腾格里沙漠东南缘荒漠植被盖度月变化特征及生态恢复

 研究表明:封育区植被盖度一年四季大于未封育区,在正常年份的生长季内前者植被盖度为17.89%~29.39%,后者为11.60%~16.05%。封育区和未封育区150 m样线上的灌木植物在70~90株(丛)和60~70株（丛）之间,基本保持稳定;草本植物个体数月变化则显著,未封育区从4月份以后数量递增, 7、8月显著增加,8月底达到最大值,而封育区则表现为4、 5月增加,6月减少,7、8、9月线性增加,达到最大值,且未封育区草本植物的数量少于封育区。未封育区由于植被盖度低,灌丛分布不均匀,沙面裸露多,地面风沙流活动强烈,白刺沙包风蚀严重;而封育区植被盖度较大,灌丛分布较均匀,风沙流活动弱,白刺沙包稳定,形成了较为稳定的自然植被生态系统。试验表明,在当地气候和地理条件下,通过封育或避免人为干预,荒漠区生态植被的自然恢复,可大大增加防风固沙能力,改善当地的生态环境。     

浑善达克沙地春季风沙活动特征观测研究

通过野外实验观测和室内分析整理的方法,对浑善达克沙地不同程度沙漠化土地的春季风沙活动特征进行了研究。结果表明：输沙率随风速增加成非线性增大;相同风速下,随着土地沙漠化程度的增加,输沙率成指数式增加;春季由于植被高度有限,覆盖度小于10%与覆盖度大于25%的沙地,对风场的响应,表现出明显不同的风沙流结构;不同程度的沙漠化土地上,发生风蚀搬运的物质组成也明显不同;研究区春季影响风沙活动的因素,主要是土地沙漠化程度,降水的迟早以及残存的灌木与多年生草本植物的多少等。     

古尔班通古特沙漠短命植物分布 及其沙面稳定意义

从植被稳定沙面的角度出发,通过2002年对古尔班通古特沙漠南部沙垄表面植物种类、高度和盖度等的系统监测,阐明短命植物在单个沙丘上的时空分布规律。并对气象资料和人类活动扰动沙面后短命植物的自然侵入等进行综合分析,探讨沙面稳定中短命植物的重要作用。研究区总计有45种植物,其中短命植物29种。4月初短命植物萌动出土,在两个月左右的时间完成整个生长发育过程。4、5、6三个月正是北疆沙漠风沙活动强盛期,大部分沙垄表面乔灌木和长营养期草本植物盖度不足10%,而短命植物盖度则分别达到13.9%、40.2% 和14.1%,是古尔班通古特沙漠植被稳定沙面的主要贡献者。对工程行为扰动沙面后的植物恢复调查显示,短命植物是首先入侵的先锋植物。     

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。     

中国东部沙区表层沉积物粒度特征

通过分析中国东部沙区表层沉积物粒度特征及其与风力、植被覆盖的相关性,探讨了东部沙区现代风沙沉积环境及其区域差异性。结果显示:东部沙区各沙漠/沙地粒径级配相对一致,均以细沙、中沙为主,粒度分布整体呈单峰形态,中等分选,粒度分布和分选性均与西部沙区有较大不同。风力和植被覆盖状况的差异决定了各沙地所处的风沙环境性质和风沙活动强度不同,导致东部沙区表层沉积物粒度特征存在明显的区域差异性。其中,库布齐沙漠粒度特征与该区风蚀、搬运、堆积过程频繁交替的风沙活动方式密切关联;呼伦贝尔沙地粒度特征反映了风蚀主导的风沙环境;科尔沁沙地、浑善达克沙地,毛乌素沙地粒度特征和风沙活动方式相对复杂,与这3个沙地内部风蚀主导区和沙尘沉降主导区镶嵌分布的格局有关。东部沙区表层沉积物平均粒径和分选系数均与沙地年均风速和植被总盖度双因素之间具有显著的非线性相关性。     

绿洲外围植被防风生态效益的紊流模型

风沙灾害严重地威胁着处于茫茫沙漠中的绿洲,绿洲外围植被则是防御风沙危害的绿色屏障。我们选择位于昆仑山北麓塔克拉玛干沙漠南缘受风沙危害极其严重的策勒绿洲外围植被为研究对象,采用k-ε紊流数学模型,对三种典型植被覆盖度:18.75%、37.5%、56.3%,七种风速:4、5、6、7、8、9、10m/s共21种处理的流场细节进行了模拟。每一处理中以4320个数据模拟了i=1,2,…,108,j=1,2,…,20,共2160个点位在u方向和v方向的速度,由此,找出风沙流通过植被区,在顺流方向随植被盖度变化的递变规律,并定量的反映了绿洲外围植被降低风速、降低进入绿洲沙流量的生态效益。试验表明:顺流方向2km厚的植被,盖度由0增至15%~20%,可降低风速37%~40%;增至35%~40%,可降低48%左右;增至55%,可降低54%左右。植被盖度由0增至15%,35%,50%,在地面以上0~20cm的高度内,可不同程度地降低沙流量50%~90%。     

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。     

干旱风沙区植被重建初期对土壤微生物群落结构的影响

为揭示干旱风沙区植被重建对土壤微生物群落结构的影响,以乌海至玛沁高速公路腾格里沙漠段生态防护体系的植被重建区土壤为研究对象,以流动沙丘为对照,运用高通量测序技术研究植被重建区土壤微生物群落结构随植被恢复重建的变化特征。结果表明：植被重建区与流沙区土壤微生物群落组成相似,均以放线菌门（58.53%~67.85%）、变形细菌门（16.53%~19.68%）等为优势类群;优势菌属包括诺卡氏菌属、甲基柔膜菌属、微红微球菌属和微枝型杆菌属。与流沙区对照相比,植被重建区显著增加了土壤大部分菌门相对丰度和多样性。植被恢复重建后土壤pH、电导率及盐分含量降低;土壤微生物量磷（MBP）、土壤微生物量碳（MBC）与土壤微生物量碳氮比（MBC:MBN）在植被重建区浅层土壤（0~5 cm、 5~10 cm和10~20 cm）显著高于流沙区。因此,对于沙漠公路生态防护体系而言,植被重建能显著改善其浅层土壤养分状况、微生物相对丰度和多样性水平,是改善沙漠生态环境的重要措施。     

沙漠-绿洲过渡带风沙活动特征——以敦煌黑山嘴地区为例

统计2013-2014年度敦煌黑山嘴地区沙漠-绿洲过渡带气象资料,对区域风沙活动特征进行系统研究。结果表明：区域内合成起沙风以偏南风为主,即由沙漠指向绿洲。从沙漠腹地到绿洲内部,由于植被和房屋增多,起沙风频次和合成输沙势减小,风沙活动减弱,且春季风沙活动最强烈。夏秋季节植被可有效降低风速,减少起沙风频次,改善局地气候。平均气温与平均空气湿度负相关。月平均气温与月平均风速呈现同步性,越靠近沙漠腹地,两者同步性越强;日间气温与风速变化存在同步性,但夜间沙漠与绿洲气温差对风速存在影响,温差越大,风速波幅越大。     

不同下垫面沙通量估算——以策勒绿洲—沙漠过渡带为例北大核心CSCD

通过对研究区域风速和沙通量的实测数据,分析了策勒绿洲—沙漠过渡带上流动沙地、半流动沙地和固定沙地下垫面风沙活动参数,并进行了不同下垫面模型的推导与验证。研究结果表明:(1)空气动力学粗糙度受到地表植被盖度和风速的共同影响,流动沙漠起沙后,空气动力学粗糙度随风速的增大而升高,半流动沙漠和固定沙漠空气动力学粗糙度随风速的增大而降低,空气动力学粗糙度随地表植被盖度和植被高度等的增大而升高。(2)策勒绿洲—沙漠过渡带流动沙漠、半流动沙漠、固定沙漠的沙通量模型利用Bagnold模型与实际沙通量校正后确定,流动沙漠、半固定沙漠、固定沙漠的幂值分别为3.65、3.57、2.92,B值分别为4.33×10^(-11)、6.27×10^(-11)、2.61×10^(-9)。(3)2014年3~9月,策勒绿洲沙漠过渡带流动沙漠、半流动沙漠(植被盖度约为10%)、固定沙漠(植被盖度约为40%)的输沙通量分别为5 679.4 kg·m^(-1)、1 033 kg·m^(-1)和176.2 kg·m^(-1),植被对下垫面沙通量的影响显著,半流动沙漠的沙通量为流动沙漠的18.2%,固定沙漠沙通量占流动沙漠沙通量的3%。     

干旱区新垦绿洲防护林体系的防护效益分析——以克拉玛依农业综合开发区为例

克拉玛依新垦绿洲内部光、热、水、土资源丰富,但生态环境极为恶劣,存在干旱、风沙和盐碱等生态问题,严重阻碍着农业生产的持续发展。通过建立有效的防护林体系来改善种植区生态环境,以保证农业生产的顺利进行。结合野外实地调查资料,对研究区内绿洲防护林林带特征和现有防护林的防风效能、气温、相对湿度等小气候等指标进行了测定比较,结果表明：背风面随着距林带距离的增加,其防风效能呈现递减的趋势,随着防护林的生长,其防风效果也随之提高;在背风面垂直方向上自上而下防风效能呈现递增的趋势,林带有叶期的防风效果明显优于无叶期。林带较之荒漠区具有一定程度的降温增湿作用,同时林带对于防护林内土壤温度和土壤水分的调节作用也很显著。     

沙坡头铁路防护体系内风沙沉积的粒度特征

包兰铁路沙坡头段铁路防护体系内,由于下垫面性质发生变化,流沙区至人工植被带地表沉积物中表层土壤的黏粒和粉沙含量显著增大,平均粒径减小,颗粒分选性显著变差。防护体系内表层沉积物中的粉沙含量与地表相对高程反相关,黏粒含量与地形起伏没有直接关系,颗粒平均粒径、分选性与地表相对高程正相关。在土层垂直方向上,表层0~5cm内土壤粉沙含量较高,颗粒分选性差;5cm以下深度内土壤粉沙含量减少,颗粒分选性变好。在防护体系内沙丘地貌的不同部位,沙尘沉积速率不同。据此估算表明防护体系内固定沙丘迎风坡顶部沉积速率为0.147 cm/a左右;背风坡和丘间地平均堆积速率大于0.588cm/a。     

干旱风沙区绿洲森林覆盖率的非线性生态模型

以甘肃河西走廊绿洲为例,就干旱风沙区绿洲森林覆盖率进行了研究。研究结果表明：①影响干旱风沙区绿洲森林覆盖率高低的因素,主要与最大风速(V)和主林带的有效防护距离(L)有关,有效防护距离又受主林带平均高度和有效防护系数(r,或宽度)的影响。②经反复试算,最大风速和主林带有效防护距离的比值(V/L)大小与森林覆盖率(F)高低之间存在着相一致的规律性,不同比值代表着不同主林带平均高度(i)降低最大风速20%以上所需的最佳防护效益森林覆盖率,依此建立了干旱风沙区绿洲森林覆盖率的非线性生态模型：F=V/L×100%=V/(ri×i)×100%。③用1979—1994年在乌兰布和沙漠东北缘新建防护林体系森林覆盖率的实验数据对模型的预报结果进行适合性检验,结果表明,η=5.2466＜X2 0.05(5)=11.070,差异不显著,因此应用F=V/(ri×i)×100%预报干旱风沙区绿洲的森林覆盖率是可行的。     

放牧对古尔班通古特沙漠南部半固定沙垄地表性质的影响

Intensive grazing in spring-summer has been responsible for environmental deg- radation of the Gurbantunggut Desert in recent years. The coverage of plants and biological crusts, sand surface stability and physicochemical characteristics of soil on the dune surface were conducted in 2002 (winter grazing) and 2005 (spring-summer grazing). The results showed that over 80% of the total area of the dune surface was covered by well-developed biological crusts and plants in 2002, when the interdune and middle to lower part of dune slopes were stabilized and only the crest had 10-40 m wide mobile belt. Affected by spring-summer grazing in 2005, over 80% of the total cover of biological crust was destructed and the plant coverage only reached 1/5 of that in 2002, especially the ephemeral plant cover had a great change. The value of sand transport potential in 2005 only reached 1/3 of that in 2002, but the total surface activity in 2005 was 1.6 times stronger than that in 2002. Mean- while the mobile area began to expand from the dune top to the whole dune surface following spring-summer grazing. Compared with 2002, medium sand content of the dune surface soil increased by 13.9%, while that of fine and very fine sands decreased by 7.4% and 8.0% re- spectively in 2005 and the soil organic matter in 2005 was only about 1/2 of that in 2002. It is obvious that the presence of snow cover and frozen soil in winter could avoid the surface structure destruction in winter, while spring--summer grazing made excessive damage to biologic crusts and ephemeral plants. Spring is the main windy season in Gurbantunggut Desert and therefore intensive activity of dune surface occurred following spring-summer grazing, which led to a great loss of fine sand and organic matter. It can be seen that grazing season have a significant influence on the sustainable development of the desert ecosystem in Northwest China.     

Effects of spring–summer grazing on longitudinal dune surface in southern Gurbantunggut Desert

Intensive grazing in spring–summer has been responsible for environmental degradation of the Gurbantunggut Desert in recent years. The coverage of plants and biological crusts, sand surface stability and physicochemical characteristics of soil on the dune surface were conducted in 2002 (winter grazing) and 2005 (spring–summer grazing). The results showed that over 80% of the total area of the dune surface was covered by well-developed biological crusts and plants in 2002, when the interdune and middle to lower part of dune slopes were stabilized and only the crest had 10–40 m wide mobile belt. Affected by spring–summer grazing in 2005, over 80% of the total cover of biological crust was destructed and the plant coverage only reached 1/5 of that in 2002, especially the ephemeral plant cover had a great change. The value of sand transport potential in 2005 only reached 1/3 of that in 2002, but the total surface activity in 2005 was 1.6 times stronger than that in 2002. Meanwhile the mobile area began to expand from the dune top to the whole dune surface following spring–summer grazing. Compared with 2002, medium sand content of the dune surface soil increased by 13.9%, while that of fine and very fine sands decreased by 7.4% and 8.0% respectively in 2005 and the soil organic matter in 2005 was only about 1/2 of that in 2002. It is obvious that the presence of snow cover and frozen soil in winter could avoid the surface structure destruction in winter, while spring–summer grazing made excessive damage to biologic crusts and ephemeral plants. Spring is the main windy season in Gurbantunggut Desert and therefore intensive activity of dune surface occurred following spring–summer grazing, which led to a great loss of fine sand and organic matter. It can be seen that grazing season have a significant influence on the sustainable development of the desert ecosystem in Northwest China.     

科尔沁沙地沙丘水分深层渗漏量和侧向运移量

沙丘水分的深层渗漏和侧向运移与深层土壤水、地下水及相邻丘间低地的水分状况密切关联。以科尔沁沙地典型流动沙丘迎风坡坡底，迎风坡坡中、坡顶、背风坡坡中和背风坡坡底监测点为例，采用自制的水分渗漏量及侧向运移量的监测装置，测定了科尔沁沙地流动沙丘各坡位入渗到0~100 cm土层雨水沿坡面的侧向运移量及入渗到100 cm以下的深层渗漏量。结果表明：生长季（5—10月）流动沙丘坡顶、迎风坡坡中、背风坡坡中、背风坡坡底处累积深层渗漏量分别为44.46、78.65、61.84、147.6 mm，分别占同期降雨量的17.03%、30.12%、23.68%、56.53%；迎风坡坡中、背风坡坡中、背风坡坡底处的累积侧向运移量分别为32.35、96.47、82.59 mm，分别占同期降雨量的12.39%、36.95%、31.63%。迎风坡坡中（P<0.01）和坡顶（P<0.05）的月深层渗漏量与月降雨量均显著正相关；背风坡坡中（P<0.01）和背风坡坡底（P<0.05）的月侧向运移量与降雨量均显著正相关。     

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。     

金沙江干热河谷不同植被坡面土壤水分时空分布特征

于2016年7~12月和2017年4月的旱、雨季期间，以金沙江干热河谷苴那小流域内的银合欢（Leucaena Benth）林地、车桑子（Dodonaea angustifolia）灌丛地和扭黄茅（Heteropogon cantortus）草地为研究对象，通过网格法和土钻法采集并测定了（0~100 cm）土层的土壤含水量，应用经典统计法和地统计学方法分析该区域不同林草植被下坡面土壤水分的动态变化特征。结果表明：（1）研究区土壤含水量总体较低，雨季显著大于旱季，旱、雨季均表现为灌丛地>草地>林地，呈中度至强度变异（0.07~0.28之间）。（2）不同林草植被下旱、雨季土壤水分具有相似的空间自相关性，自相关系数均由正向负转变，但由正向负转变的滞后距离有所不同，且雨季大于旱季，呈中等或强等空间自相关性。（3）不同林草植被下的土壤水分空间结构不同，林地、灌丛地和草地旱雨季最佳拟合模型均为球状模型；相同林草植被下各土层旱、雨季土壤水分的空间分布特征相似，但旱季的分布格局差异更显著，不同林草植被下深层土壤水分分布比表层土壤水分的分布更为复杂，土壤水分呈明显的斑块或条带状分布，含水量高值区和低值区位置不固定。总之不同林草植被类型会改变局部地段土壤水分空间分布，降雨会加强这种差异的趋势，但土壤水分仍具一定空间连续性。