创新的灵感来源——迁移和综合思维实例
邢彦颖
一、课本基本原理
1、山地垂直地域分异规律：随着海拔的变化，从山麓到山顶气温逐渐降低（每100米下降0.6摄氏度），水热状况发生变化形成垂直气候差异。
2、山地垂直方向地形、气候等条件不同，在因地制宜布局农业产生最大经济、生态效益的原则下，立体农业成为科学合理的选择。
3、可持续发展原则下，区域发展以生态可持续为基础、经济可持续发展为条件、社会可持续发展为目的，在此基础上，作为区域绿化的经济保证，可考虑经济林木作为绿化树种，生态环境保护的同时兼顾经济发展和提高就业等社会效益 二、思维迁移引导
1、测量计算兰州南北两山气温垂直变化，调查南北两山山麓山顶桃花花期时间差异。
2、调查兰州南北两山绿化状况，为南北两山绿化提出可持续发展的思路。 三、思维迁移综合解决实际问题
科技创新成果展示——《兰州南北两山的立体开发和生态绿化》，该项目获第28届兰州市科技创新大赛一等奖、第28届甘肃省科技创新大赛二等奖。
兰州南北两山的立体开发和生态绿化 兰州五十五中 魏明鑫 丁学良 一、兰州地理概况 兰州，这个位于黄土高原的西部明珠，地处黄河上游河谷盆地，市中心海拔约为1520m。黄河穿城而过，南北两山对峙，山地最高高程2129m。全市区处在一个东西狭长的河谷盆地，属中温带大陆性季风气候，降水稀少，气候干旱，绿化难度较大。 兰州也是中国西部以重化工为主的工业城市，污染严重，城市生态环境建设迫在眉睫。如何利用黄河穿城而过的有利条件，因地制宜，绿化南北两山，成为兰州生态环境改善的关键。 二、兰州的环境问题 1、沙尘天气 由于兰州处于我国西北地区，深居内陆，距海较远，因此气候比较干旱，年大风日时数多并多发于冬春干旱季节。西部临近沙漠，生态环境脆弱；市区绿化面积少，防风林带建设不够，经常遭受沙尘暴袭击。2010年兰州沙尘天气由往年的4、5天增加至30天。沙尘天气的剧增，对兰州生态环境建设敲响了警钟。 2、水土流失 兰州地处黄土高原西部，土质疏松，在温带大陆性季风气候影响下，夏季暴雨集中，加上人为不合理开发及破坏，使得植被覆盖率低，导致水土流失极为严重和南北两山形成沟壑纵横的景象。而穿城而过的黄河，也成为世界泥沙含量最大的河流，给下游地区造成“地上河”及洪水泛滥的潜在威胁。保护母亲河的需求给兰州南北两山绿化也提出了严正要求。 3、工业污染 兰州是我国西部重要的重化工、能源和原材料生产基地之一，是全国重要的石油化工、冶金有色和装备制造业基地，兰炼兰化等污染较大的化工企业更是给兰州的环境雪上加霜。大量污染性气体排放导致兰州大气质量低下，而且兰州东西狭长的河谷盆地地形使空气不易流通，致使许多大气污染物积聚在城区的上空不易消散，导致市区内“热岛效应”加剧，空气质量很差，尤其是冬季，兰州的大气环境质量之差在全国“榜上有名”。这一方面与人为治理有关，另一方面也对兰州城市绿化提出了要求，绿化南北两山、增加植被覆盖率、加强吸烟除尘、美化环境等的生物措施成为了必然要求。 4、市区环境恶化 随着社会经济发展、城市化进程及人口激增，兰州市区空气污浊、空气干燥、噪声污染等都在困扰兰州人民的健康生活，因此绿化南北两山，扩大林地面积，建设森林公园，不仅可以，提高当地经济收入，为绿化投入提供资金，更主要的是发展森林旅游业，带动相关产业的发展，增加就业，实现林业和森林资源的可持续发展。同时造林绿化，对减轻城区空气污染，改善生态环境将发挥重要作用。 总之，兰州在发展的过程中出现的上述问题都与南北两山的绿化不足以及植被覆盖率低息息相关。在西部大开发全面实施之际，只有通过大力改善生态环境，兰州才能改善投资环境，引进资金、技术和人才，加快兰州发展的步伐。 三、南北两山的绿化现状 目前，兰州市南北两山的绿化效果并不理想。可以清楚的看到，虽然经过多年的整治，但南北两山的被植被覆盖率任然很低。2004年底，兰州市林地面积224万亩，城市绿地面积2780公顷，森林覆盖率和城市绿化覆盖率分别只达到9.25%和25.5%，人均公园绿地只有6.8平方米。可见关于南北两山的绿化问题并没有得到实质性解决，究其原因主要有以下几点： 1、气候因素：兰州处于北温带，属于温带大陆性气候，并身处我国远离海洋的内陆地区，降水量少，气候干燥。 2、地形因素：兰州位于黄土高原，丘陵起伏，沟壑纵横，地势不平坦。南北两山之上有些地方较为平缓，有些则较为陡峭。 3、水资源问题：兰州市降水稀少，这对两山绿化灌溉是一个限制性因素，并且南北两山坡度大，雨水存留难度大。但作为唯一一座黄河穿城而过的城市，虽然过境水资源比较丰富，但由于资金及动力缺乏，将黄河水抽到山顶实施灌溉然而利用难度大。 4、管理及资金问题：目前，兰州市政府关于两山的绿化方案并没有很具体的设计，管理的也不是很到位，并且缺乏资金及动力，将黄河水抽到山顶实施灌溉。据了解城关区两山绿化工程林业水系共有29条，其中有一半的输水管道已经严重老化。按照国家标准，水利管道应该每隔15年更换一次，但兰山主管道的使用年限已达20年，五一山管线的“管龄”更是达到了35年。由于管网残破，有些林地已经浇不上水，而且专业管理的人员缺乏、绿化设备与灌溉设备陈旧、绿化资金不足等因素已经严重制约了两山绿化工程。 5、经济效益问题：现在南北两山所选择的绿化植被并没有太多的经济效益，之前所采用的方案“承包责任制”， 出现只承包不绿化的现象，关键是因为所采用树种不能产生经济效益，导致林木灌溉养护资金不足，林木枯死严重；同时，也由于难以产生经济效益，主动承包主动植树的积极性不高。 现有的南北两山绿化工程中所植树苗成活率很低，管理不到位，死亡率很高，植被覆盖率低等等问题共同导致了绿化的不成功。 四、南北两山经济林分层绿化设计方案 如果将南北两山分为四层，并采用经济林木绿化，将有利于解决上述问题。 兰州南北两山立体开发和生态绿化示意图 1、顶部太阳能、风能发电抽水灌溉系统。 兰州地处西部内陆，气候干旱、大风日时数多。全年日照时数平均2446小时。日平均日照4.4小时，年总辐射量580千焦/厘米*年，而且年平均日照率不少于75%，年总辐射量属于较丰富区，非常适合太阳能的利用与开发；兰州年均风力能达到7.1级，风力资源相当丰富。尤其是两山夹一河的山谷地形，使得两山夜间山风强烈；以及当地大陆性季风气候冬季西北风强劲，这些风力资源恰好可以作为太阳能资源薄弱时段和季节的补充能源，两者形成恰当的互补清洁能源。据此，我们可以在山顶建立小型太阳能与风能互补发电系统，通过这些电能把水抽到山顶，用以山体绿化灌溉，同时为山区工作人员提供生活用电。利用清洁能源发电，环保经济实用。 2、高层防护林带。 南北两山海拔较高，气温较低，在两山高层种植适宜当地土壤和气候生长的耐寒耐旱的槐树、白杨和松柏树的混交林，成活率也能保证。槐树白杨枝繁叶茂根系发达，松柏四季常青，既起到防沙固尘，保持水土的作用，又可以美化环境净化空气，为兰州环境筑起一道绿色长城。另外，长成之后的白杨槐树和松柏树作为木材，经济价值也比较高。采用采育结合的方针，即可获得绿化效益，又能获得经济效益。 3、低层分层生态经济林。 在南北两山的中低层（主体）部分，选择经济林木（如桃树、梨树）作为的绿化树种，经济林木一方面起到绿化两山、保持水土、吸烟除尘、净化空气、防风固沙等环境效益，另一方面更可以产生明显的经济效益，为两山绿化管理补充必要的资金需求。 首先，兰州及南北两山的地形和气候都非常适合桃树的生长条件。桃树原产于大陆性的高原地带，耐干旱在海拔3000米的高山都有分布。年平均温度在12-17℃的地区，均能正常生长发育，而且兰州有种植白粉桃的悠久历史，种植经验丰富，以桃树为绿化林成活率较高，绿化效果明显。 其次，兰州有春季举办“桃花会”的传统，以桃树为绿化林木，一方面，可起到绿化环境的作用；另一方面，不论是通过“桃花会”发展生态旅游，还是通过培育发展和出口优质白粉桃，都可以带来巨大的经济效益，形成一个环境效益与经济效益并存共进的低层生态经济林。 再次，分层种植桃树绿化南北两山，根据海拔每升高100m，气温下降0.6℃的气温垂直变化规律，由底层桃林到高层桃林，其开花时间和果实成熟时间会逐次滞后，而花期结束时间和果实凋敝时间也会逐层滞后，从而整体上拉长了整个南北两山的桃花花期和桃子成熟时间，正所谓“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开”。 比如：假设兰州3月10日的气温为10℃，达到了桃花开花的温度，山下的桃花就先开放了。根据气温垂直变化规律，如果山脚海拔为1520m，此时山高1620米的地方气温为9.4℃，随着春季温度的逐渐升高，再过5天，气温上升到了10.6摄氏度，此时1620m高度的这片区域内的温度为10℃，桃花达到了开花所需温度，也相继开花，花期30天。此时在海拔1720m的山上温度为9.6℃，桃花还没有达到所需温度，大约再过5天，海拔1620m的地方的温度为10.6℃，而1720m的海拔处，温度也达到了开花所需的10℃，第三层的桃花开花，这样3级低层生态经济林木开花花期就被拉长了10天左右，桃花会的开办时间也就相应拉长。桃树的果实也具有相当大的经济效益，在8，9月桃子成熟时开办“蟠桃会”，可以开展以赏桃、采桃为内容的生态旅游项目，并且将果实向外地出售又获得利益。 可见，随着山势海拔升高，“桃花会”生态旅游和“蟠桃会”桃市将因时间被拉长而增加巨大的经济效益，从而不仅满足两山绿化的各项资金需求，更能达到提供就业机会、带动兰州旅游业发展等综合效益，真正实现经济效益、环境效益和社会效益的可持续发展。 五、南北两山经济林分层绿化意义 通过两山的生态绿化和立体开发，实现兰州环境和经济的可持续发展，使两山的植被覆盖率大大提高，这不仅能够改善了兰州市的环境质量，增加空气湿度，而且防止水土流失，保护了母亲河，形成以南北两山生态开发的经济利益链，让更多的人从生态绿化和立体开发中获得更多的好处，实现人与自然的和谐发展。为西部大开发和兰州新城区建设搭建一个可持续发展的平台。 指导教师： 邢彦颖 齐 芳 四、体验创新
认真学习城市化相关原理，查阅全国5个城市新区建设的相关资料，论证兰州新区建设的必要性和可行性。