中国沙漠(地)深层渗漏量及动态特征

土壤水分深层渗漏是沙区水循环的重要环节,深层渗漏的定量测定对沙区水资源评估及水量平衡研究具有重要意义。本文采用YWB-01型土壤深层水量渗漏测试记录仪对中国毛乌素沙地等六大沙漠(地)降雨入渗到深层土壤的渗漏水量进行实时动态监测。结果表明:流动沙丘降雨渗漏补给量存在明显的时空差异,与降雨时空变化特征具有相对一致性,降雨格局是影响深层渗漏过程的主要因素,随降雨增大渗漏补给量增加,半干旱区降雨量与渗漏量显著正相关(p<0.05),干旱区相关性不显著(p>0.05);观测期内正镶白旗、伊金霍洛旗、阜康流动沙丘土壤200 cm以下渗漏量为48.5、146.8、1.0 mm,分别占同期降雨的21.4%、33.3%、1.3%;乌审旗、磴口150 cm以下渗漏量为1009.6、52.6mm,分别占同期降雨的55.7%、12.7%。不同气候区固定沙丘渗漏量基本没有差异,降雨格局不是影响水分深层渗漏的主导因素,而植被覆盖的影响占主要作用,且沙丘植被盖度>45%时深层渗漏量不超过同期降雨的2.0%。中国沙区深层土壤水分补给主要来自于强降雨或高频次小降雨事件,特别是干旱区降水少、频次低,其深层土壤水分补给更加依赖于强降水。     

河西走廊50a治沙措施应用中出现的问题及未来思路

河西走廊的防沙治沙在我国西北沙区具有一定的代表性。50a的防沙治沙也是对所采用治沙措施的检验。50a来河西走廊沙区采用的治沙措施主要有植物治沙、机械沙障固沙、封沙育草、机械沙障与栽植灌木相结合以及营造沙区护田林网等。治沙措施的应用在实践中表现出来的问题主要是:①植物治沙的适用范围不清,提取地下水造林成为生态环境继续恶化的因素之一;②造林密度过大,导致人工固沙植被大面积衰败死亡;③机械沙障的应用受到限制;④封沙育草的预期结果不明,实际应用存在盲目性;⑤措施的选用和措施之间的搭配凭借主观经验,其功能得不到充分发挥;⑥打井开荒大量提取地下水,是治沙进一步生态环境退两步的最主要因素。解决上述问题的根本出路是综合治沙。综合治沙是防沙治沙的唯一正确之路,是今后治沙科技进步的突破口。     

低覆盖度治沙的理论与沙漠科技进步

低覆盖度治沙是一项荒漠化治理新理念、新技术、新模式。受自然林业启发,根据低覆盖度植被分布格局的演变,提出不同格局下的风沙物理学、水文学、生态学、可持续发展等理论的外延机理,把乔灌草及微生物、降雨及土壤库的水动态、界面生态效益、边行优势等有机组合,进而探索出创新型治沙技术理论。这套理论基本解决了防沙治沙实践中中幼龄林衰败死亡的问题,把人工造林与自然修复有机结合起来,降低造林成本40%～60%。该理论开拓了覆盖度在15%～25%条件下实现防沙治沙目标的新领域。     

毛乌素沙地流动沙丘土壤水分模拟及渗漏特征北大核心CSCD

干旱半干旱区土壤水分的主要补给来自于降水,降水决定土壤水分时空格局变化,对不同深度土壤水分的补给起到了关键作用。通过优化参数后的Hydrus-1D模型,分析出毛乌素沙地流动沙丘10、30、50、70、90、110 cm土层水分渗漏量变化特征及其对不同降雨格局的响应。结果表明:5—9月,流动沙丘不同深度土层渗漏量随着深度的增加存在一定差异,5—8月渗漏量随着土层深度的增加呈递减趋势,9月呈增加趋势。渗漏量与降水量变化一致,最大渗漏量发生在8月,110 cm处渗漏量为148.51 mm,占该月降水量的67.5%;最大渗漏速率与最大渗漏量发生在降雨量大的降水事件,降水量和土壤初始含水量共同决定了渗漏速率及渗漏时长。14.8 mm降水可渗漏到110 cm深度土层,达到最大渗漏速率的累计渗漏量为1.89 mm,占降水量的13.69%。连续降水事件有利于水分的深层渗漏补给,并且缩短了各土层渗漏速率到达峰值的时间。     

黄土塬区苹果种植对深剖面土壤水分和地下水补给的影响

通过对长武黄土塬区不同林龄苹果林地下0~20 m深剖面土壤湿度及土壤水氯离子浓度测定,定量分析了黄土塬区苹果种植对厚深黄土剖面土壤水分及地下水补给的影响。结果表明：随着林龄增加,苹果林地深剖面土壤水分由浅及深逐年降低,深层土壤储水量呈倒“S”曲线趋势下降,27龄之后进入稳定期。丰水年份形成的活塞流是黄土塬区深层渗漏以及地下水补给的主导方式,农田下地下水年均潜在补给量为30.2 mm,占年均降水量的5.2%。农田转换为苹果林地后形成的深厚土壤干层将阻断降水对地下水的补给,减弱地下水补给过程中活塞流的主导作用。需通过政策引导协调农果面积比例,保证地下水资源持续补给,达到可持续利用的目的。     

中国防沙治沙实践与沙漠科学发展的70年——Ⅱ.开拓篇（2）

1959年9月在乌鲁木齐市召开了史称“第二次全国治沙工作会议”,进一步彰显了国家对防沙治沙工作的重视和期待。随后的几年间,中国科学院治理沙漠科学考察队和相关省（区）防沙治沙部门,开展了较为系统的考察、试验、研究和实践工作。本文围绕着定位和半定位的综合治理沙漠的试验研究,讨论了固沙植物种的选择、引种及合理配置、机械固沙、流动沙丘的水分状况与固沙造林、主要沙生植物的蒸腾强度、流沙自然固定的土壤形成过程、沙丘土壤微生物等进展和影响;围绕着防沙治沙中的若干重大科学技术问题的研究,讨论了沙漠的成因、沙丘移动规律和防风固沙关系、飞机播种的评估、沙区植被类型和演变规律以及沙生植物特性、沙区草地的合理利用、戈壁的分类及改造利用、水利资源及其利用等进展和作用;扼要阐述了从新中国成立到1965年间的防沙治沙工作,特别是形成了开拓奉献的精神和有效实用的方法,以防沙治沙的理论和实践的成果、团队和平台建设的水平,奠定了中国沙漠科学的初创和开拓的基础和条件,使之顺利进入发展阶段。     

腾格里沙漠南缘花棒（Hedysarum scoparium）人工固沙林演替规律与机制

人工固沙林演替决定着固沙造林的成效。在腾格里沙漠南缘,应用空间代替时间的方法,选择造林封育5、15、25年花棒(Hedysarum scoparium)人工固沙林,对照流动沙丘和地带性植被样地,从生态水文、土壤种子库、土壤-植被相互关系等方面研究了人工固沙林演替的生态学机制,为区域人工固沙植被建设、保护和修复提供理论依据。结果表明:腾格里沙漠南缘花棒人工固沙林演替过程中,花棒、沙米(Agriophyllum squarrosum)和沙蒿(Artemisia rtemisia sphaerocephala)逐渐退出,自然优势种由一年生草本植物向半灌木、半灌木与多年生草本植物演替,25年后形成相对稳定的近自然固沙植被,呈现向草原化荒漠演替的趋势,但与地带性植被相似性只达到50%。表层土壤持水力持续增强,25年后达到流动沙丘的3.4倍,引起土壤水分浅层化和深层土壤干旱,驱动了深根系植物的衰亡和浅根性草本植物的发展。土壤种子库中沙米和沙蒿快速减少,并在造林25年后消失;油蒿(Artemisia ordosica)持续增加,短花针茅(Stipa breviflora)在25年后出现;土壤种子库与地上植被组成的相似性超过50%,驱动人工固沙林向油蒿+多年生草本植被演替。伴随人工固沙林植被演替,土壤容重持续降低,黏粒、粉粒、有机质和全氮含量持续增大,与人工固沙林群落、物种组成形成密切的对应关系,决定了固沙林演替阶段和物种组成。固沙造林启动并加速了自然植被的恢复演替,是干旱区沙化土地生态恢复的必要措施,但要充分考虑地带性植被和生境条件,以快速建立稳定的近自然植被。     

2000-2015年毛乌素沙区植被覆盖度变化趋势

毛乌素沙区是中国生态安全屏障的重要组成部分,土地沙漠化严重,近年来国家和地方政府实施了一系列生态保护与建设工程。利用2000-2015年MODIS13Q1 NDVI产品、年平均气温、年降水量数据,采用回归分析方法和显著性检验,对毛乌素沙区植被覆盖度变化趋势及其对气温、降水变化的响应进行了分析研究。结果表明：（1）毛乌素沙区植被覆盖度总体由东向西呈减少趋势,大部分区域植被覆盖度在30%以下,沙地腹地依然明显存在极低植被覆盖的流沙区。（2）21世纪以来毛乌素沙区植被覆盖度总体呈增加趋势,但空间差异明显。中东部大部分地区及腹地流动沙带之间植被覆盖度呈显著、极显著增加趋势;西部西鄂尔多斯荒漠草原区植被覆盖度变化不显著;植被覆盖度变化显著或极显著减小的地区极少,呈点状零散分布。（3）毛乌素沙区植被覆盖度对气温和降水响应的敏感性存在空间差异,且存在时滞性差异。东部黄土高原过渡区和西部西鄂尔多斯荒漠草原区植被对降水和气温的响应敏感,植被覆盖度的变化与气温和降水因子呈显著相关关系;毛乌素沙地主体区植被覆盖度变化与当年总降水量和年平均气温相关性不强,但与时滞降水的相关系数显著增大,可能与毛乌素沙地土壤质地和植被类型对降水的分配与利用方式有关。     

毛乌素沙地与浑善达克沙地水分深层渗漏特征对比

深层渗漏是沙地地表水和地下水连通性的重要指标.为了深入分析不同沙地深层渗漏的特征,采用渗漏仪实时监测流动沙丘降雨对200 cm深层的补给水量.结果表明:浑善达克沙地2017-2019年降雨量为229.9±45.6 mm,年渗漏量8.2±7.4 mm、年渗漏量占同期降雨量3.1％±2.3％;毛乌素沙地2013-2015年...     

沙坡头地区固沙植被土壤水分动态研究

沙坡头地区始建于1956年的无灌溉人工固沙植被,是我国交通干线防沙体系的成功模式。利用40余年的土壤水分定位观测数据,分析了不同期间建立的固沙植被土壤水分的时空变化特征及对植被的影响。结果表明,固沙植被发展至9~10a后土壤含水量开始明显下降,特别是较深层(>100cm)的含水量下降明显;0~40cm层土壤水分含量与降水相关显著,而降水对40~300cm层土壤水分的含量影响不显著;深根系固沙植物对根际区域水分的利用,进一步恶化了固沙区土壤深层的水分状况,进而抑制了这些植物的生长和生存,间接地影响了原有固沙植被组成和稳定性;经过40多年的演变,固沙植被中优势灌木种的盖度从最大盖度47.6%降至6%~9%,群落中草本和微生物结皮层得到发育。当深根系灌木的盖度降低至6%~9%时,深层土壤可维持一个相对稳定的低含水量。     

Water sources for typical desert vegetation in the Ebinur Lake basin

In arid and semi-arid environments, desert vegetation plays an important role in preventing soil erosion by wind and helps maintain the stability of desert and oasis ecosystems. Four types of typical desert vegetation, namely Populus euphratica, Haloxylon ammodendron, Nitraria sibirica, and Halostachs caspica, corresponding to different habitats (i.e., river bank, sand dune, desert, and salt marsh) were chosen as the model vegetation in this research. The δ²H and δ¹⁸O for rainwater, soil water, and plant water were applied to identify the water sources and quantify the proportions of different water sources used over the entire plant growth period (from March to October). The results showed that the precipitation δ²H and δ¹⁸O in the Ebinur Lake basin varied from -142.5‰ to -0.6‰ and from -20.16‰ to 1.20‰, respectively. The largest δ²H and δ¹⁸O values occurred in summer and the smallest in winter. The soil water δ²H and δ¹⁸O of the four habitats decreased gradually with increasing depth. The δ²H and δ¹⁸O values of water extracted from the stems of the four plants had similar variation trends, that is, the maximum was observed in spring and the minimum in summer. Among the four plants, H. caspica had the highest stable isotopic values in the stem water, followed by N. sibirica, H. ammodendron, and P. euphratica. The water sources and utilization ratios of desert vegetation varied across different growth stages. Throughout the growing period, H. ammodendron mainly used groundwater, whereas the water source proportions used by N. sibirica varied greatly throughout the growing season. In spring, plants mainly relied on surface soil water, with a contribution rate of 80%-94%. However, in summer, the proportion of deep soil water used was 31%-36%; and in autumn, the proportion of middle soil water used was 33%-36%. H. caspica mainly relied on topsoil water in spring and autumn, and the proportion of soil water in the middle layer slightly increased to 20%-36% in summer. P. euphratica mainly used intermediate soil water in spring with a utilization rate of 53%-54%. In summer, groundwater was the main source, with a utilization rate of 72%-88%, and only 2%-5% came from river water, whereas in autumn, the river water utilization rate rose to 11%-21%. The results indicated that there were significant differences in water use sources during the growing period for desert vegetation in arid areas. This research provides a theoretical basis for understanding water use mechanisms, water adaptation strategies, and vegetation restoration and management in arid areas.     

古尔班通古特沙漠南缘风沙土土壤水分特征与毛管水最大上升高度

为确定古尔班通古特沙漠南缘地下水深埋区毛管上升水的最大上升高度,对划分固沙植物水分来源提供理论依据,于2016年3月~2018年11月,采用中子仪法对试验地0~10 m土层土壤含水量进行观测,分析沙丘不同坡位土壤含水量的季节变化情况,并利用最大分子持水量与土壤含水量曲线交会法确定试验地毛管水的最大上升高度。结果表明：沙丘不同坡位0~130 cm土层的土壤含水量受外界气象因素影响较大,随季节变化规律明显;130 cm土层以下至570~760 cm土层为土壤含水量较为稳定的干沙层;而570~760 cm以下土层的土壤含水量主要受地下水水位波动和毛管上升水的影响,其含水量变化上界可看作是毛管水的最大上升高度。试验地的最大分子持水量为0.026 1 cm³·cm^-3,且沙丘不同坡位毛管水的最大上升高度分布在250~290 cm之间。     

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。     

低覆盖度行带式固沙林带间植被修复过程及其促进沙地逆转效果分析

针对内蒙古自治区相同配置模式的低覆盖度杨树行带式造林带,对不同恢复时间梯度上带间植被特征和土壤化学性质进行了初步研究。结果表明,随着恢复年限的延长植物多样性呈明显增加的趋势,在16～20 a间增加趋势变缓;从生活型和水分生态型来看,恢复初期带间植被组成及生长状况较差,主要以一年生草本且旱生的植物为主,在恢复16 a后,主要以多年生草本和中生植物为主,说明半干旱风沙区杨树行带式造林带间植被在经过16 a左右的修复,其群落结构趋于稳定,生态功能增强。经过长期的防护效应,有效地改善带间植被的生长环境,土壤有机质的含量造林20 a比造林2 a时增加2.5倍,土壤逐渐肥沃,生态系统相对稳定。     

巴丹吉林沙漠南缘的植物固沙问题

在野外考察的基础上,选择13个典型样地,研究了巴丹吉林沙漠南缘植被组成、群落特征和植被格局。结果表明：调查的样地中有荒漠植物31种,其中灌木12种,多年生草本11种,一二年生草本8种。种群密度3 000—14 000株·hm^-2,优势种在群落中地位显著,群落稳定性较差;植被斑块面积小、最大斑块指数低。沙漠南缘年降水量虽然仅100 mm左右,但有霸王（Zygophyllum xanthoxylon）、红砂（Reaumuria soongarica）和沙蒿（Artemisia desertorum）等灌木和半灌木天然植物群落分布,有白刺（Nitraria tangutorum）和膜果麻黄（Ephedra przewalskii）灌丛沙堆,沙丘上生长着沙拐枣（Calligonum mongolicum）、沙鞭（Psammochloa villosa）等种群生存,且在沙漠延伸带流动沙丘上已成功建立了梭梭（Haloxylon ammodendron）人工固沙植被,表明在巴丹吉林沙漠南缘建立以乡土植物为主的固沙植被是可行的。在未来研究中,应在山水林田湖草沙生命共同体理念下加强从区域尺度上解析水、植被和沙的关系,系统了解生态系统的原真性、完整性和连通性及生态系统稳定性维持等问题,优化生态景观格局,确定生态保护目标和建设规模,同时要加强对乡土植物适应干旱风沙机制和扩繁保育技术研究,以便为区域生态建设和生态保护提供科技支撑。     

黑河中游荒漠绿洲过渡带固沙植被根区土壤含水量

土壤水分在很大程度上决定着荒漠固沙植被的生长状况和分布格局，不同植被对土壤水分的需求也不相同，研究植被根区土壤含水量的分布特征，可为合理调控固沙植被空间分布格局提供理论依据。以黑河中游荒漠绿洲过渡带上的固沙植被泡泡刺（Nitraria sphaerocarp）、沙拐枣（Calligonum mongolicum）为对象，于2014—2018年每年5月上旬（雨季前）和10月中旬（雨季后）钻取植被根区不同深度的土壤样品，研究不同植被根区垂直方向和水平方向上土壤含水量的分布特征及其变异性。结果表明：（1）土层越深，固沙植被根区土壤含水量越高；（2）除2017年外，其余年份两种固沙植被根区的土壤含水量均是雨季后大于雨季前；（3）水平方向上距离植被根区越远，土壤含水量越高；（4）两种植被根区土壤含水量的变异性在垂直方向上浅层大于深层，且垂直方向的变异性大于水平方向。     

河西走廊荒漠绿洲过渡带封育对土壤和植被的影响

在河西走廊荒漠绿洲过渡带,封育天然植被是植被群落恢复、防止绿洲沙漠化的有效措施。以流动沙丘作为对照(0年),对封育5年和15年的半固沙和固定沙丘植被群落以及土壤进行调查取样和分析。结果表明:随着封育年限增加,天然固沙植被群落生物多样性增加,灌木层和草本层植物密度、盖度和生物量都显著增加,灌木层盖度从10%增加到40%,草本层以一年生草本植物为主,物种从5种增加到8种,生物量从1 g·m^-2增加到13 g·m^-2。随着天然植被盖度增加,土壤表层沙土细粒化明显,沙土中黏粉粒含量显著增加,土壤质地由粗质沙粒向细质沙粒转变;随着沙土中黏粉粒成分的增加,沙土有机质、全氮、全磷含量也增加,灌丛下土壤养分含量高于灌丛间,“沃岛效应”明显。同时,在灌丛下表层土壤出现明显的盐分集聚现象,其中SO₄^2-、K⁺、Na⁺含量分别增加了6、3、17倍。在降水100 mm左右的荒漠绿洲过渡带,封育可以显著恢复固沙植被群落和提高沙土质地和养分。