戈壁沙砾质地表沉积物全粒径分布模式及其对分选作用的指示意义

戈壁地表沉积物组分呈多峰态分布的特征,研究其全粒径分布模式是认识戈壁成因及形成过程的基础。目前粒度分布模式(对数正态分布、Weibull分布等)难以正确表达呈多峰态的沉积物粒度分布特征,本文利用单调递减函数P(d_i)=Cd_i^-μexp(-d_i/Dc),对戈壁地表沉积物粒度的全粒径分布模式进行解析。结果表明:(1)该函数能够反映出戈壁地表沉积物组分的全粒径分布特征,拟合优度R^2>0.99,参数C值范围为52.64～166.75,μ为-0.083～0.108,Dc为0.103～2.336;(2)在分选作用下,以富沙组分为主的戈壁地表,跃移组分含量高,μ值、Dc值偏小,以富砾组分为主的戈壁地表,蠕移及风蚀残余组分含量高,μ值、Dc值偏大;(3)全粒径分布模式参数值可以揭示洪积扇戈壁的分选沉积特征,为解析戈壁地表的成因以及风蚀风积作用提供新的指标参数。     

包兰铁路沙坡头段防护体系生物土壤结皮沉积特征及其风沙环境意义

分析了沙坡头段防护体系生物土壤结皮类型、地表紧实度和沉积物机械组成的空间分布及其对风沙环境的指示意义。结果显示,沿主风向生物土壤结皮从无发育、斑块状分布,到连续分布;类型由地衣-藻结皮为主逐渐演变为苔藓结皮与其交错分布,地表紧实度逐渐增大。表层沉积物粒径随防护距离增大逐渐变细,悬移组分含量增加,结皮层粘粒和粉砂含量较高。表明防护体系内风沙活动由强烈蚀积逐渐转变为沉积主导,风沙环境趋于稳定。结皮沉积特征随沙丘地形起伏表现出波动变化,显示沙丘地形对局地风沙环境的影响。     

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。     

黄土高原植被破坏前后土壤团粒结构分形特征

应用分形理论的相关模型对黄土高原子午岭地区林地及不同开垦年限的农地土壤团粒结构分形特征进行了研究。结果表明 :林地和不同开垦年限的农地土壤团粒结构分形维在 2 .32～ 2 .91之间 ,表现为 >0 .2 5mm的团聚体含量越低 ,其结构的分形维越高。分形维与水稳性团聚体含量之间呈显著线性关系。林地和不同开垦年限农地表层土壤的物理性质随土壤团聚体的分形维变化而变化 ,即分形维越小 ,>0 .2 5mm的团粒含量越高 ,土壤容重也越小 ,土壤疏松 ,土壤通气度大 ,土壤涵蓄水分与供应作物生长所需水分的能力越好 ;分形维越大 ,>0 .2 5mm的团粒含量低 ,土壤容重也越大 ,土壤紧实 ,土壤通气度小 ,则土壤涵蓄水分与供应作物所需水分的能力越差。上述结果在一定程度上表明 ,植被遭到破坏、不合理的人为开垦 ,是土壤退化和生态环境恶化的主要原因 ;恢复和重建植被 ,增加地面覆盖 ,应为加速黄土高原综合治理的基本内容。     

人工卵石床面风沙流粒度特征

沉积物粒径分布对风沙沉积物的起动、输送和沉降过程十分重要。不同粒径的风沙沉积物空气动力学特征不同,从而导致其起动机理、输送过程和沉降模式不同。因此,粒度可以作为风沙沉积过程的指示器。戈壁是西北地区的一种重要地貌景观,戈壁风沙流是风沙物理研究的内容之一,但目前研究较少,特别是对戈壁风沙流粒度分布的研究,几乎没有报道。本文利用人工卵石床面模拟戈壁地表,对0.25、0.5、1 m和2 m高度的风沙流粒度特征进行观测,结果表明：沙源、地表状况、风程效应等影响沙粒粒径随高度的变化。沙源近,平均粒径随高度先减小后增加;沙源远,平均粒径随高度增加减小。戈壁表面的不同区域,沙粒粒径级配不同：随高度增加,粗砂,中砂含量降低,细砂、极细砂和粉砂含量增加;随距离增加,中砂含量降低,细砂、极细砂和粉砂含量增加。平均粒径越大,分选越好,偏度越趋于正偏,峰度越趋于变宽。偏度、峰度随分选系数增加而增加。峰度随偏度增加而增加。     

新疆巴里坤鸣沙山风成沉积物粒度特征

对新疆巴里坤鸣沙山风成沉积物粒度进行了分析,并对其特征进行了探讨。结果表明：巴里坤鸣沙山风成沉积物以中沙为主,分选较好,偏度值接近0,峰态很窄。概率累积曲线揭示风成沉积物碎屑颗粒的主要搬运方式为跃移,所占比例为40%~95%。沿沙脊-山坡-山脚的方向,平均粒径逐渐变大,分选性变差,蠕移组分含量增加。粒度具有分形特征,分维值平均为0.94,与常见碎屑物质相比,处于较低的水平。分维值与标准偏差显著相关,说明分选程度会对分形特征产生影响。     

基于倾斜摄影技术的戈壁灌丛沙丘形态反演及其对粉尘释放研究的意义

灌丛沙丘是广泛分布于西北干旱区的风沙地貌。戈壁上发育的灌丛沙丘在戈壁沙尘释放和固沙能力方面具有重要的指示意义和应用价值。本研究采用倾斜摄影技术对戈壁上的灌丛沙丘形态特征进行观测和提取,并分析沉积物特征,计算戈壁灌丛沙丘的固沙能力,为沙尘释放研究提供依据。结果表明:(1)戈壁上发育的灌丛沙丘有明显的空间分布格局,即主要分布在干河床的两侧和地势低洼地区。(2)戈壁灌丛沙丘在形态上和其他地表灌丛沙丘类似,但沙丘的长度、宽度、底面积、体积等小得多,而且参数之间具有明显的相关关系。(3)沉积物的累积概率曲线表现为三段式,跃移组分的粒度范围(50~700 μm)明显与以往研究不同。沙丘内部和表层的粉沙和黏土含量分别为4.47%和5.24%,从而说明灌丛沙丘能够捕获戈壁上释放的粉尘物质。(4)戈壁地区单个灌丛沙丘的粉尘释放量约0.05~0.08 m³,固沙能力最大可达18.71 m³。     

锡林郭勒草地表层土壤粒度分形特征及其与风蚀的关系

在锡林郭勒草地以400 m为间距均匀布设160个样点,采集各点表层0~1 cm土样,测定土壤机械组成,计算土壤粒度分形维数,分析锡林郭勒草地景观尺度土壤粒度分形特征及其与风蚀的关系。结果表明：（1）分形维数越小,土壤质地越粗,分形维数与小于0.05 mm细颗粒含量显著正相关,与大于0.05 mm粗颗粒含量显著负相关;（2）分形维数随土地利用状况的变化趋势为禁牧>轻牧>中牧>重牧>耕地。在草地条件下,土壤容重值越大,分形维数越小;在耕地条件下,二者无显著相关关系;（3）分形维数越大,风蚀危险性越低,分形维数越小,风蚀危险性越高。     

库姆塔格沙漠东部复杂地貌地表沉积物化学元素组成初步研究

通过对库姆塔格沙漠东部的沙漠、戈壁、绿洲、湿地、干河床等地貌单元地表沉积物化学元素的分析,研究了不同类型沉积物常量、微量元素的UCC标准值、Ba-Sr含量比值、化学蚀变指数等特征。结果表明：各类型沉积物的元素特征差异显著,但都处于低等风化阶段。库姆塔格沙漠东北端的平沙地、灌丛沙地与北侧戈壁地表沉积物元素特征相近,物源是北山;沙漠东缘沙物质有相近的主元素含量和Ba-Sr含量比值,化学风化特征和Fe、Mg含量自北向南呈现渐变趋势,表明受到偏北风的搬运混合作用,其可能的物源包括南部阿尔金山洪冲积物、东侧的干河床和戈壁。沙漠与敦煌绿洲间的戈壁地带化学风化微弱,区域差异不明显,但不同部位沙物质的元素含量有近源性。鸣沙山西侧的沙物质元素不同于库姆塔格沙漠,而与之相近的党河漫滩相近,因此其最有可能的物源是党河。     

戈壁表层沉积物地球化学元素组成及其沉积意义

作为干旱、半干旱区的一类重要荒漠景观,戈壁在中国分布面积较广,其独特的物质组成和沉积特征对解释它的物源和发生过程有重要的意义.本文通过筛分处理对戈壁表层不同粒径沉积物地球化学元素组成进行了分析.结果表明:各类戈壁表层沉积物的主要元素组成特征基本相似,但不同粒级沉积物主要元素的含量略有差异.与UCC的平均化学组成相比,戈壁表层沉积物中主要元素除Si基本与UCC保持一致外,其余各主要元素均在不同程度上表现出了富集和淋失特征,微量元素在两大类型戈壁中随沉积物粒径的变化与主要元素基本一致.在极端干旱的气候条件下戈壁表层沉积物缺少有效的化学风化过程,基本处在未受或较弱的大陆化学风化的初、中级阶段.各个粒级的沉积物在经历侵蚀和风化过程中较好的继承关系表明,戈壁砾石层下伏的细粒沉积层不是外源搬运沉淀,而是局地岩屑通过就地风化和成壤作用形成.     

塔克拉玛干沙漠河湖相沉积平原风蚀地貌发育的外营力作用机制

 河湖相沉积是一种非固结沉积物,是风蚀地貌发育的一种重要地质基础。在塔克拉玛干沙漠中发育在这种沉积物上的风蚀地貌分布非常普遍,但相关研究较少,尚缺乏风蚀地貌发育过程方面的研究。基于野外调查信息和理论分析,结合相关文献,分析了塔克拉玛干沙漠河湖相平原风蚀地貌发育的外营力作用机制。研究结果表明：（1）风蚀地貌发育的外营力作用主要有：风化作用、流水作用、风蚀作用以及重力作用;（2）风蚀作用是风蚀地貌发育的主要外营力,但是风化作用、流水作用和重力作用也发挥着重要的作用,它们的关键作用是形成风蚀突破口,而重力作用和风化作用是促进风蚀地貌后期快速发展的重要作用;（3）各种外营力协同作用和互为条件,它们在风蚀地貌发育的各阶段的重要性不同;（4）沉积层特殊沉积构造和外营力作用共同造成了风蚀地貌形态特征。     

Modern dust storms in China: an overview

This paper discusses the sources, spatial distribution, frequency and trend of dust storms in China. Most dust storms in China originate from one of three geographic areas: the Hexi (River West) Corridor and western Inner Mongolia Plateau, the Taklimakan Desert, and the central Inner Mongolia Plateau. Dust is most likely from deteriorated grasslands, Gobi, alluvial, lacustrine sediments and wadis at the outer edge of deserts. But deserts themselves contribute only slightly to the dust storm directly. Two geographic areas frequently have dust storms: one is in the western Tarim Basin, a ground surface of deteriorated land and wadi, but it only affects its neighboring areas, and the other one is in the western Inner Mongolia Plateau, a ground surface of Gobi, alluvial and lacustrine sediments, but it causes most of the dust storms in north China. Generally speaking, dust storms have reduced in most regions of China from the 1950 to 2000. Dust storms are highly correlated with human activities and climate changes.     

库姆塔格沙漠地表物质组成、来源和风化过程(英文)

Kumtagh Desert is one of the eight biggest deserts in China, but poorly investigated before our interdisciplinary study because of the difficulty of access. In this paper, 33 representative surface sediment samples were collected from the Kumtagh Desert and analyzed in the laboratory to obtain heavy mineral components and geochemical element contents. Results show that various kinds of heavy minerals are present in these samples, with high levels of epidote and hornblende. Si and Al take up a large part of chemical composition. Compared with the average composition of geochemical elements of the upper continental crust (UCC), except Si and Ca, all elements are depleted to a certain degree; Fe, Mg, Ca, P, Ti and Mn have high correlation coefficients in their contents. The mineral and geochemical composition of the Kumtagh Desert sediments have a similarity with that of rocks of Altyn Tagh Mountains, and the surface sediments of the alluvial/diluvial fans around the Altyn Tagh Mountains and that of the Taklamakan Desert, indicating that one major source of the Kumtagh Desert sediments is located in the Altyn Tagh Mountains. Alluvial deposits and lake sediments in Aqik valley and lower reaches of Shule River are prone to be eroded and transported by the strong northeasterly wind into the Kumtagh Desert, forming another source of the desert deposits. An A-CN-K ternary diagram shows that a weak degree chemical weathering by the loss of Na and K occurred in these sediments, whereas A-CNK-FM ternary diagram suggests that Fe and Mg have undergone a significant chemical differentiation. Physical weathering processes cause easy erosion and enrichment in fine particles for mafic minerals, thus coarse desert sand particles can be relatively depleted in Fe and Mg. The mineral and geochemical composition of sediments in arid regions experiencing less chemical weathering are mostly affected by physical weathering.     

东部沙区表土有机质和速效养分与风沙环境关系初探

东部沙区表土有机质、速效养分含量普遍较低。按照库布齐沙漠、毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地的次序,有机质和速效K含量逐渐增大,这种分布格局与区域风沙环境性质、风沙活动方式密切相关;各沙漠/沙地内部,表土有机质和速效K含量分别与植被盖度、颗粒平均粒径、分选系数之间存在较好的相关性。速效N和速效P含量未表现出上述变化规律。可见有机质和速效K含量对风沙环境的变化较为敏感,因而其在表土中的再分配可以在一定程度上反映局地风沙环境的变化,而速效N和速效P对风沙环境的指示意义不明显。东部沙区表土有机质、速效N及速效P含量普遍高于西部沙区,而速效K含量明显偏低。     

金塔绿洲主要特征量的数值模拟

 采用RAMS模式模拟了金塔绿洲非均匀地表的空气温度、湿度、风速、地表能量。结果表明,绿洲地表温度明显比周围戈壁和沙漠低,空气湿度明显比周围戈壁和沙漠大,近地层感热通量最大值约为戈壁和沙漠的1/3,近底层潜热通量比戈壁和沙漠大20倍左右。模拟结果与观测值的对比表明,RAMS对绿洲、戈壁和沙漠不同下垫面近地面温度、湿度、感热通量和潜热通量的模拟与实测基本一致。由于湍流的随机性,风速的模拟偏差比较大,这种偏差有一多半是由于非线性偏差造成的。     

艾比湖干涸湖底6种景观类型不同深度富盐沉积物粒径的分形特征

干旱区干涸湖底在强烈的风蚀作用下成为盐碱尘暴的重要来源之一。为研究干涸湖底不同景观类型的抗风蚀效应,选择新疆准噶尔盆地西部艾比湖干涸湖底6种不同景观类型下的富盐沉积物为研究对象,基于沉积物样品的体积粒径分布数据,运用单重、多重分形理论和典范对应分析(CCA)排序方法,重点探讨艾比湖干涸湖底不同景观类型下富盐沉积物粒径分布分维值的分异特征。结果显示:胡杨林带 (L1)、乔本结合带 (L2)、草本结合带 (L3)、芦苇荒漠带 (L4)、梭梭荒漠带 (L5)、无植被覆盖 (L6)6种景观类型0～30 cm和30～60 cm的富盐沉积物分维值分别存在显著性差异。各景观0～30 cm分维值介于1.94～2.40,30～60 cm分维值介于1.92～2.53,总体均处于低位水平。0～30 cm平均分维值依次为L5>L1>L6>L4>L2>L3,30～60 cm平均分维值为L5=L1>L4>L6>L2>L3。富盐沉积物粒径分布分维值与粒径小于73.63 μm的体积含量呈显著正相关。研究表明多重分形维数和CCA排序方法可以有效的揭示干涸湖底自然植被条件下不同深度富盐沉积物粒径分布的均匀性特征。指出干涸湖底风蚀控制研究方向应集中在根据湖区的富盐沉积物-植物特征,对富盐沉积物性状进行改良,提高原生物种幼苗存活率,通过生态修复防治盐尘暴。     

中国东部沙区表层沉积物粒度特征

通过分析中国东部沙区表层沉积物粒度特征及其与风力、植被覆盖的相关性,探讨了东部沙区现代风沙沉积环境及其区域差异性。结果显示:东部沙区各沙漠/沙地粒径级配相对一致,均以细沙、中沙为主,粒度分布整体呈单峰形态,中等分选,粒度分布和分选性均与西部沙区有较大不同。风力和植被覆盖状况的差异决定了各沙地所处的风沙环境性质和风沙活动强度不同,导致东部沙区表层沉积物粒度特征存在明显的区域差异性。其中,库布齐沙漠粒度特征与该区风蚀、搬运、堆积过程频繁交替的风沙活动方式密切关联;呼伦贝尔沙地粒度特征反映了风蚀主导的风沙环境;科尔沁沙地、浑善达克沙地,毛乌素沙地粒度特征和风沙活动方式相对复杂,与这3个沙地内部风蚀主导区和沙尘沉降主导区镶嵌分布的格局有关。东部沙区表层沉积物平均粒径和分选系数均与沙地年均风速和植被总盖度双因素之间具有显著的非线性相关性。     

荒漠人工植被区浅层土壤水分空间变化特征分析

研究土壤水分的空间变异及时间动态特征有助于在水文过程与生态格局之间建立定量的联系,由于土壤水分对整个地球系统的重要性,它的时间和空间变化日益引起水文界的广泛关注。干旱荒漠区年降水量稀少,土壤水分在整个生物过程中的作用就显得尤为重要。试验于2005年4月到10月在中国科学院沙坡头沙漠试验研究站人工植被区进行,主要观测1956年植被区表层（0—15 cm）和亚表层（15—30 cm）土壤水分的空间格局与动态分布及其相关影响因素。结果表明:人工植被区表层土壤水分含量明显高于亚表层,其空间变异程度为中等,空间分布的时间差异性显著;降雨是引起干旱沙地表层土壤水分空间变异的决定因素,植物根系是引起亚表层水分空间变异的重要因素。从不同微地形来看,土壤水分含量值表现为丘间低地＞背风坡＞迎风坡,变异程度丘间低地小于迎风坡和背风坡;地形是决定背风坡表层和亚表层以及迎风坡亚表层土壤水分空间分布的主要因素,而迎风坡表层土壤水分变化受风力等环境因子的影响较大。     

中国干旱区不同成因沉积物吹蚀速率的实验研究

通过对中国干旱区8种不同成因沉积物吹蚀速率的风洞实验,从风蚀动力机制上讨论沙漠的物质来源及其与沙丘发育和沙漠形成的关系。对比风洞实验测定结果发现,在我国西北干旱区及其周围分布最广的8种沉积物中,吹蚀速率从大到小依次是：湖相沙 > 河流沙 > 砂页岩风化物 > 洪积物 > 冰水沙 > 花岗岩风化物 > 坡积物 > 冰碛物。吹蚀速率与沉积物组成中0.063~2 mm的易蚀性颗粒含量和分选性成显著线性正相关,与 < 0.063 mm的粉粘粒和 > 2 mm的砾石含量成显著线性负相关。根据不同沉积物吹蚀速率的差异性,可以将这8种沉积物划分为4类：(1) 湖相沙和河流沙在干燥条件下极易遭受风蚀,是最主要的沙源物质;(2) 砂页岩风化物、洪积物和冰水沙吹蚀速率较强,为次要的沙源物质;(3) 花岗岩风化物和坡积物吹蚀速率较差,仅能提供少量沙物质;(4) 冰碛物对风力有较强的抗蚀性,所能提供的沙物质数量甚微。我国沙漠的形成除了强盛的风力条件以外,内陆湖盆的干涸导致大范围湖相沙层的暴露以及流水对碎屑物质的前期分选起到了关键作用,这可能是我国沙漠一般分布在内陆湖盆周围或河流沿岸的主要物质原因。