塔克拉玛干沙漠高大复合纵向沙垄区路面沙害情势的变化特征

为了探讨机械防护体系人工防护工作停止后,公路路面沙害的形成和发育过程,分别于2003年和2007年对塔中地区一段井场路的路面沙害进行了实地测量和卫片室内量测,研究发现在塔克拉玛干沙漠公路复合型纵向沙垄区段,公路芦苇机械防沙体系极度衰竭后,路面沙害情势变化呈现一定的规律性:(1)2003年-2007年四年间公路沙害发展迅速,路面沙害程度进一步加重.路面沙害路段长度以年均2%的比例增加,沙害路段数也快速增加;路面沙害面积以每年平均10%的面积比例快速发展;沙丘前移压埋类型发展速度明显高于积沙类型.(2)沙垄区路面沙害发生频率和路面沙害程度的发展速率要远高于垄间区,在沙垄区次级地貌单元中,垄顶>背风坡>迎风坡;各地貌部位的沙丘前移压埋类型发展速率高于积沙类型.(3)路风夹角在83°～89°之间的路段沙害演化速率最大,其他小夹角沙害演化规律不明显;路面沙害强度的发展速率与路风夹角的关系不明显.     

塔克拉玛干沙漠腹地路面沙害的空间分布研究

塔克拉玛干沙漠腹地公路芦苇机械防沙体系失效后,在短时间内能够形成强度很大的路面沙害,严重影响交通。路面沙害的空间分布具有规律性:(1)沙垄区的路面沙害强度和发生频率均大于垄间地,而在沙垄次级地貌部位中,沙害强度垄顶>迎风坡>背风坡,但是沙害发生频率背风坡>垄顶>迎风坡;各地貌部位中沙害类型中都以路面积沙为主,沙丘前移压埋为辅。(2)在各种道路横断面中,路堑断面最易发生路面沙害,在各地貌区域都能够发生;零断面沙害发生频率其次,在垄间地比例最高;路堤断面沙害出现最少,只分布在垄间地。(3)道路与主风向大夹角路段的路面沙害发生频率和强度远大于小角度段,但是小角度之间的变化规律不明显。(4)地貌部位、道路断面和路风夹角3因素在空间上呈共轭分布。     

蒙古国中部草原地区风蚀沙漠化的风沙活动特征——以乔伊尔市为例

蒙古国是中蒙俄经济走廊的重要区段,但面临严重的荒漠化问题,区域经济社会发展受到严重威胁,而蒙古国中部草原地区是主要的荒漠化新扩展区,正经历强烈的草原风蚀沙漠化过程。以戈壁苏木贝尔省首府乔伊尔市为研究区,利用自建自动气象观测站（2019年5月—2020年7月）、集沙仪观测站（2019年8月—2020年8月）及当地气象站（1990—2018年）数据,对当地风蚀沙漠化的风动力条件、风沙流输沙及其他影响因素等基本特征进行了研究。结果表明：（1） 乔伊尔市具有强劲的风动力条件,年输沙势可达735.96 VU,合成输沙势为428.76 VU,合成输沙方向为SSW（195.06°）,风向变率指数为0.58,属高风能环境、中等变率双峰风况。（2） 临界起沙风速因受土壤水分和植被盖度的共同影响而随季节变化,夏季最高,冬季最低,春季与秋季居中,且相差较小。（3） 地表具有强烈的风沙活动,年风沙流输沙通量可达2.135 t·m^-1·a^-1,Owen最大输沙量模型适于该区风沙流模拟。研究结果对于蒙古国中部草原区防沙治沙和生态恢复具有重要参考价值。     

不同下垫面沙通量估算——以策勒绿洲—沙漠过渡带为例北大核心CSCD

通过对研究区域风速和沙通量的实测数据,分析了策勒绿洲—沙漠过渡带上流动沙地、半流动沙地和固定沙地下垫面风沙活动参数,并进行了不同下垫面模型的推导与验证。研究结果表明:(1)空气动力学粗糙度受到地表植被盖度和风速的共同影响,流动沙漠起沙后,空气动力学粗糙度随风速的增大而升高,半流动沙漠和固定沙漠空气动力学粗糙度随风速的增大而降低,空气动力学粗糙度随地表植被盖度和植被高度等的增大而升高。(2)策勒绿洲—沙漠过渡带流动沙漠、半流动沙漠、固定沙漠的沙通量模型利用Bagnold模型与实际沙通量校正后确定,流动沙漠、半固定沙漠、固定沙漠的幂值分别为3.65、3.57、2.92,B值分别为4.33×10^(-11)、6.27×10^(-11)、2.61×10^(-9)。(3)2014年3~9月,策勒绿洲沙漠过渡带流动沙漠、半流动沙漠(植被盖度约为10%)、固定沙漠(植被盖度约为40%)的输沙通量分别为5 679.4 kg·m^(-1)、1 033 kg·m^(-1)和176.2 kg·m^(-1),植被对下垫面沙通量的影响显著,半流动沙漠的沙通量为流动沙漠的18.2%,固定沙漠沙通量占流动沙漠沙通量的3%。     

咸水灌溉下塔里木沙漠公路防护林盐分平衡及盐分运移

应用生态系统物流理论,把土壤-植物-大气作为一个完整的系统,将植物、土壤和地下水作为三个分室,建立分室流动模型,对植物和土壤间的盐分平衡进行定量研究,探索咸水灌溉条件下塔里木沙漠公路防护林盐分运动的规律。结果表明:塔里木沙漠公路防护林使用大量咸水灌溉后盐分并没有在根层土壤0~2 m土层中累积,而是储藏在2 m以下或渗漏到地下水。其中,0~2 m土体盐储量减少125.1 t,地下水位1.50 m以上至2 m土体盐储量增加79.9 t,45.2 t盐分重新回到地下水。根层土壤0~2m土层中土壤脱盐明显。灌溉后各土层的全盐量在0.5~0.9 g/kg之间,远低于土壤原始全盐量1.47 g/kg。这是咸水灌溉下植物能够正常生长的主要原因。研究对于确定塔里木沙漠公路防护林合理的灌溉制度及预测和评估该地区盐渍化的发生发展具有重要意义。同时,也为塔里木沙漠公路全线绿化和水分管理提供科学依据。     

塔克拉玛干沙漠腹地不同种类植物叶面滞尘粒度特征

为了揭示不同种类植物叶面滞尘粒度特征,对塔克拉玛干沙漠腹地塔中沙漠植物园内10种阔叶植物的叶面滞尘和同一环境中集尘缸降尘进行取样,利用沉积物的粒度分析方法,研究了不同种植物叶面滞尘的粒度特征。结果表明：（1）植物叶面滞尘平均粒径为16～61 μm,以粉沙和极细沙为主,粉沙（65.85%）和黏土（7.77%）含量大于集尘缸降尘中的相应含量（32.01%,3.19%）;植物叶面滞尘分选性较差,分选系数为1.42～1.74;偏度属于近对称、正偏或极正偏;峰态中等偏窄,峰度值集中在1.019～1.375。与集尘缸降尘相比,植物叶面滞尘颗粒偏细,分选性偏差,整体正偏程度偏小,峰态偏宽。（2）10种植物叶面滞尘粒度也存在差异,平均粒径排序为灰杨<银沙槐<沙枣<小叶白蜡<沙冬青<枸杞<沙打旺<铃铛刺<胀果甘草<白刺,表明植物叶面对大气降尘的滞留和吸附具有很强的选择性,而这种选择性是植物叶面特性（是否有绒毛或褶皱等）、植物生活型（乔木、灌木、草本）以及与之相应的风沙流颗粒分布、近地表小气候特征等因素综合作用的表现。（3）粒度参数相关散点图表明10种植物叶面滞尘、集尘缸降尘沉积环境不同,而平均粒径与分选性对沉积环境变化响应最为敏感。     

沙漠腹地人工绿地地表能量交换特征

运用涡度相关法开路系统对塔克拉玛干沙漠腹地人工灌溉绿地生长季地表能量交换特征以及与环境因子的关系进行测定分析。结果表明：在典型晴天条件下,无论是沙漠区还是沙漠腹地灌溉绿地,白天感热通量在净辐射通量的分配中所占的份额最大,潜热交换仅占很小的比例,人工绿地感热通量和潜热通量的峰值为230.54 W/m²和88.5 W/m²,沙漠区为220 W/m²和17.55 W/m²,沙漠腹地人工灌溉造林后潜热交换明显增加。沙漠腹地造林后,绿地波文比日变幅和日均波文比均减小,绿地日均波文比为沙漠区的15%,人工绿地的营建促使了局地气候的改变。绿地地表能量交换受气象因子和下垫面条件的影响和制约,按相关系数的高低,环境因子对感热、潜热通量的影响依次为：Rn>△Ta>△TS>v>TS,沙漠区人工造林后地表能量交换与多个环境因子有着密切的关系。这些研究结果将加深我们对沙漠地区人工灌溉造林地近地层能量交换的认识。     

砾石级沙粒胶结体抗风蚀效益的实验研究

塔克拉玛干沙漠腹地部分垄间地表发育了一种由众多沙粒胶结而成的大颗粒物质,称为沙粒胶结体(sand cemented bodies,缩写为SCB),其直径达到粗沙级、极粗沙级和砾石级。为了研究其对地表风沙活动的影响,本研究以野外采集的砾石级沙粒胶结体(gravel-size sand cemented bodies,缩写为GSSCB)为实验材料,在净风和挟沙风条件下进行了GSSCB覆盖沙面的抗风蚀模拟实验。结果表明:床面的蚀积状态与来流条件、GSSCB覆盖度和风速均有关,净风时所有覆盖度床面均呈风蚀状态,挟沙风时随覆盖度和风速而变化,床面可呈3种状态-风蚀、蚀积平衡、风积;在风蚀状态时,床面风蚀率随覆盖度增大以指数形式降低,随风速增大而以多种函数形式增加,抗风蚀效率随覆盖度增大而逐渐增加,但不同覆盖度范围增加率不同;挟沙风条件下呈蚀积平衡状态时的床面覆盖度临界C_b值与风速大小有关,随风速增加呈幂函数形式增加;在挟沙风条件下,覆盖度大于C_b值时床面呈风积状态,积沙率与风速的关系较为复杂,80%覆盖度床面积沙率随风速增大呈对数形式增加,但40%覆盖度床面积沙率则随风速增加呈指数形式降低。可见,由于与砾石的物理性质相近,GSSCB覆盖确实具有与砾石相类似的抗风蚀效益,并且在一定覆盖度条件下还能捕获风沙流挟沙颗粒。因此,塔克拉玛干沙漠腹地丘间地天然发育的GSSCB对于地表蚀积过程具有重要影响。GSSCB可作为一种新型固沙技术进行开发。     

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。     

不同组合间距的尼龙阻沙网积沙形态特征对比

在塔克拉玛干沙漠腹地垄间平沙地,布设了两条尼龙阻沙网水平组合防沙实验,组合间距分别为2H、5H、10H、15H（H为阻沙网高度）,一个风季中对实验设置的地形及纵断面蚀积量进行了动态观测。结果表明：（1）各尼龙阻沙网组合形成有规律的地表蚀积空间分布格局：形成以阻沙网为核心的积沙区,其上下风侧分布有较稳定的风蚀区,两条阻沙网之间存在临时的风蚀区。（2）在阻沙网前后形成与阻沙网高度相近的积沙体,在第一条阻沙网上风侧区域,积沙厚度与水平距离呈指数函数关系,在阻沙网背风侧,积沙厚度与水平距离呈二次函数关系。（3）2H和5H积沙体纵断面呈单峰状,风季中后期形似“几”字形,而10H和15H呈双峰状,风季中后期形似“M”字形。（4）阻沙网组合间距越小,积沙分布就越集中,形体越高大,反之则越分散,风季末阻沙网积沙体地形起伏度、平均坡降、积沙体积比、积沙断面面积轮廓比大小排序均为2H>5H>10H>15H。（5）阻沙网积沙体积具有随阻沙网间距增大而降低的趋势,观测断面最大积沙体积5HH>2H>15H>10H,5H、2H、15H分别较10H大13.20%、12.34%、3.78%,可见,5H防沙效果最优。