腾格里沙漠东南缘铁路沿线流沙固定的原理与措施

本文研究地区位于腾格里沙漠东南缘,为温带草原化荒漠。包头至兰州铁路六次穿越腾格里沙漠,延长线达40公里。尤以中卫县沙坡头地区自然条件严酷,铁路线两侧全为高大密集的格状流动沙丘。如何固定这段线路两侧流沙,使铁路免遭风沙危害,成为列车运行畅通中极待解决的重大课题。沙坡头沙漠科学研究站经30年(1956-1986年)定位研究和实践,初步解决了以下几个问题:1.植物固沙的可行性程度; 2.适宜的固定植物种及其合理配置; 3.植物固沙的基本指标; 4.以"固"为主,"固阻"结合的铁路防护体系的可行性方案。这为我国西北沙漠地区今后铁路建设提供了一个沙害整治模式,在科学上和实践中均有重要意义。     

中国干旱沙区的生态重建与恢复:沙坡头站60年重要研究进展综述

中国科学院沙坡头沙漠研究试验站建站60年来,服务于国家需求,推动了沙漠科学的发展。在沙害治理、沙漠生态重建与恢复、荒漠生态系统长期生态学、沙地生态水文学\,人工植被稳定性及干旱胁迫生理生态学方面取得了重要进展\.解决了在降水量小于200 mm的干旱沙漠地区植被建设的关键技术,证实了通过人为促进生态恢复是可行的,创造了人类活动(治理和利用)与沙漠自然和谐持续发展的模式;探讨了干旱沙区土壤水循环的植被调控机理,提出了生态恢复的关键技术及其应用模式;理论上探明了人工植被稳定性维持的生态学机理,提出了荒漠系统生态恢复的理论模型;揭示了荒漠生态系统碳、氮循环及其对环境因子的响应;引领了生物土壤结皮的生理生态功能及其水文学研究;拓展了干旱逆境生理生态学的研究。沙坡头站已成为国际沙漠科学与荒漠长期生态学研究的重要平台。     

滴哨沟湾地层沉积特征记录的毛乌素沙漠变迁

毛乌素沙漠的盛衰变化明显地受到全球变化特别是东亚夏季风变化的影响。根据毛乌素沙漠东南缘萨拉乌苏河流域滴哨沟湾地层沉积物的物质组成、粒度参数等,结合孢粉研究结果,将沙漠演化过程划分为若干阶段：中更新世晚期沙漠萎缩期,气候温暖半干旱-半湿润,沙漠缩小,为森林草原或灌丛草原;中更新世晚期沙漠稳定期,气候在寒冷干旱-半干旱间波动频繁,自然景观在荒漠、荒漠草原与干草原间变化,并有河流和小湖存在;晚更新世早期沙漠固定期,气候温暖半湿润至半干旱,期间自然景观经历了森林草原、灌丛草原、草原、荒漠草原多种变化;晚更新世晚期沙漠扩张期,气候干旱寒冷,自然景观以荒漠和荒漠草原为主,同时也有草原乃至灌丛草原出现;全新世沙漠频繁变化期,气候变化频繁,沙漠出现多次盛衰变化,自然景观在荒漠、荒漠草原、草原、疏林草原间变化。     

草原与荒漠交界地区流沙的固定——以沙坡头铁路防护体系旱路固沙为例

在年降水量200~ 300mm左右的草原与荒漠交界地区,无灌溉条件下的流沙固定不仅是可能的,亦是非常成功的。以包兰铁路沙坡头铁路人工植被的建立为例,年平均降水量仅186.2mm,在扎设草方格辅助措施下,栽植固沙植物,成功地从根本上解决了流沙固定问题。油蒿是特别优良的固沙植物,天然更新能力强,并能形成群落,又能稳定相当长时期。理应成为该地区流沙固定的首选。     

沙坡头人工植被系统的建立与耗散结构

本文应用"耗散结构"理论探讨了沙坡头人工植被系统建立的动力学及时间结构、空间结构的有序性。沙坡头人工植被系统的建立过程是生命进化的一个宏观动力学体系。沙面土壤结皮的出现和长程地维持是固沙的核心。该体系反映的沙漠从混沌、对称的世界走向有序、稳定世界的相变点为沙漠固定问题的研究打开了通道。把"耗散结构"理论引入沙漠学领域,阐明了沙坡头人工植被系统建立与发展的原因、机制和空间模型。     

沙冬青植物群落研究

沙冬青植物群落是中国沙漠地区特有的常绿植物群落，分布在荒漠区东部及荒漠草原地区。１９９１年在沙坡头地区北部的腾格里沙漠沙葱湾－通湖山一带发现有大片分布，面积达７１３３ｈａ。沙冬青植物群落的建群种沙冬青是第三纪古老的残遗种，我国已将它列入第一批珍贵稀濒危保护植物。不仅在科学研究上具有特殊意义，而且其耐旱性强，是沙漠及黄土地区适宜的防风固沙及水土保持林种，也可用作花卉，值得大力推广。     

试论贺兰山植物多样性的若干特点

通过实地考察,对贺兰山植物多样性特点进行了系统研究。研究结果表明,贺兰山植物多样性主要表现为植物种类丰富多样、区系地理成分复杂多样、山地植被垂直带类型多样和形态、生理生态适应性多样等一系列鲜明特点：根据中国植被分类标准,山体植被带分为山麓荒漠草原带、旱生乔灌木带、油松山杨林带和高山灌丛带：不同植被带由不同的植被类型组成;植被类型除了受海拔梯度影响外,水分条件也成为影响植被坡向分异的关键因子,从山麓到山顶,阴坡的植被类型依次为荒漠、荒漠草原、典型草原、疏林灌丛、亚高山灌丛、高山灌丛草甸,而阳坡的植被类型依次为灌丛、湿性针叶林、寒温性针叶林、亚高山针叶林和高山灌丛草甸。该研究对于了解中国干旱区草原和荒漠过渡区的山地植被空间分布特征具有重大意义。     

腾格里沙漠沙坡头地区固沙植被对生物多样性恢复的长期影响

地处腾格里沙漠东南缘的沙坡头人工固沙植被始建于1956年,46 a来不仅确保了包兰铁路沙漠地段的畅通无阻,而且对区域生态环境的恢复产生了巨大的影响,成为我国干旱沙漠地区交通干线荒漠化防治与生态恢复的成功模式。长期定位监测结果表明:人工固沙植被建立4~5 a后,沙丘表面物理结构初步得到稳定,并由大气降尘形成的无机土壤结皮逐渐演变形成土壤微生物结皮。荒漠藻类、苔藓和地衣等隐花植物在结皮层中得到了大量的繁衍:固沙植被建立46 a后出现藻类24种;苔藓仅有5 种,少于天然固定沙丘结皮上的种类,此外,地衣也在植被区发现,这说明固定沙丘景观逐渐趋于稳定的状态;相对于流沙区,固沙植被区近地面风速降低了 40%,土壤有机质含量增加了60%,其中氮、磷、钾等荒漠生态系统主要限制养分因子及土壤理化性质得到了改善,沙丘表层成土过程明显;土壤水分循环的时空变异驱动了植被的演变,为大量的草本的侵入和定居创造了条件;此外,对鸟类、昆虫和土壤动物及荒漠动物的生存产生了积极的影响。46 a后,固沙植被区共有鸟类 28 种,昆虫 50 种,动物 23种。生物多样性的恢复使原有的相对单一的固沙植被演变成一个结构、组成和功能相对复杂的荒漠生态系统。沙坡头地区生态环境在人为促进下的恢复为我国西部生态建设提供了科学依据。     

宁夏沙坡头荒漠生态环境鸟类季节性消长研究

2000年10月至2001年9月逐月对宁夏沙坡头地区荒漠景观鸟类进行了统计.调查区包括三种景观:荒漠半荒漠,居民点和人工固沙林.对65种鸟类的食性、居留型以及在各景观中的季节性变化作了分析.虽然各景观中分布的鸟类物种数差异不大:荒漠半荒漠景观42种,居民点景观41种,人工林景观43种,但各景观中的鸟类种类、密度和季节性变化差异显著,在促进沙漠生态系统良性循环中具有重要的作用.     

祁连山自然保护区不同高度带气候差异性分析

为了揭示祁连山不同高度带的气候差异性规律,选择了祁连山自然保护区的森林、草原和荒漠建立气象站,气象站分别位于不同的高度带,进行长期定位监测。气象站分人工和自动两种,人工监测从1985年开始,自动监测从2003年开始。基于22 a气象监测数据,利用平均值法、Excel电子图表等方法对监测数据进行深入分析。结果表明,平均气温有逐年升高趋势,降水有逐年下降趋势;年平均气温和年降水量呈负相关关系,年日照时数和年蒸发量呈正相关关系;荒漠、草原和森林带气温变化曲线一次性方程斜率都为正,分别为0.0182、0.0427和0.01167,3个带的年平均气温都是上升的;地温、日照和蒸发均为荒漠＞草原＞森林。     

青藏铁路错那湖段沙害防治措施研究

通过分析青藏铁路错那湖段气候特征、地质地貌、植被、沙丘分布及特征的基础上,分析了该地段铁路沙害的类型与成因,并对近年来在青藏铁路错那湖段采用的固沙和阻沙工程防沙措施进行了评价。从工程性价比、风沙流成因和防护效果的综合角度出发,提出了采用尼龙网沙障、混凝土沙障、活动板挡沙栅栏、截沙沟等阻沙措施和卵（碎）石覆盖沙面、覆膜沙袋沙障等固沙措施以及植物措施相结合防沙措施的建议,这种防沙体系的结构配置对该地段铁路沙害防治具有重要的指导意义,对青藏高原其他地区的铁路、公路防沙也有一定的借鉴意义。     

不同固沙区结皮中微生物生物量和数量的比较研究

沙地生态系统是温带干旱区、半干旱区的重要草地类型, 沙地的稳定性是生态系统健康的重要条件。在中国科学院沙坡头沙漠试验研究站, 笔者对不同程度固沙区结皮和流动沙丘表层中的微生物生物量和数量进行了比较研究。结果表明: 自然和人工植被固沙区结皮及流沙表层的微生物数量分布不同, 细菌数量比真菌和放线菌数量多数百倍, 在所有微生物类群中, 细菌数量最大, 微生物总数的变化取决于好气性细菌数量的多少, 但生物量却与之不同。在不同程度固沙区结皮中, 微生物生物量大小依次排列为: 自然植被区>1956年人工植被区>1964年人工植被区>1982年人工植被区>流沙区, 微生物生物量在自然植被固沙区中最多, 分别是1956年、1964年、1982年人工植被固沙区和流沙区的2.63、4.17、9.25和44.29倍, 表明微生物生物量随人工植被的栽植年代增加而增大, 在流动沙丘中最小, 而菌丝生物量方面是1956年人工植被固沙区已与自然植被固沙区十分接近。微生物生物量和数量与沙丘固定程度、人工植被栽植年代、结皮厚度、苔藓种类等均呈正相关, 人工植被栽植年代越长, 结皮越厚、微生物生物量和数量也越大。在不同年代人工植被固沙区结皮中, 微生物生物量和数量与相对稳定的自然植被固沙区相比, 仍未达到稳定状态。     

包兰铁路沙坡头段防护体系研究综述

包兰铁路是中国第一条穿越沙漠的铁路,其中沙坡头段风沙危害最严重,防护体系对铁路的建设和安全运营至关重要。在综合分析相关文献的基础上,从研究区防沙措施及效果、防护体系结构特征、合理宽度设计等方面,总结了60余年来包兰铁路沙坡头段防护体系的研究成果,并指出防护体系当前存在的问题（生态环境脆弱,局部地段土壤水分条件恶化、人工固沙植被退化、防沙措施破损、风蚀“活化斑”现象严重等）,据此提出了相应的对策建议及今后的研究重点,以期为防护体系的养护、完善及可持续管理提供科学参考。     

干旱区沙漠化土地逆转植被的防风固沙效益研究

使用便携式防沙风速廓线测量仪和阶梯式集沙仪测定了单个植物的阻风作用以及不同恢复阶段植被内的近地面风速、输沙量;同时调查了不同恢复阶段植被的组成、覆盖度,土壤理化性质。结果表明,油蒿、沙蒿、柠条和花棒的个体空间构型分别是:沙蒿、花棒株型为疏散丛生型;柠条株型为中间丛生型;油蒿株型为紧密丛生型;近地面0~50 cm层的阻风阻沙作用效果由强到弱依次为油蒿>沙蒿>柠条>花棒。演替更新过程中,柠条、花棒、沙蒿逐渐衰退,到顶级群落阶段已完全从群落中退出,油蒿形成单一优势种顶级群落。由于优势种群的变化,从初始阶段→发展阶段→相对稳定阶段（顶级群落阶段）的演替更新过程中,近地面粗糙度从0.003 cm、6.039 cm增加到17.726 cm;在流动沙丘2 m高度风速为6.5 m·s-1时,相对稳定阶段没有出现风蚀,发展阶段输沙量只达到1.83 g·cm-1·h-1,占到初始阶段的3.2%。在3 m高度风速相同时,发展阶段近地面风速较初始阶段降低了54.29%,沙结皮厚度达到1~3 mm,所占面积比例达到91%,已经基本实现防风固沙;相对稳定阶段近地面风速较初始阶段降低了83.68%,沙结皮厚度达到5~6 mm,所占面积比例达到98%,完全实现防风固沙。     

沙坡头固定沙丘结皮层的微生物区系动态

对中科院沙坡头沙漠研究试验站的人工植被固定沙丘、红卫自然植被固定沙丘的结皮层和流动沙丘表层(0~ 05cm)中的微生物类群数量的研究结果表明:①好气性细菌数量影响着微生物总数量的变化趋势;②微生物总数量分布依次排列为:自然植被固定沙丘>1956年栽植区>1964年栽植区>自然半固定沙丘>1982年栽植区>流动沙丘;③土壤微生物类群数量与结皮层的形成、植物覆盖度和土壤含水率等因子有密切的关系;④结皮层中的微生物类群数量与流动沙丘的固定程度呈正向关系。     

青藏铁路格拉段风动力环境及其对铁路沙害的影响

以青藏铁路格拉段沿线主要气象站点1955—2014年的气象数据及部分野外观测数据为基础,从风向、大风沙尘暴日数、输沙势和年均风速变化等方面阐述了青藏铁路格拉段风动力环境特征,并揭示了其对铁路沙害的影响。格拉段铁路沿线风向单一、风能环境较高、铁路沙害可能进一步发展。本研究在青藏铁路沙害监测和防沙体系完善方面具有指导意义,同时也为其他沙区公路、铁路防沙设计提供借鉴。     

京通铁路两侧防护体系的建立及其生态效益的研究——以奈曼地段为例

京通线奈曼地区铁路沿线有丰富的沙物质来源, 有春旱与大风多风期的一致性, 形成具有严重风沙活动的特有生态条件。在治理铁路沿线沙害中, 采取以植物固沙为主, 机械固沙为辅、乔、莜、苹相结合, 建立阻、固、造、封加速度流沙固定的综合防护体系是行之有效的固沙措施。防护体系建立后, 大约经过5-10年时间, 可形成良好的人工植被防护体系, 使流沙达到固定, 消除线路沙害, 保证列车正常通行的目的。     

Prevention and management of wind-blown sand damage along Qinghai-Tibet Railway in Cuonahu Lake area

This paper analyzes the characteristics of climate, geology and geomorphology, vegetation, and sand dune distribution in the Cuonahu Lake area beside the Qinghai-Tibet Railway. The types and causes of railway blown-sand hazards are discussed, and the effectiveness of various sand-controlling measures is assessed. From the perspective of integrated management, a sand-controlling system that combines several engineering measures, including nylon net sand barriers, concrete sand barriers, movable-board sand barriers, sand interception ditches, gravel/rock cover, film sandbags, and permanent vegetation is most beneficial.     

巴盟河套西部防沙林带防风阻沙效益的初步观测——以磴口县坝楞公社为例

在内蒙古巴彦淖尔盟河套西部五十年代开始营造的大型防沙林带, 最窄的为100-200米, 最宽可达3-4公里, 全长为175公里。它与封育的沙生植被相结合, 形成平均宽达5公里的绿色带, 对控制北部乌兰布和沙漠的入侵起着屏障作用。其中坝楞公社一段位于磴口县城东北约10公里处(图1)。该公社西、西南、西北为乌兰布和沙漠, 南北长15公里, 东西宽2.5-5公里, 总面积5万多亩, 而沙漠占60%以上。