毛乌素沙地历史时期沙漠化——基于北大池湖泊周边沉积剖面粒度的研究

通过深入分析毛乌素沙地内北大池古城东侧一处包含人类活动层的沉积剖面的粒度参数,结合14C、OSL（光释光）测年和历史文献记载,本研究重建了北大池周边历史时期以来的环境及人类活动过程。结果显示:北大池湖泊在历史时期处于断续退缩过程之中,剖面北侧的河流水量一直减少。剖面中粗颗粒含量的变化与湖泊退缩和河流水量减少存在较好的相关性,剖面点周边地表沙丘出现的大致时间为明末,该结论与众多测年结果相符。该研究对理解毛乌素沙地环境变化的空间尺度具有较好的启示意义,同时在揭示沙漠化的内部环境变化过程中具有重要作用。     

热处理对沙漠边缘土壤腐殖酸荧光性质及其与Cu(Ⅱ)络合作用的影响

利用Penman-Monteith公式和常规气象资料计算和分析中国北方半干旱典型沙区(科尔沁沙地、浑善达克沙地和毛乌素沙地)50多年来主要气象要素和潜在蒸散量的变化趋势及其原因。 结果表明,自20世纪50年代以来,北方半干旱典型沙区年平均气温均呈上升趋势,年降水量均呈波动变化特征,但年平均风速呈明显下降的趋势。浑善达克沙地年潜在蒸散量随时间呈现显著增加趋势,科尔沁沙地年潜在蒸散量随时间呈现小幅的增加趋势,但毛乌素沙地年潜在蒸散量随时间呈现微弱的下降趋势。偏相关分析显示,毛乌素沙地潜在蒸散量与日照时数和风速呈显著的正相关,与平均温度呈显著的负相关;浑善达克沙地和科尔沁沙地潜在蒸散量与年平均温度显著正相关,但与日照时数无显著相关性。因此,毛乌素沙地日照时数减少和风速降低有可能是区域潜在蒸散量近几十年呈现减少的主要原因,科尔沁沙地和浑善达克沙地潜在蒸散量变化可能主要受温度的影响。     

毛乌素沙地沙产业发展条件

沙产业对沙漠的生态环境改善和社会经济发展具有巨大的贡献,在当前全球气候变化的背景下更是迎来新的契机。结合数理统计以及SWOT分析等研究方法综合分析和评价毛乌素沙地气候变化、生态环境变化以及内外资源条件。结果表明：（1）在气候变暖的背景下,毛乌素沙地降水有所增加,风速逐渐减小,植被覆盖率不断提高,气候条件和生态环境条件逐渐改善。（2）毛乌素沙地土地、光热、水、旅游及政策等资源条件具有明显的优势。毛乌素沙地逐渐改善的自然环境以及优势资源可为沙产业的发展提供动力和保障。     

毛乌素沙地现代人为活动的生态环境效应研究进展

毛乌素沙地地处中国北方农牧交错带,是典型的生态环境脆弱区。随着农牧业的发展、能源开发以及区域政策措施的实施等人为活动的增强,该地区生态环境发生了显著变化,人为活动产生了相应的生态环境效应。本文通过梳理国内外对毛乌素沙地生态环境效应的研究进展,从土地沙漠化、土地利用/覆被变化、植被演变3个方面系统总结了该地区的人为活动(重点关注人口变化、自然资源开发及重大环境工程的实施)对生态环境产生的正效应和负效应,并总结了该区域有关人为活动的生态环境效应评价的研究成果及存在的问题等。这可为进一步在该区域开展环境保护的实践与研究工作提供参考。     

毛乌素沙地风沙环境变化研究的理论和新认识

作为地球环境系统的重要组成部分,沙漠和沙地对气候变化响应敏感。沙漠沙地的环境变化关系到区域的可持续发展,并且通过一系列反馈作用,会影响区域与全球的气候环境。位于中国北方中部的毛乌素沙地是全球中纬度地区的典型沙地,其环境变化与全球其他沙漠沙地具有相似性和同步性。中国学者对毛乌素沙地风沙环境变化的研究开展较早,在国内外有重要的影响。本文系统梳理了该方面的相关研究,围绕“风沙环境变化的过程与机制”这一核心问题,总结学术界在毛乌素沙地晚新生代形成发展、晚第四纪扩张与多旋回变化、全新世中期固定以及晚全新世沙丘再活化等方面取得的重要进展,尤其是获取了毛乌素沙地不同阶段风沙环境变化的关键证据,并据此提出“构造—轨道尺度上沙地形成与变化的全球温度变化驱动”“千年—百年尺度沙丘系统的非线性响应”等新的理论认识。未来应继续加强沉积证据的积累、新测试手段的拓展应用、基于过程分析的精细重建、数值模拟与预测等研究,着力探究风沙环境变化的动力学机制、人与干旱区环境复杂系统的耦合关系以及各圈层的互馈作用,这对于自然地理学学科传承、交叉学科的融合发展以及地球系统科学的理论构建都具有深远意义。     

毛乌素沙地土地沙漠化评价

基于遥感监测反演数据,以多等级土地沙漠化转化度为评价指标,研究构建了毛乌素沙地土地沙漠化转化度模型,并对20世纪80年代末到90年代末期间毛乌素土地沙漠化转化情况和转化机理进行了系统评价和分析。评价发现,毛乌素沙地土地沙漠化情况为:东部区沙漠化发展的转化度为12.113%,逆转的转化度为9.639%,所以该区沙漠化呈现加重的态势;中部区沙漠化发展的转化度为14.551%,逆转的转化度为18.954%,但强烈发展所占比例较大,可见该区土地沙漠化呈现面积缩小、程度加重的特点;西部区沙漠化发展的转化度为8.731%,逆转的转化度为7.298%,说明该区土地沙漠化发展略大于逆转,沙漠化面积扩大,但分析发现该区重度、极重度沙漠化土地逆转的转化度很高,总和为6.483%,约为发展转化度总和的两倍,所以该区土地沙漠化程度整体减轻。     

毛乌素沙地东缘中全新世以来环境变化及其对文明演化的影响初探北大核心CSCD

毛乌素沙地全新世风成沉积为探讨气候变化与文明演化之间的关系提供了可能。本文通过对毛乌素沙地东缘全新世中晚期寨山剖面沉积物的磁学参数、色度、CaCO含量和粒度进行分析,重建了该区域环境变化历史,并初步探讨了环境变化对文明演化的影响。结果表明:该区域6 800-1 500 cal a BP分别经历了一次气候暖湿期(6 800-5 500 cal a BP)、一次气候相对暖干期(5 500-4 000 cal a BP)和一次气候相对暖湿期(4 000-1 500 cal a BP)。毛乌素沙地东缘仰韶文化(6 800-5 500 cal a BP)的大扩张与气候暖湿期具有一致性,遗址数量增加;仰韶晚期和龙山时期(5 500-4 000 cal a BP)气候变化频繁,文化复杂多样,期间经历了仰韶文明的衰落和龙山文化的扩张,遗址数量逐渐增加;青铜铁器时代和秦汉时期(4 000-1 500 cal a BP)各民族文化融合发展,人口活动频繁,经济文化都得到较好的发展,遗址不断增加,且数量较大。研究结果指示文明兴衰受环境演化影响,两者在时间上有较好的一致性,但短时期内文明演化对气候变化的响应有滞后性。     

毛乌素沙地库伦生态经济圈可持续性评价

毛乌素沙地库伦生态经济圈最显著的特征是以户为单元,由点到面形成毛乌素沙地库伦生态经济圈集群模式。为探索其可持续性,依据库伦生态经济圈聚类特征进行分类,再对不同类型的库伦生态经济圈可持续性进行综合评价研究。结果表明：毛乌素沙地库伦生态经济圈存在林果种植加工模式、种养加链条模式、小规模种养模式、懒散经营模式;可持续性综合评价得分值最高的是种养加链条模式（81.6106）,其次为林果种植加工模式（63.8506）,较差的是小规模种养模式（46.5691）和懒散经营模式（24.8808）,且后两种模式普遍存在于毛乌素沙地,说明毛乌素沙地上库伦生态系统整体可持续水平较低,需以现有的资源为基础,改善经营技术手段和决策方式,优化库伦生态经济圈运营模式,提高生态生产效率,增强系统物质循环与能量转化功能,使各种库伦生态经济圈朝着永续利用方向发展,进而整体推进毛乌素沙地的可持续性。     

Sand stabilization effect of feldspathic sandstone during the fallow period in Mu Us Sandy Land

Depended on the analysis of ground snow situation, soil moisture loss speed and soil structure after planting crops of Mu Us Sandy Land remedied with feldspathic sandstone in the fallow period, it is concluded that feldspathic sandstone mixed with sand improved the sand stabilization in the governance of Mu Us Sandy Land in the fallow period. The sandy land remedied with feldspathic sandstone had big snow coverage, 25%-75% higher than normal sand; soil moisture losses slowed down, and moisture content rose by over 3 times; soil structure had been improved, and water stable aggregate content increased by 6.52%-18.04%; survival rate of protection forest increased to 85%; and ground flatness is less than 1%. The above conditions weakened sand rising conditions of Mu Us Sandy Land in the fallow period and formed two protective layers of snow cover and soil frozen layer under cold weather so as to prevent against wind erosion.     

毛乌素沙地风况及输沙势特征

利用毛乌素沙地腹地野外实测风速风向数据，系统分析了毛乌素沙地的起沙风和输沙势的变化特征。结果表明：（1）毛乌素沙地的起沙风和输沙势主要分布在NW、NNW和N等3个方位。（2）毛乌素沙地春季（3—5月）起沙风频率和输沙势最大，分别占全年的46.23%和52.97%。（3）起沙风频率的日内变化呈单峰曲线：16：00起沙风频率最大，为22.11%。起沙风平均风速的日内变化呈双峰曲线：00：00起沙风平均风速最大，为7.84 m·s^-1；14：00起沙风平均风速为7.63 m·s^-1，是次峰值。（4）毛乌素沙地年输沙势为66.75 VU，按照Fryberger风能环境划分标准，属于低风能环境；方向变率指数RDP/DP为0.51，中比率，钝双峰风况，其中偏北峰值远大于偏南峰值。     

粒度特征揭示的中全新世以来毛乌素沙地演化过程

通过对毛乌素沙地现代固定沙丘、半固定沙丘、半流动沙丘和流动沙丘的粒度特征分析，发现研究区沙地变化敏感粒度是>245 μm的沉积物粒度组分，尝试性地将其用于地质时期沙地演化研究。结合区域典型风成砂-古土壤剖面的沉积相特征，探讨了中晚全新世以来毛乌素沙地的时间演化过程及其特征。结果表明：中全新世以来毛乌素沙地存在多次活化扩张和固定萎缩事件，除7.5 ka BP前为流动沙地占优势以外，其余阶段多在半流动沙地、半固定沙地和固定沙地之间频繁转换，即使在全新世适宜期古土壤大规模发育期间仍存在局地短时间的沙地活化事件。     

毛乌素沙区沙漠化土地防治区划

毛乌素沙区在自然条件、沙漠化程度和变化趋势及产业经济发展特征等方面具有明显的空间异质性,合理地进行区域沙漠化土地防治区划是因地制宜开展土地沙漠化防治工作的重要基础。选取自然条件、沙漠化发展过程及人类活动等方面12个指标,将毛乌素沙区划分为黄土高原与鄂尔多斯高原过渡区、毛乌素沙地腹地典型草原区和西鄂尔多斯荒漠草原区3个区、7个亚区、12个小区。在区域可持续发展战略的实施过程中,要根据亚区和小区的特点有针对性地进行沙漠化土地的防治,充分利用区域资源优势,优化产业结构,确保经济效益、社会效益和生态效益的稳步提升。     

中国季风边缘区全新世沙地演化及其驱动机制研究进展

中国季风边缘区全新世沙地演化和气候变化自东向西具有明显差异性。东部科尔沁沙地、中部毛乌素沙地呈现典型三段式沙地演化过程，西部共和盆地呈现多阶段多反复的沙地演化特征。东部科尔沁沙地、中部毛乌素沙地气候变化也呈现三段式，西部共和盆地由于地域特征气候变化相对复杂。全新世气候突变事件对各区产生差异影响。太阳辐射强度控制的亚洲季风环流和有效湿度变化影响沙地演化过程。     

毛乌素沙地丘间低地植物群落分类与排序

为研究植物群落分布格局与环境因子间的相互关系,在群落样方调查的基础上,对毛乌素沙地丘间低地植被复合体的主要植物群落进行TWINSPAN分类和PCA排序,对土壤环境因子进行DCCA排序。结果表明：调查区内53个物种分属21科46属,其中菊科（Compositae,11种）、禾本科（Gramineae,7种）、莎草科（Cyperaceae,7种）、豆科（Leguminosae,5种）、藜科（Chenopodiaceae,4种）等科所含物种数较多,分别占20.8%、13.2%、13.2%、9.4%、7.5%,生活型以多年生草本为主,水分生态类型以中生植物为主。应用TWINSPAN将67个样方划分为17个组,依据《中国植被》的分类原则和系统确定为21个群丛。对PCA排序的第一轴起主要作用的是以北沙柳（Salix psammophila）、假苇拂子茅（Calamagrostis pseudophragmites）和碱茅（Puccinelia distans）为建群种的群落,对第二轴起主要作用的是以寸草苔（Carex duriuscula）为建群种的群落。植物群落分布DCCA排序第一轴主要与地下水位、HCO₃^-含量负相关,与土壤粗砂粒正相关;第二轴主要与土壤Ca²⁺、K⁺和Na⁺含量正相关,与土壤容重负相关;其中地下水位和土壤Ca²⁺、K⁺和Na⁺含量是环境因子中影响丘间低地植物群落特征和分布的主要因子。     

基于标准化降水蒸散指数（SPEI）的毛乌素沙地1981—2020年干旱特征研究

大气干旱是影响半干旱沙区植被建设、生态恢复及社会经济可持续发展的重要因素。基于1981—2020年毛乌素沙地10个气象站点的逐月气象资料,计算了月、季和年尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI）,分析了该沙区近40年降水和气温的变化趋势、干旱事件及其频率的时空特征。结果表明：（1）毛乌素沙地近40年降水量和气温均呈现显著的上升趋势（P<0.05）;秋季和冬季降水量呈现显著的上升趋势（P<0.05）,四季气温均呈现显著的上升趋势（P<0.05）。（2）毛乌素沙地总体上呈现出不显著的湿润化趋势（P>0.05）,但秋季呈显著的湿润化趋势（P<0.05）;中、西部地区呈现出湿润化趋势,而东部地区则呈现干旱化趋势。（3）近40年毛乌素沙地的月尺度下干旱总频率达32.71%,各等级发生频率为轻旱>中旱>重旱>特旱,季节发生频次为冬季>夏季、秋季>春季;轻旱主要发生在毛乌素沙地的北部、中部、东南和西南部,中旱在东部、北部和西部边缘,重旱在东部、中部以及南部地区,特旱在西北部、南部和东南部区域。     

中晚全新世毛乌素沙地东南部气候变化过程

位于中国北方半干旱区的毛乌素沙地对气候变化响应敏感,是研究气候变化的理想区域。通过对毛乌素沙地东南部锦界剖面磁化率、有机质含量、CaCO₃含量的分析,重建了7.5 ka BP以来的气候变化过程。结果显示：中晚全新世毛乌素沙地东南部环境与气候变化可分为3个阶段：7.5～4.6 ka BP,夏季风占主导,气候暖湿,与全新世大暖期对应;4.6～3.3 ka BP,气候突变为干冷并波动频繁;3.3～2.5 ka BP气候以干冷为主。另外,存在5次千年尺度的干旱事件：7.0～6.8 ka BP、6.6～5.7 ka BP、4.6～4.1 ka BP、3.7～3.5 ka BP、3.3～2.5 ka BP。研究区气候变化与全球具有较好的一致性。     

全新世中期毛乌素沙地炭屑记录与火灾历史

炭屑是探索自然火和人类用火及其驱动机制的重要指标。作者试图通过孢粉提取法获得毛乌素沙地东缘锦界剖面全新世中期(7.5~4.6 ka)的炭屑记录, 用来揭示该地区炭屑变化特征和火灾历史, 并探讨其与气候环境变化之间的关系。结果表明:在7.5~4.6 ka期间炭屑浓度变化范围为340～17 420粒·g^-1, 平均为3 350粒·g^-1。剖面炭屑总浓度变化趋势曲线呈“弓形”, 即在7.2 ka以前炭屑浓度较低, 平均约为1840粒·g^-1 ;在7.2~6.6 ka浓度最高, 平均约为5 280粒·g^-1, 并在6.8 ka前后达到峰值17 400粒·g^-1 ;在6.6 ka之后浓度下降, 平均为1720粒·g^-1。同时, 炭屑粒径指标表明<50 μm的炭屑占主导,>100 μm的炭屑稀少。炭屑浓度主要反映火灾频率和强度, 炭屑粒径则反映火灾距离和范围, 即毛乌素沙地东部在全新世中期火灾活动相对频繁并在6.8 ka左右达到最大值, 同时炭屑物源较远, 主要为区域性火灾。锦界剖面的化学风化指数、地球化学元素和粒度变化特征表明该地区在7.5~4.6 ka气候条件整体较好, 湿度增加, 处于全新世适宜期, 并在7.2~6.6 ka达到最佳值, 这表明毛乌素沙地的火灾主要发生在气候最佳时期。结合毛乌素沙地及其邻区的孢粉资料推测, 该地区在全新世气候适宜期时植被相对茂盛, 为毛乌素沙地的火灾提供了丰富的可燃烧物, 可能是火灾增多的主要原因。     

半干旱典型风沙区植被覆盖度演变与气候变化的关系及其对生态建设的意义

中国北方四大沙地（毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地、呼伦贝尔沙地）是半干旱地区荒漠化发展的典型地区和荒漠化防治的重点区域。分析四大沙地植被覆盖度的时空演变规律及其对气候要素的响应机制,对保护北方生态脆弱区的生物多样性与生态安全具有重要意义。基于1998—2018年SPOT-VEGETATION的植被覆盖度指数（NDVI）数据,结合相应气候资料数据分析发现：四大沙地NDVI年际波动较大,毛乌素沙地和科尔沁沙地植被覆盖度总体趋于好转态势,分别有75.22%和42.06%的面积植被得到改善,而浑善达克沙地和呼伦贝尔沙地植被覆盖度呈非显著下降趋势,其发生植被退化的面积比例分别为60.04%和51.4%。结合极端气候指数分析表明,呼伦贝尔沙地NDVI与持续湿润指数（CWD）的正相关系数最高（r=0.429）,而浑善达克沙地NDVI与持续干旱指数（CDD）的负相关系数最大（r=-0.264）,表明呼伦贝尔沙地和浑善达克沙地植被分别对持续湿润和持续干旱事件响应最为敏感。基于不同沙地的植被变化驱动分区,建议在毛乌素沙地非气候驱动区域继续实施禁牧封育和飞播造林技术,而在气候驱动区域主要采取封育措施;在浑善达克沙地实施生态移民和“以地养地”模式;对科尔沁沙地的疏林草原应采取严格的封育措施;在呼伦贝尔沙地要坚持生物措施与工程措施相结合,形成“外围封禁、边缘治理、内部发展”的生态发展格局。     

毛乌素沙地丘间低地主要植物叶片性状及其相互关系

以毛乌素沙地丘间低地30种主要植物为研究对象,比较不同功能群植物叶片性状的变异特征,分析植物叶片各性状之间的关系。结果表明:30种植物的比叶面积的变异系数最大,比叶面积与叶片干物质含量呈现极显著的负相关关系,叶片干物质含量与叶片碳含量呈显著的正相关关系,叶氮含量与叶片碳氮比呈极显著负相关关系,叶面积与其他所有的叶片性状都无相关性。比叶面积、叶片干物质含量、叶面积、叶氮含量和叶碳含量在不同功能群之间存在显著差异,叶片碳氮比在不同功能群之间没有显著差异。研究结果有助于了解毛乌素沙地丘间低地环境变化对植物种群的作用,增进对丘间低地植被演变特征的认识。     

统万城筑城的环境背景——河流、 湖泊及沙漠化程度

 统万城筑城环境背景是认识毛乌素沙地北魏时期环境的关键所在。基于野外观察,结合历史文献、考古发现和已有研究成果对此问题进行了深入分析,其中建城时周边的水环境和沙漠化程度是研究的重点。研究结果表明,统万城建城时水环境远好于现在,在统万城东北和西北存在多个湖泊,但单个湖泊面积不大。建城时有可能从西北查干圪台处的湖泊引水至统万城附近,并在沿途人工挖掘形成季节性的小湖。根据现今沙漠化程度划分标准,建城时周边的沙漠化程度属于轻度,局部为中度。本研究提供了认识统万城建城环境的新途径,在明确毛乌素沙地历史环境变化机制中有重要意义。