机动车碾压已成为草原沙漠化的重要诱发因子之一,但系统研究还很少。本项研究拟采用高精度地形测量、高分辨率遥感影像分析和植被生态学定位调查等方法和手段,通过对草原机动车自然路及其周边地貌形态、土壤力学及理化性质、植被特征等的系统研究,分析机动车碾压引发的风蚀坑数量和规模的变化,土壤的厚度、质地和抗侵蚀性的变化,植被组成、生长状况和恢复能力的变化,探讨机动车辆碾压引起的草原沙漠化、植被退化及植被恢复的形式、过程和机理,为草原沙漠化防治、沙质草原地区的车辆控制和道路建设的优化管理提供科学依据。
sandy desertification;ORVs compaction;wheel track;topsoil mantle;ecological protection
以呼伦贝尔、浑善达克为代表的沙质草原易受车辆碾压影响破坏,引起沙漠化发生发展。研究发现(1)呼伦贝尔市海拉尔区西郊典型区域车辆碾压引起草原沙化率超过总面积的50﹪。沙化道路大体方向均为与盛行风向接近的北西西-南东东向,表明车辆碾压破坏与风蚀的共同作用是引起草原沙漠化的重要原因;(2)车辆碾压首先破坏草原植被的地上部分。当土壤缺少草被保护时,种子库迅速破坏损失,地表土壤随之开始破坏。随着车辆碾压破坏土壤程度加大,草原植被地下生物量快速减少;(3)从不同碾压深度土壤中的氮、磷、钾元素和有机质的比较来看,表层土壤养分含量下降显著,但深层土壤养分含量没有明显影响。土壤全氮、水解氮及有机质含量都随土层深度的增加呈下降的趋势,说明机动车碾压对土壤表层影响较大,使表层土壤的营养成分大量流失,对深层土壤影响较小。土壤速效钾、速效磷含量随土壤深度的增加逐渐降低,表层的速效钾和有效磷的变化较为显著,深层土壤的变化相对不显著,说明机动车碾压在造成表层中的速效钾和有效磷影响较大,对深层土壤的速效钾和有效磷的影响较小;(4)呼伦贝尔沙质草甸草原表层沙土工程定名为细砂,分选性较好,颗粒级配不良。密实度为松散~稍密,变形模量较小,具高压缩性,为弹塑性体,沙土压缩变形以不可恢复的残余变形为主。抗剪强度指标中内摩擦角较小,由于植物根系有固土作用,粘聚力较大。沙土承载力特征值fak=150KPa;极限承载力为300~450KPa,对应的沉降变形极限值为19.5~39.3mm。机动车碾压使研究区沙土沿样地水平向(剖线)和竖向(深度)物理力学及工程性质发生变化,改变了草原生态地质体性质。碾压使相对松软的沙土产生的压密变形和冲剪破坏产生的塑性变形“切割”和磨蚀土层,破坏了草原表土层上部植物根系保护层;在超重作用下,碾压形成的上硬下软双层结构的下卧细砂层因承载力不足而发生局部剪切或整体剪切破坏,土层中形成剪切滑动面,土层形成破口。交通荷载的反复作用可引起沙土液化使其强度丧失,进一步加剧土层结构的破坏,下伏散粒结构细砂出露地表,为风蚀、水流冲蚀创造条件,加速草原沙漠化。项目研究初步揭示了车辆碾压引起草原沙漠化的过程与机理,丰富了沙漠化科学研究内容,对于改进草原交通管理、车辆设计、道路建设,以防治车辆碾压引起草原沙漠化,保护草原生态具有参考作用。