直立植被粗糙度和阻力分解的风洞实验研究

直立植被覆盖的床面上,由于直立植被消耗风动量,裸露床面上的剪切力因之降低,从而抑制风蚀。在风洞中用圆柱形木棒模拟直立植被,研究了地表总阻力系数C_D、直立植被阻力系数C_f和粗糙度z₀及其影响因素。实验结果表明,直立植被高度和密度对地表总阻力系数C_D和粗糙度z₀都有影响,但是程度不同。地表总剪切力分解为作用在直立植被上的剪切力和作用在裸露地表上的剪切力,表达式为τ=F_r/S+τ_s·S'/S。随着植被密度和高度增加,作用在植被上的剪切力增加,而作用在裸露地表上的剪切力减少。当侧影盖度L_c≥0.03时,τ_s可以忽略不计,用C_D=2u_*²/ u_z²+C_fL_c计算植被阻力系数C_f。计算出的直立植被阻力系数C_f与1/√L_c之间成线性关系,而与AR无关。这与Marshall在风洞中通过直接测量粗糙元的阻力计算出的粗糙元阻力系数遵循类似的规律。地表总阻力系数C_D与粗糙度z₀之间较好的相关性说明,只要采用适当的测量方法,用曲线拟合方法获得直立植被覆盖地表总阻力系数C_D和粗糙度z₀是可靠的。     

商洛市水源涵养服务功能空间格局与影响因素

以商洛市为例,利用InVEST产水量模型和多年平均涵养水量模型,以参数本地化、实地率定和结果验证,对该区水源涵养功能的空间格局分异规律及其影响因素进行分析。结果表明：① 商洛市水源涵养总量为27.48×10⁸m3/a,水源涵养能力为324.85 mm。五大流域水源涵养功能依次为旬河>乾佑河>金钱河>丹江>洛河。② 气候因素对产水能力空间格局影响最大,10 a土地利用变化和下垫面植被、土壤因素则对水源涵养空间异质性影响显著。③ 子流域单元产水能力相关性强的因子为多年平均降水、实际蒸散发和植物可利用水,水源涵养功能关键驱动因子是潜在蒸散量、土壤饱和导水率与森林覆盖率。     

风蚀事件中农田土壤PM10释放特征

地表风蚀导致的粉尘释放涉及全球变化研究的热点。自然条件下对粉尘释放的观测可以为风洞试验结果提供验证并为开发预测模型提供数据支撑与关键参数。本研究在河北坝上风蚀区,通过观测风蚀事件中农田近地表PM₁₀浓度、垂直通量与流失通量,以及风速和风沙流强度的变化,探讨农田风蚀过程中的粉尘释放特征。结果表明：地表风蚀释尘对近地表粉尘浓度的影响随高度增大而逐渐减弱,各高度的粉尘浓度变化趋势与摩阻风速、输沙率变化趋势相同;粉尘垂直通量和流失通量与摩阻风速呈幂函数关系,与输沙率呈线性关系;农田土壤跃移颗粒的轰击效率α数量级为10^-7m^-1。     

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。     

沙漠地区人工固沙植被对土壤温度与土壤导温率的影响

通过分析人工固沙植被区与流动沙丘区不同部位 (沙丘迎风坡、丘间低地、沙丘背风坡 )各层土壤温度梯度分布 ,及其月平均值变化与日变化特点 ,计算不同地表覆盖 (人工植被与裸沙区 )条件下的沙土导温率。结果表明 ,沙坡头地区 7～ 10月平均地温变化的振幅 ,在地面约为 16 2℃ ,振幅变化随深度的递增而迅速减小。在 0 0 5m深度处 ,地温年振幅为地面振幅的一半。 7～ 10月中地温最高最低出现的月份 ,随深度增加都呈滞后现象 ,但滞后的情况两者并不相同。另外 ,在 2 0cm以下深度内 ,7～ 10月月平均温度都高于 0℃。当观测深度按算术级数增加时 ,地温日振幅则以几何级数减小。尽管地温振幅日变化因天气情况不同大有差别 ,在相同的气象条件 (连续四日晴天 )下的研究发现 ,下垫面的影响作用不容忽视 ,尤其是由于植被覆盖度的差异而引起的地温日振幅与地温剖面分布变化。根据 1992年 8月观测记录 ,流沙区丘间地温日振幅最高达 2 6 2℃ (表层 ) ,最小值只有 1 8℃ (1m深 )。固沙植被区丘间低地最高日振幅为 2 5 9℃ (表层 ) ,最低值 4 3℃ (1m深 )。植被区地表层温度变幅小于流沙区 ,而深层温度波动显著。在 5cm深度处 ,植被区地温降至最低值的时间滞后于流沙区 2h以上 ,2 0cm处植被区地温达到最大值的时间比     

CoLM模式对塔克拉玛干沙漠北缘陆面过程模拟评估及修正

采用2011年3月22日至7月26日肖塘陆气相互作用观测资料测试了不同陆面参数对公共陆面模式（CoLM）模拟效果的影响。地表参数包括地表反照率（α）、地表比辐射率（ε）、空气动力学和热力学粗糙度（z_0m、z_0h）、零置位移（d）、热传输附加阻尼（kB^-1）。结果表明：感热通量H和地表温度T_g对地表反照率、动力学粗糙度和地表比辐射率比较敏感,对零置位移不敏感。通过观测资料获得的这些参数及kB^-1参数化方案均被用来替换原CoLM模式中相应值及参数化方案。CoLM模式基本上能较好地模拟净辐射R_n、感热通量H、地表土壤热通量G₀和地表温度T_g日变化特征,只是在日峰值及其峰值出现时间的模拟上不理想;而CoLM模式对该地区土壤湿度M的模拟效果非常不好。误差统计值Bias、SEE、NSEE表明优化参数后的CoLM模式使得R_n的模拟误差被降低4.21%（SEE）,H的模拟误差被降低25.19%（Bias）,T_g的模拟误差被降低33.33%（Bias）、10.45%（SEE）和25%（NSEE）。     

浑善达克沙地风蚀坑形态特征及其影响因素

风蚀坑是沙质草原固定沙地活化的主要表现形式,其持续活化的结果将导致沙漠化扩展和生态环境恶化。采用实地测量方法,测定了129个风蚀坑走向、长度、宽度等形态指标。研究表明：① 研究区风蚀坑形态特征受NW、SW和W 3个风向的综合影响;② 风蚀坑走向呈WNW-ESE（112.5°）走向,有74.5%的风蚀坑走向（100°~120°）与SW风垂直,和W风呈20°左右的夹角,并影响风蚀坑的几何形状特征;③ 按风蚀坑长宽比值所反映的几何形状,可划分为卵圆形、长条形、狭长形和带形风蚀坑;依风蚀坑的地表形态特征,可划分为碟形、梯形、沟谷形、杯形和坡形5种风蚀坑。     

古尔班通古特沙漠风沙土土壤蒸发特征

土壤表面蒸发是降水的无效损失,其大小直接决定着降水转化为有效土壤水的效率,从而间接决定了植物可利用水分的多寡。在降水稀少的沙漠区,定量认识土壤蒸发的大小和其所占降水的比例显得尤为重要。在2004年全生长期(5~9月)应用自制的微型蒸渗仪(Micro-Lysime-ter)测定了风沙土(有结皮覆盖的丘间低地和裸露沙丘顶部)和对照的荒漠盐碱土的土壤蒸发。结果表明:在相似的气象条件下,风沙土区的丘间低地和荒漠盐碱土的日平均蒸发量分别约是裸露沙丘(风沙土区)的2倍和3倍。整个生长期裸露沙丘的累积蒸发量为18.7mm,丘间低地为38.8mm,荒漠盐碱土为52.1mm。根据整个观测期的累积蒸发量和累积降雨量计算得出的蒸发降雨比分别为:裸露沙丘0.20,丘间低地0.42,荒漠盐碱土0.62,表明裸露沙丘由降水转化为土壤水而储存的比率最高。同时,从数据分析中可以看出:在风沙土区0~5cm土层的含水量对土壤蒸发起决定作用,而盐碱土区的土壤蒸发则受到更深层次土壤水分的影响。裸露沙丘低的土壤蒸发、高的降水转化效率,为植被恢复奠定了良好的基础。因此,裸露沙丘的低蒸发量可以视为植被状况对生态水文过程的一种良性反馈。     

塔克拉玛干沙漠腹地地表辐射与能量平衡

利用2013年塔克拉玛干沙漠塔中流动沙面地表辐射、土壤热通量、土壤温湿度和湍流通量观测资料,分析了沙漠腹地地表辐射和能量收支特征及闭合状况。结果表明：除潜热通量外,其余地表辐射各分量和能量平衡分量的月平均日变化结果整体均表现为标准的单峰型日循环形态,其中R_s↓与R_s↑变化同步,R_l↑、R_l↓滞后R_s↓0.5 ~ 1 h。各分量均表现出夏季高、春秋季次之、冬季低的季节波动性。干旱和极低的植被覆盖造成沙漠腹地全年潜热通量始终较为微弱,约占净辐射的2.8%,感热通量成为能量的主要消耗形式,约占净辐射的49%。偶尔的降水会刺激潜热通量突然增加。地表反照率相对较高且稳定,日变化呈早晚大、正午小的“U”型趋势,并具有明显的冬季高、夏季低的季节波动性,年均值0.28,月均值0.25~0.32。能量残差各月的日变化也均呈单峰曲线,日出后和日落前能量闭合程度最佳,并出现过闭合现象,全年夏季小,春秋季次之,冬季较大,月平均日峰值5.1~99.9 W·m^-2。土壤表层热储存是影响该地区能量平衡的重要因子之一,考虑表层土壤热存储后,地表能量闭合率达75.3%,能量闭合率夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季,白天相比夜间有大幅提升。     

城市地表水体时空演变及其对热环境的影响

以福州市建成区为例,基于Landsat遥感影像对水体类型进行分类,并提取出1989、1996、2006和2014年的地表水体信息,然后与不透水面、植被和地表温度信息结合,运用回归模型定量分析了1989~2014年间福州城市地表水体的时空变化及其对城市热环境的影响。结果表明：① 1989~2014年间,福州建成区各类地表水体均呈不断减少趋势,25 a间水体总面积减少了1 490.67 hm²,其中有70.0%转变成不透水面;② 1989~2014年减少的1 490.67 hm²水体对福州建成区温度上升的贡献达1.03℃,而在水体减少的具体区域,其升温效应可达3.6℃。     

Wind tunnel simulation of aeolian sandy soil erodibility under human disturbance

Inappropriate anthropogenic activities such as overcultivation and overgrazing of steppe and excessive collection of fuelwood are largely responsible for current desertification in China. However, quantitative information concerning the impacts of human disturbance on soil erosion remains sparse. This study investigated aeolian sandy soil erodibility under human disturbance by wind tunnel simulation. The fixed aeolian sandy soils were taken from an artificial vegetation protective system on mobile dunes at the southeastern edge of the Tengger Desert. The results indicate that: (1) human disturbance such as cultivation can accelerate the erodibility of the fixed aeolian sandy soil. The ratio between total soil loss from the undisturbed soil and the cultivated soil is about 0.004; (2) surface vegetation and microbiotic crust are the main factors responsible for the natural wind erodibility of the fixed sandy soil. Wind erosion rate increases with decreasing percent of the vegetation and crust cover; (3) the grain size distribution shows a higher percentage of particles in the range >1.0 mm and a lower percentage in the range <0.05 mm for the cultivated sandy soil than for the undisturbed fixed sandy soil.     

生物土壤结皮对风沙土和黄绵土膨胀特性的影响

作为重要的土壤物理性质,膨胀性在影响土壤导水性、持水性、抗蚀性以及土壤结构的形成和发育等方面发挥着重要作用。为了探讨生物土壤结皮（BSCs）土壤的膨胀特性及其主要影响因素,针对黄土高原风沙土和黄绵土两种典型土壤,利用膨胀仪测定并比较了有、无藓结皮及其在不同因素（初始含水量、干湿循环、冻融循环、温度）下膨胀率的差异,分析了BSCs对土壤膨胀性的影响及其与环境因素和BSCs性质的关系。结果显示：风沙土上藓结皮的膨胀率为1.93%,较无结皮增加了8.65倍;而黄绵土上藓结皮的膨胀率为2.05%,与无结皮相比降低了76.68%。藓结皮的生物量和厚度与其膨胀率在风沙土上均呈线性正相关关系（P < 0.05）,在黄绵土上分别呈二次函数（P=0.02）和线性正相关关系（P=0.02）。初始含水量同时影响了土壤最大膨胀率和稳定膨胀时间,影响程度风沙土远大于黄绵土（包括藓结皮和无结皮）;干湿循环次数对无结皮土壤膨胀率的影响程度大于藓结皮土壤,其中风沙土和黄绵土上无结皮的膨胀率分别是50.00%~620.00%和-2.28%~10.81%,而两种土壤上藓结皮的膨胀率分别是-5.70%~10.88%和-10.24%~-21.46%;冻融循环下4种土壤的膨胀率均有不同程度的降低,降幅为0~18.54%。黄绵土无结皮的膨胀率受温度影响程度较大,50℃下黄绵土无结皮的膨胀率分别是25℃和35℃下的1.17倍和1.21倍。BSCs显著地改变了风沙土和黄绵土表层的膨胀性,其影响的程度和方向取决于土壤类型。同时,BSCs的膨胀性受含水量、温度、干湿以及冻融循环等关键因素影响。     

中国砂质新成土的系统分类

以土壤的诊断层和诊断特性为依据,以土壤发生学作指导,阐述了我国砂质新成土的系统分类。砂质新成土是新成土纲中具有砂质沉积物岩性的土壤,相当于我国过去土壤分类中的"风砂土",是指风成砂性母质上发育的土壤,其形成过程可以划分为:流沙上的成土阶段、半固定沙上的成土阶段和固定沙上的成土阶段;具有细土累积、结皮形成和有机质聚集三个成土特点。砂质新成土的控制层段的深度标准规定为1~2m。砂质新成土亚纲可以划分为:寒冻砂质新成土、潮湿砂质新成土、干旱砂质新成土、干润砂质新成土和湿润砂质新成土等5个土类,在土类之下,又可主要根据是否偏离中心概念、是否具有附加过程的特征和是否具有母质残留的特征,进一步划分为永冻寒冻砂质新成土等22个亚类,并列有检索系统。最后,以砂质新成土的土类为单元,论述了其土壤分布、特征及其改造利用方向。     

新疆策勒绿洲-沙漠过渡带地表沙物质理化性质空间差异

植被盖度、地形等会对荒漠区风沙土壤理化性质产生影响.对策勒自流沙前沿沿主风向到绿洲边缘的柽柳沙堆顶部、流动沙丘顶部、裸露平沙地3种地貌部位表面沙物质理化性质分析,结果表明:流动沙丘顶部沙物质平均粒径3.47～2.6 Φ,明显粗于裸露平沙地和柽柳沙堆顶部沙粒,从流沙前沿到绿洲边缘沙物质有细化趋势,流沙前沿平沙地上沙粒平均粒径比绿洲边缘裸露平沙地沙粒平均粒径粗0.44 Φ;在空间上沙物质分选系数差异不大,分选性都为中等偏上-中等;平沙地和流动沙丘顶部沙粒偏度为-0.06～0.06,相对于平均值分布近对称.柽柳沙堆顶部沙粒偏度分布在0.05～0.25,大都属于极细偏;流动沙丘顶部和平沙地沙粒都表现为中等峰态,柽柳沙堆顶部沙粒大多表现为窄峰态.柽柳沙堆顶部大部分沙物质pH为酸性,其余地貌部位沙粒都表现为碱性,3种地貌单元含盐量与地形高低关系较密切.不同地貌部位地表沙物质总盐量表现为:柽柳沙堆顶部 > 裸露平沙地 > 流动沙丘顶部,流动沙丘顶部沙粒含盐量最少,越靠近绿洲柽柳沙堆顶部沙粒总盐量愈高.     

呼伦贝尔沙质草原风蚀坑研究（Ⅱ）:发育过程

沙质草原风蚀坑的发育过程主要有以下几个阶段:风蚀裸地→土层破口→活跃发展风蚀坑→固定风蚀坑→消亡风蚀坑。固定或消亡的风蚀坑可能活化,并重新进入活跃发展阶段。地貌发育则相应地经历典型草原景观→沙漠-草原景观→沙地-草原景观的总体演变过程。风蚀坑的发展有极限控制。但是各类沙丘的固定非常困难,有向大规模典型沙漠景观发展的高度危险。风蚀坑的形成发展和植被的演替将平坦单调缺水的典型草原改造成地形起伏多变,并有星散分布的风蚀坑湿地点缀其间、植被类型丰富多样的乔、灌、草相结合的沙地疏林草原。因地制宜地保护和利用沙质草原,可以保持其生态系统不致恶化并促进其不断优化。     

科尔沁沙地樟子松人工林土壤粒径分布特征

为揭示科尔沁沙地不同林龄沙地樟子松人工林对风沙土粒径分布特征的影响,以中龄、近熟和成熟沙地樟子松人工林风沙土为研究对象,以裸沙地风沙土为实验对照,采用激光衍射技术测定土壤样品粒度组成,计算分析土壤粒度参数特征,绘制土壤粒配曲线。结果显示：（1） 科尔沁沙地樟子松人工林风沙土以砂粒为主,其次是粉粒,黏粒含量最少。随林龄的增长,土壤黏粒、粉粒含量呈增加趋势,砂粒含量呈减少趋势。裸沙地风沙土砂粒含量多高于同层林地土壤。（2） 科尔沁沙地樟子松人工林风沙土质地较粗,分选性较差,偏度值多为正偏度,峰度值多为尖窄,0~10 cm和10~20 cm风沙土分形维数分别为2.18~2.43和1.98~2.17。裸沙地风沙土质地更粗,分选性更好,分形维数更小。（3） 科尔沁沙地樟子松人工林风沙土的粒度频率分布曲线均为双峰型。随林龄的增长,10~20 cm风沙土的土壤颗粒细化滞后于0~10 cm。林地悬移组分的含量高于裸沙地,裸沙地跃移组分的分选性高于林地。科尔沁沙地不同樟子松人工林风沙土粒径分布特征存在显著差异,本研究结果可为科尔沁沙地土地沙漠化防治及生态修复提供理论依据。     

紫色土不同土体的土壤养分和酶活性特征

对紫色土未培肥和培肥的不同土体,在小麦生育期内土壤养分和酶活性的动态测定结果表明:未培肥土体的全氮、有效磷、蔗糖酶、碱性磷酸酶有明显变化。尤其是砂土在改变为不同质地的土体后,上述土壤养分和酶活性都有所提高。培肥土体的土壤有机质、全氮、有效钾明显增加,土壤酶活性增强。砂土培肥的效果最显著。所以改变土体质地,并加以培肥,有助于提高土壤肥力,防治紫色土退化。     

若尔盖盆地沙漠化及其景观格局变化研究

应用1975年的MSS数据、1990年和2005年的TM数据、以及2000年的ETM数据,通过遥感与地理信息系统技术,获得了若尔盖盆地在1975-2005年间的沙漠化发展特征,并采用景观指数运算软件FRAGSTATS3.3对该地区沙漠化土地的景观格局变化进行了分析。研究发现,在1975-1990年间,若尔盖盆地的沙漠化土地面积大幅增加;在1990-2000年间,沙漠化土地面积保持稳定;在2000-2005年间,沙漠化土地面积出现了小幅度的减小趋势。对若尔盖盆地沙漠化土地的景观格局变化进行研究发现,固定沙丘（地）和半固定沙丘（地）是若尔盖盆地主要的沙漠化土地景观类型。在1975-1990年间,沙漠化土地斑块数量和斑块平均面积均大幅增加,是该地区沙漠化快速发展时期;在1990-2000年间,沙漠化土地斑块数量下降,斑块平均面积增加,沙漠化景观破碎度有所降低;在2000-2005年间,沙漠化土地斑块数量增加,斑块平均面积减小,沙漠化景观破碎度增强。