毛乌素沙地典型流动沙丘水分深层渗漏量及动态特征

水分是干旱、半干旱区生态系统中最重要的限制因子,一直以来都是研究的热点问题。然而由于测定方法的缺失,流动沙丘深层水分渗漏量的动态变化特征缺少令人信服的直接证据。采用YWB-01型水分深层渗漏记录仪,研究了毛乌素沙地流动沙丘降雨入渗过程及150 cm深度处的深层渗漏特征。结果表明：2011年5月14日到2014年7月14日,深层渗漏量≤1 mm的天数为793天,占总观测到渗漏时长的81.5%,深层渗漏量占总渗漏量的21.3%;深层渗漏量≥10 mm的天数为18天,占总观测到渗漏时长的1.85%,深层渗漏量占总渗漏量的33.3%。集中补给期主要在6-9月,渗漏量分别占各年总渗漏量的70%以上。深层渗漏量和降雨量之间均呈显著正相关关系。     

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。     

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。     

毛乌素沙地流动沙丘土壤水分对降雨的响应

为探讨半干旱区流动沙丘土壤水分对降雨的响应,采用AV-3665R型雨量传感器、ECH₂O-5土壤水分传感器同步监测毛乌素沙地东北缘流动沙丘2013年降雨及0～200 cm深度土壤体积含水量动态,分析土壤水分含量变化特征、降雨入渗特征及降雨对土壤水的补给作用。结果表明:5-11月累积降雨399.4 mm,显著(p<0.01)影响0～200 cm深度土壤水分含量; 且0～200 cm深度土壤体积含水量较低(6.49%±1.12%)时53.8 mm降雨、较高(10.22%±1.96%)时24.2 mm降雨湿润锋能够到达200 cm; 试验期间399.4 mm累积降雨对土壤水有一定补给作用,其中45.7±14.1 mm降雨蓄存在0～200 cm深度土壤中,占同期降雨的(11.4%±3.5%,且随着时间的延长,蓄存水大部分将渗漏到200 cm以下补给深层土壤水。     

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.     

毛乌素沙地荒漠化演变特征分析

该文以毛乌素沙地为研究区,采用遥感和GIS技术手段,通过2000、2007、2009及2014年的4期卫星遥感影像,进行解译获取研究区荒漠化现状特征,并在此基础上通过叠加分析和景观格局指数分析方法,对研究区的荒漠化特征进行的演化分析。分析结果表明:(1)从2000年~2014年期间,研究区荒漠化土地面积有所增加趋势,从2000年的1285004.97km^2上升到2014年的756433.26km^2。(2)从景观指数角度分析,从2000年~2014年间研究区具有景观破碎程度均较低,各景观类型之间的破碎化值差距较大等特征。(3)从景观类型的转移特征来看,从2000年~2014年间荒漠化程度先好转又恶化的特征,总体上荒漠化程度加剧特征。     

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、82.59mm,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。     

基于连续观测数据的毛乌素沙地生长季土壤水分动态及其对降雨的响应

水分是制约半干旱区沙地植物生长发育和生态建设的关键非生物因子。于2008—2010年和2018—2021年生长季（4—10月）对毛乌素沙地流动、半固定和固定沙地0～100 cm深土壤水分进行了连续观测,系统分析了不同固定程度沙地土壤水分动态变化规律及其对降雨的响应。结果表明：（1）受降雨季节变化的影响,流动、半固定和固定沙地不同深度土壤水分季节变化一般呈∽型或双峰型,10 cm和30 cm深土壤水分含量波动较大,60 cm和100 cm深土壤水分含量波动较小。（2）3种固定程度沙地生长季土壤水分动态差异明显,总体来看,流动沙地土壤水分状况最好,且土壤水分含量变化相对平缓,固定沙地土壤水分状况最差,且土壤水分含量变化最为剧烈,半固定沙地居于二者之间;固定沙地10～30 cm深土壤水分状况好于半固定沙地和流动沙地,30～100 cm深土壤水分状况则相反。（3）降雨格局是形成土壤水分时空格局的主要原因,随降雨事件降雨量增加,降雨的入渗深度逐渐增加;但是固定沙地土壤水分的深层补充需较强的降雨和较长的时间。生长季降雨事件以小降雨事件为主,表层土壤水分波动更剧烈。生长季初期降雨较少且以小降雨事件为...     

毛乌素沙地低湿地维管植物区系特征

运用植物学及植物地理学方法,结合野外实地调查,对毛乌素沙地低湿地植物区系组成、地理成分、生活型及水分生态类群特征进行了分析研究。结果表明,低湿地共有维管植物59科182属323种,其中被子植物占总数的99.07%。单种科、寡种科和单种属、寡种属是低湿地植物区系的主体,是植物区系复杂性及物种多样性的主要来源,寡种属优势明显。中型科属和较大科属虽不占主体,但却往往是构成植物群落的建群种或为植物区系的代表成分,对植物区系的构成及植被的分布格局都有很大的影响。植物区系地理成分多样,温带分布型是低湿地植物区系地理成分的主要组成部分,低湿地植物具有典型的温带特征。低湿地草本植物占数量优势,草本植物以多年生为主,多年生草本植物对低湿地环境影响作用较为明显。低湿地植物地理成分及分布特征也说明气候、环境条件,植物种的生态幅度及其对环境的适应能力对植物地理分布具有决定性影响。     

毛乌素沙地风况及输沙势特征

利用毛乌素沙地腹地野外实测风速风向数据,系统分析了毛乌素沙地的起沙风和输沙势的变化特征。结果表明：（1）毛乌素沙地的起沙风和输沙势主要分布在NW、NNW和N等3个方位。（2）毛乌素沙地春季（3—5月）起沙风频率和输沙势最大,分别占全年的46.23%和52.97%。（3）起沙风频率的日内变化呈单峰曲线：16：00起沙风频率最大,为22.11%。起沙风平均风速的日内变化呈双峰曲线：00：00起沙风平均风速最大,为7.84 m·s^-1;14：00起沙风平均风速为7.63 m·s^-1,是次峰值。（4）毛乌素沙地年输沙势为66.75 VU,按照Fryberger风能环境划分标准,属于低风能环境;方向变率指数RDP/DP为0.51,中比率,钝双峰风况,其中偏北峰值远大于偏南峰值。     

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。     

不同数据源下毛乌素沙地风况及输沙势特征

风是干旱、半干旱区风蚀风积地貌发育的动力基础,我们通常使用风速资料探讨区域风况,但选取不同的风速资料研究同一区域风况时结果存在差异。以毛乌素沙地为例,分别选取中国气象数据网（CMDC）的日最大风速及风向与美国国家气候数据中心（NCDC）的日8个定时观测风速及风向,对比分析起沙风特征。结果表明：（1）毛乌素沙地平均起沙风速相差较小,但起沙风频率明显在CMDC数据源中较高;（2）毛乌素沙地年起沙风向均以WNW、W和NW为主,但年起沙风次风向、不同区域夏季和秋季起沙风次风向组成均在CMDC数据源中较复杂,且起沙风主次风向频率均在CMDC数据源中较高;（3）毛乌素沙地整体均属于低风能环境,中等风向变率,锐双峰或宽单峰风况,但以最大风速计算的年输沙势约是以定时观测风速计算结果的3.3倍。基于两套数据源定量对比分析毛乌素沙地风况及输沙势,这对区域风况研究是一种新的尝试,以期提高对不同数据源提供的风速差异的认识,为今后不同区域的起沙风分析提供一定的参考。     

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。     

毛乌素沙地库伦生态经济圈可持续性评价

毛乌素沙地库伦生态经济圈最显著的特征是以户为单元,由点到面形成毛乌素沙地库伦生态经济圈集群模式。为探索其可持续性,依据库伦生态经济圈聚类特征进行分类,再对不同类型的库伦生态经济圈可持续性进行综合评价研究。结果表明：毛乌素沙地库伦生态经济圈存在林果种植加工模式、种养加链条模式、小规模种养模式、懒散经营模式;可持续性综合评价得分值最高的是种养加链条模式（81.6106）,其次为林果种植加工模式（63.8506）,较差的是小规模种养模式（46.5691）和懒散经营模式（24.8808）,且后两种模式普遍存在于毛乌素沙地,说明毛乌素沙地上库伦生态系统整体可持续水平较低,需以现有的资源为基础,改善经营技术手段和决策方式,优化库伦生态经济圈运营模式,提高生态生产效率,增强系统物质循环与能量转化功能,使各种库伦生态经济圈朝着永续利用方向发展,进而整体推进毛乌素沙地的可持续性。     

毛乌素沙区沙漠化土地防治区划

毛乌素沙区在自然条件、沙漠化程度和变化趋势及产业经济发展特征等方面具有明显的空间异质性,合理地进行区域沙漠化土地防治区划是因地制宜开展土地沙漠化防治工作的重要基础。选取自然条件、沙漠化发展过程及人类活动等方面12个指标,将毛乌素沙区划分为黄土高原与鄂尔多斯高原过渡区、毛乌素沙地腹地典型草原区和西鄂尔多斯荒漠草原区3个区、7个亚区、12个小区。在区域可持续发展战略的实施过程中,要根据亚区和小区的特点有针对性地进行沙漠化土地的防治,充分利用区域资源优势,优化产业结构,确保经济效益、社会效益和生态效益的稳步提升。     

统万城的兴废与毛乌素沙地之变迁

通过史籍研究与实地考察,证实了统万城的兴废主要是由于人为的军事原因,同时也有自然环境演化的因素。统万城只是偏居毛乌素沙地一隅的人文活动的烙印,其兴废与整个毛乌素沙地并无直接的因果关系     

近40 a毛乌素沙地荒漠化过程研究

毛乌素沙地位于我国北方农牧交错带上,生态环境具有较强的敏感性和脆弱性。采用1977-2010年Landsat数据,运用决策树和非监督分类相结合的方法对近40 a来毛乌素沙地荒漠化过程进行了研究。结果表明：（1）决策树分类和ISODATA非监督分类相结合可快速实现荒漠化地区地物遥感解译,图像总分类精度大于87.28%;（2）近40 a毛乌素沙地流动沙地面积在20世纪90年代末最大,2010年最小;半固定沙地面积在2010年最大,90年代末最小;固定沙地面积在2010年最大,70年代末最小;（3）70年代末荒漠化程度最为严重,流动和半固定沙地面积之和占了毛乌素沙地总面积83.64%;80年代末、90年代末和2010年的流动和半固定沙地面积之和分别占总面积74.51%、77.10%和67.90%;（4）流动沙地、半固定沙地、固定沙地、耕地和水体间的相互转换过程活跃,荒漠化演替过程显著区在70年代末到80年代末主要分布在北部、西北部和南部,80年代末到90年代末主要分布在西部和南部,90年代末到2010年主要分布在西北部、西部、南部和东北部;（5）近40 a毛乌素沙地气温以0.039 ℃/a的平均速度递增,降水则以0.095 mm/a的平均速度递减,气候总体上体现出暖干的趋势。降水是影响荒漠化过程的重要因素,但不是唯一原因,人文因素中的人口、土地利用结构和政策实施等也是影响荒漠化过程重要因素。