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。     

土壤水分对流动沙丘迎风坡与丘间低地过渡带植被入侵的制约

在半干旱沙区植物天然更新过程中,种子萌发、幼苗出土是植物种群维持和实现更新的关键阶段。通常认为,在这一阶段,土壤水分和土壤种子库是主要制约因素。分别对流动沙丘迎风坡与丘间低地过渡带的出土幼苗密度与土壤种子库密度和土壤水分进行二元相关分析。结果表明,生长季的出土幼苗密度与土壤种子库密度的相关性未达到显著水平（P>0.05）;出土幼苗密度与土壤水分呈显著正相关（P<0.05）,而且,幼苗密度随土壤水分呈对数增加。这说明,在植被入侵流动沙丘迎风坡与丘间低地过渡带裸沙的过程中,土壤水分是主要的制约因素,而土壤种子库的制约作用则没有表现出来,植被自然恢复更多地依赖于从沙丘附近植物群落传播来的种子。     

不同时间尺度下气象 -水文要素变化对察尔汗盐湖盐田蒸发作用的影响

目前对察尔汗盐湖蒸发量的研究主要集中在气象-水文因素与卤水蒸发量定量关系,缺乏在不同时间尺度下盐湖蒸发量的驱动因素动态变化研究。利用2020年11月5日—2023年5月1日察尔汗盐湖盐田的空气温度、露点温度、风速、相对湿度、总辐射日累计以及盐田的蒸发量、水温、水位等监测数据,结合获取的察尔汗盐湖补给河流格尔木河流量等水文资料,采用相关性分析、多元回归模型等方法探讨了不同时间尺度下盐田蒸发作用与气象-水文因素之间的关系。研究表明,不同盐田的水温、水位、淡水蒸发量变化保持一致,卤水蒸发量变化与盐田密度有关。随着时间尺度的增大,蒸发量与气象要素之间的相关性增强。察尔汗盐田蒸发量在逐小时与逐月尺度主要受到环境温度的影响,日尺度下主要受到太阳辐射的影响。在极端天气作用下河流水文与盐湖微气象因子呈同步变化,对蒸发量的影响具有滞后性。这一研究结果可为盐田生产工艺优化提供理论指导。     

流动沙丘的改良利用与经济效益——以沙坡头地区为例

本文重点总结了我国在宁夏中卫腾格里沙漠中,平整流动沙丘引黄淤灌改良流沙地及在流沙地铺设隔水层的试验结果。试验表明,经引黄淤灌15年后,可沉积淤泥厚达22厘米。通过施肥、种植农林植物等措施,使原来单相流沙改良成为有层次的耕作土壤。经淤灌并加薄膜塑料隔水层后,所种植的农林作物增产效果显著,与对照相比,黄豆增产277.8%,玉米增产238.4%。一年生沙冬青苗高生长增加165%,地茎粗增加200%,二年生侧柏幼苗高生长增加163%,地茎粗增加79%。     

对道尔顿蒸发经验公式的讨论

通过对新疆红雁池水面蒸发散热系数的研究,探索了水面蒸发的规律,论证了道尔顿蒸发经验公式存在的湿度误差,提出用相对湿度对该公式进行修正的意见,这对干旱区水面蒸发经验公式的讨论及充分利用水资源有着重要意义。     

大苏干湖湖水蒸发过程中析盐规律及pH值变化

卤水蒸发实验多集中在矿化度较高的后期阶段的盐湖,其矿物主要为氯化物及镁的硫酸盐。为了获得碳酸盐—硫酸盐—氯化物整个盐湖演化阶段的析盐及pH值变化规律,使用大苏干湖微咸水(矿化度为26.5 g/L)在28±2 ℃的恒温室内进行蒸发实验。结果表明,在整个蒸发过程矿物结晶析出顺序为单水方解石—石盐—三水碳酸镁—白钠镁矾—泻利盐—六水泻盐—碳酸钠矾,共有七组盐类析出序列,不同于其它硫酸钠亚型的盐湖蒸发沉积规律,大苏干湖微咸水蒸发沉积过程中未见芒硝析出,可能与其特殊的水化学组成有关;pH值由8.82持续降低到6.29。其pH值的变化主要受控于矿物相的析出,在碳酸盐析出过程中pH由8.79迅速降低到7.38,而后以白钠镁矾为主的硫酸盐析出阶段pH降低到6.65,之后在石盐析出阶段pH缓慢降低到6.29。通过微咸水湖的蒸发实验,对于盐湖演化过程中的结晶析盐规律及各析盐阶段的pH值变化规律有了更加全面的认识。     

察尔汗盐湖卤水蒸发速度影响因素的量化研究

针对当前气象因素(辐照强度、风速、环境温度和相对湿度)与卤水因素(卤水温度和浓度)综合作用于卤水蒸发速度定量研究的数据缺乏等问题,采用室外蒸发装置及信号采集系统相结合的实验方法,开展了察尔汗盐湖卤水自然蒸发实验。借助多元线性回归分析方法对实验数据进行分析,建立了基于多因素共同作用下的卤水蒸发速度模型。实验结果表明,卤水蒸发速度随辐照强度、风速、环境温度和卤水温度的增加呈线性增加,而随相对湿度和浓度的增加呈线性减小。进一步得出各因素影响卤水蒸发速度的顺序为：辐照强度>风速>环境温度>卤水温度>相对湿度>浓度。     

察尔汗盐湖卤水蒸发速度影响因素的量化研究

针对当前气象因素(辐照强度、风速、环境温度和相对湿度)与卤水因素(卤水温度和浓度)综合作用于卤水蒸发速度定量研究的数据缺乏等问题,采用室外蒸发装置及信号采集系统相结合的实验方法,开展了察尔汗盐湖卤水自然蒸发实验。借助多元线性回归分析方法对实验数据进行分析,建立了基于多因素共同作用下的卤水蒸发速度模型。实验结果表明,卤水蒸发速度随辐照强度、风速、环境温度和卤水温度的增加呈线性增加,而随相对湿度和浓度的增加呈线性减小。进一步得出各因素影响卤水蒸发速度的顺序为,辐照强度>风速>环境温度>卤水温度>相对湿度>浓度。     

科尔沁沙地流动沙丘掘穴蚁（Formica cunicularia）筑丘活动及其对土壤的作用

 以科尔沁沙地典型流动沙丘作为研究对象,通过调查不同坡度地形上掘穴蚁的蚁丘直径、密度和盖度分布,讨论了不同坡度地形对掘穴蚁筑丘活动的影响,并分析了掘穴蚁筑丘对不同坡度地形土壤的作用。结果表明,迎风坡和背风坡的坡底、坡中及丘顶对蚁丘直径、密度和盖度分布影响明显,其中蚁丘直径迎风坡坡中显著小于其他坡度地形（P<0.05）;密度和盖度分布顺序均表现为:丘顶>坡中>坡底。掘穴蚁筑丘改变了土壤性状,导致土壤含水量升高,pH值变小而电导率变大,有机质和全氮含量增加;微地貌条件下,蚁丘含水量和全氮含量迎风坡坡底较高,而蚁丘有机质含量背风坡坡底较高,但蚁丘土壤pH值和电导率丘顶较小。整个流动沙丘土壤基质均比较疏松,流动沙丘微环境易受风力作用而改变,从而影响掘穴蚁的筑丘活动分布,但不同坡度地形间蚁丘分布差异基本上均没有达到显著水平（P>0.05）。     

E0值对潜水蒸发计算精度影响分析

目前常用潜水蒸发经验公式中,都包含了埋深为零时的潜水蒸发强度,并认为可用水面蒸发强度代替。但对不同土质,由于土壤含水孔隙大小及与大气直接交换的空间不同,必然造成不同土壤质地埋深为零时的蒸发量差异。选用阿维里扬诺夫公式、清华公式和叶氏公式,利用新疆渭干河灌区地下水均衡试验场实测潜水蒸发数据、就E0分别为水面蒸发强度和埋深为零时潜水蒸发强度两种情况进行计算与对比分析。结果表明:除细砂和砾石外,若用水面蒸发强度代替埋深为零时的潜水蒸发强度,计算结果会产生一定误差,应选用埋深为零时的潜水蒸发强度进行计算。提出了清华公式中参数η新的求解方法,建立了η与地下水埋深的指数函数关系。研究结果对潜水蒸发经验公式求解不同土质潜水蒸发量时E0的选用及清华公式中参数η的计算提供参考。     

等效沙厚度研究进展

风、沉积物和地表覆盖是控制沙丘地貌的三大要素.沉积物尤其是沙源供应对沙丘地貌的影响仍有待深入研究.沙丘体积的研究促使了等效沙厚度(equivalent sand thickness,EST)概念的提出.EST研究经历了多个沙丘和亚沙丘尺度2个研究阶段.多个沙丘EST研究发现,EST与沙丘高度之间具有较好的一致性,其与方...     

高密度聚乙烯(HDPE)蜂巢式沙障对土壤水分的影响

先以机械沙障固沙、再进行生物固沙,是常见的治沙模式。近年来传统材料沙障与新型材料沙障的固沙效果差异一直引人关注。用中子水分仪分别测定流沙、高密度聚乙烯（HDPE）蜂巢式沙障和半隐蔽草方格沙障内的土壤含水量,通过对比流沙和两种机械沙障铺设下的土壤含水量、土壤蓄水量对降雨的响应关系以及在植物不同生长时期下的不同土层土壤含水量变化,评价其固沙效果。结果表明：（1）两种机械沙障对土壤水分都有较好的蓄积效果,且HDPE蜂巢式沙障蓄水量高于草方格沙障（P < 0.001）;（2）在较长的干旱时间里,草方格沙障的土壤蓄水量变化比新型HDPE蜂巢式沙障滞后;（3） HDPE蜂巢式沙障和草方格沙障都有较好的保水效果,但HDPE蜂巢式沙障因高度持久的优势,保水效果更高;（4） HDPE蜂巢式沙障60~110 cm土层的土壤含水量明显高于草方格沙障土壤含水量且固沙时间越长效果越明显,从铺设中期开始HDPE蜂巢式沙障60~110 cm土层土壤含水量为7%的情况连续出现,有时部分土层会出现土壤含水量在8%以上的情况;（5） HDPE蜂巢式沙障对植物个体生长的间接作用比草方格沙障大。     

土体水分潜在蒸发确定方法研究进展

以相关领域关于土体蒸发模型研究成果为基础,结合岩土工程蒸发过程的特点,对确定土体潜在蒸发量方法的发展及现状进行介绍,并对每种理论模型的适用条件及参数的确定等进行分析。结果显示：（1）特定的地区、气候条件下,通过多种理论模型对比分析,确定相对合适的理论模型估算潜在蒸发量是必要的。（2）气象参数的区域性很明显,即使是具有相似气候特征的小区域,不同气象站提供的气象资料反演的气象参数也不相同,故根据气象资料反演得到的气象参数要进行修正。（3）现有蒸发测量技术应用于岩土工程的蒸发测量中有待进一步深入研究发展。提出该课题在岩土工程领域今后的研究方向,包括土体稳定蒸发阶段蒸发机制、蒸发的滞后效应、夜间土体水分变化对蒸发的影响、通用蒸发模型的建立及实测蒸发量的尺度效应等。     

层状土壤中砂层层位对潜水蒸发的影响

通过室内一维土柱实验,研究了夹砂层土体构型中砂层层位对潜水蒸发的影响,分析了其影响机理,进一步讨论了砂层位置和水分蒸发的定量关系。结果表明,砂层对于水分的蒸发既有促进也有抑制作用,在地下水埋深为50cm时,5cm厚的底砂层可使水分的蒸发强度增加10％-20％;砂层距水位的距离大于5cm时,砂层可抑制水分的蒸发,且当距离增加到35cm左右,其抑制率可达70％-80％;当砂层距水位的距离继续增大时,水分的蒸发强度基本保持不变。这主要是由砂层自身的导水率变化以及砂层与同剖面中其它土质导水率的相对大小发生变化而引起。累积蒸发量与砂层层位以及蒸发历时之间定量关系的建立为预测砂层对潜水蒸发的影响以及估算特定历时蒸发损失量最小的砂层层位提供了依据。     

Effects of sand burial on dune plants: a review

Burial of different growth stages of plants （e.g., adult plants, seedlings and seeds） is frequent in dune ecosystems. The soil micro-environment, which differs from surface conditions, influences the survival and growth of dune plants. To sum up knowledge about the survival mechanisms of plants under sand burial and to promote practical rehabilitation of dune vegetation, we reviewed relevant published literature and concluded that： （1） Focus in recent years has been on impacts of sand burial on seed germination and seedling emergence. Generally, shallow burial increased seed germination and seedling emergence, but deeper burial was negative. Buried at the same depth, large seeds showed higher germination and seedling emergence rates, attributed to larger energy reserves. （2） Survival, growth and reproduction rates of dune plants show plasticity in response to sand burial. Long-term deep burial is fatal because it creates a physical barrier which overcomes the vertical growth of plants, reduces photosynthetic leaf area, and limits oxygen availability to roots. Modest burial, on the other hand, is advantageous for growth and reproduction of many dune plants, due to protection from excessive temperature and drought. （3） There are few reports concerning effects of sand burial on plant physiology, but a limited number of studies indicate that partial burial increases water use efficiency, chlorophyll content, transpiration rate and net photosynthetic rates. The antioxidant protective enzyme system and osmolyte balance were reported to be involved in the mechanisms of dune plant resistance to burial.     

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。     

干旱沙区植被恢复过程中土壤颗粒分形特征

统计分析了干旱沙漠地区植被恢复过程中土壤颗粒分形特征及其与土壤沙粒(>0.05mm)、粉粒(0.05~0.002mm)和粘粒(<0.002mm)含量和土壤养分状况间的关系。结果表明:土壤颗粒分形维数随恢复时间延长有增大的趋势,土壤颗粒分形维数大小与土壤质地的细粒化有一致的变化趋势。0.05mm粒径成为土壤各粒径的分界值--即土壤分形维数的临界粒径,大于这一粒径颗粒含量越高,土壤分形维数越小;而小于这一粒径的颗粒含量越高,分形维数越大。土壤各养分状况均与土壤颗粒分形维数有极显著的线性正相关关系(p<0.0001),表明了土壤颗粒分形维数能客观地反映土壤肥力特征。在干旱沙漠地区,伴随着植被恢复和流沙固定,土壤颗粒分形维数可作为一个评价土壤演变程度的综合定量指标。     

Effects of dune stabilization on vegetation characteristics and soil properties at multiple scales in Horqin Sandy Land, Northern China

Ecological patterns and processes in dune ecosystems have been a research focus in recent years, however information on how dune stabilization influences vegetation and soil at different spatial scales...     

降雨量、土壤蓄水量对流动沙地土壤水分深层渗漏的影响

土壤水分深层渗漏是陆地近地层水分循环的重要环节。利用土壤水分深层渗漏记录仪对毛乌素沙地典型流动沙丘不同深度土层的土壤渗漏水量连续进行两年定点监测。结果表明：（1）2016年生长季（4月1日至10月31日）降水量为2017年的1.93倍,但50、100、200 cm沙层的渗漏水量分别是2017年同期的4.53、5.53,5.22倍。同时,渗漏水量与降雨量及土壤蓄水量的波峰较一致。（2）强降雨对深层渗漏水量的影响较大,土壤蓄水量的变化也与深层渗漏水量密切相关;降雨量较小时,土壤蓄水量与深层渗漏水量之间的关系更为密切。在连续降雨过程中,越往深处,渗漏的产生通常是多次降雨过程累积的结果,将土壤蓄水量作为中间变量,能更好地分析土壤深层渗漏过程。（3）当天蓄水量与次日渗漏水量的相关系数较高,土层越深,深层渗漏水量与土壤蓄水量的相关系数增加,二者之间的线性拟合的R²也相应增加。     

古尔班通古特沙漠南部风沙土性状在沙垄尺度上的空间变异

在新疆古尔班通古特沙漠南部纵向沙垄上,按5 m×5 m的网格采集浅层风沙土组合样品184件,调查植被样方100个,并测试了风沙土质地、pH、盐分、含水量、全N含量和有机质含量等理化性状。研究发现:受沙垄地貌和植被格局的影响,风沙土性状具有中等到强烈的空间相关性,空间依赖范围(变程)介于21.3~74.8m,大致对应着单一沙垄宽度或垄间地-沙垄-垄间地的地貌单元宽度。利用地统计分析求得不同取样尺度上的分维D。风沙土质地(粒径、平均粒径、分选系数)和盐分(电导率)及养分(有机质和全N含量)在0~40m的取样间隔下,D较大,空间变异程度基本处于中高水平;在90~150m的取样间隔下,D骤减,空间异质性大大增强。风沙土含水量的空间变异强度曲线为几段式形态,并且分维依次递减。