植被盖度对沙丘风沙流结构及风蚀量的影响

以科尔沁沙地不同植被盖度沙丘为研究对象,采用野外可移动风洞进行原位测试,开展了沙丘植被盖度对风沙流输沙率影响的研究,探讨了地表风蚀量与风速及植被盖度的关系。结果表明：空气动力学粗糙度随植被盖度增加先平缓后剧烈,与植被盖度相关关系呈三次函数增长。在各植被盖度下各层输沙率均随高度增加而递减,随风速增加而递增。同一植被盖度下风蚀量随风速增加而增大,符合幂函数或二次函数关系,但二次函数相关性更高。同一风速下风蚀量随植被盖度的增加呈阶梯式降低,在盖度小于27%时风蚀量平缓下降,盖度27%~43%时风蚀量急剧下降,盖度43%以上时风蚀量下降重新趋于平缓。相对截留率随风速增大而减小,随植被盖度增加而增大,沙丘草本植被盖度43%以上时具有较好的防风固沙效果,此时平均截留率达88.02%。     

草原区植被对土壤风蚀影响的风洞模拟试验研究

在前期研究的基础上,选择内蒙古乌兰察布荒漠草原区为研究区域,通过野外移动风洞模拟试验,开展荒漠草原植被对土壤风力侵蚀影响的定量化分析研究,旨在探讨不同植被盖度下空气动力学粗糙度的变化、不同植被盖度下的风沙流结构特征及植被盖度与风蚀输沙率的定量关系,从而为水土流失机理研究提供理论依据。试验研究表明：空气动力学粗糙度随着地表植被盖度的增加呈三次函数关系增加,拟合函数为Z0=ax3+bx2+cx+d;随着距地高度的增加,各层收集到的风蚀量呈不同程度降低,随着地表植被盖度的增加,各层输沙量也均降低;不同风速下植被盖度与风蚀输沙率之间呈幂函数相关。     

不同植被盖度沙质草地生长季土壤水分动态

水分是干旱半干旱沙地生态系统最大的限制因子,研究植被盖度和土壤水分之间的关系有助于沙地生态恢复和保护。基于生长季科尔沁沙质草地不同植被盖度下土壤水分动态和降水的观测试验,分析了沙质草地植被盖度和土壤水分的耦合关系。结果表明：在土壤剖面上土壤水分存在明显的分层结构,依次为水分剧变层（0~40 cm）、缓变层（40~100 cm）和稳定层（100~180 cm）;植被盖度对土壤水分有很大影响,不同植被盖度下土壤含水量存在显著差异,土壤水分与盖度之间呈倒“V”型关系,土壤水分状况在28%的盖度下最优;不同的植被盖度下土壤水分对降水的响应也存在差异,在13%盖度下响应最敏感,28%和46%的盖度下响应微弱,后二者的土壤水分也相对稳定。在沙地生态恢复建设过程中合理的植被盖度配置可提高降水利用效率,并能使土壤水分和植被达到一种良好的平衡状态,从而有利于生态系统的稳定。     

基于RTK-GPS技术的干热河谷冲沟沟头形态特征

采用高精度实时动态差分GPS(以下简称RTK-GPS)技术对干热河谷冲沟进行野外调查,获取36个不同活跃度类型沟头的形态参数,研究不同活跃度类型之间沟头的形态特征差异,并分析集水区、沟床植被盖度与形态特征之间的关系。结果表明:1.沟头不同活跃度类型之间,其跌坎高差、沟床比降差异最为显著,可作为沟头活跃度类型野外判别的主要参考指标;沟壁坡度、宽-深比等的差异较为显著,亦可在一定程度上表征沟头活跃程度。2.沟床植被盖度与各形态特征参数的相关性显著,表明沟床植被盖度可作为形态参数的综合替代性指标。同一活跃度类型的沟头,其跌坎高差、沟床比降等与沟床植被盖度呈极显著负相关关系,说明随着沟床植被盖度的增加(或减小),跌坎高差、沟床比降均呈减小(或增加)趋势。3.集水区植被盖度与各形态特征参数的关系不显著,表明干热河谷集水区植被盖度对沟头发育的贡献有限。     

荒漠草原不同植被盖度区面积对降水的响应

降水波动是气候变化的主要指标之一,其在半干旱荒漠草原区植被变化中起着主要的驱动作用。在考虑到年降水量与生长期降水量的前提下,本文通过地面植被盖度反射光谱模型构建和基于3S技术的区域植被盖度分布格局反演,分析了荒漠草原不同植被盖度分布面积对降水的响应。结果表明:在荒漠草原区,不同植被盖度的区域面积和年降水量、生长期降水量呈波动变化。年降水量和生长期降水量与不同植被盖度区域面积可以拟合成线性、幂函数、指数和对数函数曲线关系。植被盖度小于10%的区域面积随着降水量的增加而下降,植被盖度大于10%区域面积随着降水量的增加而增加,盖度10%是低盖度与高盖度间相互转化阈值。当植被盖度为<2%、2%～6%、10%～15%、15%～20%、20%～25%时,拟合的曲线关系能较好地表达不同植被盖度区域面积随降水量变化的趋势(p< 0.01)。荒漠草原不同植被盖度区域面积的波动变化主要与多根葱、阿尔泰狗娃花、松叶猪尾菜和小画眉草等草本植物生长响应降水变化密切相关。     

柽柳灌丛沙堆三维流场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5组背景植被盖度灌丛沙堆模型,在风洞中进行风流场变化规律模拟实验。结果表明:柽柳沙堆三维流场结构可划分为6个区域,即沙堆前减速区、沙堆迎风坡加速区、沙堆两侧急流区、沙堆背风侧强涡流区、沙堆后尾流恢复区和沙堆上空混合加速区。灌丛沙堆对流场结构影响范围为沙堆前10H到沙堆后14H区段,旁侧影响宽度不超过沙堆宽度的3/4,垂直方向上主要影响灌丛沙堆总高度相对应的下方区域,最大不超过灌丛沙堆总高度的2倍。风速变化不构成对流场结构的影响,但背景植被变化对流场结构影响明显。随着植被盖度增大,沙堆前减速区和沙堆后尾流恢复区范围扩大,两侧急流区和背风侧涡流区范围缩小。背景植被的出现明显降低了其所在高度层的风速,柽柳沙堆各分区地表加速率均随背景植被盖度呈指数规律下降,当植被盖度在16%时加速率变化趋于平缓。从维护绿洲安全的角度出发,根据风沙动力学原理可将16%视为灌丛沙堆科学保育中可能的临界背景植被覆盖值。     

策勒绿洲植被覆盖动态变化遥感研究

使用经严格配准的2个时相的TM和HRV图像数据为基础底料编制规一化植被指数图（NDVI），根据策勒绿洲特有的生态环境特征，研究植被指数灰度级与盖度级的对应函数关系，将其转换成植被盖度图。最终利用植被盖度图像所提供的各盖度级的数量和空间分配状况来评价图像所包括时段，即1990年至1998年期间植被环境质量的变化，为该区域生态环境综合治理提供新的研究方法。     

基于RWEQ的20世纪90年代以来内蒙古锡林郭勒盟土壤风蚀研究

土壤风蚀是中国北方地区重要的生态环境问题。锡林郭勒盟位于中国干旱、半干旱地区,是中国北方典型风蚀区,其特殊的地理位置又使得本区成为华北重要的生态屏障,为此锡林郭勒盟全区均划入了京津风沙源治理工程区。为了更好地阐明锡林郭勒盟的土壤风力侵蚀过程,指导区域的荒漠化防治,,基于气象、遥感数据,利用RWEQ模型定量分析了20 世纪90 年代以来锡林郭勒盟的土壤风蚀时空格局,揭示土壤风蚀的主要影响因素。研究表明：锡林郭勒盟多年平均土壤风蚀量为3.39 亿t。土壤风蚀强度以微度和轻度为主,主要集中在植被较好,风蚀力较低,降雨量较高,雪被覆盖地表时间较长的东、中部地区以及南部地区。侵蚀强度为中度以上的侵蚀区集中在苏尼特右旗、正镶白旗和正蓝旗的浑善达克沙地;90 年代以来,锡林郭勒盟的土壤风蚀强度总体上呈减弱趋势,主要与风场强度的减弱,植被盖度等的变化有关。土壤风蚀多发生于风蚀力较大的春季,风蚀强度较大区域的春季植被盖度与风蚀量呈显著负相关（r>0.7,p<0.01）,且近20 年植被盖度提升有效降低了该区域的土壤风蚀。     

新疆准噶尔盆地典型荒漠区不同景观植被对土壤养分的影响

在群落演替的不同阶段,土壤与植被之间存在不同的互动关系。在新疆准噶尔盆地南缘,选择荒漠-绿洲交错区、沙漠边缘、沙漠腹地典型景观类型取样,监测不同景观条件下土壤水分、土壤有机质、全氮、全磷和植被盖度。结果表明,不同景观植被盖度、土壤水分、土壤养分含量存在显著的差异性(P0.5)。土壤水分含量、植被盖度、土壤养分含量表现为荒漠-绿洲交错区沙漠边缘沙漠腹地的变化趋势;土壤含水量由荒漠-绿洲交错带10.4%递减到沙漠边缘5.8%、沙漠腹地3.5%;植被盖度、土壤养分含量随土壤类型由荒漠灰钙土向风沙土过渡,呈现显著的下降趋势。在相同土壤属性情况下,植被盖度与土壤有机质、土壤全氮之间存在显著的线性正相关关系,表明不同区域内植被在一定程度上影响土壤养分的积累。     

黄河中游砒砂岩地区长川流域植被盖度及其动态分析

应用遥感监测并结合地面实测数据,分析黄河中游砒砂岩地区典型流域——内蒙古长川流域植被盖度及其变化特征。经野外实测数据进行检验植被盖度遥感监测的精度发现,以遥感手段通过植被盖度与归一化植被指数(NDVI)之间关系来估算长川流域植被盖度的精度达到81.3%。长川流域上游地区(北部)植被盖度相对较高,达到40%~70%;沟道两侧也有相对较高的植被盖度,也达到了30%~60%;一般梁峁地植被盖度较低,只有5%~15%。从1983年开始实施的小流域第一期水土流失重点治理和1993年至1997年期间实施的小流域第二期第一阶段水土流失重点治理的效果明显,使得长川流域植被盖度在该期间内大幅度增高。     

塔里木河下游不同覆盖度灌木防风固沙功能野外观测研究

 对塔里木河下游50%、25%、10%三种覆盖度灌木降低风速观测结果表明: 50%覆盖度灌木降低风速最明显，防风效能为49.21%；25%的覆盖度灌木降低风速较明显，防风效能为24.44%;10%的覆盖度灌木对风速降低有一定作用，防风效能为9.15%。在7.7 m.s-1风速下，植被覆盖度为10%、25%的沙地输沙率分别是无植被覆盖沙地的62.44%和8.37%；在10 m.s-1风速下，植被覆盖度50%的沙地仅有轻微的风蚀。根据塔里木河下游不同覆盖度植被与降低风速之间的定量关系，得出不同风速条件下的有效植被覆盖率，在研究区常见10～15 m.s-1风速条件下，要达到有效阻沙效果，植被覆盖率应在50%以上。     

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。     

半干旱区植被风沙动力过程耦合研究:Ⅰ.模型

从植被生长和风沙活动之间的相互作用机制出发,建立了植被-风沙动力耦合模型。模型包括生物量动力学方程和风蚀量动力学方程。生物量动力学方程主要考虑了植被生产潜力在植被覆盖地表和非植被覆盖地表上的转化、生物量自身消耗以及风蚀量对生物量的影响;风蚀量动力学方程主要考虑风蚀潜力在流沙地表和非流沙地表上的转化以及生物量对风蚀量的影响。根据我国北方半干旱地区相关研究成果对模型中的参数取值进行了探讨,以便进行模拟和应用研究。     

半干旱区植被风沙动力过程耦合研究: Ⅲ. 应用

 以科尔沁地区的奈曼旗为例对植被-风沙动力耦合模型进行实际应用,模拟10余年来生物量和风蚀量的分布变化,并与遥感数据进行对比。对奈曼地区1987年至2002年土壤水分补给量、生物量和风蚀量的模拟结果表明：土壤水分补给量与降水量有较明显的相关性,通常春夏土壤水分补给量较高、秋冬季较低。土壤水分补给量与降水量在空间分布上较为一致,地势低洼处比周边地区高。生物量的季节变化规律主要表现为夏季最高;秋季若雨水充足可形成一个次高峰,若降雨量较小则生物量迅速下降;冬季和初春生物量最低。生物量的空间分布格局为南部、地势低洼以及离河流较近的区域生物量较高。风蚀量的季节变化规律表现为初春季最高,夏季最低,秋季逐步上升,上升的速度视生物量情况而变化,冬季较稳定。风蚀量的空间分布格局是北部平原地区和植被覆盖较低的地区风蚀量较高。     

不同砾石覆盖度戈壁床面风蚀速率定量模拟

通过风洞实验,利用称重传感器自动记录风蚀观测样方重量变化过程,对供沙条件下不同砾石覆盖度戈壁床面风蚀速率进行了定量模拟研究。结果表明:砾石覆盖度是影响戈壁风蚀速率的关键因子,戈壁床面风蚀速率随砾石覆盖度增加按指数规律递减。各实验风速下,砾石覆盖度>50%时,戈壁床面风蚀速率随砾石覆盖度增加而减小量有限,甚至无风蚀发生;而盖度从10%到50%时,风蚀速率显著减小。因此,两种实验粒径砾石(3 cm与4 cm)至少在50%盖度时才能达到较好的风蚀防治效果。戈壁风蚀防护机理主要是砾石覆盖度的增加增大了砾石间沙粒的临界起动剪切风速,而且减少了作用在砾石间可蚀地表的剪切压。与沙质对照床面相比,10%~90%砾石盖度戈壁床面沙粒临界起动剪切风速增大了0.8~3.4倍,只有0.5％~28%的剪切压作用在砾石间可蚀地表。     

植被与风蚀耦合动力学模型及其应用

 利用植被-风蚀耦合动力学研究了植被生长发育与风蚀发生、发展之间的动力学关系,考虑了植被覆盖度V和风蚀比S之间的相互耦合作用,以及在外力作用尤其是人类活动影响下的植被与风蚀的演变规律,以此建立了植被-风蚀动力学模型。将模型应用于京津风沙源治理工程区等区域,采用试算法探索了模型中参数的取值,模拟了区域植被盖度与风蚀比发展演变过程,发现模拟结果与实际演变过程符合精度较高,进而分析并利用模型进行预测,结果表明,植树造林等增加植被的措施对风蚀发展的控制作用比较缓慢,是一个长期作用效果,需要坚持不懈的努力才可能达到预期的治理效果。