沙层为植物根系提供了良好的水分条件,让植物可以度过酷热干旱的夏季,“在这里进行人工造林固沙的关键,就在于营造适合植物生长的条件。”

针对古尔班通古特沙漠的特有条件,科研人员经过不断探索,开发了客沙、集水、秋灌、悬湿沙层4种固沙造林技术,进行了防沙治沙技术示范。

客沙造林,就是在沙丘湿沙层很薄的地段,将其临近地段的湿润沙土填到幼苗种植穴中。这样就可以补足苗木根层水分,提高苗木成活率,并支撑它们度过夏季。

“在这些地段,栽植苗木根系所在的50—60厘米处是干沙。你看,只需将下面的干沙翻上来,将搬来的湿沙填上,湿沙就‘易客为主’了。”李生宇一边说,一边拿过一把铁锹,给记者演示。

“被填到下面的湿沙,如果里面的水分很快被蒸发,会不会又变成干沙呢?”记者问。

“这个问题不用担心。”站在一旁的宋春武摆摆手,“沙层毛细管作用很弱,表面形成的干沙层可防止蒸发,所以不用担心水分很快被蒸发掉。植物成活后,根系向下发育,能延伸到更深处的湿沙层,持续生长。”

“由于沙子松软,挖坑换沙相对省力,非常有利于固沙植物生长。”李生宇说。

集水造林,则是利用壤漠渗透性差的特点,通过人工创造起伏地形,形成沟坡相间地表,使降雨和地表融化的雪水在重力作用下汇聚到低洼的沟底,保障在这里种植的苗木良好生长。

李生宇说:“栽植固沙植物,间距通常较大。地表微地形的集水作用非常明显,一般只需1—3毫米的降雨就能够形成地表径流。一个种植沟的集水坡面约20—50平方米,地表径流积聚后相当于降雨强度增加了数十倍。”

到了秋季,农业用水减少,科研人员就调剂部分河水用于治沙造林,这就是秋灌造林。

李生林告诉记者:“研究站还利用当地的年均100多毫米降水在沙丘中形成的悬湿沙层水分,研发了悬湿沙层造林技术。这项技术在古尔班通古特沙漠重大工程防风固沙中得到应用,防沙效果良好,生态效益显著。以100千米长的沙漠工程建设计算,采用植物固沙50年可节省防沙工程建设费用1800万元,节省清沙费用超过2亿元。”

在李生宇看来,科学治沙至少包括技术可靠、因地制宜、因害设防和建管结合四个方面。“要针对不同的自然条件,采取适宜的防沙治沙技术措施。要因地制宜、科学推广应用行之有效的治理模式。对于一些沙漠地区,可以宜荒则荒、适度保护。”

持续探索,在风沙运动机理和防沙治沙新技术上深入研究

风洞实验室是莫索湾站的一大特色。在前往莫索湾站之前,记者就多次听到科研人员提起。

风洞实验室位于站区南部的生活区内,占地面积大概300平方米。整个风洞长16.2米,横截面宽1.3米,高1米。

“这是目前新疆唯一一个风沙环境风洞,是开展风沙运动、沙丘形成演变模拟,以及风沙干扰下的植物生理、生态变化等方面研究的重要实验装置。”李生宇说,每年都有全国各地的科研人员来进行实验。

在风洞实验室,记者遇到了苗佳敏,她是新疆生地所在读博士生,这次来站里做实验已快1个月了。

“我正在做的实验是关于风速对土壤水分蒸发有何影响。”苗佳敏说。

“风洞给科研人员提供了一个模拟野外的环境。”苗佳敏告诉记者,不同的是,野外的很多条件是不可控的。“在风洞环境里,我们可以根据自己的实验需求,对实验条件进行精准控制。”

在进行风洞实验前,第一步是先做好实物模型。比如,公路沙害研究就要做公路路基的缩尺模型。

“现在我的沙盘模型就在风洞里面。”苗佳敏指着风洞对记者说,“我先设定了10分钟,吹10分钟以后会把沙盘取出来,通过称重测算它的土壤水分损失了多少,然后再把它放进去继续吹,然后再取出来看随时间有何变化。”

“风洞实验室这些重要的研究装备,条件可控,得到结果更快,便于理论研究和技术验证。”李生宇说。

近年来,通过项目合作、人员互访等形式,莫索湾站已与一些国家的科研机构建立了稳定的合作关系,与国际同行分享防沙治沙经验。

据李生宇介绍,未来,莫索湾站将继续探索,在风沙运动机理和防沙治沙新技术方面深入研究,特别是在绿洲防护林提质增效上下功夫,更好保障绿洲生态安全。

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