塔克拉玛干沙漠中部部分地区风沙环境特征

通过对塔克拉玛干沙漠中部部分地区的气象资料分析、野外实地风沙观测和理论计算,对其风沙环境特征作出了一些初步分析。结果表明:沙漠边缘地区年起沙风时间数在2.70×10⁴ min左右,输沙总量为3800kg·m^-1·a^-1,年输沙总量与合成输沙总量的比值在1.83~2.39之间变化。而沙漠腹地塔中地区年起沙风时间数在4.61×10⁴ min以上,输沙总量为6100kg·m^-1·a^-1,最大输沙量为8000kg·m^-1·a^-1。年总输沙量与合成输沙量的比值在1.38~2.12之间变化。此外,其沙丘形态与Tomas(1991)所阐述的沙丘发育格局与模式并不完全吻合,亦与CoralSBreed等所认为的塔克拉玛干沙漠主要风沙活动集中在春季的论断有很大的偏差。     

陕北风沙过渡带植被净初级生产力变化特征及原因

基于光能利用率原理,采用CASA（Carnegie-Ames-Stanford-Approach）模型,实现了2000—2014年陕北风沙过渡带地区植被净初级生产力（NPP）估算,对该地区NPP时空变化以及驱动机制进行了定量化分析。结果表明：（1） 2000—2014年陕北风沙过渡带NPP为6.71×10¹²gC·a^-1,单位面积值为202.57gC·m^-2·a^-1,受地貌和气候特征影响,植被空间异质性强,黄土区植被明显优于风沙区;（2）近十几年来该区域植被得到明显改善,NPP总体增速为10.98gC·m^-2·a^-1（R=0.85,P<0.01）,植被增速存在空间差异,东南部的黄土区植被增长较快,西北风沙区植被增长较慢;（3）2000—2014年,降水、气温和辐射与NPP的相关系数分别为0.54（P<0.05）、-0.25、0.35,三者对植被增长的贡献量分别为3.95、0.71、2.75gC·m^-2·a^-1。这说明降水是气候因素中影响陕北风沙过渡带植被变化的主要因素;（4）近15年的植被恢复过程中,气候和人类活动都是重要的驱动因素,气候因子对植被增长的贡献更大,相对作用达到67.49%。区域内部,不同地区植被的主要驱动源存在差异,东部地区植被受气候因子主导,西部地区植被受人类活动主导。     

极端降水事件对科尔沁沙地一年生植被的影响

在科尔沁沙地奈曼旗,大于10 mm的降雨属极端降雨。根据当地多年平均降雨量,设置雨量×降雨次数的双因素模拟试验(T₁,共288 mm、分18次;T₂,共288 mm、分9次;T₃,共576 mm、分36次;T₄共576 mm、分18次;CK,接收当年的自然降雨),考察极端降雨对科尔沁沙地一年生植被的密度、多样性指数、生物量及根冠比的影响。结果表明:(1)在萌发期,植株密度在各处理下均维持在2 000株·m^-2;而在生长发育后期,T₃、T₄维持在400株·m^-2,而T_I、T₂维持在1 600株·m^-2,CK下为1 200株·m^-2,说明降雨总量决定了能完成生活史的沙地一年生植被的数量。(2)T₁、T₂、T₃3种极端降雨模式均显著提高沙地一年生植被的生物多样性指数,说明科尔沁沙地一年生植被的生物多样性不是由年降雨量单一因素决定的,而是由每次降雨量与降雨次数的分布共同决定的。(3)T₃、T₄显著降低了沙地一年生植被的水分利用效率。     

库姆塔格沙漠北部三垄沙地区风沙运动特征

风沙地貌发育受控于近地表风沙运动,目前这一领域的研究较多关注短时期内（几分钟至几小时）、单一方向（正对主风向）的风沙流结构特征,结果难以与长期的地貌过程联系起来。为此,我们采用八方位四层梯度集沙仪,于2014年5月至2015年5月,在库姆塔格沙漠北部三垄沙地区进行了一个完整年度的风沙运动观测。经过6个时段的连续观测,获取了不同方向、不同高度的192个运动沙粒样品。结果表明：（1）近地表1 m高度内,收集的样品总质量为405.2 kg,其中约75.3%集中在近地表0~0.2 m,反映了近地表输沙特征。（2）平均输沙率为55.2 kg·m^-1·d^-1,风沙运动的风向以北风、东北风和西北风为主;不同季节差异明显,春季输沙率最大,是年均输沙率的2.5倍,夏季次之,冬季最小。（3）年度平均输沙通量廓线（风沙流结构）呈指数函数递减趋势,部分通量廓线出现了戈壁风沙流的"象鼻效应"。（4）平均净输沙率1.159 kg·m^-1·d^-1,随高度增加呈递减趋势,合成输沙方向为193.2°;不同时段净输沙率随高度的变化基本与全年一致,合成输沙方向随高度增加有从东北向北偏的趋势。综上所述,该区域输沙强度以春季最为强烈,输沙方向以N、NE和NW方向为主,且春、夏两季节分别有一个次输沙方向,为S方向。本研究对于深入理解三垄沙地区风沙运动特征和揭示库姆塔格沙漠沙物质来源有重要意义。     

包兰铁路沙坡头段防护体系内的风沙沉降规律

对沙坡头铁路防护体系内的风沙沉降进行了断面观测,据此分析了沉降速率、粒度组成和物源的时空变化规律。结果显示：防护体系前沿流沙区、防护距离50～300 m的植被区和300 m以外的植被区风沙沉降速率分别为108.6、17.1 kg·m^-2·a^-1和1.5 kg·m^-2·a^-1。随防护距离增大,沉降颗粒逐渐变细,分选变差,跃移组分含量逐渐减少而悬移组分含量逐渐增大,沉降来源逐渐由前沿流沙区近地面风沙运动颗粒转变为以大气降尘为主的悬移颗粒。年内风沙沉降的高峰期为3-5月,6-8月沉降减弱,9月至次年2月风沙沉降最弱,3个阶段内防护体系植被区月均沉降量分别为0.59、0.10 kg·m^-2和0.04 kg·m^-2。3-5月风沙沉降以上风向邻近区域的风蚀起沙为主,6-8月较远源的大气降尘相对增加而上风向邻近区域的风蚀起沙相对减少,9月至次年2月风沙沉降物源以大气降尘为主。     

科尔沁沙地植被的统计学特征与土地沙漠化

科尔沁沙地植被的统计学特征及其与沙漠化的关系的分析结果表明: 科尔沁沙地不同的植被特征其频率曲线有很大差异。其中, 高度、盖度、地上生物量和均匀度均为比较陡峭的单峰曲线, 密度为C型曲线, 种的丰富度和饱和度为双峰曲线, 多样性为抛物线型曲线。其发生频率, 固定半固定沙地742%的样地植被高度≤18cm、909%的盖度≥40%、591%的密度>300株·m^-2、80.4%的生物量小于210和大于60g·m^-2、81.8%的丰富度指数≥10个种、83.3%的多样性>1.5, 56.1%的均匀度≤0.2000, 而流动半流动沙地68.8%的植被高度≥18cm、68.8%的盖度≤30%、81.3%的密度<100株·m^-2、75.1%的生物量≤90g·m^-2, 100%的丰富度≤7个种、75%的多样性<1.5000, 75%的均匀度指数>0.2000。植被主要特征的变异系数0.37~1.12, 并且随着沙漠化的发展植被趋于简单、稀疏、生物量急剧下降, 变异性增强。由于科尔沁沙地的主体是固定半固定沙地(80%), 其植被的主要特征、频率曲线的主体部分和峰值都是由固定半固定沙地植被决定的。     

塔克拉玛干沙漠腹地垄间沙粒胶结体的基本特性及研究价值

在塔克拉玛干沙漠腹地的部分垄间平沙地中,天然分布有一种特殊物质——沙粒胶结体,其与地表的粗沙和极粗沙呈复区分布,共同构成了覆盖沙面的大颗粒层。实地调查和取样分析表明:沙粒胶结体直径不一,能达到粗沙级、极粗沙级和砾石级(细粒和中砾),最大可达23.5 mm;颗粒形状不规则,质地较硬,手捏不碎;密度为2.51 g·cm^-3,略小于砾石和当地沙丘沙;可溶物的pH值呈中性,电导率2.56 mS·cm^-1,主要成分为CaSO₄。砾石尺度的沙粒胶结体在地表的分布密度可达807粒·m^-2,覆盖度2%~3%,由于其尺度和密度与砾石接近,它也应具有与砾石类似的风沙效应。沙粒胶结体也是一种天然固沙材料,研究其形成机制有助于开发新型固沙技术和固沙产品;沙粒胶结体可以抑制沙面风蚀、调节风沙流输沙强度、影响沙丘形态演变,探讨其风沙效应有助于深入认识塔克拉玛干沙漠垄间地的沙面稳定机制。沙粒胶结体的形成应与特殊的地质历史环境背景有关,可以作为沙漠地区历史时期气候变化的一个证据。因此,沙粒胶结体在防沙治沙技术开发、沙漠地区特殊下垫面风沙运动过程、沙漠环境形成演变等方面具有重要的研究价值,值得今后进行深入研究。     

沙漠人工植被区土壤呼吸初探

2003年9月底,在沙坡头铁路北面的1956年、1964年、1981年和1987年始植的人工植被区和流动沙丘的迎风坡,分别在阴天、晴天和雨后用CI301SR测定土壤呼吸速率,结果表明:土壤呼吸速率在各样地间、日期间和互作均达到极显著水平;尤其是雨后样地间的差异非常明显。1956年始植、1964年始植、1981年始植、1987年始植样地和流沙不同天气状况下的平均土壤呼吸速率分别为-0.1537μmol·s^-1·m^-2、-0.0995μmol·s^-1·m^-2、-0.0583μmol·s^-1·m^-2、-0.0754μmol·s^-1·m^-2和-0.0336μmol·s^-1·m^-2;阴天、晴天和雨后不同样地的平均土壤呼吸速率分别为-0.0342μmol·s^-1·m^-2、-0.0778μmol·s^-1·m^-2和-0.1403μmol·s^-1·m^-2。在沙漠人工植被区,影响土壤呼吸的主要因子是水分,其次是温度与植物群落类型和发育阶段。     

青藏线伏沙梁段风沙危害及其防治

伏沙梁地段的主要风向为WNW、W、NW和NE,8~15m/s的起沙风在3~8月盛行,风沙流运动呈摆动式,4月份风沙活动最强烈,合成风向为WNW,其合成输沙量为9.970 m³·a^-1·m^-1。当地以12 m/s、13 m/s两风速的输沙量最大,分别为2.556 m³·a^-1·m^-1和2.538 m³·a^-1·m^-1。纵向沙垄年前移量为2~5 m,沙垄脊线向南偏移,年偏移量为0.2~0.5 m。阻固结合的工程措施是当前采用的最有效措施。     

河西走廊荒漠绿洲过渡带封育对土壤和植被的影响

在河西走廊荒漠绿洲过渡带,封育天然植被是植被群落恢复、防止绿洲沙漠化的有效措施。以流动沙丘作为对照(0年),对封育5年和15年的半固沙和固定沙丘植被群落以及土壤进行调查取样和分析。结果表明:随着封育年限增加,天然固沙植被群落生物多样性增加,灌木层和草本层植物密度、盖度和生物量都显著增加,灌木层盖度从10%增加到40%,草本层以一年生草本植物为主,物种从5种增加到8种,生物量从1 g·m^-2增加到13 g·m^-2。随着天然植被盖度增加,土壤表层沙土细粒化明显,沙土中黏粉粒含量显著增加,土壤质地由粗质沙粒向细质沙粒转变;随着沙土中黏粉粒成分的增加,沙土有机质、全氮、全磷含量也增加,灌丛下土壤养分含量高于灌丛间,“沃岛效应”明显。同时,在灌丛下表层土壤出现明显的盐分集聚现象,其中SO₄^2-、K⁺、Na⁺含量分别增加了6、3、17倍。在降水100 mm左右的荒漠绿洲过渡带,封育可以显著恢复固沙植被群落和提高沙土质地和养分。     

腾格里沙漠东南缘飞播区白沙蒿植被密度与土壤水分关系的研究

对腾格里沙漠东南缘飞机播种区不同密度白沙蒿(Artemisia sphaerocephala Krasch)人工草地的土壤水分和植物生长状况进行研究。结果表明,白沙蒿密度在5.1~9株·m^-2时,整个生长期土壤水分处于严重亏缺状态, 0~100 cm土层水分含量仅为0.55%~0.7%,白沙蒿死亡率高达55%~76.7%;密度在1.9株·m^-2时,其土壤水分含量在0.65%~1.01%,白沙蒿死亡率为21.1%;密度在1.25株·m^-2时,土壤水分在0.79%~1.48%,白沙蒿无一株死亡,且植株个体生长状况好于密度大样地,并有自繁育苗补偿,这表明研究区种植白沙蒿的适宜密度在1株·m^-2左右。裸露沙地0~100 cm土壤含水量为1.3%~2.48%。     

应用近景摄影法研究沙纹的移动

近景摄影能够在无干扰的条件下,精确地测定正在发育阶段的风成沙纹,以波动方式整体移动的平均移动速度V_R(cm·min^-1),和相应的沙纹波长L(cm)波高Δh(mm)及其平均值。同时,求得沙纹移动速度V_R与局地风速V_L之间的实验关系式为V_R=158×(V_L-5.5)^0.67,沙纹移动是缓慢的,其数量级变化于10^-1~10¹cm·min^-1之间。沙纹波长与波高与直接测定值相当吻合。     

青藏高原红梁河风沙动力环境特征

青藏高原红梁河沙地广布,目前对其风沙活动规律认识不足,不利于开展防沙工作。为此,通过野外观测和室内分析、计算等方法,对红梁河的风沙动力环境特征进行研究。结果表明:红梁河年起沙风向以N风为主,冬春季输沙势(DP)、合成输沙势(RDP)大,夏秋季输沙势、合成输沙势小,合成输沙方向(RDD)年内变化较小。年输沙势为249.84VU,属于中风能环境,年合成输沙势为242.92VU,年方向变率指数(RDP/DP)为0.97,属于大比率,年合成输沙方向为173.8°,为S方向。八方位年实测输沙总量为434.33kg·m^-1,以SW方向的输沙量最大。     

半干旱地区沙地麻黄人工栽培技术研究

在深入研究麻黄野生生长特性的基础上,对在半干旱沙地开展麻黄人工栽培过程中的苗木繁育、栽培管理等相关的技术问题进行了较深入的研究。结果表明:①1%浓度的尿素溶液和糖液分别可使麻黄种子发芽率提高10%和26.3%,浓度≥3%时对种子发芽不利;②苗木栽植前应用水或50mg·kg^-1生根粉液浸根,浸根后可提高苗木成活率8%~10%;③栽植麻黄最好选择平坦沙壤地,以利麻黄的高产稳产,流动半流动沙地也可种植,但种植前应进行地面防沙处理;④栽植后应加强水肥管理,特别是要适量追施化肥,用量为尿素11.25g·m^-2加二铵11.25g·m^-2;⑤麻黄人工栽植可提高其有效成份麻黄碱含量,改善其品质。     

北方农牧交错区沙漠化的生物过程研究

通过对不同土地利用/覆盖下4种类型沙漠化土地的土壤与植被特征、变化规律、动因和互动关系的调查研究,结果表明土地沙漠化导致了土壤环境和植被的明显退化。其中严重沙漠化农田和非沙漠化农田相比,土壤有机质含量、速效氮、生长季土壤含水量分别下降66.2%、69.0%、74.8%,地温由21.5 ℃上升到22.4 ℃,其中干旱期严重沙漠化农田土壤含水量仅为23%,已无法满足作物生长需要。土壤环境恶化首先威胁土壤微生物和土壤动物的生存,使土壤微生物和动物数量分别下降95.0%和75.9%,酶活力下降39.5%~ 90.6%。同时植物多样性、种的饱和度和初级生产力大幅度下降,如严重沙漠化草地和非沙漠化草地相比,3项指标分别下降85.5%~883%,87.5%~ 950%和80.6%~ 967%,植被开始发生逆向演替,群落优势种不断更替,最终形成耐牧耐风沙的沙生植物群聚。旱作农田虽采取了施肥、中耕等管理措施,但光合转化效率和初级生产力还是下降了567%和574%。这一过程因其动因不同可分为植被退化(如放牧)引起的土地沙漠化和裸露地表风沙流活动直接导致的土地沙漠化(如农田风蚀和流沙迁移),前者是植被先行退化进而影响到土壤环境,其过程较为缓慢,后者是土壤环境首先恶化进而导致植。     

内蒙古一次沙尘过程的数值模拟

利用WRF-chem模式耦合Shao04起沙参数化方案,研究了2015年内蒙古春季一次冷涡沙尘过程。对比分析模式模拟结果和Micaps、CLIPSO、PM₁₀观测资料后发现,WRF-chem可以较好地刻画沙尘的水平和垂直输送。此次沙源地主要分布在蒙古国南部、内蒙古中部偏北区域和浑善达克沙地。蒙古国南部和内蒙古中部偏北区域最大起沙量分别为77.4 g·m^-2和112.7 g·m^-2,最大干沉降分别为253.2 μg·m^-2·s^-1和427.2 μg·m^-2·s^-1,内蒙古中部偏北区域的沙尘柱总量（87.3 g·m^-2）大于蒙古国南部（41.3 g·m^-2）。浑善达克沙地土壤干燥,所以沙尘排放量（215.6 g·m^-2）、柱总量（132.7 g·m^-2）、沉降速率（809.3 μg·m^-2·s^-1）均较高。沙尘在锋前暖湿气流的抬升作用下,可以实现上对流层-下平流层之间的输送,高层的沙尘虽然浓度较低,却可以输送更远。沙尘气溶胶夜间增加大气层顶向上的长波辐射,同时加热大气,增加边界层高度。     

额济纳旗典型地表沙尘释放潜力及沙尘天气频发成因

额济纳旗位于极端干旱的内陆河下游,绿洲退化严重,沙尘天气频发,已成为内蒙古西部主要沙尘源区。为揭示该区域沙尘频繁成因,对区域4种典型地表(富沙砾戈壁、富沙戈壁、绿洲退化地、绿洲)沉积物组分、风蚀强度、沙尘释放强度、多年平均月沙尘日数及大风日数等进行了综合分析。结果表明:以风沙活动为主要特征的绿洲退化地,粉沙黏土组分含量高,PM10沙尘释放强度大(0.2796 kg·d^-1·m^-2),为研究区强沙尘释放地表;富沙及富沙砾戈壁地表,风蚀强度大,但粉沙黏土组分含量低,PM10沙尘释放强度较大(0.1267kg·d^-1·m^-2,0.0672 kg·d^-1·m^-2);尽管绿洲地表粉沙黏土组分含量高,但由于植被、水分等因素的制约,其PM10沙尘释放强度最小(0.0240 kg·d^-1·m^-2)。额济纳旗绿洲被大面积强沙尘释放源(绿洲退化地和戈壁)包围,局地沙尘内循环过程中粉尘颗粒的富积,为当地高频沙尘天气提供了丰富的尘源,这是额济纳旗沙尘天气频发的主要原因。