科尔沁沙地沙丘植被对丘间低地水体的影响北大核心CSCD

在流动沙丘以建立固沙植被的方式向固定沙丘转化的过程中,植被将改变沙丘水分再分配过程,影响沙丘的水文调节功能,甚至可能引起沙丘生态系统水资源失衡。为探明植被对沙丘水文调解功能的影响,以科尔沁沙地不同植被盖度的沙丘-丘间地水体组合体为研究对象,于2021年生长季开展了沙丘植被盖度、丘间低地水体变化特征、气象因素的动态观测,以期明确沙丘植被变化对丘间低地水体的影响。结果表明:(1)沙丘植被盖度影响沙丘水分对外补给能力,随着沙丘表面固沙植被盖度增加,单位面积沙丘对外水分补给能力降低,表现为流动沙丘(58.25 mm)>半固定沙丘(24.75 mm)>固定沙丘(14.87 mm),占同期降水量的比例分别为21.39%、9.09%、5.46%。(2)生长季流域降水补给量、植被盖度、气温显著影响沙丘对丘间低地水体的水分补给量,丘间低地水体获补量与流域降水补给量显著正相关,与植被盖度、气温极显著负相关。(3)依据水量平衡原理推导出沙丘水分对外补给量(Y)与影响因素(降水补给量X_(1),植被盖度X_(2),平均气温X_(3))的关系模型,Y=1052.737+0.1X_(1)-11.459X_(2)-37.585X_(3),R2=0.641。可根据模型预测沙丘水分对外补给量,为流动沙丘生物治理模式的合理选择提供支持。     

不同地下水位处梭梭（Haloxylon ammodendron）水分来源特征

梭梭(Haloxylon ammodendron)是中亚荒漠区分布最广泛的植物,长期被作为防风固沙的优良树种。在降水严重匮乏的荒漠区,地下水埋深对梭梭的正常生长具有关键作用。选择黑河中游临泽绿洲边缘人工梭梭林为研究区域,选择生长沙丘和丘间低地相同林龄的梭梭,对植物茎水及其他潜在水源(降水、土壤水、地下水)的氢氧同位素值进行了测定,并结合IsoSource模型计算了梭梭在沙丘和丘间低地不同微地形条件下的水分来源比例。结果显示:分布于沙丘顶部和丘间低地的梭梭茎木质部水δ18O值存在显著的差异,且沙丘顶部梭梭对降水变化的响应程度显著大于丘间低地的梭梭。沙丘和丘间低地地下水埋深条件的差异对梭梭主要水分来源以及对水分变化的响应程度的影响较为显著,分布于沙丘顶部的梭梭利用地下水的比例为60.6%;而丘间低地梭梭对地下水的利用比例为86.4%。沙丘和丘间低地分布的梭梭的水分利用策略发生变化,沙丘梭梭在降水事件发生时能够及时响应,而丘间低地梭梭对降水的利用不显著,夏季的严重干旱胁迫致使沙丘和丘间低地梭梭都增加了对地下水的利用,说明梭梭对地下水具有很强的依赖性,但是可以根据环境条件调节自身水分利用模式以适应荒漠环境。     

科尔沁沙地风沙土地温特征及其分析

通过对科尔沁沙地3种类型风沙土中地温的变化特征分析,有植被覆盖和裸露地表条件下地温的关系探讨。结果表明:①地温随时间进程有明显的日变化规律,随深度加深地温日变化振幅按指数规律减小;②半固定风沙土的浅层(5~20 cm)地温略高于流动风沙土和固定风沙土,尤其表现在地温达到最大值时;③流动风沙土土壤热扩散率λ较大,固定风沙土土壤热扩散率λ较小;4有植被覆盖的风沙土中平均地温略高于裸露地表下的平均地温。     

沙漠人工植被区土壤蒸发测定

在2003年生长季,应用自制的微型蒸渗仪(Micro Lysimeter)、大型称重式蒸渗仪(Lysimeter)和TDR对比测定沙漠油蒿(Artemisia ordosica)和柠条(Caragana korshinskii)人工植被区与裸沙土壤蒸发,结果表明:在沙漠人工植被区由于植被比较稀疏,土壤蒸发不受植株的遮阴的影响,但不同样地的蒸发量是有差异的,而样地和位置间的互作不显著。为提高蒸发测定精度,建议微型蒸渗仪勤于换土,尤其是在大降水发生之后;将横插式 TDR探头改为竖插式能探测到小降水后的蒸发量。在沙漠区有很大比例的蒸发发生在紧接降水之后。以微型蒸渗仪的测定结果为主,结合大型称重式蒸渗仪的测定结果推算出整个试验期间的裸沙、油蒿和柠条样地的蒸发量为 111.6mm、93.8 mm和99.3 mm,油蒿和柠条样地的蒸发量分别占同期蒸散量的45.1%和43.6%;油蒿和柠条样地均以8月份日蒸发量0.93 mm·d^-1和1.10 mm·d^-1最高,5月份日蒸发量0.30 mm·d^-1和0.28 mm·d^-1最低。     

毛乌素沙地西北部植被覆盖对沙丘移动的影响

毛乌素沙地生态环境脆弱,近年来沙漠化虽整体呈逆转状态,但西北部仍存在沙丘活化现象,风沙活动强烈,对下风向植被恢复和农牧生产造成了一定影响。利用Google Earth卫星影像对2002—2015年毛乌素沙地西北部裸露沙丘和植被覆盖沙丘进行监测,分析了植被覆盖与沙丘移动之间的内在联系。结果表明:(1)毛乌素沙地西北部存在较严重的风沙活动,沙丘移动速度为0.38～6.05 m·a~(-1),其中植被覆盖沙丘平均移动速度为2.29 m·a~(-1),裸露沙丘平均移动速度为4.59 m·a~(-1),沙丘平均移动方向为122.5°,与当地合成输沙方向基本一致。(2)沙丘移动速度与高度呈负相关,但相关系数比前人报告的低,这与沙丘表面覆盖植被的时空变化密切相关。(3)植被覆盖对沙丘形态变化具有明显的影响,盖度增加使沙丘形态趋于饼状,从而逐渐被固定。(4)风况、地表盐渍化和公路两旁的固沙措施等也影响了沙丘的移动速度。     

艾比湖流域典型荒漠植被水分利用来源研究

在以风沙和干旱为基本特征的干旱、半干旱生态环境中,荒漠植被在防风固沙及维持荒漠和绿洲生态系统的稳定性方面有重要作用。选取艾比湖流域不同生境（河岸、沙丘、荒漠、盐沼）典型荒漠植被胡杨（Populus euphratica）、梭梭（Haloxylon ammodendron）、白刺（Nitraria sibirica）和盐穗木（Halostachys caspica）为研究对象,运用稳定同位素方法分析降水、土壤水、植株水和地下水同位素组成变化特征,量化4种植被在整个生长期内吸水来源及比例。结果表明：① 艾比湖流域降水δ²H和δ¹⁸O值变化范围为-142.5‰~-0.6‰和-20.16‰~1.20‰,表现为夏季最大,冬季最小,春秋季居中的态势。② 4类生境条件下的土壤水δ²H和δ¹⁸O值沿剖面总体表现为随着深度增加逐渐减小;不同植株茎水δ²H和δ¹⁸O值时间变化趋势基本一致,春季最大,夏季最小,秋季又逐渐增加;不同植株间比较,盐穗木茎水稳定同位素值最大,其余依次为白刺、梭梭和胡杨。③ 荒漠植被在不同生长期吸水来源及利用比例不同,梭梭在整个生长期主要利用地下水;白刺利用水源比例在整个生长季内变化较大,春季主要利用表层土壤水,贡献率为80%~94%,夏季利用深层土壤水的比例为31%~36%,秋季利用中层土壤水的比例达到33%~36%;盐穗木春季和秋季主要利用表层土壤水,夏季中间层土壤水比例略有提升,为20%~36%;胡杨春季主要利用中间层土壤水,利用比例为53%~54%,夏季主要利用地下水,比例达到72%~88%,河水利用比例仅为2%~5%,秋季河水利用比例升高为11%~21%。研究结果显示,干旱区荒漠植被生长季内水分利用来源差异明显。本文为了解干旱区荒漠植被的水分利用机理、水分适应策略,以及植被恢复和管理提供理论依据。     

科尔沁沙地西部横向沙丘间的风况和输沙势

以科尔沁沙地西部一处典型横向沙丘群为研究对象,在沙丘顶部、丘间走廊和迎风坡脚各布设一套自动气象站,对流动性的横向沙丘群内部的风况进行了连续16个月的实地观测。为有效说明沙丘群外围气象站是否能真实反映沙丘群内部实际风况特征,从翁牛特旗国家站获取了同时段风况的小时数据。结果表明：（1）丘间走廊年内主导风向为SW,与迎风坡脚基本一致但频率更高,相对于沙丘顶部（WNW）和翁牛特旗（NW）而言,风向大角度向左偏转;（2）丘间走廊年内平均风速为3.28 m·s^-1,春季平均风速可达4.74 m·s^-1,瞬时风速大于起沙风速;丘间走廊会发生较强烈的风沙活动,这对塑造丘间走廊完整形态、形成稳定的横向沙丘群空间格局具有重要作用;（3）利用日均值计算丘间走廊的输沙势为37.94 VU,低于沙丘顶部94.54%,高于翁牛特旗86.99%,由此可知,沙丘群外围气象台站测得的风况数据不能真实反映沙丘群内部风沙活动的实际情况。为更精确地估算沙丘群内部的真实输沙状况,建议至少在沙丘顶部和丘间走廊各布设一套全自动气象站进行联动观测。本研究对于揭示沙丘群落整体风况变化规律和沙尘灾害防治具有重要的理论和技术支撑价值。     

腾格里沙漠西部和西南部风能环境与风沙地貌

腾格里沙漠西部和西南部的沙漠边缘地区位于石羊河流域的下游地区,该地区生态环境脆弱,成为近年来备受关注的区域之一。利用自动气象站2009年年度风况资料和Google Earth影像,对该地区的风能环境与风沙地貌进行讨论,为评价区域风沙活动强度,风沙地貌形态特征提供依据。研究表明,腾格里沙漠西部和西南部的风况、风能环境呈自北向南逐渐变化的趋势,年平均风速西部最大,中部次之,南部最小;起沙风风向在北部以西北风和东北风为主,中部以西北风和东南风为主,而南部以西北风为主,东南风很少。研究区的北部为高风能环境,中部和南部为低风能环境。研究区的沙丘类型主要为格状沙丘,在沙漠边缘的部分地区为新月形沙丘链,南部为植被线形沙垄,其主要是由地形作用形成的,沙垄之间为新月形沙丘链。风能环境、沙源和植被共同影响沙丘的形态参数,研究区中部的风能比南部大,沙源比南部多,植被比南部少,因此,格状沙丘主梁之间的间距要比南部新月形沙垄的间距大。格状沙丘的走向近似相同,均在205°~225°之间。研究区南部有范围较大的植被线形沙垄,其间距在0.8～2.0 km之间,平均间距为1.37 km;走向为近似南北（164°～176°之间）。     

黄淮海平原砂地土壤的基本特性及其改造利用的初步研究——以山东省夏津县黄河故道区为例

黄淮海平原砂地土壤约有3100万亩, 是重要的低产土壤之一, 具有较大的增产潜力。本文以山东省夏津县黄河故道区为例, 初步探讨了半湿润地区风沙土的基本性质及其改造利用的途径。半湿润地区风沙土, 机械组成较细, 有一定肥力基础; 是一种高容水或中容水沙土; 沙丘或沙岗低矮易于改造利用, 适于在护田林网基础上发展果树大行距间作, 提高经济效益, 改善生态环境。     

新疆准噶尔盆地典型荒漠区不同景观植被对土壤养分的影响

在群落演替的不同阶段,土壤与植被之间存在不同的互动关系。在新疆准噶尔盆地南缘,选择荒漠-绿洲交错区、沙漠边缘、沙漠腹地典型景观类型取样,监测不同景观条件下土壤水分、土壤有机质、全氮、全磷和植被盖度。结果表明,不同景观植被盖度、土壤水分、土壤养分含量存在显著的差异性(P0.5)。土壤水分含量、植被盖度、土壤养分含量表现为荒漠-绿洲交错区沙漠边缘沙漠腹地的变化趋势;土壤含水量由荒漠-绿洲交错带10.4%递减到沙漠边缘5.8%、沙漠腹地3.5%;植被盖度、土壤养分含量随土壤类型由荒漠灰钙土向风沙土过渡,呈现显著的下降趋势。在相同土壤属性情况下,植被盖度与土壤有机质、土壤全氮之间存在显著的线性正相关关系,表明不同区域内植被在一定程度上影响土壤养分的积累。     

荒漠人工固沙植被区土壤结皮斥水性发展特征

土壤结皮深刻影响绿洲边缘固沙植被区的土壤水文过程。土壤结皮斥水性是量化上述影响的潜在指标。采用滴水穿透时间（WDPT）法，研究了河西走廊荒漠边缘不同建植年限梭梭植被区固定沙丘土壤结皮斥水性的时间演变规律及影响因素。结果表明：建植20 a后，丘顶与丘间地土壤结皮出现显著斥水性（WDPT>5 s），而丘坡土壤结皮无斥水性（WDPT<5 s）。丘顶土壤结皮斥水性与总有机碳、微生物量碳、有机碳C-H组分以及电导率显著相关（P<0.01）；而丘间地土壤结皮斥水性与黏、粉粒含量显著相关（P<0.01）。植被形成的“碳岛”及“盐岛”效应是丘顶土壤结皮斥水性形成的主要原因，而黏、粉粒在土壤表层的积聚是丘间地土壤结皮斥水性形成的主要原因。     

西沙赵述岛地表蒸散发实验

蒸散是岛礁水循环过程中的重要组成部分,对保护珊瑚岛礁生态有重要意义。2018年6月27日—2018年8月8日利用自制的微型蒸渗仪及蒸发皿,在中国西沙群岛赵述岛开展了野外蒸散观测实验,获得了岛礁砂壤土裸地雨后实际蒸发速率,以及不同下垫面及钙质砂质地情形下潜在蒸散特征。其中,砂壤土裸地实际蒸发观测表明,雨后第2日至第4日平均蒸发速率为（1.6±0.2） mm/d,第5日至第7日迅速下降,7日后蒸发速率逐渐稳定在（0.5±0.2）mm/d,实际蒸发过程受土壤含水量调节,裸地实际蒸发（E）与蒸发皿潜在蒸发（E_o）的比值E/E_o与土壤表层含水量关系表明两者呈明显的线性相关。蒸散控制实验表明,蒸渗仪潜在蒸散呈现空旷地草地>空旷地砂壤土>林间带草地>林间带砂壤土的规律,林间带遮挡减少草地蒸散比减少裸地蒸发影响更加明显。裸地蒸发速率受岛礁钙质砂质影响,岛礁钙质砂颗粒越大,快速蒸发阶段持续时间越短,蒸发速率越小。微型蒸渗仪日蒸发量和午间蒸发速率呈一定线性相关,其中细粒钙质砂、中粒钙质砂及砂壤土三种土壤类型两者相关性更加明显。     

苏打盐碱土地区不同土地利用类型的地表水分蒸渗特征

选择东北松嫩平原西部典型地区,采用FAO56方法和实际田间定期观测相结合,分析了当地旱田和碱斑地两种主要土地利用类型地表水分蒸散和入渗特征及其对土地盐碱化的影响。结果表明:对于玉米地这样相对蒸散量比较大的旱作农田来讲,水分亏缺和盐碱化主要发生在根层,而对表层土壤,即使在偏干旱年份,仍然有足够的水分入渗量来维持盐分平衡。碱斑地随着植被的破坏,总体上表层土壤蒸发和入渗量基本平衡,但是由于土壤水分蒸发过程中盐分浓度要比入渗过程中的盐分浓度大,表层土壤依然向盐碱化方向发展。采取适当的土地利用方式,建立耗水量与该地区降雨水平相适应的植被系统是控制区域土地盐碱化发展的关键。     

科尔沁沙地沙丘水分深层渗漏量和侧向运移量

沙丘水分的深层渗漏和侧向运移与深层土壤水、地下水及相邻丘间低地的水分状况密切关联。以科尔沁沙地典型流动沙丘迎风坡坡底，迎风坡坡中、坡顶、背风坡坡中和背风坡坡底监测点为例，采用自制的水分渗漏量及侧向运移量的监测装置，测定了科尔沁沙地流动沙丘各坡位入渗到0~100 cm土层雨水沿坡面的侧向运移量及入渗到100 cm以下的深层渗漏量。结果表明：生长季（5—10月）流动沙丘坡顶、迎风坡坡中、背风坡坡中、背风坡坡底处累积深层渗漏量分别为44.46、78.65、61.84、147.6 mm，分别占同期降雨量的17.03%、30.12%、23.68%、56.53%；迎风坡坡中、背风坡坡中、背风坡坡底处的累积侧向运移量分别为32.35、96.47、82.59 mm，分别占同期降雨量的12.39%、36.95%、31.63%。迎风坡坡中（P<0.01）和坡顶（P<0.05）的月深层渗漏量与月降雨量均显著正相关；背风坡坡中（P<0.01）和背风坡坡底（P<0.05）的月侧向运移量与降雨量均显著正相关。     

土壤水分对流动沙丘迎风坡与丘间低地过渡带植被入侵的制约

在半干旱沙区植物天然更新过程中,种子萌发、幼苗出土是植物种群维持和实现更新的关键阶段。通常认为,在这一阶段,土壤水分和土壤种子库是主要制约因素。分别对流动沙丘迎风坡与丘间低地过渡带的出土幼苗密度与土壤种子库密度和土壤水分进行二元相关分析。结果表明,生长季的出土幼苗密度与土壤种子库密度的相关性未达到显著水平（P>0.05）;出土幼苗密度与土壤水分呈显著正相关（P<0.05）,而且,幼苗密度随土壤水分呈对数增加。这说明,在植被入侵流动沙丘迎风坡与丘间低地过渡带裸沙的过程中,土壤水分是主要的制约因素,而土壤种子库的制约作用则没有表现出来,植被自然恢复更多地依赖于从沙丘附近植物群落传播来的种子。     

青海湖湖东沙地不同沙丘降雨入渗研究

降雨入渗对干旱、半干旱区土壤水分的影响很大,降雨量、降雨强度、土壤前期含水量等要素都会影响水分的入渗过程。本文通过监测青海湖湖东沙地3种类型沙丘的土壤水分和降雨情况,对区内降雨特征以及不同要素对沙丘水分入渗的影响进行了分析。结果表明：降雨量只有达到某一临界值才发生下渗,流动沙丘、固定沙丘、经治理（人工植被+麦草方格沙障）的流动沙丘发生下渗的临界降雨量分别为5.6 mm、1.6 mm、0.2 mm。水分累积入渗量随降雨量增大而增加,降雨量相同的情况下,入渗量大小表现为经治理的流动沙丘>固定沙丘>流动沙丘。当降雨量和土壤前期含水量相近时,入渗量随降雨强度的增大而增加,尤其在小降雨事件下,降雨强度是影响入渗的关键因素,大降雨事件下降雨量则成为影响入渗的决定因素。降雨量和降雨强度相近的情况下,入渗量与土壤前期含水量呈负相关关系。随着降雨量增大,入渗水分全部消耗所需要的时间逐渐增加,尤其当降雨量大于10 mm时,入渗水分消耗所需时间将随着降雨量的增大迅速增加。     

基于Hydrus-1D模型的科尔沁沙地沙丘-草甸相间区土壤水分动态模拟

土壤水分是干旱半干旱地区生态环境的主要限制性因子,研究科尔沁沙地流动沙丘和草甸地土壤水分动态规律有助于荒漠化地区的生态恢复和保护。以2018年5月25日至10月31日为研究期,利用土壤各项实测参数和气象数据,评价Hydrus-1D模型在科尔沁沙地的适用性,并揭示科尔沁沙丘-草甸相间区土壤水分分布特征,重点分析研究区流动沙丘200 cm剖面和草甸地80 cm剖面土壤水分的动态规律。结果表明:研究区典型土地类型流动沙丘和草甸地土壤水分模拟值和实测值的决定系数均高于0.76,均方根误差0.01~0.02 cm³·cm^-3;在土壤剖面上具有明显的分层结构,流动沙丘分为3层,即0~20 cm为干沙层,20~120 cm为活跃层,120~200 cm为稳定层,其中40 cm土壤水分波动性最大;草甸地分为2层,即0~40 cm为活跃层,40~80 cm为稳定层,主要受降雨、蒸散发和地下水位影响;流动沙丘和草甸地降雨与表层土壤水分呈极显著相关,降雨量与地下水位变化仅草甸地呈显著正相关;在整个研究期内,流动沙丘土壤水分储量变化量为12.6 mm,土壤实际蒸发量为105.9 mm,200 cm深层渗漏量为173.9 mm,占总降雨量的59.5%;草甸地土壤水分储量变化量为8 mm,80 cm深层渗漏量为-27.2 mm(地下水补给量),土壤实际蒸发量为67 mm,植被蒸腾量为244 mm,地表径流量为0 mm。     

水盐动态与土地利用变化相互作用的分析

利用1987年和1998年两期土地利用现状图,1988~1998年水文资料和2000年、2001年地下水和土壤水、盐含量的监测资料,分析三工河流域水盐的时空动态变化对流域土地利用的影响。1988~1998年三条河流年出山口总径流量10年间无显著变化,但上游老绿洲耕地面积逐步扩大,引水量逐年增加,可以占到出山口径流总量的90%以上。1998年相对于1988年,上游绿洲地下水位有所下降,而所有下游观测点的地下水位均有所升高,盐渍化问题加剧。通过2000年和2001年三工河流域下游的新垦绿洲地下水、土壤的连续观测表明,从绿洲、过渡带到沙漠中,土壤盐分含量的变化梯度不大,差异不显著,而水分则有显著的下降趋势。但是在过渡带由于受绿洲灌溉过程的影响,地下水位较浅,土壤含水量较高,植被较为稳定,因此绿洲边界始终没有变化。因此水分的减少是绿洲过渡带动态稳定的关键限制因子。绿洲内的撂荒地和靠近绿洲的荒漠草地受绿洲内部灌溉过程的影响,地下水位升高,超过了地下水的临界深度,同时又因为缺少灌溉的反复淋洗,在强烈的蒸发作用下,盐分的表聚现象十分明显,而且整个剖面内盐分的含量都较高,土壤的盐渍化现象非常严重。     

不同生境梭梭对降水变化的生理响应及形态调节

以中亚荒漠关键种梭梭为研究对象,对比2006年生长季土壤水分状况和生长在沙土及黏土中梭梭对3个降水处理的生理响应与同化枝面积的累积变化,分析不同质地土壤生长的梭梭在生长季对降水变化的生理响应及其形态调节。结果表明,沙土中生长梭梭对降水响应明显,生长季同化枝水势较高,且不同降水处理下蒸腾速率和瞬时水分利用效率差异显著,同化枝形态调节幅度不大。黏土不利于降水入渗,梭梭同化枝水势、蒸腾速率和瞬时水分利用效率对降水变化的响应不敏感,同化枝面积和生长速率在不同降水处理间差异显著,同化枝脱落较早。生理响应与形态调节的综合研究表明,不同质地土壤生长的梭梭通过有效的同化枝形态调节保证了其在降水处理下稳定的光合碳同化作用。在全球气候变化的背景下,沙土更有利于梭梭的生长。     

腾格里沙漠沙丘固定后土壤的斥水性特征研究

土壤斥水性是重要的土壤物理属性,对土壤水文过程和地貌过程有重要的影响。利用毛细上升法研究了腾格里沙漠东南缘沙丘固定后土壤的斥水性特征,分析了不同小地形、不同土壤深度和不同土壤粒径土壤的斥水性差异。结果表明,固沙植被建立后显著地改变了沙丘的土壤斥水性,且随沙丘固定时间增加而呈增强的趋势。丘间地和迎风坡的土壤斥水性大于丘顶和背风坡的斥水性。0~3 cm土层的土壤斥水性显著大于3~6 cm。随着粒径的不断增大,土壤斥水性呈减小趋势,不同粒径段土壤斥水性差异显著;且土壤斥水性与粒径分别为0~0.05 mm、0.05~0.01 mm、0.01~0.15 mm的土壤呈极显著正相关线性关系,与粒径大于0.15 mm的土壤呈显著负相关线性关系。植被区土壤斥水性的增加可能与大气降尘在固定沙丘表面不断沉积、生物土壤结皮形成,尤其是藻类和地衣的形成有关,斥水性的增强将影响到植物种在沙丘上的有效水分利用。