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《地理课程标准》明确指出:“以某区域为例,分析区域生态环境建设、区域自然资源综合开发利用、区域经济发展、区际联系和区域协调发展等教学内容与标准要求。”因此,教师在教学中应该从专题教学思维入手,让学生在综合性思维中得到锻炼,才能很好地面对以后的考试。由于高中地理分为自然地理与人文地理两大知识板块。因此,专题教学要按照“源于教材,而不拘泥于教材”的原则,有机地联系高中甚至初中的地理知识与基本能力,这就是地理学科的专题综合性特点。
在鲁教版高中必修3“区域可持续发展”中,根据教学知识相似性,有必要把这六大知识点分为以下三大类:“荒漠化的危害与治理”单独归为自然灾害与治理类;“湿地资源的开发与保护”“流域综合治理与开发”可以归为河流水域区域综合开发类;“区域农业的可持续发展”“矿产资源的合理开发与区域可持续发展”“区域工业化与城市化进程”归为区域经济发展类。通过以上对“区域可持续发展”的重新整合,专题教学知识点因而也需要结合相关试题重新整合,其整合步骤与具体复习策略分述如下:
1.自然灾害与治理类。自然灾害与治理类的学习目标主要是对荒漠化具有感性的、初步的认识,能够描述荒漠化的基本特征,可以我国西北地区为例说明荒漠化形成的原因。在荒漠化的危害与防治方面熟记荒漠化的形成原理和荒漠化的危害,提出防治的措施,学会分析和解决一些简单的实际问题。一个区域所存在的环境与发展问题,常常与森林、草场、水资源等开发利用过程中所存在的问题是密切相关的。2013年江苏高考地理卷第30题是有关环境保护考题,我国沙尘暴天气影响我国西北甚至华北地区,属于自然灾害与治理类专题知识点的考查内容。
因此,学生首先要知道荒漠化的基本特征,知道荒漠化形成的原因及危害,懂得治理荒漠化的措施等等内容。比如设法恢复地表植被,如退耕还林、退耕还草。然后在分析区域存在的环境与发展问题时,要指出诸如水土流失、荒漠化等问题,既有自然原因,又有人为原因,我们更重视人为原因。不同的区域原因不同,综合治理保护措施也因地而异。
2.河流水域区域综合开发类。河流水域区域综合开发类的学习目标主要是对河流湿地概念及流域空间分布的理解与掌握,并能够描述河流湿地、河流流域作用,举例说明河流湿地资源、河流流域治理问题,通过其成因、发展变化规律,分析流域湿地开发的条件,识记该流域开发建设的基本内容,以及综合治理的对策等。2013年江苏高考地理考卷第23~24道题,有关云南昆明滇池周边水域的调水工程就属于河流水域区域综合开发类专题知识点的考查。
因此,学生要根据区域自然地理与人文地理特征、分布和成因进行综合学习,以提高各种地理技能,增强区域地理学习的有效性。同时,还要运用有关方法获取地理信息,联系所学地理知识,学会解释、分析、解决具体地理问题。在以某河流为例说明流域开发建设和综合治理时,要适当了解其他河流开发建设和综合治理的情况,以作比较,这有助于更好地认识关于流域开发建设和综合治理的问题,并确立具体问题具体分析的辩证观念。
3.区域经济发展类。区域经济发展类的学习目标主要是对区域的农业资源或者区域矿产资源的可持续发展予以探讨,进而推到区域城市工业化与城市化进程问题。因此,学生要学会分析区域农业生产的条件或者分析传统工业区的繁荣与衰落的原因;要学会从文字和地理图表中提取相关地理信息,根据区域发展中存在的状况提出解决问题的措施;还要联系所学地理基本原理,用于分析、解决其他区域的同类农业与矿产资源的可持续发展问题。2013年江苏高考地理考卷第21~22道题,就是有关我国玉米主产区分布的题目,与第29道题有关的北美五大湖地区就属于区域经济发展类专题知识点的考查。
【关键词】水土保持 荒漠化 3S技术 防治作用
目前,我国环境由于遭到破坏,导致我国生态资源出现紧缺的现象,环境问题已经严重影响了我国社会经济的发展。伴随我国水土流失和荒漠化的范围不断扩大,3S技术的正确运用能够有效防治水土流失以及荒漠化的问题,这也是解决我国生态问题的主要途径。3S技术主要是指遥感技术、地理环境系统以及定位系统,地理环境技术可以成为分析区域空间数据的重要工具,定位系统能够对环境监测进行准确、及时的定位,遥感技术能够为环境监测与调节提供更多的信息资源。将3S技术合理的应用到水土保持与荒漠化的防治当中,可以建立健全监测网络,实现水土流失以及荒漠化的实时管理。
1 3S技术的概述
3S技术具体包括遥感技术、全球定位技术以及地理信息技术,伴随3S技术的快速发展和深入,遥感技术、全球定位技术以及地理信息技术之间进行不断融合,从而实现3S技术的整体效果。遥感技术具有综合性的技术特点,能够有效搜集地表层的具体信息,此外,遥感技术还能够处理摄影、传送、扫描等工作信息,有效对环境信息进行准确预测,我国现阶段在资源调查以及环境监测工作中通常采用遥感技术[1]。地理信息技术是一种计算机的应用软件,能够有效管理相关地理信息,并且对地理信息进行详细的分类等,还能够对其进行重新分析和组合。全球定位系统主要是通过卫星实行全方位的定位,我国现阶段的野外监测以及土地考察等全部使用全球定位系统。
2 水土流失与荒漠化的概述
水土流失实际上指的是人类对土地环境的无节制利用,尤其是对我国水资源和土地资源的不合理开发,从而导致土壤的地表覆盖物受到人为破坏,土壤遭到破坏的同时致使土质养分流失,最终将会出现岩石的现象,水土流失具体可分为重力侵蚀、水力侵蚀以及风力侵蚀三种现象。水土流失是在自然情况下发生的一个极其缓慢的过程,并且能够与土壤环境处于一个平衡状态,但是由于我国人类生产的活动逐渐增多,对地表环境造成了严重破坏的同时,加快了水土流失的速度,致使我国环境资源遭到严重破坏。
荒漠化的治理主要是针对于我国防风固沙的工作,荒漠化主要是指我国干旱地区出现半干旱、干旱的土地资源退化等现象,这类现象的主要成因在于当地环境出现变异,人类不节制的开采活动所导致,荒漠化是其主要的表现形式[2]。此外,非荒漠化的环境逐渐向荒漠化的环境转变是其另外一种表现形式,伴随我国荒漠化进程的不断加快,导致我国大部分地区水土流失现象较为严重,荒漠化直接对当地的土壤资源造成一定的影响,致使当地土壤生产力大幅度下降,甚至对当地周围环境造成严重的污染,在一定程度上阻碍了当地经济的快速发展,影响了当地人民的生活水平和质量。
3 3S技术在水土保持和荒漠化的具体防治运用
3.1 遥感技术的防治运用
我国在未应用遥感技术前,实地调查是开展水土保持和荒漠化防治的主要手段,在具体应用遥感技术后,有关部门通过科学的监测手段来开展防治工作,从本质来看,遥感技术的监测功能与实地调查是相等的。遥感技术在具体应用过程中,需要采用遥感影像的复合技术,对具体监测时的准确度大幅提高。对于不同类型的土地来说,其所具有的地理环境以及植物也大不相同,复合技术可以针对不同土壤类型,形成完整的光谱变化图,经过专业人员的比对和分析,可以有效保证其准确度[3]。与此同时,通过遥感技术的监测手段,最终可以形成科学的防治图像,以用来指导防治工作的具体展开。
3.2 地理信息系统的防治运用
地理信息系统发源于20世纪,属于一种新型的监测技术,在此系统中,拥有一个完善而又具体的地理信息数据库,为该监测系统提供了技术保障和数据支持,利用其独特的监测系统对地理信息数据进行分析时,可以为地理环境研究提供科学的技术保障。在地理信息系统的具体应用中,具有以下三个特点:其一,具备采集、存储以及分析功能;其二,在具体分析数据时,采用独特的地理模型,可以对实时动态进行分析,可以为地理研究提供科学的技术依据;其三,在进行地理信息分析时,将由先进的科学设备进行数据分析,使人工无法完成的工作得以实现。在水土保持以及荒漠化的防治工作中,通过应用地理信息系统,可以获得准确的数据信息,与此同时,地理信息系统可以有效的完善在防治过程中存在的漏洞,保证了防治工作的顺利展开。
3.3 全球定位系统防治运用
RTK技术也是全球定位系统的一种,可以有效反映出土地利用的具体情况,并得出相关的土地现状图。相关工作人员根据全球定位系统将具体的施工工作完成,保证了水土保持工作的顺利展开。水土流失具体分为两种情况:自然流失和人为流失。相关工作人员通过利用全球定位系统,能够有效对水土流失情况进行实时监测[4]。此外,还可以对水土保持的实际情况进行有效监管。通过全球定位系统的实际应用,可以有效保证水土监测工作的科学性,实现了水土保持和荒漠化的防治工作。
4 结语
水土保持以及荒漠化的防治是我国需要重视的一项长期工作,我国当前的治理效果并不明显,但是依然需要继续治理下去,只有这样才能有效改善我国的空气环境和质量。从实际情况来看,我国在具体的防治工作中,必须依托于专业的工作人员和先进的科学设备,其中3S技术的实时监测为水土保持和荒漠化的治理工作打开了全新的局面,通过3S技术的具体应用,建立了科学的监测系统网络,为水土保持和荒漠化的防治工作带来了科学的技术保证。
参考文献:
[1] 申贵旭.3S技术在水土保持与荒漠化防治中的主要应用[J].赤峰学院学报(自然科学版),2015(06).
[2] 薛月园,周俊.3S技术在水土保持与荒漠化防治中的应用[J].现代园艺,2015(08).
《联合国防治荒漠化公约》是一个保护全球土地资源的多边环境协议,核心是各国政府、地方公众和民间组织合作制定国家和次区域/区域的行动方案,以及通过这些方案实现履约。20年来,履约工作取得了一定的成绩,但由于发展中国家资金、技术和能力的短缺,以及管理机制等方面存在的问题,履约工作困难重重,全球土地资源仍在继续丧失,荒漠化仍在继续发展。
全球有四分之一的土地受到荒漠化威胁,超过2亿500万人遭受着荒漠化的直接影响,同时,由于耕地和牧场变得贫瘠,使得100多个国家超过10亿人的生计处于危险境地。为此,在联合国主持下,开始了缔结一项防治荒漠化法律文书的谈判,于1994年6月17日在法国巴黎外交大会通过了《联合国关于在发生严重干旱/或荒漠化的国家(特别是非洲)防治荒漠化公约》 (简称《联合国防治荒漠化公约》,本文以下简称《公约》)。《公约》于1996年 12月26日生效。这是发展中国家推动下缔结的一个保护全球土地资源的多边环境协议,是1992年联合国环发大会《21世纪议程》框架下的三个称为“里约公约”的重要多边环境协议之一。《公约》现有195个缔约方,秘书处设在德国波恩,由联合国管理。中国于1994年10月14日签署该公约,并于1997年2月18日交存批准书。
《公约》于 1997年5月9日对中国生效。
公约主要内容
《公约》的目标是在发生严重干旱/或荒漠化的国家,特别是非洲防治荒漠化和缓解干旱影响,在各级采取有效措施,并在符合《21世纪议程》精神的基础上建立国际合作和伙伴关系,协助受影响地区实现可持续发展。实现这一目标必须执行一项长期的综合战略,同时在所影响地区重点提高土地生产率,恢复、保护并以可持续的方式管理土地和水资源,从而改善特别是社区一级的生活条件。
《公约》认识到荒漠化的物理、生物和社会经济方面,认识到改变技术转让的方向使其向需求推动方向转变的重要性,以及认识到地方公众参与防治荒漠化的重要性。它的核心是各国政府与捐助国、地方公众和民间组织合作制定国家和次区域/区域的行动方案,以及通过这些行动方案来履行公约。这些行动方案是为了在国家一级解决荒漠化和干旱的根本原因,并寻找出预防和改变荒漠化的措施。国家方案还要有次区域或区域的方案加以补充,特别是在涉及跨境资源,譬如湖泊和河流的时候。《公约》还有五个关于非洲、亚洲、拉丁美洲和加勒比海地区、北地中海地区和中东欧地区的区域实施行动方案的附件。
《公约》的最高决策机构是缔约方大会。全球环境基金是公约的资金机制。缔约方大会下有一个辅助机构,叫“全球机制”(Global Mechanism)。“全球机制”是《公约》建立的一个为了帮助缔约方大会促进实施公约有关活动和方案进行集资的机制。缔约方大会下还有两个附属机构:科学技术委员会和履约审查委员会。科学技术委员会为缔约方大会提供科学技术方面的建议和信息,履约审查委员会负责审查履约情况,并提出进一步履约的建议。
缔约方大会
缔约方大会是《公约》的最高决策机构,从1997年至2001年,每年举行一次会议,从2001年来,缔约方大会每两年开一次会议。缔约方大会负责审议各缔约方递交的关于如何实施在《公约》下作出的承诺的报告,然后在这些报告的基础上作出决定。它也有权对《公约》做出修改或者通过新的附件。
到2014年,《公约》共召开了12次缔约方大会。下面对最后4次大会的情况作一介绍。
《公约》第8次缔约方大会于2007年9月3日至14日在西班牙首都马德里议会大厦召开。会议开始时进展顺利,各国纷纷表示支持新起草的实施该公约的《实施公约10年战略计划和框架》(2008-2018)(简称《10年战略计划》)。
大会通过了29项决定,其中5项是与审议公约执行情况委员会有关,8项与科学技术委员会有关。代表们对通过的《10年战略计划》特别重视,因为该决定使他们看到了将重点放在实施《公约》上的希望。关于国家报告和科学技术委员会等决定是对《公约》的实施机制的改革,也将进一步推动《公约》的实施。
9月14日,是会议的最后一天,首先通过了一系列决定,但关于秘书处预算的决定一直达不成协议。会议开到第二天清晨,由于日本的反对,这项决定最后没有得到通过。在无可奈何的情况下,主席宣布,大会决定当年联大期间在纽约召开一次《公约》缔约方特别会议,讨论这个决定。
同年11月26日在纽约联合国总部召开了《荒漠化公约》第1次缔约方特别会议,并通过了如下决定:《荒漠化公约》秘书处2008-2009年两年预算以欧元计算增长4%,其中2.8%的增长将由各成员国按比例分担,而第8次缔约方大会的主办国西班牙以自愿捐款方式承担其余的1.2%。这个决定可以勉强维持《公约》秘书处的运转,但扣除物价上涨等因素,批准的经费用来发工资后已所剩无几,很难有效地组织实施《公约》的活动。《公约》的实施将继续面临许多的困难。
《公约》第9 次缔约方大会于2 0 0 9 年9 月2 1 日至1 0 月2 日在阿根廷布宜诺斯艾利斯举行。这是2 0 0 7年通过《实施公约1 0 年战略计划和框架》后的首次缔约方大会。
这次大会在下列问题上进行了讨论并通过了相关决定: 审议公约执行情况委员会、科学技术委员会、“全球机制”和秘书处四年工作计划和两年工作方案;“全球机制”和秘书处;联合国联合调查处(Joint InspectionUn i t)对“全球机制”的评估;科学技术委员会的运转;地区协调机制的安排;通讯战略,以及方案和预算。
这次会议取得了一些积极的成果,包括通过了方案和预算的决定,使《公约》的预算略有增加;决定制订用于确定全球土地退化程度的影响指标(impactindicators)和评估防治荒漠化活动开展程度的绩效指标(performance indicators);决定审议公约执行情况委员会成为缔约方大会的一个长期附属机构;决定建立区域协调机制(regional coordinationmechanism)。在“全球机制”问题上,缔约方大会没有取得一致意见。
《公约》第10次缔约方大会于2011年10月10日至21日在韩国昌原举行。会议通过了40项决定,其中一项是决定将“全球机制”的管辖权由国际农业发展基金移交给《公约》秘书处,从而解决了一个长期存在影响《公约》执行的问题。大会还通过了要求《公约》执行秘书积极筹备和参加2012年召开的联合国可持续发展大会。通过的关于预算的决定将秘书处的预算保持在原有的水平。
《公约》第11次缔约方大会于2013年9月16日至27日在纳米比亚温得和克举行。大会通过了41项决定。大会决定建立一个科学政策工作组(science PolicyInterface, SPI)。工作组由科技委员会主席团成员和15名来自不同区域相关领域的科学家组成,目的是对与荒漠化、土地退化和干旱有关的会议或网络产生的信息进行分析,并提出科学结论和建议;大会通过了关于科学知识交流网站(ScientificKnowledge Brokering Portal, SKBP)的决定。网站目的是促进在荒漠化、土地退化和干旱领域科学知识的管理,包括传统知识、最佳实用技术和成功经验。决定要求秘书处与其他组织加强合作,做好这个网站。代表们希望,通过上述两项措施使《公约》成为全球在荒漠化、土地退化和干旱方面科学知识的权威。
大会决定将“全球机制”搬到波恩,和《公约》秘书处在一起办公,由秘书处管理,同时在罗马保留一个联络办公室。关于预算,大会决定保持零增长。
履约状况
20年来,《公约》在艰难中前进。许多缔约国建立了履行《公约》的国家机构,制订了有关法律法规。按照《公约》的要求,许多国家制订了国家行动方案,非洲、亚洲、拉丁美洲和加勒比海地区、北地中海地区和中东欧地区还制订了区域行动方案。在这些国家和次区域/区域行动方案的框架下,开展了一些合作活动,例如在全球和地区范围内举行了一些讨论会和经验交流会,在一定程度上推动了全球荒漠化的治理。
但是,《公约》的履行一直存在着严重的困难。
资金问题
《公约》的实施,资金一直是最大的障碍。 《公约》规定,发达国家缔约方应向发展中国家缔约方提供实质性资金资源和其他形式的资助,缔约方大会决定全球环境基金是《公约》的资金机制。由于荒漠化主要发生在发展中国家,荒漠化本身是一个国家和地区问题,发达国家对此一直没有像对气候变化等其他全球环境问题那么重视,也不愿意拿出足够的资金来帮助发展中国家。历年来,全球环境基金提供给它的活动和方案的资金一直较少。
这个公约一直被称为三个“里约公约”中的穷妹妹。此外,在每次缔约方大会上,预算,包括中期和长期的预算,也是争论的焦点。日本等国家一直反对给《公约》秘书处增加预算,发展中国家一直支持增加预算。在每次缔约方大会上,关于预算的决定总是最难通过的。第8次缔约方大会最后一天的会议开到第二天早晨,关于预算的决定还是没有通过。其他缔约方大会也往往要开到第二天上午,最后达成预算零增长或略有增加的妥协决定。即使是后者,增加的水平还往往不足以抵消物价上涨、欧元美元兑换率变化以及秘书处和“全球机制”职员工资增加造成的预算增加。所以,多年来《公约》的实施困难重重,进展缓慢。《公约》秘书处有限的一点经费,只能用作行政开支,很难还有经费用来支持发展中国家开展实质性的履约活动。
“全球机制”
“全球机制”是帮助缔约方大会促进实施公约有关活动和方案进行集资的机制。长期以来,“全球机制”和《公约》秘书处存在着很大的矛盾。“全球机制”单独集资,单独开展活动,与秘书处有很多重复。两机构的矛盾影响了《公约》的履行。发展中国家一直主张将“全球机制”并入秘书处,以提高《公约》的效率和效益,但遭到发达国家的反对。在多次缔约方大会上,双方在这个问题上一直争论不休,没有达成协议。第10次缔约方大会在这个问题上有了突破。大会决定将“全球机制”的管辖权由国际农业发展基金移交给《公约》秘书处,第11次缔约方大会又决定将“全球机制”办公室搬到波恩,与公约秘书处一起办公,并由公约秘书处管理。这个多年未决的问题总算得到了解决。
区域协调机制
关于在区域一级是否要建立机构的问题,也一直是缔约方大会争论的一个焦点。长期以来,在地区没有正式《公约》的派出机构,只在一些地区设有一个区域协调员,有的还有一二个项目官员。由于人手少,资金缺乏,很难发挥大的作用。在历次《公约》缔约方大会上,发展中国家主张在各区域设立地区办事处,而发达国家因为担心增加预算而反对。在第9次缔约方大会上,双方达成妥协,决定在非洲、亚洲、拉丁美洲和加勒比海地区、北地中海地区和中东欧地区建立区域协调机制(The regional coordinationmechanisms),由秘书处和“全球机制”分别派员组成,负责所在区域《公约》实施的协调。根据这个决定,在各区域建立了区域协调处,成员编制分属秘书处和“全球机制”。这是一个积极的进展。虽然机构是有了,但经费没有增加,《公约》在地区一级的实施还会有很多困难。
荒漠化不但破坏土地资源,使其丧失生产力,使那里的人民失去生计,而且加剧全球气候变暖,破坏生物多样性,是一个重大的全球环境问题。由于资金短缺等原因,《防治荒漠化公约》履约困难重重,荒漠化治理成效甚微,全球土地资源仍在继续丧失,荒漠化仍在继续发展。
根据联合国组织的“2005年生态系统评估”,全球4%的碳排放是由于干旱地区的荒漠化造成的,恢复退化的土地可以提高土壤封存碳的能力,有利于减缓全球气候变化。因此,《防治荒漠化公约》正在努力加强与气候变化法律文书之间的合作和协调,譬如通过清洁发展机制开展活动,取得需要的资金。
荒漠表面形成的土壤结皮是荒漠地区最具特色的景观之一,在我国西部和北部地区有着广泛的分布。结皮的主要生物组成部分即是荒漠藻类,因此也叫藻类结皮(或藻壳,Algal Crtlst)。结皮在防风固沙、防止土壤侵蚀和改变水分分布状况等方面,扮演着重要的角色。在荒漠化日益严重的今天,利用荒漠藻类改良土壤,防风固沙,具有积极的意义。
1荒漠藻类的研究
1.1荒漠藻类的种类组成和分布
荒漠藻类的组成,主要是丝状蓝藻和球状绿藻占优势,也有黄藻和硅藻,但没有红藻。各荒漠地区的藻类组成的不同,但广泛分布的蓝藻有A丝状蓝藻破Microcoleus Vaginatus是其中分布最广泛的种类。在美国Colorado草原和大盆地中,M.vaginatus的生物量占总土壤生物量的95%以上;在我国沙坡头地区多年生土壤结皮中,微鞘藻也是主要的优势种之一。在我国,研究最多的就是经济蓝藻,如发菜和地木耳等,对其形态和分布有着较多的报道。
荒漠生境中藻类种类的分布,是由多种环境因子共同决定的。非有机营养,PH值,氧化还原势,温度,土壤通气状况和生物间的相互作用等,都是影响荒漠藻类分布的主要因子。季节和气候的变化对藻类的种类组成和分布也具有决定性的作用。
土壤PH值也是影响藻类分布的重要因子。受降水和蒸发的影响,干旱和半干旱荒漠地区的土壤大部分是碱性的,而蓝藻比较适应中性和碱性的土壤,绿藻适应酸性的土壤。如在Texas,随土壤PH值的升高,绿藻的优势地位逐渐被蓝藻所取代。土壤的质地和结构对藻类的分布有一定的影响。藻类和其他微生物的生长,需4%一5%的粘土和泥沙,而松密度对其生长没有显著的影响;土壤的通气状况和对水分的保墒作用,也有着重要的影响。外界环境条件对荒漠藻类的分布也有一定的影响。荒漠地区的光照强度和组成,对其有一定的影响。在结皮的表面,由于光强的不同,藻类的组成,从上至下,也有不同的分布。
1.2荒漠藻类对荒漠生态系统的影响
(1)荒漠藻类在物质循环上的作用—一种潜在的微藻生物肥料
荒漠藻类是荒漠生境的先行者,在原始成土过程中,对荒漠土壤的形成起着重要的作用。荒漠藻类的殖生,促进了矿物质的矿化过程,有利于物质的循环和流动,加速了土壤的演替过程。藻类改变荒漠土壤中的物质循环,增加其中的碳、氮、磷的含量,促进了土壤异养微生物的生长。沙漠土壤含有很少的结合态氮,藻类本身的生长为土壤提供氮源和碳源,固氮蓝藻固定的氮是其中的一种重要方式。
在有藻类生长且表面固定的地方,其土壤组成上往往比风经常吹的地方含有较多的粘土和泥沙。相应地,结皮存在的地方,土壤含有大量的粘土和泥沙,相伴有高浓度的有机质、N、交换性的呱、Ca、K、哑和P等。我们在宁夏沙坡头和内蒙古达拉特旗也进行了荒漠藻类在干旱和荒漠地区固土培肥的试验研究,发现藻类的出现,使沙漠土壤中的游离离子数目增多。藻类的生长加强了土壤表层土壤酶的活性,如外源胞外聚合物和生物量的加入,对土壤酶活性有着显著的提高,加速了土壤的熟化和发育。
(2)荒漠藻类在土壤结皮形成和发育上的影响
生物结皮遍布于荒漠和半荒漠地区,它们主要位于开阔的灌木、草本植物之间的空隙上,甚至在盐碱化土地和乔木林之中,仍有分布。结皮主要由藻类(包括蓝藻)、地衣、苔鲜、真菌、细菌等同土壤颗粒相作用形成。由藻类(包括蓝藻)为主要组成部分的叫藻类结皮。生物结皮的形成,主要是流沙经过沙障固定和种植植物后,沙土表层形成风积物结皮,再演变成以藻类为优势种的微生物结皮,而这一过程是因流沙得到固定后,大气降尘和粉粒在沙表层堆积、下沉,再经过雨滴的冲积等物理作用和土壤微生物的活动共同作用的结果。
荒漠结皮通过影响土壤表层水分的渗透作用和光能的吸收,影响水分的蒸发、吸收和光热效应,从而改变荒漠地区土壤结构和表层水分分布状况。荒漠藻类的生长,改变了荒漠表面土壤的松散结构,增加了土壤的团聚性和粘性颗粒,有利于土壤的保墒作用。蓝藻丝体和表面的鞘,也能够吸收8倍于体重的水分,从而在夏季雨季来临时吸收大量水分。结皮对土壤渗透作用的影响是积极的,消极的,还是没有影响的,目前还有很大的争议。但总体上说,结皮可以稳定土壤表面结构,改变其表面的物理结构,对渗透有着积极的影响。藻类结皮可以阻碍地表径流的流动速度,在其流出该地区前水分能够得到充分的吸收,增加土壤水分的含量。同时,壳厚度和硬度的增加,增加了水分透过结皮的时间,延缓了水分的下渗,不利于雨水的吸收。
土壤侵蚀导致大量土壤颗粒的流失,是荒漠化最为突出的问题之一。荒漠藻类主要以丝状体的方式同土壤颗粒结合,并分泌大量多糖在藻丝体周围,加强其粘性。藻类的生长为荒漠微生物提供营养,同时产生代谢产物,间接提高土壤的团聚性和稳定性。主要由藻类组成的生物结皮,不仅可以抗11级大风,而且对水流的侵蚀,可以减少到1/6以上。
(3)生物结皮对群落生态演替的影响
在原始土壤形成过程中,藻类是最先的拓殖者。在演替的初始阶段,群落组成往往由不同的藻类占优势,然后再进一步向更高的苔鲜、地衣、及高等植物演替。荒漠土壤的生态演替过程,往往是物种组成由低等到高等,物种多样性和丰度从少到多的过程。根据生物结皮优势种类的不同,又可以分为蓝藻类、藻类、苔鲜、地衣、及隐花植物和高等植物的结皮等,即代表演替的不同阶段。同时藻类的生长,改变了土壤的结构和物质循环,并为其他生物提供营养,导致细菌、真菌、原生动物及其他生物的生长,改变了群落的结构和物种丰度,加速了演替过程。
(4)荒漠藻类同其他生物的关系
藻类的生长,为其他的异养生物提供有机物,固氮蓝藻为高等植物提供氮源。如一年生植物Festu-caoctoflora,其根系主要分布在0一10cm的表层,可以充分吸收由生物结皮提供的营养。但另一方面,藻类生长形成的结皮,导致雨水下渗的困难,高等植物地下水分不能得到及时的补充,可能导致地下水位的枯竭。藻类在生长过程中分泌的有机物及表面强度的增加,可以抑制一年生植物种子的萌发,对高等植物的生长不利。但另有报道认为,有结皮存在地区的植物种子含有较多的K、P、ca、地、Fe等离子,从而使种子萌发成功的几率大大增加。荒漠结皮的形成,提高了表层土壤的硬度,为土壤微生物、原生动物、小型动物等提供了栖息的场所,因此对于动物的生长和繁殖也有着重要的意义。
(5)结皮对干扰的适应能力
外界的活动,如动物的活动、牲畜的放牧和人为的开垦等,往往对结皮造成一定程度的损害。人为破坏对结皮的生物量和固氮酶的活性有显著的影响,如移去表面的结皮或用耙子破坏,导致固氮酶活性降低50%以上,而且在一年后才能恢复,主要是干扰导致藻体的死亡和埋葬等。此外,人工接种对物种的组成和丰度也有影响。当用耙子移去表面的结皮一年后,主要是蓝藻和绿藻形成的结皮,在人工接种后,其丰度和物种的组成又增加,而且苔鲜和地衣的种类比对照的含量显著增加,叶绿素的含量也增加22%一400%;而拓扑学研究证明,没有接种的结皮在5年后才恢复41%。
(6)结皮的胶结机理和结构
藻类结皮的胶结机理,在国内外有过报道。藻类分泌的胞外蛋白聚糖主要由多糖和蛋白质组成,其疏水性外核同基质的多交换性离子的、小颗粒的粘土矿物质间通过静电吸引而相互作用。另外,扫描电镜观察发现,藻丝同沙粒相互作用和缠结,有的藻丝直接深入硅质岩内,也可产生胶结作用。
结皮厚度一般在7毫米左右。在结皮中,结皮存在着非常精致的结构。在表面一般是丝状蓝藻占优势,中间是绿藻,最下层是绿藻和裸藻等。
1.3荒漠藻类对特殊生境的适应
荒漠藻类的生长条件往往是极端恶劣的。荒漠藻在其生长、进化的过程中,成功地发展、完善了一套适应机制,能够在土壤贫痔,严重缺水,温度变化幅度较大,紫外辐射严重,不适合生物生存的地方(主要是荒漠生境中)生存繁殖。其主要适应性为:
(1)细胞形态结构的适应
同水生藻类相比,荒漠藻类有着适应荒漠生境的特殊结构。荒漠藻类的藻细胞和藻丝常形成团聚体,如发菜在野外生长形成头发状的藻丝;细胞外被有较厚的粘胶层或胶鞘,在干旱后能够大量吸收水分,为藻体创造一个湿润的微环境。藻类鞘表面往往有许多细菌着生,即使在一些恶劣的环境如温泉中也是如此,可能就是细菌的生长为藻细胞的生长造成一个高浓度的以再环境。许多石下生的藻类有着较密的类囊体结构,可以在太阳刚升起、露水比较充足时,吸收更多的阳光进行光合作用。
(2)藻类的生理生化适应干旱是荒漠地区最主
要的环境胁迫因子,干旱往往造成器质性的损伤,如细胞质成分的拥挤现象,膜相变尸lb的增高,细胞壁胁迫的增加等。干藻代谢的恢复功能开始于呼吸作用,接着是光合作用,最后是固氮酶活性。干藻粉重新吸水湿润时,藻体的代谢活性能够迅速恢复,其各种代谢酶活性在吸水后几十分钟就可以达到较高的水平。
藻类能够忍受较大的温度变化范围。它可以承受低温,在冰冻的土壤中进行代谢活动,如Protococcus,Microcoleus能够在一192~一195℃长期生存。研究发现,微鞘藻的光合作用的光饱和点和光补偿点升高,适温偏低,暗呼吸速率较低等,从而有利于充分利用光能;同时,在水中45℃时光合活性也保持较高的活性。在mune的细胞内含有的海藻糖和蔗糖,对质膜具有稳定作用,并能形成透明的玻璃化状态,在90℃时仍能保持稳定,对于干旱和重吸水过程中细胞膜丁hl的显著降低有很大作用。同温层臭氧的不断消耗,导致到达地球表面的紫外B辐射(UV-B,280一315nrn)迅速增加。紫外辐射可以抑制许多生物的光化学和光生物学过程。藻类成功发展了一套适应机制以抵消UV辐射所造成的伤害。荒漠藻类适应环境的机制有:修复UV辐射所造成的DNA伤害,积累类胡萝卜素,解毒酶和抗氧化物质,有的机体还发展了一些重要的防止UV诱导伤害的UV吸收或屏蔽物质,如Scytonemin和MAA。
(3)生态适应
荒漠藻类主要营光合自养,能够在营养极端贫痔的环境里,在雨季来临或其间隙,利用露水迅速生长,能够在短时间里完成其生活史。有的藻类则以休眠抱子、合子、异形胞子、厚壁抱子等形式度过极端环境,从而可以繁衍后代。有的藻类可以游动,以处于有利的或避开不利的环境,如M.Vaginatus的藻丝可以游动,在光线条件合适时处于结皮的上层,在光线不合适时就处于下层。在荒漠隐石生环境中,即使露水仍然存在,藻细胞活性在每夭最初的几个小时光合活性仍处于抑制状态。
2荒漠藻类在环境工程及工农业上的应用前景
2.1荒漠藻类在环境和拓殖生物上的应用
由于解剖学上的特殊结构(如没有根、茎和叶的分化等),藻类具有快速吸收水分和营养的能力。藻类对环境污染物是非常敏感的,它们可以快速吸收污物,其造成的伤害或物质变化,在藻细胞的形态和生理生化上可以很快表现出来,从而可以作为生物指示物,应用于环境监测上。
火星在某些方面和地球是非常相象的,如干旱和缺少氧气等。荒漠藻类能够在极端环境条件下生长,这样能够培育一些在火星上生长的藻类,这对于我们了解地球的进化过程和进行宇宙探索,有着深远的意义,如Chroococcidiopsis是己知最耐旱的光合自养蓝藻,是移植到火星的最佳候选之一。
2.2荒漠藻类在固沙上的应用研究
荒漠化是当今中国最严重的生态间题之一,近来对发菜(一种荒漠蓝藻)的开采,加速了沙漠化的进程。在中国,最早是应用固氮蓝藻作为稻田有机肥料的作用,并进行了土壤藻类作为土壤肥力物质的应究;M.vaginatus在生长过程中分泌的大量胞外多糖,在沙漠土壤改良上有着潜在的应用价值。因此,利用荒漠藻类和其它灌木、草本植物和高等植物进行综合固沙的实验研究,有着广泛的应用前景,对于解决我国荒漠化问题有着重要的意义。
2.3荒漠藻类的工农业用途
蓝藻多糖显示出增厚悬浊剂、乳化物或阳离子赘合物性质。这些结果表明,通过产生胞外多糖蓝藻的开发,可以获得许多类型的生物膜、制药、纺织等多种工业上的新型材料。蓝藻鞘中含有大量抗紫外辐射的Scytonemin和MAAs物质,如果能够应用于化妆品工业上,也有着巨大的潜在市场。同时,荒漠蓝藻中含有的藻胆蛋白,是一种重要的食品功能成分,作为天然蓝色素可广泛地应用于食品、饮料(包括酒精饮料)、化妆品和医疗保健品等方面。
关键词:西北林业;改善
中图分类号:S72 文献标识码:A
1 半干旱地区林业发展的不利因素及存在的问题
1.1 地理条件较为恶劣
西北大部分地区为黄土残垣,地形丘陵起伏,出川相间,以山为主。黄土结构疏松,孔隙高,遇水易溶解,水土流失严重。年降水量低,且多集中在6~8月。由于风速比较大,植被还比较稀少,同时林木蒸腾严重,导致土壤里含水量不断减少,加大了水分供需之间的矛盾,随着地下水位的不断下降,土壤深处水分在不断减少,至使林木的生长和成活受严重的影响。林木成活和保存率都很低,林木生长缓慢,成林难。这样的地区森林结构不合理,森林覆盖率低,树种单一,抗逆性不强,生长快、经济价值高的林木优良品种,经营管理滞后。
1.2 林业技术投入不足
我们在西部用于林业科技教育的基础设施建设和资金投入不足,与发达国家相差很远。主要表现在以下4个方面:
1.2.1林业技术的资金投入上明显不够;
1.2.2对当地群众,林业知识的普及不够;
1.2.3专业化林业科技人员培养不足;
1.2.4对林业成熟技术的推广严重不足。
1.3 土地环境承载量超负荷运转,保护难度大
西北地区,优质土地少,人与地、人与粮以及人与日常生活的矛盾都十分突出。老百姓的生活十分困难,还普遍存在着缺柴少粮的现象,土地环境承载量大超出来其合理的承载量。同时毁林工荒的问题还经常发生,在治理的同时又有破坏的现象,致使治理的成效很难得以保证。
2半干旱地区林业科学研究的任务
2.1 增强科技兴林意识
国家和当地政府应当高度重视,林业对当地生态的重要性。同时对广大群众,进行宣传教育。具体措施如下:
2.1.1国家从政策上大力扶持林业,调动群众的积极性。
2.1.2建立林业实用技术的教育和培训基地,加大资金投入。
2.1.3建立一批先进的林业科技示范区和示范户,带动大家的积极性。林业建设起步于造林绿化、科技兴林,兴起于基地建设,开拓于林产加工和综合开发,为逐步建立起地区比较完备的林业生态体系和比较发达的林业产业体系打下一个坚实的基础。
2.2 耐旱树种的选育
2.2.1通过对比选择适合不同干旱半干旱地区的生态稳定的造林种草模式,选择抗旱性强,优选适应本地区的环境以及具有相对比较高的有经济价值的树种。
2.2.2是通过杂交、基因工程等措施来培育新的树种;
2.2.3大力引进有发展空间的优良外来树种。通过高新森林生物药剂及化学品的研制,在林业病虫害防御方面能起到积极的作用。
2.3 防止干旱半干旱地区人工林植被土壤干化
人工植被自身生长环境中水分条件的不断恶化及林木自身生长条件中水分不断的缺失,导致自身生长不良,也造成了土壤理化性质的进度加快,有的还出现土壤盐碱化,同时也致使植被的生长环境遭到破坏。所以要施加适合的措施,使林木植被形成良好、稳定的组织结构。比如使用生长调节剂、保水剂以及进行菌根的接种的方法,再加上改善土壤水分条件和改善树木的抗旱性等方法来完成抗旱的目的。具体方法是:在植被坡面上需要把所汇集的地表径流较长时间的贮存在根系分布的土壤中,才能充分发挥集水的水分使用效率。要利用秋天雨水比较大,降水比较多的特点,最大限度地储存水分到第2年春节干旱时使用。
2.4 低产、低效林改造与更新技术研究
在我国甘肃地区低产、低效林面积还比较大,同时也有很大部分的半熟或过熟林,林木更新和改造的任务相当艰巨,科研工作势在必行。在确保不会造成新的荒漠化前提下,遵循自然规律,通过合理的疏伐、抚育、补植、改造与管护等措施,提高林分质量,定向培育成用材林、防护林或经济林,实现生态效益与经济效益相统一。
2.5 防治结合,突出效益
切实保护好现有林草植被,防止产生新的荒漠化;采取人工造林、封山育林育草等措施加快荒漠化土地的林草植被恢复,遏制石漠化扩展,构建稳定的岩溶生态系统;同时,林业生态治理应与农民脱贫致富、区域经济社会发展相结合,注重短期效益与长远利益相结合,充分发挥林业生态治理的综合效能。
2.6 人工造林
对于生态区位重要,坡度较大,土层较瘠薄的土地,选择适应性强,适宜在中性偏碱性土壤、喜钙、生长旺盛、萌蘖性强、根系发达、固土力强、具有穿入深层土壤能力的乡土树种进行植树造林。
依据当地自然、社会经济实际和市场需求状况在土层较深厚、水资源稳定、坡度平缓、交通方便的宜林地,选择优质、高产、高效的经济林树种,重点发展名、特、优、新品种,培育以苹果树、桃、梨、李等为主的果树林,促进群众脱贫致富。
根据当地特点,发展生态旅游业。主要通过招商引资。生态旅游过程中应以生态优先为原则。杜绝大面积破坏林草植被进行基础设施建设。重点发展以森林公园、自然保护区、生态旅游小区等为主体的生态旅游项目。
3 结论
合理利用降水资源的人工林培育新技术的研究及其在生产中的广泛应用是防护林稳定生长的关键技术保证,也是干旱半干旱地区生态环境建设成功的关键。
西北半干旱地区,通过培育和发展森林资源,保护和建设好森林生态系统,构建生物多样、结构合理、功能协调、效益显著、健康稳定的森林生态体系,改善区域生态环境,是摆在我们面前的重要课题。
参考文献
[1]左月玲.浅析林业生态工程与区域生态环境[J].赤子,2009(14).