半干旱区不同类型沙丘风沙流结构特征

采用两种阶梯式集沙仪和小型气象站于2017年4—5月对科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘0~75 cm气流层风沙流的总输沙量、输沙率、粒径组成分布和风蚀特征值进行了观测。结果表明：（1）随着高度增加,总输沙量下降,随着风速增加,总输沙量上升;92.20%~95.60%的输沙量发生在0~21 cm高度。（2）总输沙率（Q）流动沙丘>半固定沙丘>固定沙丘,将Q与地上200 cm风速进行函数拟合,流动沙丘幂函数最佳（R²=0.986）,半固定（R²=0.990）和固定沙丘（R²=0.956）指数函数最佳。（3）将各高度的输沙率与地上200 cm风速进行函数拟合,流动沙丘（R²≥0.905）和半固定沙丘（R²≥0.968）拟合度幂函数好于指数函数,固定沙丘（R²≥0.923）指数函数优于幂函数。（4）在一定高度下,3类沙丘输沙率均随着风速的增加而增加;在一定风速下,输沙率随着高度的增加而逐渐递减。（5）3类沙丘的特征值随着风速的增加呈现出逐渐递增的趋势;流动沙丘以λ>1为主,表现出持续侵蚀输送沙粒的能力;半固定沙丘当风速>9.0 m·s^-1时逐渐出现侵蚀状态;固定沙丘以λ<1为主,近地表风沙以堆积状态为主。（6）3类沙丘主要由粒径为0.1~0.25 mm的细沙构成,在0~30 cm高度,细沙占输沙量的50.09%~85.11%,在30~75 cm高度,细沙占输沙量的43.53%~75.53%。     

乌兰布和沙漠东北缘地表风沙流结构特征

在国家林业局磴口荒漠生态站长期监测的基础上,利用多种积沙仪,对乌兰布和沙漠东北缘流动沙丘、油蒿半固定沙丘、白刺半固定沙丘、油蒿固定沙丘、白刺固定沙丘5种典型下垫面近地面（0～100 cm）的风沙流输沙量进行了实地观测和对比分析。结果表明：（1） 输沙率（q）随高度（h）增加呈幂函数（q=ah^-b,R²≥0.8409）规律衰减,随风速（v）增大呈幂函数（q=av^b,R²≥0.9256）规律增加,42.8%～70.7%的输沙量分布在10 cm高度内,67.6%～90.0%的输沙量分布于30 cm高度内。当地表植被盖度达到40%以上时,输沙率下降至无植被覆盖地表输沙率的6.6%以下,可有效阻止地表风蚀。（2） 沙物质主要由粒径为50～250 μm的细沙和极细沙构成,各高度层风蚀物粒度组成服从单峰态分布,峰值在100～250 μm。随高度增加,风蚀物粒径范围趋于变窄,粒径趋于更细。（3） 起沙风多出现在WSW和NW方向,占全年起沙风的53.19%。风沙流中跃移输沙、蠕移输沙的空间分布在理论上应与风向频率分布基本一致,差异性主要由各方位风的强度和持续时间等因素导致。研究结果可为该区域防沙工程设计提供理论参考。     

库布齐沙漠南缘抛物线形沙丘表面风沙流结构变异

对库布齐沙漠南缘抛物线形沙丘表面气流和输沙率的野外观测和分析结果表明,沙丘表面约90%的风沙输移集中在距沙面0.10 m高度范围内,输沙率随高度递减的形式在沙丘各部位因风速、下垫面状况和坡面形态不同而发生变异。沙丘迎风坡坡脚因出露坚硬、含砾石地表,颗粒跃移高度大,风沙流上层相对输沙率大;迎风坡沙粒沿坡向上运动,颗粒跃移高度减小,风沙流中近地表相对输沙率大;沙丘背风坡沙粒沿坡向下运动,加之来自丘顶变型跃移物质的影响,风沙流上层相对输沙率较大;脊线受迎风坡各个断面地形差异的影响,各观测点间风沙流结构差异显著。风沙流结构在迎风坡和丘顶均遵循指数递减规律(Q=aexp(-z/b)),其中,指数函数拟合中系数a与输沙率具有良好的幂函数关系,随风速增加而增加,但二者关系较弱;b与二者无相关性。背风坡风沙流结构具有明显的分段现象,以0.10 m高度为界,下层符合指数函数,上层符合幂函数。     

黄河内蒙古段土壤风蚀特征模拟

采集黄河内蒙古段风沙土、灰漠土、棕钙土和灌淤土,在室内进行土壤理化性质测定和风洞模拟试验。对比分析了4种土壤的理化性质和不同风速及含水量条件下的风蚀特征,并量化了不同土壤的风蚀强度与土壤理化性质间关系。结果表明：（1）相对于棕钙土和灌淤土,风沙土和灰漠土易蚀性颗粒含量较大,团聚体、有机质和碳酸钙含量较低,但相同风速和含水量条件下平均风蚀强度风沙土>棕钙土>灰漠土>灌淤土。（2）不同土壤风蚀强度与风速均呈较好的幂函数关系（R²≥0.85,P<0.05）,尤其是风沙土和棕钙土,幂函数关系明显优于指数函数。（3）除灰漠土,土壤风蚀强度与土壤含水量均呈较好指数函数关系（R²>0.90,P<0.05）,风沙土和灰漠土的风蚀强度突降的含水量临界点在4.5%左右,灌淤土和棕钙土无明显临界点。（4）不同土壤输沙率均随距地表高度的增加而急剧减少。在距地表10 cm范围内,不同土壤输沙率占总输沙率比例风沙土（82.67%）>灰漠土（80.77%）>灌淤土（74.07%）>棕钙土（73.77%）,当距地表大于30 cm后,集沙仪中基本收集不到风沙土和灰漠土风蚀颗粒。当轴心风速为16 m·s^-1时,不同土壤风沙流结构均表现为单峰曲线。（5）不同土壤风蚀强度与风速、含水量、团聚体、易蚀性颗粒和黏粒含量均呈较强的非线性相关关系（R²=0.76,P<0.05）。易蚀性颗粒含量是影响风蚀强度最主要的土壤属性,其次是干团聚体和黏粒含量。     

半湿润地区风沙流结构的定量研究：以豫北沙地为例

暖温带半湿润地区豫北沙地相同下垫面不同风速下0—20cm高度内总输沙量随2米高处风速增大而增加:Q_(0—20)=7.488002—3.045697V 0.309797V~2;输沙率Q_L随2米高处风速增大而以Q_L=3.743841—1.5228816V 0.153897V~2,函数形式增加。上层(4—20cm)、中层(2—4cm)、下层(0—2cm)输沙量随2米高处风速增大而以不同函数形式增加,各层占输沙量百分数随2米高风速增大分别成增加、波动、减小趋势;各层输沙量随总输沙量增加而以不同函数形式增大。观测结果表明:半湿润地区豫北沙地0—20cm高度内风沙流中10％输沙量在4—7cm范围内随风速大小变动。     

小麦玉米田耕作模式的防风蚀效果

通过风洞实验,在5个风速下对6种耕作方式下农田土壤风蚀速率、0~20 cm风沙流结构进行了模拟研究。结果表明:保护性耕作土壤风蚀速率较传统耕作平均降低20%~40%;保护性耕作和传统耕作条件下土壤风蚀速率均随风速的增大呈幂函数递增,但在传统耕作条件下递增较快;风速14 m·s^-1是荒漠绿洲农田土壤风蚀加剧转折点,当风速>14m·s^-1时保护性耕作下风蚀速率较传统耕作明显降低;0~20 cm内,传统耕作和保护性耕作下输沙率与高度分别呈线性和指数关系,保护性耕作下0~4 cm输沙量和输沙量百分比(Q0~4/Q0~20)均低于传统耕作。     

丘间低地不同部位风沙流结构特征

为了研究丘间低地不同部位风沙流结构特征,摸清风沙运动规律,为丘间低地风沙治理提供理论依据,使用阶梯式集沙仪对丘间低地风沙流进行了观测。结果表明,丘间低地不同部位风沙流结构存在明显差异,输沙率随沙源距离的增加而减小,风速越大,差异越明显,沙源丰富度和地形是造成差异的主要原因。在0~80 cm范围内,输沙量与风速呈指数函数关系,输沙率与高度呈幂函数关系。丘间低地风沙流结构特征值λ在沙源不同距离处均大于1,而且随着风速的增加,λ逐渐增加,风沙流趋向于更加不饱和状态。从近沙源处开始往后,λ基本呈增加趋势。     

风沙流输沙通量垂向分布研究 ——以塔克拉玛干沙漠南缘流沙地表风沙流观测为例

 于2010年4—6月在塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲外缘流沙地进行风速、风向和输沙量同步观测,利用观测到的28组数据对输沙通量的垂向分布进行研究。结果表明,在4.5～8 m·s-1的风速区间内,总输沙率随风速增长速率较慢,大于8  m·s-1时增长迅速。在较小风速时,4个高度层(1 cm、3 cm、9 cm和19 cm)的输沙比率变化不明显,当风速大于6.6 m·s-1时,1 cm和19 cm高度输沙比率的调整较为明显,前者减小而后者增加,中间两层(3 cm、9 cm)则维持一定波动。不同的蚀积条件对于输沙通量的垂向分布具有一定的影响,平均跃移高度则在一定程度上反映了地表沙粒的吹蚀和堆积过程。在4种常见的描述输沙通量垂向分布的模型中,Zingg的修正幂函数具有最好的拟合程度,但反映的风沙流信息最少,简单幂函数的参数包涵了最为丰富的风沙流信息但拟合程度最差,指数函数同时具有较好的拟合程度和参数意义,Fryrear的幂函数则与指数函数恰恰相反。在沙物质以极细沙为主的塔克拉玛干沙漠南缘,指数函数较之简单幂函数能更好地描述该区域输沙通量的垂向分布,验证并补充了风洞实验的结果。综合比较认为,指数函数能更好地描述塔克拉玛干沙漠南缘输沙通量的垂向分布。     

毛乌素沙地不同下垫面的风沙运动特征

 基于野外实地观测,研究了毛乌素沙地不同下垫面的风沙运动特征。平坦流沙地上的风速随高度呈对数分布; 沙丘上的风速梯度在高度上的变化随植被盖度增大而增强; 相近风速下,0~60 cm高度范围内的输沙强度从大到小依次为流动沙丘丘顶＞平坦流沙地＞半流动沙丘丘顶＞裸露黄土梁地＞黄土梁翻耕地＞玉米留茬地＞半固定沙丘丘顶。同一植被盖度下,沙丘顶部输沙率随风速增加而增大,粗糙度随风速增加而减小。当风速小于起沙风速时,粗糙度随植被盖度的增加而增大; 当风速大于起沙风速时,平坦流沙地和沙丘顶部的粗糙度随风速增大有增加趋势,产生这种现象的可能原因是跃移层沙物质对气流的阻力随风速增大而增大。根据各类沙源地的起沙强度和总面积,风沙灾害防治的重点是植被盖度较小的沙地和黄土梁地。     

海岸湿沙表面风沙传输特征的风洞实验研究

通过湿沙表面风沙传输的风洞实验,研究了湿润海岸风沙流的垂直结构、输沙率随风速与表层湿度的变化规律。输沙测量使用60 cm高直立式积沙仪,湿度（M）为沙面表层1 mm厚的重量湿度值。结果表明,湿沙表面的输沙量和高度呈指数关系。一般,湿度增大,整体输沙率降低,高湿度床面的沙粒有相对更大的比例被传输到更高的位置。比起低湿度（M＜0.587%）沙粒,高湿度（0.587%＜M＜1.448%）沙粒的垂直运动对湿度变化的影响更加敏感,尤其是在跃移层的底部,当M＞1.448%时,输沙率已经很低,小于0.99 g·cm-1·s-1。伴随湿度0.587%和1.448%的过渡,风沙流垂向分布被分为3个不同坡度的区域,曲线坡度反映了沙粒间不同水分存在形式的影响差异。对于跃移沙粒,高湿度表面（M＞1.448%）仅起到了一个传输平台的作用;当表面变干到某种程度（M=0.587%）之前,表面湿度是跃移运动的主要控制因子,然后风速才重新开始影响输沙。     

青海共和盆地土壤风蚀的137Cs法研究(Ⅰ)——137Cs分布特征

土壤风蚀作为土地沙漠化的首要环节,对其准确测定和评估是十分迫切和必要的。放射性核素¹³⁷Cs作为人类核试验的产物,以其独特的理化性质而成为研究土壤侵蚀和泥沙沉积一种良好的示踪源。¹³⁷Cs法在水蚀研究领域已取得了显著的进展,而在风蚀研究中的应用却相对不足,目前尚处于探索阶段。作者选择青海共和盆地作为研究区,探讨¹³⁷Cs法在土壤风蚀研究中应用的可行性。通过对共和盆地不同类型土壤剖面的¹³⁷Cs取样分析,基本查清了区域¹³⁷Cs分布的若干特性,测定出不同类型土地¹³⁷Cs活度的排序为:林地>干湖盆>高寒草原>旱作农田≈干草原>固定沙丘>荒漠草原>流动沙丘>风蚀地,¹³⁷Cs总量的排序为:干湖盆>林地>流动沙丘>高寒草原>旱作农田≈干草原>固定沙丘>荒漠草原>风蚀地。并分析了一些典型剖面的¹³⁷Cs深度分布及其机制,将¹³⁷Cs深度剖面划分为正常剖面、沉积剖面、侵蚀剖面和人为扰动剖面4种型式。沙丘砂由于遭受反复吹失和沉积,其¹³⁷Cs含量逐渐减小,趋于微量的均匀化;而高寒草原的¹³⁷Cs含量在区域上也较为均匀,在深度分布上,接近负指数分布曲线保存了相对完好的¹³⁷Cs初始沉积剖面,是理想的¹³⁷Cs背景值样点。     

Wind tunnel test of the influence of moisture on the erodibility of loessial sandy loam soils by wind

Loessial sandy loam soils are the major soil categories in the northern Loess Plateau, China. Owing to a dry, windy climate and sparse surface cover, wind erosion is a serious problem and dust (sand) storms occur frequently. Soil moisture is one of the most important factors influencing resistance to wind erosion. The influence of moisture content on the erodibility of sandy loam soils was investigated through wind tunnel simulations. Results showed that the threshold velocity for soil particle movement by wind increases with increasing soil moisture by a power function. The intrinsic factor in the increase in soil resistance due to moisture content is the cohesive force of soil water. Cohesive forces of the film and capillary water are different; the influence of soil moisture on threshold velocity was shown to follow a step-like pattern. The wind erosion modulus of sandy loam was directly proportional to the cube of the wind velocity or the square of the effective wind velocity (V−V_t). There existed a negative exponential relationship between the wind erosion rate and soil moisture content. Initially, as soil moisture increased the decrease in the wind erosion rate was rather rapid. When the moisture content reached more than 4%, the rate of decrease in erosion slowed and became almost constant with successive increments of moisture. This suggests that different soil moisture contents can prevent wind erosion at different levels. Four percent soil moisture could only reduce the erodibility of the sandy loam soil by a small degree.     

农田风蚀量随风速的变化

采用长期野外观测和风洞模拟实验相结合的手段就农田风蚀量随风速的变化问题进行研究。结果表明:无论是野外观测的农田输沙强度,还是风洞模拟得到的风蚀强度随风速变化趋势均符合指数函数。这与前人通过实验得到的其他地区农田和草地风蚀量随风速变化的趋势一致,说明农田和草地上风蚀量随风速增加呈指数规律变化是一种普遍存在的现象。表土抗蚀性因子和地表粗糙因子不同导致的沙源供应能力的差异,可能是不同地类之间风蚀量随风速变化规律不同的主要原因。农田和草地沙源供应有限,风蚀量随风速增大呈指数规律变化;沙漠地区沙源充足,风蚀量随风速增加呈幂函数变化。本研究对于确定沙源供应条件对于风蚀量与风速关系的影响,构建基于有限沙源供应的风蚀模型具有重要意义。     

中国北方农牧交错带土壤风蚀时空分布

土壤风蚀是干旱、半干旱地区土壤退化的主要过程,定量评价土壤风蚀是分析土壤退化的重要手段。中国北方农牧交错带是土壤风蚀的典型治理区。采用张春来风蚀预报经验模型,以半月为步长,计算中国北方农牧交错带2000-2012年的土壤风蚀模数。结果表明：中国北方农牧交错带的土壤风蚀状况整体有好转;沙地的土壤风蚀最严重,农田次之,草地的土壤风蚀最低;土地利用方式、风速和植被盖度均对土壤风蚀有一定的影响。     

青海湖滨土地沙漠化驱动机制

在自然因素和不合理人为活动的影响下,青海湖流域及其周边地区正面临土地沙漠化、湿地萎缩、草场退化、水土流失等严重的生态环境问题。本文分析了青海湖滨土地沙漠化现状及其驱动因素。结果表明:青海湖滨广泛分布的古风沙沉积物是现代沙漠化的沙物质来源,现代流动沙丘的粒度特征与古风成沙丘粒度极为相似,两者的继承与改造关系极为明显。草皮层及其下的粉沙土层是古沙丘的保护层。保护层的机械破坏,使下伏松散的古风沙沉积物暴露,是形成沙漠化的关键一步。随后在风蚀、雨水冲刷及其他因素的共同作用下,松散的古风沙沉积物被侵蚀,引起草皮层坍塌,导致古沙丘活化,风沙活动加剧,形成风沙沉积。流水侵蚀和地层沉陷是导致草皮层机械破坏的主要因素。青海湖水位下降,河流沉积,风沙入湖,都可使沙地面积增加,但仅限于湖边局部地方。     

植被盖度对沙丘风沙流结构及风蚀量的影响

以科尔沁沙地不同植被盖度沙丘为研究对象,采用野外可移动风洞进行原位测试,开展了沙丘植被盖度对风沙流输沙率影响的研究,探讨了地表风蚀量与风速及植被盖度的关系。结果表明：空气动力学粗糙度随植被盖度增加先平缓后剧烈,与植被盖度相关关系呈三次函数增长。在各植被盖度下各层输沙率均随高度增加而递减,随风速增加而递增。同一植被盖度下风蚀量随风速增加而增大,符合幂函数或二次函数关系,但二次函数相关性更高。同一风速下风蚀量随植被盖度的增加呈阶梯式降低,在盖度小于27%时风蚀量平缓下降,盖度27%~43%时风蚀量急剧下降,盖度43%以上时风蚀量下降重新趋于平缓。相对截留率随风速增大而减小,随植被盖度增加而增大,沙丘草本植被盖度43%以上时具有较好的防风固沙效果,此时平均截留率达88.02%。     

宁夏河东沙地不同植被覆盖度的土壤起沙特征试验研究

为了评价宁夏河东沙地不同生态破坏与植被恢复措施的防沙治沙效果,利用自行设计的5个高度降尘接沙仪和4台内蒙古农牧大学生产的水平输沙接沙仪,通过人工吹风的方式,于2004年5月20—23日在不同植被覆盖度的下垫面上,开展不同垂直高度和不同距离的降尘试验和不同垂直高度的沙尘粒子截留试验。植被类型为自然裸露沙丘、低覆盖度天然草场、围栏禁牧的自然恢复草场、人工草方格沙丘治理结合飞播的生态恢复治理草地及原退耕还牧的复垦农田。结果表明,裸露沙丘土壤风蚀最严重,防沙治沙以围栏禁牧效果最好,其次为草网格治理,复垦农田和流动沙丘均容易起沙。     

河北坝上土地利用方式对农田土壤风蚀的影响

采用集沙仪、风速廓线仪和土壤紧实度仪对河北坝上地区多种土地利用方式的风蚀因子和输沙量进行观测。结果表明：土壤含水率与输沙量相关性最大,是影响风蚀量的关键性因子。回归拟合显示,风蚀因子与输沙量均符合三次函数方程。在各土地利用方式中,退耕地的地表粗糙度、土壤含水率和土壤硬度最大,其次为东西向莜麦留茬地、小麦留茬地、南北向莜麦留茬地,再次为油菜留茬地和弃耕地,最小为翻耕地。输沙量退耕地最小,其次为东西向莜麦留茬地、南北向莜麦留茬地、小麦留茬地,再次为油菜留茬地和弃耕地,最大为翻耕地;输沙量垂向分布随集沙高度增加呈幂函数减少。因此,适宜增加退耕地和留茬地的分布面积,减少翻耕地面积和垄向沿盛行风向分布的地块有利于降低农田土壤风蚀程度。