自然环境是人类赖以生存的物质基础,它可以给人类提供矿产、燃料、粮食和水,……,及人类生存所需要的一切。自本世纪以来,由于科学技术的迅速发展和工农业生产的需要,特别是人口的剧增,对物资需求也愈来愈多。于是,随之带来矿物、水源、能源消耗的增长。科学家们估计,自本世纪初以来,人类开采的矿物原料,远远超过几千年来开采量的总和。资源枯竭、能源危机逐渐变为全球性的问题。面临能源危机、资源枯竭的今天,人类还要生存下去,而且还要求物资更丰足,就必须面向海洋,走向边远寒区和极地。
事实正是这样,近30~40年来,美国、苏联、加拿大等国,为了解决能源危机,加紧开发北极及北极近海的石油及天然气,首先揭开了人类大规模开发多年冻土区的序幕。至此,广大冻土地区日渐成为人类生产及生活的场所。道路是冻土地区开发和建设的先驱,自五十年代以来,随着生产建设的发展和需要,寒区道路工程建设规模日渐扩大。据统计,到目前为止,全国寒区已建成公路13,000公里,铁路近3,000公里,它们与专用铁路和简易公路构成了纵横交错的寒区道路网,为寒区建设及生产发展作出了积极的贡献。这里应该提到的是青藏公路,它始建于1953年,1956年通车,由青海西宁至西藏拉萨,全长近2,000公里。格尔木至拉萨段长达1,200公里,其中有760公里穿过高原多年冻土区,路面平均在海拔4400米以上,是世界上寒区道路中海拔最高的公路,因此受到全世界的关注。1975~1982年,全线又改为沥青路面,并对某些路段作了取直加宽,使其达到2级公路标准,大大改善了运输条件和能力。青藏公路的建成,加强了藏族人民与祖国各族人民的密切联系,改变了西藏与内地交通阻隔的历史状况,为建设繁荣幸福的新西藏作出了巨大的贡献。它被藏族人民誉为“地上的长虹,幸福的金桥”。
建国以来,随着社会主义建设事业的日益发展,大小兴安岭地区的林业、矿业相继开发。公路、铁路向林区腹部伸展,林区人口逐年增加,工业与民用建筑与日剧增。与此同时,也出现了森林采伐、毁林开荒、排水疏干、植树造林、美化环境等多种人为活动。30多年来,大小兴安岭发生了翻天覆地的变化。如今已成为伐木、制材、造纸、林产加工等木材、林产品生产基地。这一切对加快祖国四化建设立下了汗马功劳。
在任何一个自然区域里,当人类未介入以前,动物、植物成分与太阳光照、大气、水、土壤等非生物成分构成一个自然生态系统。这个自然生态系统的各成分彼此不断地进行着能量交换和物质循环,维持着一种动态平衡。当外界干扰超过系统自身的调节能力,使系统内的物质循环和能量交换受到阻碍时,则必然导致自然生态平衡的破坏,自然环境开始恶化。
森林植被和多年冻土是寒区自然环境的两个主要组成部分。据报导,苏联的多年冻土面积为1100万平方公里,其中70%的冻土面积被森林覆盖。多年冻土地区占全苏木材总蓄积量的70%。东北大小兴安岭多年冻土区,是我国著名的林区。冻土面积约38~40万平方公里,冻土面积几乎全被森林植被所覆盖。这是寒区自然环境长期发展的结果。
东北大小兴安岭林区,十九世纪末以前人烟稀少,自然环境基本上未受人为干扰,保持着天然的生态平衡。
二十世纪初以来,由于铁路的修建,人口逐渐增加,铁路沿线地区的森林普遍遭到采伐。1931年,日本侵占东北以后,森林遭到掠夺采伐,森林南界线逐年向北退缩。据历史资料记载,十九世纪末森林采伐活动是在齐齐哈尔至嫩江之间进行,至本世纪40~50年代,这里的林木已绝迹,成为活野农田。再往北一些,滨洲线上的牙克石,蒙语称“喜挂图”,其意是森林的意思。当初必然是林木繁茂,古树参天;然而,今天不仅原始森林已经绝迹,就是次生林也寥寥无几了。
1949年以来,为满足社会主义建设的需要,该区林木采伐量逐年增长,与此同时,矿业、交通运输、林产工业相继建立和扩大。采伐作业向林区纵深推进,目前采伐已近抵黑龙江边,未经采伐的原始林已屈指可数。长期以来,由于对森林采育规律认识不足,只顾要木头,而忽视了更新造林,结果形成过度采伐,也就是林木采伐量超过生长量,使大小兴安岭林区的自然生态环境发生相当大的改变。森林线与十九世纪末相比,北退了约150~200公里左右,森林覆盖率大幅度下降。据小兴安岭某林业局统计,该局管辖范围内,1957年的森林覆盖率为94%,到1980年已下降为10%。
森林采伐之后,冻土因推动保护层而开始退化。美国科学家埃斯特棱对森林气候曾进行过系统观测,在无林地表测得太阳辐射强度为0.99卡/厘米2/分;同时在树高15米的松林中,测得辐射强度为0.04卡/厘米2/分;在树高10~20米的云杉和白桦混交林中辐射强度为0.02~0.03卡/厘米2/分;在密闭云杉林中的辐射仅为0.07卡/厘米2/分或少于此值,由此看来,森林采伐后,太阳辐射强度可增大25~50倍,乃至百倍,自然会造成冻土退化。
调查表明,东北多年冻土南界以南及南界以北,现今无冻土存在的许多地方,在气候最宜期(距今7500~3000年)形成的黑土层和与其时代相当的黑灰色腐植质粉砂层(距今3010~1450年)里,存在着现代小冰期(距今200~300年以来,东北多年冻土南界北退大约100多公里(图28)。固然冻土南界北退不能完全说成是森林采伐和人为活动的结果,虽与此间气候的历史演变也有关系,但至少可以说,森林采伐及人为活动对冻土南界的北退起了促进作用。
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在东北多年冻土区,由南而北,冻土的温度、厚度及稳定性都有所不同,在人为干扰下,冻土退化的表现形式和程度也不完全一样,冻土南界附近的岛状冻土区,冻土温度为0~-1.0℃,厚度一般只有5~15米。由于人为活动开始的时间早,并作用强度大,因而,这里的冻土退化明显。主要表现为冻土岛的缩小和消失。例如,南界附近的牙克石、加格达奇、大杨树等,在五十年代初,城镇开始兴建时,普遍发现有冻土岛,经过20~40年的城镇人为活动,所及范围内冻土岛消退殆尽。在加格达奇附近,1964年修建铁路时发现一冻土岛,当时的冻土上限是1.7米。1974年钻探发现,路堤的下冻土已经消失;距路堤32米处的冻土上限下降到6.0米。另外,在小兴安岭,某林业局作过这样的调查,五十年代冻土岛占全区面积的10.5%,八十年代冻土岛几乎不见了(表16)。
表16 小兴安岭某林区森林要伐引起的冻土退化
年代 | 森林覆盖率(%) | 冻土岛占全区域面积(%) |
1957 1960 1970 1980 | 94 76 25 10 | 10.5 5.8 2.3 0.05 |
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大兴安岭北部地区,由于冻土温度为-1.5~4.2℃,冻土厚度为50~100米,冻土比较稳定,同时森林采伐时间较迟,因此,冻土退化呈显为最大季节融化深度加深,冻土温度升高。在地域上,冻土退化的程序是先山上后谷底;先阳坡,后阴坡;先粗粒土,后细粒土。
人为活动中,对冻土影响最大的是民用采暖建筑。观测资料表明,取暖房屋下面不仅冻土形成融化盘(图29),而且融化盘之下的地温逐年升高。阿木尔地区一民用采暖房屋,1976年11月开始使用,房屋下10米深处的地温为-3.7℃;1978年11月地温上升为-2.5℃。另 一同时使用的民用采暖房屋其层下20米深处的地温仍逐渐年上升(图30)。据观测,不仅采暖房屋下的冻土在退化,而且居民建筑群间的天然场地,其冻土地温也有明显升高。例如,满归林业局民用住宅间的??观测场,1973年10月测得冻土年平均地温为-1.9℃;1978年地温上升到-1.2℃。地温曲线呈现为典型退化型地温曲线(图31)。由此可见,居民住宅区是大兴安岭北部冻土退化最快的地段。
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