毛乌素沙地中部风成沙的组成与微形态特征

分析了毛乌素沙地中部流动沙丘与固定-半固定沙丘沉积物粒度、元素和微形态特征。结果表明：流动沙丘沙和固定-半固定沙丘沙均以细沙和中沙为主,流动沙丘沙的分选性较好,而固定-半固定沙丘沙的分选性较差,沙丘在频繁强烈的风沙活动环境下跃移搬运,且搬运方式一定,搬运动力稳定。与上部陆壳平均化学组成（UCC）相比,常量元素SiO₂和Na₂O富集,其余均亏损,而微量元素中,Co富集明显。沙丘沙物质CIA值与上部陆壳平均值接近,表明沙丘经历了低等的化学风化。流动沙丘和固定-半固定沙丘颗粒磨圆度普遍较差,大多呈现棱角状或次棱角状外形,真正圆状外形较少。风成环境的典型标志碟形撞击坑占比很大,推断毛乌素沙地中部气候相对干燥,机械作用占主导地位,化学风化作用甚微。     

毛乌素沙地现代沙丘沙的粒度特征及其意义

对毛乌素沙地不同类型41个现代沙丘的沙粒度分析结果表明,流动沙丘沙主要由细沙和中沙组成,平均粒径为2.17 Φ;固定-半固定沙丘沙的主要粒级是细沙和极细沙,平均粒径为3.09 Φ。流动沙丘沙平均粒径整体自西北到东南减小,而分选性总体表现为中等-较好,无明显空间变化规律。概率累计曲线和粒度特征参数散点图表明,毛乌素沙地沙丘沙以跃移搬运方式为主,存在着就地起沙和就地堆积的可能。平均粒径和分选性空间变化规律的差异,是在频繁强烈的风沙活动环境下物源和大气环流共同作用的结果。     

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%。     

窟野河流域河岸沙丘地貌格局及变化

风水交互作用是黄土高原北部风蚀水蚀交错带特殊的侵蚀营力，并致该区土壤侵蚀强度加重。以毛乌素沙地窟野河流域作为研究区，基于影像解译及数理统计方法，研究河道与沙丘交互地貌过程。结果表明：（1）窟野河“三河夹沙”区沙地以河流为中心呈现出对称条带状格局分布，距离河流，依次呈现出流动沙丘、固定半固定沙丘、丘陵沟壑区的空间格局；（2）典型河段河道与沙丘空间格局呈现出河道穿越流动沙丘、河道两侧斑块状沙丘镶嵌分布、两河交汇处流动沙丘分布等3种格局；（3）河道弯曲系数与河道两侧沙丘活动性的变化之间呈现出一定的对应关系。     

乌兰布和沙漠流动沙丘风蚀空间分布规律及其影响因素

为科学治理黄河乌兰布和沙漠沿岸风沙入黄问题,以该河段风沙危害严重的刘拐沙头流动沙丘为研究对象,开展沿岸沙丘风蚀与沉积规律及其影响因素研究。结果表明：（1）沙丘不同部位风蚀与沉积存在差异,与风速在沙丘的空间分布相关。迎风坡坡脚、坡中以风蚀为主,风蚀速率分别为1.07、1.31 cm·d^-1;坡顶风蚀和沉积交替进行,风蚀速率2.16 cm·d^-1,沉积速率1.36 cm·d^-1;沙丘背风坡受反向气流影响以沉积为主,沉积速率2.19 cm·d^-1,风蚀主要出现夏秋季节反向风时期;丘间地受上风向沙丘阻挡的影响,一般以沉积为主,平均沉积速率0.12 cm·d^-1。丘间地净风蚀量与背风坡显著差异（P<0.05）,但与坡脚、坡中和坡顶差异不显著（P>0.1）;背风坡净风蚀量与坡脚、坡中和坡顶极显著差异（P<0.01）。从总风蚀速率来看,风沙活动活跃强度排序：坡顶 > 背风坡 > 坡中 > 坡脚 > 丘间地。（2）冬春季节风蚀与夏秋季节存在显著差异（P<0.05）,风力和降水的季节性差异是造成风蚀季节性差异的主要因素。研究结果可为沿岸流动沙丘风沙入黄防治和完善黄河沿岸风沙防护体系提供参考。     

粒度和磁化率记录的毛乌素沙地东缘全新世气候变化

通过对毛乌素沙地东缘大柳塔剖面地层沉积物粒度及磁化率特征的分析，结合光释光测年结果，探讨了毛乌素沙地全新世气候变化。结果表明：（1）剖面沉积物粒度组成以中砂、粗砂为主，古土壤中黏粒组分含量高（3.32%），风成砂中几乎不含黏粒组分（0.01%），粒度参数的平均粒径M_z和分选系数σ也表现为古土壤高值、风成砂低值；（2）磁化率在全剖面呈有规律的变化，低频、高频磁化率在古土壤中呈高值，湖沼相、弱成壤次之，风成砂最小；低频磁化率χ_lf与黏粒（<2 μm）含量、平均粒径M_z呈显著正相关，垂向剖面上变化规律一致，指示了相似的气候环境意义；（3）毛乌素沙地在10.39 ka BP附近存在明显的3次冷干-暖湿气候波动；10.39~9.34 ka BP，气候冷干，风沙活动盛行；9.34~8.68 ka BP，冬季风衰退，夏季风增强，成壤作用强烈；8.68~8.29 ka BP，气候寒冷干燥；8.29~2.72 ka BP，气候整体温暖湿润，在6.55~3.80 ka BP达到鼎盛后转向冷干；2.72~1.34 ka BP，冬季风占主导，沙丘活化，沙漠扩张；1.34 ka BP至今，逐渐接近现代气候。毛乌素沙地的全新世气候变化是东亚冬、夏季风此消彼长作用下全球气候变化的区域响应。     

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。     

中国北方农牧交错带鄂尔多斯高原段土壤表层粒度特征

土壤粒度是描述土壤性质的重要参数，研究农牧交错带土壤表层粒度对土壤质量和沙化程度评价具有科学意义。对不同沉积物类型及土地利用方式土壤表层（0~5 cm深度）粒度进行分析。结果表明：（1）沙黄土、覆沙黄土残积物、风化残积物中粉粒最多，其次为极细砂和细砂，这3个粒级含量之和表现为沙黄土（96.51%） > 覆沙黄土残积物（88.29%） > 风化残积物（77.58%）；风成沙土壤表层以细砂（53.85%）和中砂（26.13%）为主。（2）平均粒径由小到大依次为沙黄土（4.78Φ）、覆沙黄土残积物（4.62Φ）、风化残积物（3.80Φ）、风成沙（2.46Φ）；分选性由差到好依次为风化残积物、覆沙黄土残积物、沙黄土、风成沙；偏度呈现为正偏或极正偏；峰值表明风成沙（2.30）粒径分布最为集中。（3）同一地表沉积物中，砾石和极粗砂等粗颗粒在农田较多，粉粒在草地较多，极细砂在林地较多；风成沙中，粉粒在固定沙丘略多，细砂在半固定沙丘较多，砾石、极粗砂等粗颗粒仅在流动沙丘地中分布。（4）土壤颗粒分形维数表现为沙黄土（2.5242） > 覆沙黄土残积物（2.4373） > 风化残积物（2.3554） > 风成沙（2.2815）；地表沉积物类型不同，表层土壤分形维数与粒级含量相关性有着明显差异。     

乌兰布和沙漠不同下垫面冬季沙尘通量

为揭示乌兰布和沙漠不同下垫面冬季沙尘通量的垂直分布,在野外实地监测的基础上对乌兰布和沙漠3种下垫面冬季输沙量进行测量分析。结果表明：近地表0～100 cm高度内冬季输沙量流动沙丘 > 梭梭固定沙丘 > 白刺半固定沙丘。各下垫面输沙量随高度呈下降趋势,流动沙丘、白刺半固定沙丘、梭梭固定沙丘符合幂函数分布,流动沙丘、梭梭固定沙丘输沙量集中于0～20 cm高度,白刺半固定沙丘集中于0～40 cm高度。风沙流幂函数通量系数a、b与粒径< 0.1 mm和粒径 >0.5 mm颗粒含量负相关,与粒径0.1～0.25 mm颗粒含量正相关,与粒径0.25～0.5 mm颗粒含量不相关。沙粒跃移高度在流动沙丘、白刺半固定沙丘和梭梭固定沙丘分别集中于0～3.59、0～4.33和0～2.36 cm;跃移高度与粒径<0.05 mm和0.1～0.5 mm颗粒含量正相关,尤其与粒径0.1～0.25 mm颗粒含量呈指数函数正相关,与粒径0.05～0.1 mm及>0.5 mm颗粒含量无明显相关性。乌兰布和沙漠流动沙丘在冬季仍具有较大的侵蚀状态,白刺半固定沙丘处于弱风蚀状态,梭梭固定沙丘处于堆积状态,造成地表积沙。在冬季,梭梭固定沙丘仍然发挥着防风固沙的能力,成为冬季固定风沙的重要防线。     

毛乌素沙地沙障环境下的沙丘迎风坡植被及土壤养分变化

沙障在固定流沙、促进植被恢复和改良土壤等生态建设方面起着重要作用。对毛乌素沙地设置沙柳（Salix psammophila）沙障6、8、10、11、12年的沙丘迎风坡（裸露沙丘地作为对照）开展了植被调查和土壤养分测试分析。结果显示：设障8年后的沙丘迎风坡0—30 cm深度内的土壤有机质、全氮含量显著（P<0.05）高于流动沙丘,且设障10—11年沙丘迎风坡植被盖度、0—80 cm深度内土壤有机质和全氮含量达到最大,但全磷和全钾含量无明显的变化,所有样地间和3个深度层间的全磷、全钾含量均无显著性差异;植被总盖度、0—80 cm深度内土壤有机质含量及全氮含量相互之间存在极显著线性正相关关系（P<0.01）,而且土壤pH值随有机质含量增加而线性降低。沙柳沙障固沙地的植被盖度、土壤有机质和全氮相互之间存在趋同性,且布设10年的沙障土壤改良和植被恢复成效达到最大,之后表现出下降趋势。据此建议活体沙柳沙障在维持其固沙功效的前提下以10年为限需进行平茬处理。     

毛乌素沙地飞播植被现状与评价

从飞播所采用的植物种、播区沙丘类型和植被现状等方面,对毛乌素沙地30多年来不同沙丘类型区域飞播后植被的生长发育和沙丘的固定情况进行了分析与评价。实地考察与分析表明:毛乌素沙地飞播比较成功的植物种有羊柴、籽蒿和花棒。在比较平缓的沙丘区域,飞播后植物可迅速占满整个播区,沙丘可得到全部固定;当播区沙丘形态以新月形沙丘链为主,或新月形沙丘链与格状沙丘并存,沙丘高度在5~10m时,飞播后植物首先在丘间地和沙丘中下部定居,并逐渐扩大其定居范围,最终飞播植被仍能占满整个播区(个别高大沙丘例外);当播区沙丘形态以格状沙丘为主,沙丘高度在10m以上,飞播植物仅能在丘间地和沙丘下部定居,而且很难扩展其定居范围,这种沙丘类型区飞播后至多只能达到半固定水平。     

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。     

毛乌素沙地南缘半固定沙丘风沙输移物特征

通过连续动态观测,获取毛乌素沙地南缘典型半固定沙丘表面风沙输移物,测量了风沙活动中不同沙丘部位的风蚀深度,并对风沙输移物及其养分进行了初步分析。结果表明:风沙活动期间沙丘顶部的风蚀深度最大,沙丘迎风坡次之,而丘间地的风蚀深度最小;沙丘顶部和迎风坡的输移物以中沙和细沙为主,养分含量较低,丘间地颗粒较细且养分含量较高;土壤养分含量与颗粒大小存在显著的负相关关系。迎风坡和丘顶处在风蚀亚环境而难以被植被固定,进而加速了风蚀过程;丘间地风沙活动较弱,风积物中养分含量较高的细颗粒物质促进了植被的发育,因而减弱了局地风速。     

毛乌素沙地现代流动沙丘沙的矿物成分

对毛乌素沙地16个现代流动沙丘沙样品矿物分析结果进行归纳与研究.结果显示:(1)毛乌素沙地现代流动沙丘沙轻矿物占绝对优势,平均含量为94.8%,以石英、长石为主;重矿物所占比例很小,平均含量为1.6%,但种类较多,共含22种重矿物.(2)重矿物中2/3以上属硅酸盐类矿物,其含量前三的为角闪石、绿帘石、石榴子石;(3)重矿物以不稳定矿物和较稳定矿物占较高比例,绝大多数为硅酸盐类矿物,分别为100%和98.75%;(4)重矿物中硬矿物和极硬矿物含量高达80.17%,分别为61.57%和18.60%.结果还显示,轻矿物石英/长石含量比值(平均值为6.10)和重矿物矿物风化系数(平均值3.89)都较高,重矿物中造岩矿物(平均值26.7%)含量占近1/3.由此,并考虑到高含量的硬-极硬的重矿物的存在,表明其沉积时属于气候干冷、生物化学风化作用较弱的强风沙流环境.本文除证明了高含量的不稳定矿物和较稳定矿物与气候干旱具有本质上的联系外,还说明了干旱环境下沙丘沙中多种类、高含量的硬-极硬矿物的存在,极大地抑制了物理风化和生物化学两个方面的风化的难度,从而使其向土壤化根本逆转也很难.即使沙丘得以固定,由于其丘体的这种矿物组分,仍然难以消除潜在沙漠化的客观存在,故土地沙漠化引起生态环境的退化实际上也与沙丘沙碎屑矿物的物理性质具有本质上的联系.因此,干冷多风的气候条件及其导致的沙丘沙所具有的物质组成的特殊性应该是土地沙漠化的两个不可或缺的原因.     

Historical desertification of the Mu Us Sandy Land: A perspective from the Beidachi section

Historical desertification of the Mu Us Sandy Land is linked to both environmental changes and anthropogenic activities. This paper reports on an analysis of grain size parameters as indicative of such changes in the southwestern area of the Mu Us Sandy Land. Combined with analysis of chronologies and historical records, our results indicate that Beidachi Lake and a nearby seasonal river have retreated continuously in history and that sand dunes appeared at approximately the end of the Ming dynasty. This study sheds new light on the understanding of spatial-temporal changes of the interior Mu Us Sandy Land in history and has great significance in revealing environmental changes of the interior region of the Mu Us Sandy Land.     

东部沙区表土有机质和速效养分与风沙环境关系初探

东部沙区表土有机质、速效养分含量普遍较低。按照库布齐沙漠、毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地的次序,有机质和速效K含量逐渐增大,这种分布格局与区域风沙环境性质、风沙活动方式密切相关;各沙漠/沙地内部,表土有机质和速效K含量分别与植被盖度、颗粒平均粒径、分选系数之间存在较好的相关性。速效N和速效P含量未表现出上述变化规律。可见有机质和速效K含量对风沙环境的变化较为敏感,因而其在表土中的再分配可以在一定程度上反映局地风沙环境的变化,而速效N和速效P对风沙环境的指示意义不明显。东部沙区表土有机质、速效N及速效P含量普遍高于西部沙区,而速效K含量明显偏低。     

沙丘形态及表沙粒度特征对风况和地表植被变化的响应

以毛乌素沙地3种沙丘（新月形沙丘、抛物线形沙丘和反向沙丘）为研究对象,对其形态、表沙粒度特征和区域风况进行了量化分析,探讨了沙丘表沙物理运动过程及其形态对外界条件（风况和地表植被）变化的反馈,揭示了沙丘表沙粒度特征对不同沙丘形态的响应机制。结果表明：新月形沙丘表沙平均粒径由迎风坡底部向顶部逐渐变小,分选呈现逐渐变好趋势, 但粒径较小和分选较差的表沙样出现在沙丘迎风坡中部。随着地表植被覆盖度的增加,新月形沙丘逐渐向抛物线形沙丘转变,近地表输沙能力和沙丘上风向沙源的供应同样受到限制,致使抛物线形沙丘由迎风坡底部向顶部呈现表沙平均粒径变大,而分选逐渐变好的趋势。毛乌素沙地内季节性风况（春季盛行强劲西北风,夏季盛行较弱东南风）的变化不仅促进了反向沙丘的发育,并且重组了西北盛行风影响下的表沙粒度特征。在夏季反向风风蚀的作用下,沙丘落沙坡顶部出现反向堆积和脊线反向移动的现象,同时其顶部呈现平均粒径由小变大、分选逐渐变好的趋势。