毛乌素沙地汉代古城遗址空间格局及驱动力分析

运用最近邻指数法、空间分析法和耦合分析方法,研究了毛乌素沙地31座汉代古城遗址的分布特征,探讨了古城遗址空间格局与地理环境要素之间的关系。通过对31处古城址进行点格局分析,得出古城遗址间平均最近邻直线距离为25.5 km,属于凝聚分布模式。汉代古城遗址主要集中在4个集聚区,即秦长城—秦直道强影响区（A）、秦长城—秦直道弱影响区（B）、西南集聚区（C）及西北集聚区（D）。其中,秦长城—秦直道强影响区（A）是最主要的遗址分布区,占古城址总量的48.4%。毛乌素沙地汉代古城遗址呈西疏东密的分布特征,形成明显的“空间组群”格局。在当时的气候背景下,地貌和水资源等自然因素主要制约城址的选择,而政治、军事和交通区位等人文因素则对古城遗址的数量和空间结构起主导作用。     

毛乌素沙地南缘全新世自然环境

根据毛乌素沙地南縁柳树湾剖面的孢粉分析,结合岩性、¹⁴C测定等资料,揭示该地全新世植物群落的演替,讨论自然环境的变迁。     

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.     

毛乌素沙地沙漠化的遥感监测

通过对１９８７年和１９９３年ＴＭ数据的分析和计算机辅助系统的应用，开展了毛乌素沙地沙漠化土地的动态监测。结果表明，在这７ａ间，研究区内沙漠化土地面积共减少了１９３６ｋｍ２，总体上处于稳定的逆转状态，但局部地带沙漠化迅速蔓延不可忽视；几乎所有的逆转面积都来自于被固定和半固定后的流动沙丘（地）面积的减少，可见“三北”防护林建设及沙地围封保护的积极效果；但作为农牧业用地的不同程度沙漠化土地逆转不明显，势必会影响到防治的经济效益。研究还表明，遥感与计算机相结合对沙漠化土地的监测评价是一种行之有效的定量研究方法     

毛乌素沙地生态环境失调的研究

柳湾林分布区定位观测试验和室内实验、１４Ｃ测年、孢粉分析研究结果表明，毛乌素沙地生态环境失调的决定性因素是地质构造和地势，它决定了该地区干旱气候条件和丰富的沙源。第四纪以来的３００多万年间，气候干湿相间出现，总趋势向干旱发展，全新世以来更加明显。植被随气候变化演替，森林草原植物群落逐渐被旱生灌木植物群落代替，保持脆弱的生态平衡。干旱导致地下水位下降、水质恶化是沙区生态环境失调的主导因子，人为破坏生物群落使生态环境失调加速也是不可忽视的因素     

毛乌素沙地东南部人工植被演替研究

毛乌素沙地东南部人工植被的演替过程大致可分为如下几个阶段：天然稀疏草本阶段人工灌木林阶段—人工灌木、天然半灌木、天然草本阶段—天然草本优势阶段。     

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。     

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     

毛乌素沙地南缘不同活性沙丘土壤水分时空变化

以毛乌素沙地南缘风沙活动区典型的不同活性沙丘(流动沙丘、半流动沙丘、固定沙丘)为研究对象,于2011、2012年4-10月,每月2次,利用烘干法对3种沙丘迎风坡、丘顶、背风坡底部的0~100 cm深度土壤水分进行定位监测,分析了3种沙丘土壤水分时空变化特征。结果表明:土壤水分含量总体表现为固定沙丘>半流动沙丘>流动沙丘。3种沙丘平均土壤水分含量大体上都表现为秋季 >春季 >夏季。3种沙丘背风坡底部土壤水分含量最高,其次是迎风坡,丘顶最低,且迎风坡和丘顶两年平均土壤水分含量差距不大。表层0~10 cm土壤水分含量季节之间差异最大,随深度增加,土壤水分季节变异系数减小。沙丘各部位土壤水分含量垂直变异系数总体变化趋势为从春季到夏季增加,从夏季到秋季减小。土壤水分含量在0~100 cm的垂直变异系数与土壤水分含量为负相关关系,水分含量越高,土壤水分在0~100 cm之间的变化幅度越小。研究区3种沙丘土壤含水量变化水分可分为4个时期:4-5月为春季缓慢积累期,6-8月为夏季消耗期,9-11月为秋季积累期,12月到次年3月为冬季稳定期。总体上,天然植被对水分的涵养效果大于其消耗,本区降水可以维持不同活性沙丘的天然植被生长。     

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。     

1:25万《毛乌素风沙地貌图》的编制

风沙地貌图是认识和研究沙漠（沙地）最基本的图件。毛乌素沙漠沙丘类型复杂多样,对毛乌素沙漠风沙地貌进行详细划分,编制《毛乌素风沙地貌图》对深入研究毛乌素沙漠风沙地貌成因、分布和演化规律具有重要意义。根据编图范围和印刷纸张的要求,将《毛乌素风沙地貌图》的比例尺确定为1∶25万。选用1∶10万地形图作为基础资料,并以1∶5万地形图和1∶20万地质图作为补充资料;专题内容资料以landset-8卫星影像为主,结合Google Earth影像对部分细节内容进行补充。在形态成因相关分析的基础上建立地貌分类体系,将毛乌素沙漠地貌划分为风成地貌、湖成地貌、流水地貌、干燥地貌、黄土地貌和其他等6类,其中风成地貌是本图重点展示的内容。根据毛乌素沙漠的地貌特征,采用图例系统和地貌晕渲相结合的方法表示毛乌素沙漠的具体地貌类型,其中图例系统包括底色、符号、代码和注记等多种表示方法,地貌晕渲的使用增强了地貌的立体感,使地图看起来更加美观。     

1989-2014年毛乌素沙地湖泊面积

湖泊面积可反映区域气候变化和人类活动等信息。选取1989、1994、1999、2004、2009、2014年Landsat遥感影像数据,采用人工目视解译、ArcGIS空间分析等方法分析毛乌素沙地湖泊面积变化特征,并结合毛乌素周边气象站点气象数据、所在县区统计年鉴数据对湖泊面积变化的影响因素进行分析。结果表明：（1）毛乌素沙地湖泊近30年总体上处于萎缩状态,具体表现为1994年前湖泊面积增加,后持续减小,不同面积等级湖泊变化情况不同;从空间上看,30年间湖泊面积减小明显的湖泊主要在东北部地区,面积增大明显的湖泊主要在西南部地区,中部地区湖泊面积相对稳定;（2）气候变化和人类活动是近30年影响毛乌素沙地湖泊面积的主要因素。2000年前,湖泊面积主要受气温、降水的影响。特别是1989-1994年,湖泊面积变化量在空间上呈现显著的正相关关系;（3）2000年后,随着区域内人类活动的加剧,湖泊面积主要受人类活动的影响,在人类活动的干扰下,湖泊面积变化量在空间上未表现出显著的正相关关系。     

风成沉积物色度记录的毛乌素沙漠全新世以来气候变化

以毛乌素沙漠4个全新世风成砂-古土壤剖面为研究对象,对沉积物色度变化进行分析。结果表明：亮度主要受有机质影响,从而间接反映降水;红度与磁化率负相关,与平均粒径呈正向趋势,因此红度主要取决于风力对红色物质的输入,即反映风力大小。古土壤发育时期,亮度偏低,红度、黄度偏低;风成砂沉积时期,亮度较高,红度、黄度较高。据此将毛乌素沙漠全新世以来的气候演变划分为4个阶段：约10.0 ka BP以前,以风沙环境为主,干燥寒冷、风力较大;10.0-7.5 ka BP,总体环境较之前好转,风沙活动减弱,局部区域发育古土壤;7.5-3.0 ka BP,气候以暖湿为主,古土壤普遍发育,风沙活动较弱;约3.0 ka BP至今,气候趋于干冷,风沙活动强烈,但期间也存在暖湿波动。     

毛乌素沙地植被水分利用效率的时空格局

水分利用效率（WUE）是衡量生态系统碳水循环耦合程度的重要指标,明晰其动态变化规律有助于判断区域植被生态建设是否与当地的自然条件相适应。利用基于CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）模型得到的植被净初级生产力（NPP）数据和MODIS系列产品中的蒸散发（ET）数据,估算了2001—2016年毛乌素沙地植被的WUE,并探讨了其时空演变特征及与气象因子的关系。结果显示：（1）WUE的多年平均值为0.62 gC·mm^-1·m^-2,空间上自东向西递减,在不同植被类型间表现为栽培植物>灌丛>草甸>草原>荒漠;（2）WUE以0.009 gC·mm^-1·m^-2·a^-1的速率上升,东部地区变化尤为显著,NPP的快速增长是WUE呈增加趋势的主要原因;（3）WUE与各气象因子的相关程度由大至小依次为太阳辐射、降水量、风速和气温,分布在西部地区的荒漠植被WUE受气象因子影响最小。经过一系列生态建设工程的治理,毛乌素沙地大部分地区自2001年以来NPP和WUE均呈增加趋势,即生态系统在变“绿”的同时还实现了水分的高效利用,有利于当地生态环境的健康发展;但在水热条件较差的中西部地区,新建设的植被生长缓慢且导致蒸散发产生强烈变化,使WUE呈减少趋势,暴露出植被建设规模与水资源承载能力不匹配的问题,需引起格外重视。     

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。     

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。     

毛乌素沙地沙产业的环境效应及绿色沙产业的实施途径研究

基于毛乌素沙地的实地调研, 运用沙产业理论, 根据该区目前沙产业发展过程中存在的不足, 即缺乏激励机制、可能导致再次沙漠化等问题, 提出了"绿色沙产业"的概念模式及其实施途径。该区发展沙产业产生了重大的经济效益和环境效益。认为该区具有发展绿色沙产业的优越条件, 今后可以科学合理地适度开发该产业。     

清末西垦对毛乌素沙地的影响

以历史文献、地方档案及古今地图为主,采用政区和地名演变考证的方法,逐一复原了清代末年(1902~1908年)在鄂尔多斯中、南部地区,即今伊金霍洛旗、鄂托克旗、鄂托克前旗、乌审旗及鄂尔多斯市区放垦的范围,这些复原的放垦地带或在今毛乌素沙地边缘地带或远离毛乌素沙地。文章通过对清末放垦背景及过程的分析,认为放垦避开了土质低劣易于沙化脆弱地段,所以清末放垦对毛乌素沙地沙漠化发展起的作用有限。     

滴哨沟湾地层沉积特征记录的毛乌素沙漠变迁

毛乌素沙漠的盛衰变化明显地受到全球变化特别是东亚夏季风变化的影响。根据毛乌素沙漠东南缘萨拉乌苏河流域滴哨沟湾地层沉积物的物质组成、粒度参数等,结合孢粉研究结果,将沙漠演化过程划分为若干阶段：中更新世晚期沙漠萎缩期,气候温暖半干旱-半湿润,沙漠缩小,为森林草原或灌丛草原;中更新世晚期沙漠稳定期,气候在寒冷干旱-半干旱间波动频繁,自然景观在荒漠、荒漠草原与干草原间变化,并有河流和小湖存在;晚更新世早期沙漠固定期,气候温暖半湿润至半干旱,期间自然景观经历了森林草原、灌丛草原、草原、荒漠草原多种变化;晚更新世晚期沙漠扩张期,气候干旱寒冷,自然景观以荒漠和荒漠草原为主,同时也有草原乃至灌丛草原出现;全新世沙漠频繁变化期,气候变化频繁,沙漠出现多次盛衰变化,自然景观在荒漠、荒漠草原、草原、疏林草原间变化。