白刺灌丛沙堆形态与沉积特征

白刺灌丛沙堆在我国西北干旱区分布广泛,但对其的研究程度较低.选择沙漠、戈壁和荒漠草地三种生境下发育的白刺灌丛沙堆,通过典型样方(100 m×100 m)调查和采样分析,探讨了沙堆形态、沉积物特征及其控制因素.在三个样区,沙堆总底面积和总体积从小到大依次为戈壁、沙漠、荒漠草地,沙堆密度从小到大的顺序为荒漠草地、沙漠、戈壁,表明植物生长状况和沙源是控制沙堆单体规模的主要因素.沙堆形态参数之间的相关分析结果显示,在三种生境下沙堆水平尺度与高度之间存在良好的二次多项式相关,且目前的沙堆尚处在垂向增长阶段.灌丛沙堆沉积物粒度组成以细砂为主,其粘土、粉沙和粗砂含量均少于丘间地,表明灌丛沙堆沉积物属短距离风力搬运、分选产物.沙堆表层沉积物平均粒径由迎风坡脚至背风坡脚趋于变细,由沙堆顶部垂直向下至底部趋于变粗但变化不明显.     

民勤荒漠绿洲过渡带白刺灌丛沙堆演化阶段及其空间格局

通过野外调查,分析了民勤荒漠绿洲过渡带不同地下水位埋深的3个白刺灌丛沙堆样方内灌丛沙堆水平投影面积与高度的关系、灌丛沙堆的空间分布及空间自相关关系,确定各个样方白刺灌丛沙堆的演化阶段,并分析了地下水位、沙源及植被生长对灌丛沙堆发展的影响。结果表明,白刺灌丛发育阶段灌丛沙堆的水平投影面积和高度之间为线性关系;稳定阶段白刺灌丛沙堆高度与水平投影面积为幂函数关系;退化阶段白刺灌丛沙堆高度和水平投影面积为二次函数关系。不同演化阶段白刺灌丛沙堆的空间自相关尺度为5 m,且3个样方之间自相关尺度没有显著差异。     

新疆策勒绿洲-沙漠过渡带花花柴(Karelinia caspica)沙堆的形态特征

通过野外调查花花柴(Karelinia caspica)植株及其沙堆形态指标,应用统计学原理和方法,分析了绿洲-沙漠过渡带花花柴沙堆的形态特征及沙堆与植株形态间的关系,初步估算了花花柴植株可固定的沙量.结果表明:(1)花花柴沙堆形态依据其发育时期的不同主要分为早期的盾形沙堆和较稳定时期的半球形沙堆.盾形沙堆的长度与宽度、底面积与高度间均呈直线线性相关,半球形沙堆则呈二次线性相关.盾形沙堆在向半球形沙堆发育的过程中,沙堆长度缩短,但是其高度、宽度以及体积仍随着植物的生长而不断地增长.(2)沙堆的发育与植株的形态有显著的相关关系.早期发育的盾形沙堆长度约为植株长度的2倍,体积为植株体积的1.5倍,半球状沙堆的长度和体积均约为植株的0.5倍左右.(3)通过估算,在策勒绿洲-沙漠过渡带上,花花柴草丛沙堆体积可达约50 000m3·kmm-2,表明花花柴沙堆截留了绿洲外围大量的流沙,是绿洲的重要屏障.     

荒漠草原带沙源及灌丛对灌丛沙堆形态的影响

灌丛沙堆是干旱区一种典型的景观类型,经常出现在靠近流沙地带。在地处荒漠草原带的宁夏盐池北部的流沙边缘就发育有典型的白刺(Nitraria tangutorum)灌丛沙堆。本文对不同沙源距离和灌丛生长状况下的白刺灌丛沙堆形态特征进行了研究。结果表明:荒漠草原带白刺灌丛沙堆的高度0.2～4.8 m,90.05%的高度小于3.0 m;体积0.11～805.17 m³,6.08%的体积小于150 m³;面积0.86～333.3 m²,72.26%的小于50 m²。灌丛沙堆长轴长和短轴长、高度和面积、高度和体积、面积和体积间都存在很好的幂函数关系,随着灌丛沙堆高度的增加,其面积和体积也增加。沙源对白刺灌丛沙堆的分布特征有显著影响,灌丛沙堆的高度、面积和体积和沙源距离都有很好的抛物线形关系。白刺灌丛的生长状况对灌丛沙堆的形态特征也有明显的影响,即白刺灌丛生长状况越好,灌丛沙堆的高度、面积和体积也增大。     

毛乌素沙地南缘油蒿(Artemisia ordosica)灌丛沙堆形态特征

对毛乌素沙地南缘不同演化阶段油蒿(Artemisia ordosica)灌丛沙堆进行了调查和统计分析,探讨了演化过程中沙堆形态特征变化及其与灌丛形态间相互关系。结果显示:(1)研究区油蒿灌丛沙堆以发育阶段和稳定阶段主,衰退阶段灌丛沙堆较少。随灌丛沙堆演化,油蒿灌丛高度保持相对稳定,灌丛长轴和沙堆长轴、短轴都显著增大;(2)沙堆的形态参数间存在显著的相关性,其中发育阶段沙堆长轴、短轴和高度之间显著线性相关,且长轴和短轴相对高度增长较快,稳定阶段沙堆3个参数间协同发展到稳定,而衰退阶段沙堆形态参数间相关性下降;(3)除衰退阶段外,沙堆形态参数与灌丛形态参数间有显著的相关关系,其中沙堆长轴与灌丛长轴、沙堆短轴与灌丛短轴、沙堆底面积与灌丛投影面积,均呈显著线性关系。在环境因素作用下,油蒿灌丛沙堆间整体相互协调发展,使其呈现不同形态特征。     

乌兰布和沙漠东南缘白沙蒿(Artemisia sphaerocphala)灌丛沙堆形态特征与固沙能力

白沙蒿(Artemisia sphaerocphala)灌丛沙堆是乌兰布和沙漠最为广泛分布的典型荒漠灌丛沙堆之一。本研究对白沙蒿灌丛的灌丛形态参数、沙堆形态参数进行了野外测定,探讨沙堆形态发育及固沙能力与白沙蒿灌丛形态的关系。结果表明:白沙蒿灌丛高度随着灌丛半径的增加而呈对数曲线增加,在灌丛较小时灌丛高度增长较快,随后渐趋于稳定,其水平方向发育速度大于垂直方向;白沙蒿灌丛沙堆半径及高度随灌丛半径和高度增加而增加,二者呈显著线性关系,沙堆水平方向发育受到灌丛冠幅的影响,沙堆垂直方向的发育水平取决于灌丛高度;随白沙蒿地上部分鲜重的增加,灌丛沙堆底面积、高度、沙堆体积和固沙效率均呈极显著线性增加(p0.01);白沙蒿灌丛越大其固积沙堆也越大,固沙率越高,不同大小灌丛白沙蒿间的固沙效率差异显著(p0.05);白沙蒿灌丛背风侧的积沙宽度(y)与积沙距离(x)显著相关(R2=0.9917),其线性回归方程为y=-19.654x+122.41,在距离灌丛背风面6~7倍高度的地方,积沙接近消失。     

柽柳灌丛沙堆及丘间地蚀积分布随背景植被变化的风洞实验

以塔克拉玛干沙漠南缘沙漠-绿洲过渡带广泛分布的柽柳灌丛沙堆及丘间地植物为原型,依据风沙运动相似理论,制作背景植被盖度依次为0%、4%、10%、16%和26%五组灌丛沙堆模型,在风洞中进行蚀积变化规律模拟实验。结果表明：柽柳灌丛沙堆及丘间地蚀积分布可划分为6个区域,依次为沙堆前积沙区、沙堆迎风坡风蚀区、沙堆两侧风蚀区、沙堆背风侧涡流积沙区、沙堆后尾流积沙区和不受沙堆影响区。随着指示风速增大,沙堆前积沙区和尾流积沙区范围缩小而沙堆两侧风蚀区面积明显增大。随着背景植被盖度的增大,沙堆前积沙区和尾流积沙区范围增大而沙堆两侧风蚀区范围明显减小。灌丛沙堆及丘间地整体风蚀面积比、风蚀率、各分区蚀积强度均呈指数规律递减。背景植被盖度为0%时,灌丛沙堆影响区风蚀率明显高于不受沙堆影响区,说明裸露地表条件下灌丛沙堆的存在会加剧地表风蚀;当背景植被盖度为4%~16%时,灌丛沙堆影响区风蚀率均低于不受沙堆影响区,可见丘间地植被存在可使灌丛沙堆起到一定的防风阻沙作用。当背景植被盖度>16%时,柽柳灌丛沙堆及丘间地整体蚀积强度和风蚀率变化趋于平稳。据此认为维持不低于16%的背景植被覆盖,是沙漠-绿洲过渡带柽柳灌丛沙堆科学保育的关键。     

不同气候区灌丛沙堆形态及土壤养分积累特征

灌丛沙堆是干旱、半干旱区绿洲边缘常见景观类型,在绿洲风沙防护及生物多样性保护方面有重要意义。本文对中国西北干旱区不同气候区常见的柽柳（Tamarix chinensis）、泡泡刺（Nitraria sphaerocarpa）和柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）灌丛沙堆形态和养分积累特征进行了对比研究。结果表明：柽柳灌丛沙堆高度、面积和体积显著高于泡泡刺和柠条锦鸡儿灌丛沙堆,泡泡刺灌丛沙堆高度、面积和体积最小。3种灌丛的存在都显著增加了沙堆土壤有机质含量,使灌丛沙堆成为“肥岛”,其中柽柳灌丛沙堆“肥岛”效应最明显。柽柳灌丛沙堆土壤有机质、全碳、全氮和凋落物含量显著高于泡泡刺和柠条锦鸡儿灌丛沙堆。主要原因是柽柳枝条茂密,拦截面积大且凋落物量大,因此沙物质拦截和养分积累能力强于其他两种灌丛。另外,不同气候区沙源和气象条件的差异也可能导致灌丛沙堆形态及养分累积特征不同。     

柽柳灌丛沙堆三维流场随背景植被变化的风洞实验

以塔克拉玛干沙漠南缘沙漠-绿洲过渡带广泛分布的柽柳灌丛沙堆及丘间地植物为原型,依据风沙运动相似理论,制作5组背景植被盖度灌丛沙堆模型,在风洞中进行风流场变化规律模拟实验。结果表明:柽柳沙堆三维流场结构可划分为6个区域,即沙堆前减速区、沙堆迎风坡加速区、沙堆两侧急流区、沙堆背风侧强涡流区、沙堆后尾流恢复区和沙堆上空混合加速区。灌丛沙堆对流场结构影响范围为沙堆前10H到沙堆后14H区段,旁侧影响宽度不超过沙堆宽度的3/4,垂直方向上主要影响灌丛沙堆总高度相对应的下方区域,最大不超过灌丛沙堆总高度的2倍。风速变化不构成对流场结构的影响,但背景植被变化对流场结构影响明显。随着植被盖度增大,沙堆前减速区和沙堆后尾流恢复区范围扩大,两侧急流区和背风侧涡流区范围缩小。背景植被的出现明显降低了其所在高度层的风速,柽柳沙堆各分区地表加速率均随背景植被盖度呈指数规律下降,当植被盖度在16%时加速率变化趋于平缓。从维护绿洲安全的角度出发,根据风沙动力学原理可将16%视为灌丛沙堆科学保育中可能的临界背景植被覆盖值。     

浑善达克沙地锦鸡儿属(Caragana)灌丛沙堆形态特征研究

灌丛沙堆在维持草地生态功能和土地沙漠化过程中扮演着非常重要角色。浑善达克沙地分布着众多灌丛沙堆,其中以锦鸡儿属(Caragana)灌丛沙堆最为典型。选择不同沙漠化程度(轻度沙漠化、中度沙漠化、重度沙漠化、严重沙漠化)沙地上的锦鸡儿属灌丛沙堆,进行野外调查和灌丛沙堆形态指标测量,对比不同沙漠化程度沙地上锦鸡儿属灌丛沙堆的形态特征,分析灌丛和沙堆形态参数间的关系及其影响因子。结果表明:(1)不同沙漠化程度沙地灌丛沙堆大小不同,总体表现为灌丛沙堆规模从严重沙漠化、重度沙漠化、中度沙漠化到轻度沙漠化逐渐减小的特点,轻度和中度沙漠化沙地的灌丛沙堆形态在水平面上的垂直投影类似椭圆形、形状类似半椭圆球体,重度和严重沙漠化沙地的灌丛沙堆形态在水平面上的垂直投影类似不规则棱形、形状类似四棱锥体,沙堆形态的主要影响因素可能与沙源丰富度有关。(2)不同沙漠化程度沙地上的锦鸡儿属灌丛的各形态参数呈显著相关,重度和严重沙漠化沙地上的锦鸡儿属灌丛沙堆形态参数间的相关系数比中度和轻度的更高,总体上灌丛沙堆长轴、短轴和沙堆高度之间协同发展。(3)轻度和中度沙漠化沙地上的锦鸡儿属灌丛沙堆的长轴、短轴与高度间呈幂函数关系,表明灌丛沙堆还存在较大发展空间,重度和严重沙漠化沙地上灌丛沙堆的长轴、短轴与高度间呈二次函数关系,表明灌丛沙堆已经发育成熟,且易因根系水分供应不足等导致灌丛向衰亡方向发展。     

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。     

晴天和沙尘天气下沙漠绿洲过渡带近地表风速脉动特征

以敦煌黑山嘴沙漠绿洲过渡带为例,利用可移动梯度风测量系统,获取晴天和沙尘暴天气过程中沙漠绿洲过渡带近地表风速脉动特征,研究沙尘天气对近地表风速脉动影响。结果表明：无论晴天或沙尘暴,相同测点各高度层脉动风速具有很好的相关性,相邻高度脉动风速的相关性更加显著,脉动风速的波动范围与高度和风速呈正比。沿沙漠至绿洲方向,晴天环境下脉动强度先增大后减小,沙尘暴环境下脉动强度逐渐减小。沙尘暴和晴天环境下脉动风速的变化规律相近,但沙尘暴环境下风向相关性更加显著,风速脉动强度更大。风速与脉动强度呈正相关,沙尘对脉动强度产生一定抑制作用。     

新疆策勒沙漠-绿洲过渡带不同下垫面地表蚀积变化特征

沙漠-绿洲过渡带天然植被具有良好的防风阻沙效益,对绿洲内部农田起到重要生态保护作用。在新疆策勒沙漠-绿洲过渡带流沙地、半固定沙地、绿洲边缘固定沙地6个不同植被覆盖度样地风蚀、风积变化观测基础上,结合地表风速数据,探讨流沙地、半固定沙地、固定沙地不同植被覆盖度和地形下地表风蚀风积变化特征及其影响因素。结果表明：流沙地表现出较强烈的地表风蚀;半固定沙地整体表现出强烈的地表风积;固定沙地上植被覆盖度越高、植株越高和排列方式越均匀、整体地势越低,单位面积风积量也就越大、风蚀量越小,风蚀主要发生在灌丛沙堆的上风向、侧翼、背风风向的裸低凹沙地表面,较高沙堆侧翼的地表风蚀量最大。植被覆盖度与单位面积风蚀量呈多项式或指数函数关系递减,植被覆盖度与单位面积风积量不呈函数分布,说明除了植被覆盖度外,植株类型、高度、排列方式、地形等都会对地表风积量产生一定影响。     

新疆策勒沙漠—绿洲过渡带水平输沙通量

新疆策勒沙漠-绿洲过渡带的天然植被对绿洲内部的农田起到了很好的保护作用,具有良好的防风阻沙效益。对策勒沙漠-绿洲过渡带的流沙地、半固定沙地、固定沙地的水平输沙通量和风速进行了分析。结果表明：（1）近地表的输沙通量和平均风速从流沙地至半固定、固定沙地大幅度地减少。在0～202.5 cm高度范围,半固定沙地、固定沙地水平输沙通量相比流沙地分别少了56.91%、90.23%;在0～70 cm高度范围内,输沙通量分别少了85.31%、99.55%;（2）平均风速越大,半固定沙地、固定沙地相比流沙地的输沙通量减少得愈多,流沙地、半固定沙地、固定沙地近地表输沙通量与平均风速分别服从指数、线性和多项式函数关系;（3）策勒沙漠-绿洲过渡带的有效宽度不小于1.74 km,才能保护绿洲免受风沙危害。     

荒漠-过渡带-绿洲界定——以石羊河流域为例

中国西北干旱区发源于山地的河流为中下游地区带来了丰富的水土资源,在荒漠中孕育出绿洲,过渡带位于其间,构成荒漠-过渡带-绿洲地理景观单元。界定荒漠、过渡带、绿洲的空间分布,可为干旱区生态系统格局、过程和服务方面的精确认知评价提供空间参考。以石羊河流域为例,选取训练样本,利用常用遥感指标和景观格局指数,通过判别分析方法,对荒漠、过渡带和绿洲空间范围进行界定。结果表明:采用通过逐步判别分析筛选出的6项遥感指标和2项景观指数构建的判别函数,与单独利用遥感指标或景观指数构建的判别函数,计算出训练样本的判别准确率分别为92.4%、84.0%、70.2%。采用遥感指标结合景观指数的综合判别分析,比单独利用遥感指标或景观指数判别准确率分别提高了8.4%\,22.2%。经综合指标判别分析,得出除主要山地外的石羊河流域荒漠、过渡带和绿洲面积分别为133万、49万、58万hm²。     

绿洲化过程中农田土壤粒径分布性质变化

绿洲化与荒漠化同为干旱区基本地理过程,揭示这些过程中土壤环境变异特点成为干旱区环境研究中的热点。本研究从绿洲化视角出发,以近年来绿洲扩张进程明显、常年受风蚀影响严重的塔里木盆地南缘策勒绿洲为研究区,着重探讨绿洲化过程中主要土地利用方式——农田在4种典型不同利用强度下,其表层土壤粒径分布（soil particle size distribution,简称PSD）特性的变化特征,同时对土壤有机质等7项养分指标变化也进行分析。土壤PSD体积分形维数分析结果表明,不同利用强度农田土壤PSD存在显著性差异,位于绿洲内部的传统耕作农田土壤PSD分维值显著位于最高水平;而位于荒漠-绿洲交错带垦殖农田,其土壤PSD变化受肥力投入等人为因素影响明显,其中无肥力投入的临时性垦殖农田土壤PSD甚至低于自然覆被样地而显著位于最低水平。而各农田间土壤养分指标也总体上存在显著性差异,且变化趋势同PSD相似,其中土壤有机质等5项指标同PSD之间存在显著正相关,同时基于各养分指标得出的综合指数也同土壤PSD之间存在显著正相关,反映出绿洲化过程中土壤PSD研究的明确生态意义。     

绿洲-荒漠生态脆弱带的研究

在分析了绿洲－荒漠生态脆弱带的性质、特点等以后，按照其毗邻绿洲的不同，探讨性地将它分为三类：（1）河岸林绿洲－荒漠脆弱带；（2）冲洪积扇绿洲－荒漠脆弱带；（3）湖沼和湖滨三角洲绿洲－荒漠脆弱带。由于其本身所具有的脆弱性，加上人类活动的强烈干扰，该区出现了以土地荒漠化为主的多种生态环境问题。针对这些问题，作者提出了若干治理建议。     

荒漠绿洲交错区绿洲扩张与主要水文过程

干旱区绿洲扩张主要发生在荒漠绿洲交错区（边缘区），绿洲空间变化对地表主要水文过程有直接影响。为了更好地了解这一变化机制，以绿洲与沙漠、荒漠、石质裸山交错分布的张掖绿洲边缘区为对象，采用F显著性检查和Mann-Kandell趋势分析对1987年以来绿洲与不同生态系统之间转化特点与趋势进行了研究，同时分析了绿洲扩张与主要水文过程关系。结果表明：1987—2017年来荒漠绿洲交错区不同生态系统空间变化主要发生在绿洲与沙漠和荒漠3种生态系统之间。转化以绿洲扩张为主要特点，累积扩张了1 696.86 hm²，平均每年56.56 hm²。其中，沙漠和荒漠分别转化了31.73 hm²·a^-1和24.83 hm²·a^-1。黑河中游干流用水量在研究时段内无显著性突变，多年平均为7.68×10⁸ m³，对绿洲面积扩张无显著性影响。但是地下水埋深在1998年发生显著性突变，突变周期发生在1997—2000年。总体来看，绿洲面积每增加520 hm²，地下水埋深下降1 m。地下水位埋深对绿洲扩张有显著性影响，是绿洲扩张最敏感的水文过程要素。     

黑河中游绿洲及绿洲-荒漠生态脆弱带 土壤含水量空间分异研究

以黑河中游平川绿洲和六坝绿洲为例,对绿洲及绿洲-荒漠生态过渡带土壤含水量空间分异进行了分析研究。结果表明:在无灌溉条件下绿洲及绿洲-荒漠生态过渡带的土壤含水量水平分异明显,绿洲土壤含水量高于绿洲-荒漠生态过渡带和荒漠地区土壤含水量,并出现从绿洲到绿洲-荒漠过渡带和荒漠依次递减的趋势,主要受土壤性状、土壤水分水平运动和绿洲-荒漠局地大气环流影响;绿洲活动层土壤含水量垂直分异上表现为从表层向下逐渐增加,而过渡带和荒漠区活动层土壤含水量垂直分异则是表层和底层比20~30cm处低,可能与荒漠土壤凝结水的形成与运动有关。受绿洲地下水过度开采和绿洲边缘人类活动影响,在绿洲-荒漠过渡带形成了生态裂谷,对绿洲生态系统的安全构成威胁。