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。     

北京地区沙物质的重矿物成分、结构特征与风沙的沙物质来源

北京地区不同类型的风成沙经重矿物成分、特征进行详细分析鉴定表明,与本区河床沙、平原堆积物和坡积物均很相似,与河床沙更为接近.但与区外沙漠沙丘砂的重矿物成分资料对比,差异较大.研究表明:1)本区河床沙与沙丘沙重矿物含量相对较高;2)本区沙丘沙与河床沙中,辉石,尤其紫辉石含量相对较高;3).本区沙物质中不稳定矿物与较稳定矿物含量高,重矿物磨圆度普遍较差,河床沙与沙丘砂尤为明显;4).本区沙丘沙与河床沙存在着明显的继承关系.故本区风成沙主要来自本区河床沙,风沙的来源区域有限,在治理上应着眼于本区为主。     

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。     

毛乌素沙地风沙土粒径分布特征及其影响因素

为揭示毛乌素沙地风沙土粒径分布特征,推测其影响因素,以毛乌素沙地流动、半固定和固定沙丘风沙土为研究对象,利用激光衍射技术分析其粒度组成,并计算粒度参数,解析粒配曲线,研究结果表明：（1） 毛乌素沙地风沙土优势粒径组为细砂,其平均体积含量约为29.89%～32.46%,不同类型沙丘无显著差异（P>0.05）;少数粒径组分为粗砂、黏粒和极粗砂,其中流动沙丘与半固定、固定沙丘黏粒与粗砂含量均无显著差异（P>0.05）,从半固定到固定沙丘,黏粒含量显著增加（P<0.05）,粗砂含量显著减小（P<0.05）,从流动沙丘到固定沙丘,极粗砂含量显著减小（P<0.05）。（2） 毛乌素沙地风沙土平均粒径为3.35 Φ,粒度分布集中,分选性较差,偏度状况为正偏,尖窄峰态。在沙丘固定的过程中,平均粒径与标准偏差无显著变化（P>0.05）,峰态显著变宽平（P<0.05）,半固定沙丘偏态值与其他2种沙丘相比显著偏负（P<0.05）。（3） 流动、半固定与固定沙丘跃移组分的粒径区间分别为44～435 μm、63～500 μm和31～354 μm,风沙运动在半固定沙丘中最为强烈。毛乌素沙地风沙土优势粒径组分含量主要受物源影响,少数粒径组分含量主要受沙丘流动性影响,风沙运动强度随沙丘的固定呈先增大后减小的规律。     

毛乌素沙地样品扫描电镜的矿物定量分析

矿物定量分析实验用捷克FEI公司生产的MLA650F型矿物解离分析仪,采用MLA原样法和MLA重矿法分别对毛乌素沙地西南和东南地区典型沙样的矿物组成以及含量进行分析,结果表明:MLA650F仪器测量结果的重复性好,精确度高,测得的矿物种类比光学显微镜更丰富,但不能如同光学显微镜一样直接提供矿物最原始的颜色、形状、透明度、光泽、表面断口等特征。虽然扫描电镜与光学显微镜测得的单个矿物含量和矿物分析指标存在一定差异,但矿物含量变化趋势基本一致,均得到毛乌素沙地主要轻矿物以石英-长石为主,重矿物以角闪石-石榴子石为主的结论。此外,扫描电镜与光学显微镜对同一样品的矿物分析指标变化趋势基本一致,其中MLA原样法与光学显微镜的Q/TF和ATi指标同化学风化指标CIA结果一致,均表明毛乌素沙地西南地区风化作用较东南地区强。虽然扫描电镜与光学显微镜均能反应沉积物的沉积环境,但在实际工作中,要注意所使用的数据应建立在同一测量系统内,不同实验室或实验方法测得的实验数据在引用时要慎重。     

毛乌素沙地15ka以来气候变化及沙漠演化研究

通过对毛乌素沙地东南缘的三道沟剖面进行沉积学分析,结合常规14C和光释光测年结果,并与已有研究进行对比,将毛乌素沙地15ka以来的演化过程分为4个阶段:15ka以前,处于末次冰期极盛期的后期,冬季风活动强烈,气候干冷、风蚀强烈,沙漠处于活化扩张阶段;15～6.33kaBP,气候逐渐回暖,风力减弱,但沙丘仍处于活化状态,期间可能有气候的暖湿波动;6.33～3.5kaBP,夏季风活动较强,冬季风活动较弱,气候总体温暖湿润,沙丘固定、沙漠退缩,其中又存在一些干冷波动,5kaBP前后气候曾发生突变;3.5kaBP以来,冬季风活动又逐渐增强,夏季风活动减弱,气候寒冷干燥,风沙活动增强。     

毛乌素沙地东南缘全新世气候不稳定性

毛乌素沙地处于中国季风区的西北边缘,对气候变化敏感,是古气候演化和古环境变迁研究的理想场所。全新世气温回暖期,气候整体稳定但存在暖湿冷干的次级波动,不同类型沉积相组成的地层序列记录了全新世千年、百年尺度的气候不稳定性。对毛乌素沙地不同沉积序列的研究表明:(1)毛乌素沙地东南缘的沙漠/黄土边界带DLT、NB剖面粒度及Rb/Sr比值可作为气候变化的代用指标。>63 μm砂含量增加,Rb/Sr比值降低,揭示东亚冬季风增强,风成砂堆积,风沙活动加剧,气候干冷;反之,东亚夏季风增强,降水增多,风化成壤程度加大,气候暖湿。(2)毛乌素沙地东南缘沙漠/黄土边界带及低洼沟谷区年代概率密度函数的分析显示,全新世早期~8\^5 ka BP风成砂堆积,风沙活动加剧,气候表现为干冷;全新世中期8\^5 ka~3\^0 ka BP地势较高处古土壤广泛发育,地势低洼处发育湖沼相/泥炭层,但在6.0 ka BP左右存在气候转冷过程;全新世晚期3\^0 ka BP以来气候波动频繁。(3)毛乌素沙地气候变化与北大西洋冰筏冷事件、董哥洞石笋、季风边缘区湖泊、东部沙地等记录具有可对比性和相对一致性,反映出全新世千年和百年尺度上的气候变化主要受全球变化的影响,这对预测和模拟未来气候变化具有借鉴意义。     

毛乌素沙地土地沙漠化评价

基于遥感监测反演数据,以多等级土地沙漠化转化度为评价指标,研究构建了毛乌素沙地土地沙漠化转化度模型,并对20世纪80年代末到90年代末期间毛乌素土地沙漠化转化情况和转化机理进行了系统评价和分析。评价发现,毛乌素沙地土地沙漠化情况为:东部区沙漠化发展的转化度为12.113%,逆转的转化度为9.639%,所以该区沙漠化呈现加重的态势;中部区沙漠化发展的转化度为14.551%,逆转的转化度为18.954%,但强烈发展所占比例较大,可见该区土地沙漠化呈现面积缩小、程度加重的特点;西部区沙漠化发展的转化度为8.731%,逆转的转化度为7.298%,说明该区土地沙漠化发展略大于逆转,沙漠化面积扩大,但分析发现该区重度、极重度沙漠化土地逆转的转化度很高,总和为6.483%,约为发展转化度总和的两倍,所以该区土地沙漠化程度整体减轻。     

中晚全新世毛乌素沙地东南部气候变化过程

位于中国北方半干旱区的毛乌素沙地对气候变化响应敏感,是研究气候变化的理想区域。通过对毛乌素沙地东南部锦界剖面磁化率、有机质含量、CaCO₃含量的分析,重建了7.5 ka BP以来的气候变化过程。结果显示：中晚全新世毛乌素沙地东南部环境与气候变化可分为3个阶段：7.5～4.6 ka BP,夏季风占主导,气候暖湿,与全新世大暖期对应;4.6～3.3 ka BP,气候突变为干冷并波动频繁;3.3～2.5 ka BP气候以干冷为主。另外,存在5次千年尺度的干旱事件：7.0～6.8 ka BP、6.6～5.7 ka BP、4.6～4.1 ka BP、3.7～3.5 ka BP、3.3～2.5 ka BP。研究区气候变化与全球具有较好的一致性。     

近2000a毛乌素沙地沙漠化及成因

历史时期毛乌素沙地发生了沙漠化现象,但对沙漠化过程及成因尚有争议。利用毛乌素沙地风成沙-古土壤沉积的测年数据建立累积频度曲线,重建了沙漠化过程;结合高分辨率气候曲线与历史人类活动记录,对近2 000 a毛乌素沙地沙漠化与气候变化、人类活动的关系进行了探讨。结果表明:风成沙-古土壤沉积的测年数据记录了毛乌素沙地在公元440—570、840—960、1525—1890年经历3个沙漠化阶段,均属于温度较低、降水较少的冷干气候,且尘暴频次高;前2次沙漠化时期人口较少,土地开垦面积较小,人类活动程度较低,冷干气候在沙漠化过程中影响显著;第3个沙漠化阶段人口总体处于高压状态,土地开垦面积不断扩大,人类活动强度的增大加剧了沙漠化程度。     

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.     

Sand stabilization effect of feldspathic sandstone during the fallow period in Mu Us Sandy Land

Depended on the analysis of ground snow situation, soil moisture loss speed and soil structure after planting crops of Mu Us Sandy Land remedied with feldspathic sandstone in the fallow period, it is concluded that feldspathic sandstone mixed with sand improved the sand stabilization in the governance of Mu Us Sandy Land in the fallow period. The sandy land remedied with feldspathic sandstone had big snow coverage, 25%-75% higher than normal sand; soil moisture losses slowed down, and moisture content rose by over 3 times; soil structure had been improved, and water stable aggregate content increased by 6.52%-18.04%; survival rate of protection forest increased to 85%; and ground flatness is less than 1%. The above conditions weakened sand rising conditions of Mu Us Sandy Land in the fallow period and formed two protective layers of snow cover and soil frozen layer under cold weather so as to prevent against wind erosion.     

Vertical distribution of soil moisture and surface sandy soil wind erosion for different types of sand dune on the southeastern margin of the Mu Us Sandy Land, China

Soil moisture is a critical state affecting a variety of land surface and subsurface processes. We report investigation results of the factors controlling vertical variation of soil moisture and sand transport rate of three types of dunes on the southeastern margin of the Mu Us Sandy Land. Samples were taken from holes drilled to a depth of 4 m at different topographic sites on the dunes, and were analyzed for soil moisture, grain-size distribution and surface sediment discharge. The results show that: (1) The average soil moisture varies in different types of dunes, with the following sequences ordered from highest to lowest: in the shrubs-covered dunes and the trees-covered dunes the sequence is from inter-dunes lowland to windward slope to leeward slope. The average moisture in the bare-migratory sand dunes is sequenced from inter-dunes lowland to leeward slope to windward slope. (2) Vegetation form and surface coverage affect the range of soil moisture of different types of dunes in the same topographic position. The coefficient of variation of soil moisture for shrubs-covered dunes is higher than that of other types of dune. (3) The effect of shrubs on dune soil moisture is explained in terms of the greater ability of shrubs to trap fine-grained atmospheric dust and hold moisture. (4) The estimated sand transport rates over sand dunes with sparse shrubs are less than those over bare-migratory dunes or sand dunes with sparse trees, indicating that shrubs are more effective in inhibiting wind erosion in the sandy land area.     

科尔沁沙地不同尺度上沙丘景观格局动态变化分析

研究了科尔沁沙地过去30 a不同尺度上沙丘景观格局及其动态变化。结果表明,大尺度研究区（892.74 km2）从1975—1995年流动沙丘面积、斑块数、景观面积百分比和最大斑块指数逐渐增加;1995—2005年流动和半流动沙丘面积减小,半固定沙丘和固定沙丘面积增加。中尺度（110.42 km2）和小尺度（14.14 km2和14.10 km2）研究区从1975—1985年流动沙丘面积、斑块数增加,1985年后流沙面积减小。通过沙漠化过程指数计算表明,大尺度上沙漠化经历了发展（1975—1995年）—逆转（1995—2005年）的过程,中尺度和小尺度上,沙漠化经历了发展（1975—1985年）—逆转（1985—2005年）的过程。科尔沁沙地不同尺度上景观结构变化具有差异性,显示出景观空间格局变化存在尺度效应;景观格局变化主要受流动沙丘斑块变化的影响,而这一变化的主要原因是人类生产活动引起的。     

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。     

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。