科尔沁沙地夏秋(6—9月)季不同类型沙丘土壤呼吸对气温变化的响应

 通过测定分析了科尔沁沙地6—9月不同生境（固定、半固定和流动沙丘）土壤呼吸速率的日动态、月际动态及其对气温变化的响应。结果表明：测定期平均土壤呼吸速率在各生境间存在显著差异,其大小为固定沙丘（2.35 μmolCO₂·m^-2·s^-1）＞半固定沙丘（1.67 μmolCO₂·m^-2·s^-1）＞流动沙丘（1.06 μmolCO₂·m^-2·s^-1）;指数模型能够较好地揭示不同生境土壤呼吸对气温变化的响应,但土壤呼吸的月际动态与气温变化不完全同步;各生境土壤在高温环境下的Q10值(土壤呼吸对温度敏感程度)普遍低于低温环境下的Q₁₀值;固定、半固定和流动沙丘基于气温月际变化的Q₁₀值分别为2.34、1.99和1.31,表明不同的植被状况和土壤性质会影响到土壤呼吸对温度变化的敏感程度。     

额济纳旗典型地表沙尘释放潜力及沙尘天气频发成因

额济纳旗位于极端干旱的内陆河下游，绿洲退化严重，沙尘天气频发，已成为内蒙古西部主要沙尘源区。为揭示该区域沙尘频繁成因，对区域4种典型地表（富沙砾戈壁、富沙戈壁、绿洲退化地、绿洲）沉积物组分、风蚀强度、沙尘释放强度、多年平均月沙尘日数及大风日数等进行了综合分析。结果表明：以风沙活动为主要特征的绿洲退化地，粉沙黏土组分含量高，PM₁₀沙尘释放强度大（0.2796 kg·d^-1·m^-2），为研究区强沙尘释放地表；富沙及富沙砾戈壁地表，风蚀强度大，但粉沙黏土组分含量低，PM₁₀沙尘释放强度较大（0.1267 kg·d^-1·m^-2，0.0672 kg·d^-1·m^-2）；尽管绿洲地表粉沙黏土组分含量高，但由于植被、水分等因素的制约，其PM₁₀沙尘释放强度最小（0.0240 kg·d^-1·m^-2）。额济纳旗绿洲被大面积强沙尘释放源（绿洲退化地和戈壁）包围，局地沙尘内循环过程中粉尘颗粒的富积，为当地高频沙尘天气提供了丰富的尘源，这是额济纳旗沙尘天气频发的主要原因。     

呼伦湖西南部咸水湖干涸湖滨带沉积物粒度特征

沙粒是区域地表沙化的重要物质基础，以呼伦湖西南部典型间歇性干涸盐湖的湖滨带为研究对象，通过野外采样和室内测定，分析沉积物粒度组成及平均粒径、标准偏差、偏度和峰态值等粒度参数，探讨粒度与可蚀性特征。结果表明：区内干涸盐湖湖滨带沉积物属沙壤土，干涸湖滨带是潜在的风蚀粉尘释放源；粉砂和细砂是湖滨带沉积物呈现空间变化的主要粒级，从湖心到湖滨带，沉积物粒径频率分布曲线呈三峰态向双峰态渐变，地表粗化现象明显；风力搬运侵蚀是表层沉积物粒度发生变化的主要原因。受主风向影响，呼伦湖西南部咸水湖干涸湖滨带存在沿主风向扩大趋势，如进一步连通成片可能发展为呼伦贝尔沙地新的风蚀区，应该引起重视。     

土壤表面划痕与颗粒碰撞磨蚀实验研究

在沙漠地区,风蚀作用可以导致土壤表面破碎,土壤表面的性质不同,破碎的程度也不尽相同。划痕方法在测量土壤表面的比研磨能量上具有较好的效果,使用通用微型摩擦计(UMT)测量沙土、沙壤土、粉沙壤土、壤土,粉沙粘壤土和粉沙粘土6种不同土壤类型的土壤表面相对磨蚀能量和相对表面硬度,发现土壤表面相对硬度对土壤表面相对磨蚀能量有很大的影响。对沙土,沙壤土、粉沙壤土、壤土、粉沙粘壤土和粉沙粘土6种不同类型的土壤表面进行了颗粒碰撞磨蚀试验,结果表明,土壤表面的碰撞磨蚀速率与碰撞颗粒速度的平方成正比、土壤平均颗粒大小的2.6次方成正比,而与土壤表面相对磨蚀能量的1.5次方成反比,与土壤相对硬度的1.7次方成反比。     

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。     

适用于河北坝上地区的农田风蚀经验模型

目前,中国缺少一种被广泛认可、普遍适用于中国自然条件的农田风蚀模型。本研究利用多年的野外风沙观测数据和风洞模拟实验结果,建立了一种基于河北坝上地区自然环境的农田风蚀经验模型。该模型涵盖风力侵蚀因子、粗糙干扰因子和土壤抗蚀因子三大风蚀影响因子,包括起沙风速、地表粗糙度、土壤可蚀性和土壤含水率四大风蚀影响要素,可对各种农田地表的风蚀量进行定量计算和预测。应用该模型对坝上地区2013年风蚀季农田风蚀量进行定量计算。结果表明,翻耕耙平地的平均风蚀量为39.45 t·hm^-2·a^-1,莜麦留茬地的平均风蚀量为14.08 t·hm^-2·a^-1,与采用其他方法得到的结果比较接近。在更广泛地区对模型进行验证和修订,促进该风蚀模型与“3S”技术融合是下一步的重点工作。     

沙面温度对风蚀动力过程的影响

大量关于土壤可蚀性的研究证明,低温的沙面更易被风蚀。但大多研究以中低纬度低海拔地区为背景,建立的模型并不能完全适用于高海拔寒冷地区。我们使用青藏高原错那湖湖岸的地表沙,利用高低温实验箱调节沙面温度,开展了风洞模拟实验,量化了不同粒径、风速条件下风蚀率随沙面温度的变化关系,旨在分析地表温度对风蚀动力过程的影响及作用机制。结果表明：（1）沙面温度与风蚀率之间呈负线性相关,低温沙面更易被风蚀。这与空气温度影响风蚀过程的作用机理类似,即低温沙面可以增加近地表空气密度和气流拖曳力,使沙粒更容易起动,风蚀量也随之增大;另外,沙面与空气间的温差,会破坏大气稳定度,影响湍流强度,进而影响风蚀强度,这可能也是沙面温度影响风蚀过程的一种主要机制。（2）在自然情况下,寒冷沙面对水汽具有一定的冷凝效应,从而对沙粒的起动与风蚀过程起到抑制作用,而且这种冷凝效应,在低风速、粗颗粒沙面上表现得更为明显。（3）高温沙面可以在一定程度上抑制风蚀。作为影响高寒地区风力侵蚀过程的重要自然因素,沙面温度对青藏高原典型风沙区的风蚀过程起到了重要的控制作用。     

半湿润地区农田土壤粉尘释放的风洞模拟研究

采用风洞模拟手段对地处半湿润区的北京市农田土壤风蚀中的粉尘释放规律进行研究。结果表明,研究区农田粉尘释放强度随风速增大呈指数规律增大,粉尘在风蚀物的含量随风速增大呈指数规律降低。近地表粉尘质量流量随高度增加呈幂函数规律降低,在风蚀物中的含量随高度增加呈线性增大。粉尘粒径随风速增大而变粗,之后达到稳定状态。近地表粉尘粒度组成沿垂直方向的变化可以划分为两段,0～20 cm高度层的双峰态分布和20～60 cm高度层的三峰态分布。随着高度增加,释尘粒度组成变细。     

海南岛滨海沙地风沙活动的137Cs示踪初步研究

 采用¹³⁷Cs示踪法研究了海南岛滨海地区风沙活动特征，初步查明：由于¹³⁷Cs沉积量有限，海南岛¹³⁷Cs背景值含量较低，距海越近沙地中¹³⁷Cs含量越低，在植被覆盖较好的草地与林地土壤中¹³⁷Cs含量稍高；根据灌丛沙丘及丘间地剖面的137Cs分布态势，丘间地剖面¹³⁷Cs含量趋于微量的均匀化，表现出长期稳定沉积特征，而灌丛沙丘具有人为扰动剖面的特征；海南岛西部沙地风沙沉积速率约为1.25 cm·a^-1。     

柴达木盆地东南部土壤风蚀研究

柴达木盆地东南部土壤风蚀风洞模拟实验结果表明,土壤风蚀强度随风力作用和下垫面因子不同而不同。净风对土壤风蚀作用较小,但在挟沙风作用下,风蚀强烈。地表类型不同风蚀强度变化很大,流动沙地是耕地(小麦留茬)的数百倍。土壤质地不同起沙风速不同,细沙和极细沙比例越高风蚀量越大。翻耕地与未翻耕地风蚀变化悬殊,翻耕地风蚀量是未翻耕地的10倍以上。自然植被和人为留茬均有抑制风蚀的作用。     

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.     

Theoretical expressions for soil particle detachment rate due to saltation bombardment in wind erosion

Saltation bombardment is a dominate dust emission mechanism in wind erosion. For loose surfaces, splash entrainment has been well understood theoretically. However, the mass loss predictions of cohesive soils are generally empirical in most wind erosion models. In this study, the soil particle detachment of a bare, smooth, dry, and uncrusted soil surface caused by saltation bombardment is modeled by means of classical mechanics. It is shown that detachment rate can be analytically expressed in terms of the kinetic energy or mass flux of saltating grains and several common mechanical parameters of soils, including Poisson's ratio, Young's modulus, cohesion and friction angle. The novel expressions can describe dust emission rate from cohesive surfaces and are helpful to quantify the anti-erodibility of soil. It is proposed that the mechanical properties of soils should be appropriately included in physically-based wind erosion models.     

河北坝上高原土壤风蚀物垂直分布的初步研究

根据河北坝上高原农田土壤风蚀物的观测与采样分析结果,风蚀物含量随高度的增加,在0~20 cm高度内以指数函数规律递减,反映了以跃移质为主的风沙流结构;在20~100 cm高度内以幂函数规律递减,反映的是悬移质为主的风沙流结构。在风蚀物粒度组成中,随高度增加,砂级颗粒含量减少而粉砂及粘土含量增多;随风速与输沙率的增加,砂级颗粒含量增多而粉砂及粘土含量减少。对风蚀物各粒级含量与高度的相关分析表明:易以迁移形式运动的粒径0.25~0.1 mm土粒百分量以幂函数形式向上递减;沉降速度较低的粒径<0.1 mm土粒百分含量成幂函数形式向上递增。此外,风蚀物平均粒径随高度变细且在50 cm处细于0.1 mm,因此,土壤颗粒成为悬移物质而上升到50 cm以上高度时可能搬运到较远的地区。     

中国西部河谷型城市土壤与灰尘粒级组分分布特征

通过采集兰州市和延安市主城区的土壤灰尘样品,测量了其粒径组成,界定了土壤和灰尘不同粒径的空间分布,分析了环境影响。结果表明:兰州市和延安市城市土壤灰尘粒径组成有明显的分布特征,主要集中在小于100μm的部分,整体粒径分布情况为:粉黏粒(<50μm)>极细砂(50~100μm)>细砂(100~250μm)>中砂(250~500μm)>粗砂(500~1000μm)。其中兰州市小于100μm灰尘颗粒物粒径所占比例(69.17%)大于延安市(53.49%),极易在外动力条件下再次扬起成为扬尘污染的潜在污染源。从2个城市土壤和灰尘相似文献   

基于倾斜摄影技术的戈壁灌丛沙丘形态反演及其对粉尘释放研究的意义

灌丛沙丘是广泛分布于西北干旱区的风沙地貌。戈壁上发育的灌丛沙丘在戈壁沙尘释放和固沙能力方面具有重要的指示意义和应用价值。本研究采用倾斜摄影技术对戈壁上的灌丛沙丘形态特征进行观测和提取,并分析沉积物特征,计算戈壁灌丛沙丘的固沙能力,为沙尘释放研究提供依据。结果表明:(1)戈壁上发育的灌丛沙丘有明显的空间分布格局,即主要分布在干河床的两侧和地势低洼地区。(2)戈壁灌丛沙丘在形态上和其他地表灌丛沙丘类似,但沙丘的长度、宽度、底面积、体积等小得多,而且参数之间具有明显的相关关系。(3)沉积物的累积概率曲线表现为三段式,跃移组分的粒度范围(50~700 μm)明显与以往研究不同。沙丘内部和表层的粉沙和黏土含量分别为4.47%和5.24%,从而说明灌丛沙丘能够捕获戈壁上释放的粉尘物质。(4)戈壁地区单个灌丛沙丘的粉尘释放量约0.05~0.08 m³,固沙能力最大可达18.71 m³。     

农牧交错带农田土壤风蚀PM10释放特征

粉尘释放是风蚀造成危害的一个重要过程。以农牧交错带沙区和非沙区农田土壤为研究对象,利用室内风洞模拟实验,实时监测了风蚀过程中释放的PM₁₀,分析了PM₁₀的动态变化特征,以深入认识土壤风蚀粉尘释放机理。结果表明：非沙区农田土壤风蚀强度远低于沙区农田,与风速呈指数函数关系;非沙区农田的土壤粉尘释放在不同风速下均以气流直接抬升模式为主,平均PM₁₀通量与风速呈线性函数关系,最大PM₁₀通量与风速呈幂函数关系;沙区农田的土壤粉尘释放在风速增大到一定程度后呈气流直接抬升和砂粒跃移冲击复合模式,最大PM₁₀通量增加不明显,但平均PM₁₀通量明显高于非沙区农田;对于沙区和非沙区农田而言,平均PM₁₀通量与风蚀速率呈对数函数关系。     

毛乌素沙地布寨淖尔下风向沙化湖滨地表沉积物理化特性

布寨淖尔湖是鄂尔多斯高原毛乌素沙地腹地的代表性盐湖,其东南部分布着平坦裸露的沙化湖滨\,湖岸沙丘及半固定沙丘,地表均沉积有大量沙物质与粉尘,这些松散富盐物质在风力侵蚀作用下常形成盐碱尘暴,威胁下风向区域的生态环境安全。研究了布寨淖尔湖东南部区域2.5 km范围内地表沉积物的土壤粒度与理化特性,旨在为盐碱尘暴源区的防治与生态治理提供基础科学参考。结果表明:布寨淖尔湖滨裸露地表沉积物以粗砂、中沙和细砂为主;从湖心沿东南方向等距离(0.5 km)采样,距湖心越远,粗砂和细砂含量逐渐减小,极细砂、粉砂和黏土含量逐渐增加,中砂含量无明显变化。地表沉积物含水率、容重随与湖心距离的增加逐渐增加,pH值、全盐量及电导率则呈逐渐减小趋势;沉积物阳离子以Na⁺为主,阴离子以Cl^-为主,其次为SO₄^2-、HCO^-₃。整体看,区内地表碱化较为严重,区域下风向土壤理化特征呈明显有规律变化趋势,湖滨地表土壤有明显风蚀迹象,可能是盐碱尘暴与湖岸沙丘形成的重要物源区。