敦煌沙漠-绿洲过渡带近地表风沙动力环境

[目的]探究沙漠绿洲过渡带起沙风况、输沙势、风沙通量和近地表粒度特征,为阐明沙漠绿洲过渡带风沙动力过程提供理论依据。[方法]利用同步风况、输沙通量和近地表断面粒度资料,分析了沙漠、绿洲及其过渡带输沙势时空分布特征。[结果]由于沙漠和绿洲内部物质组成、空间结构和水热状况不同,沙漠—绿洲过渡风速梯度和起沙风累计作用时间差异显著;受沙漠和绿洲的交互作用,沙漠—绿洲过渡带存在两组主导风向。从近地表粒度特征沿程分布来看,自沙漠至绿洲方向,粗沙含量逐渐降低,粉沙和黏粒含量相对增加。沙漠—绿洲过渡带是绿洲生态系统的重要组成部分,对维持绿洲稳定意义重大。[结论]针对绿洲风沙危害防治,应从局地环流角度出发,充分考虑沙漠—绿洲过渡带的调节和缓冲作用。     

策勒绿洲-沙漠过渡带不同沙丘的沉积物粒度特征及沉积环境

[目的]通过对策勒绿洲—沙漠过渡带不同沙丘类型下风沙沉积物粒度、磁化率分布特征及环境敏感粒级组分进行分析,探讨不同沙丘类型下风沙沉积物相关参数及分布规律。[方法]基于绿洲—沙漠过渡带4种沙丘各部位粒度数据及磁化率数据,采用数理统计方法进行相关性分析。[结果]4种沙丘在不同地貌部位表层的沙物质粒级含量有所差别,回涡、灌丛、新月形及风影沙丘表面沙物质主要由极粗粉砂、极细砂、细砂组成,百分含量总和由小到大依次为96.71%,97.54%,98.48%,98.65%。4种不同沙丘表面沙物质分选性均为分选中度好。不同沙丘的峰态平均值介于0.93～1.02,属于中等峰态,从总体上分析4种沙丘的峰态值从迎风坡底到顶部逐渐增大,顶部到背风坡底部逐渐减小。新月形沙丘偏度值最小,偏度值介于-0.03～0.01,主要表现为对称,风影、回涡及灌丛沙丘偏度值介于-0.04～0.44,为对称和正偏。风影、灌丛及新月形沙丘表面沙物质平均粒径与偏度值呈极显著正相关(p<0.01),表明沙粒平均粒径愈粗愈趋向正偏。风影、回涡及新月形沙丘表面沙物质偏度与峰态呈极显著正相关(p<0.01),沙物质分选性愈差,就...     

策勒绿洲-沙漠过渡带风沙活动强度的空间分布特征

通过对策勒绿洲-沙漠过渡带及绿洲内部4个不同下垫面2010年11月-2011年10月1年内2m及10m高度的风况及输沙势对比分析,结合过渡带地表实际风沙蚀积变化情况得出结论:沿主风向从流沙前沿到半固定沙地、固定沙地、绿洲内部2m高合成输沙势依次为26.21,1.91,3.44,0.007 4VU,10m高合成输沙势分别为54.37,31.53,28.65,2.40VU,从流沙前沿经半固定沙地、固定沙地到绿洲内部随着地表植被覆盖度的增加及绿洲内部防护林网的防护作用增强,各下垫面风力、输沙势及合成输沙势逐渐减弱,流沙地地表表现为强烈的风蚀,并伴随流动沙丘前移,半固定沙地由于高密度的高大柽柳沙堆影响整体呈现大量的风沙堆积,绿洲边缘固定平沙地由于天然植被覆盖度较好,地表整体呈现轻微的蚀积变化,而在绿洲内部由于多条防护林网防护作用及地表较好的土壤水分条件,绿洲内部很少发生地表风蚀。2m高的输沙势自流沙前沿至绿洲内部较10m高的输沙势降低明显,说明了过渡带近地表的天然植被及绿洲防护林网对近地表风力削弱程度远远大于10m高的地表旷野空间,其具有良好的防风阻沙作用,更能代表近地表的风沙活动强度变化。     

毛乌素沙地西南缘不同土地利用类型土壤颗粒分形特征

为揭示毛乌素沙地西南缘农田、荒地、草地、灌丛沙堆和林地等土地利用类型的土壤分形特征与防风固沙效果的关系,采用野外取样与室内粒度分析相结合的方法,分析了该区5种土地利用类型的土壤颗粒粒径分布、分形维数以及土层深度与分形维数间关系。结果表明:(1)草地、灌丛沙堆以及林地的土壤粒度组成以极细沙、细沙和中砂为主,耕地和荒地则以粉粒和细砂为主;(2)研究区不同土地利用方式的土壤粒径分布和分形维数差异明显,荒地>农田>灌丛沙堆>草地>林地,随土层深度增加,林地分形维数值减小,草地分形维数值增大,荒地、农田和灌丛沙堆分形维数值变化不大;(3)分形维数与<100 μm和>100 μm粒径含量分别呈显著正相关和负相关,其大小由<100 μm的极细砂粒和粉粒含量决定。研究区内5种土地利用类型土壤颗粒粒径分布与分形维数差异显著,这综合反映出在不同植被效应与人为耕作后,土壤的颗粒组成会发生明显变化。研究结果可为毛乌素沙地西南缘防沙治沙以及土壤恢复提供理论依据。     

新疆策勒绿洲-沙漠过渡带不同植被下的沙丘形态特征及沉积物粒度分析

新疆策勒绿洲—沙漠过渡带为典型的极端干旱区,风是最主要的搬运动力,风蚀和沙尘暴对土壤沙粒的搬运和堆积造成了土地沙化和荒漠化。运用回归分析和相关分析方法,探讨不同灌丛沙堆风沙沉积物的沉积规律和沙丘发育的影响因素,对不同植被下的沙丘形态特征及沉积物粒度进行分析。结果表明:(1)在不同植被覆盖度下,柽柳比骆驼刺灌丛沙堆的沙物质粒径分布均匀,柽柳和骆驼刺分选的沙物质粒径最粗分别为高覆盖度下和中覆盖度下,最细均为低覆盖度下。(2)沙丘和障碍物演化过程中,高度、长度、宽度三者之间协同变化,相互影响、相互反馈。障碍物的高度和宽度与沙丘长度、宽度和高度之间均存在显著关系,植株的大小影响沙丘形态的发育。(3)风影和灌丛沙丘的沙物质主要由极粗粉砂、极细砂和细砂组成,回涡沙丘的沙物质主要由极细砂和细砂组成,其余粒级沙粒含量很少,均不足5%。从植被类型解析,沙物质粗细为柽柳>骆驼刺>花花柴;从沙丘类型分析,沙物质粗细为回涡沙丘>灌丛沙丘>风影沙丘。(4)沙丘沙物质平均分选系数介于1.42~1.60,属于中等偏上—中等分选性,沙物质偏度平均值介于0.01~0.20,属于对称,沙物质峰态平均值介于0.96~1.07,属于常峰态。(5)沙丘沙物质分选系数与偏度值均呈极显著相关(R²＞0.70,p＜0.01),沙物质平均粒径与分选系数和偏度值均呈极显著相关(p＜0.01)。研究结果对深入理解不同植被下的灌丛沙堆表面沉积物粒度特征和沙丘形态的发育具有重要的意义。     

敦煌沙漠绿洲过渡带地表沉积物粒度特征及沉积环境

[目的]探究敦煌沙漠绿洲过渡带地表沉积物粒度特征及沉积环境,为敦煌沙漠绿洲过渡带的生态恢复以及有效控制风沙灾害提供必要的理论依据。[方法]运用对角线法对敦煌沙漠绿洲过渡带地表沉积物进行采样,采用矩值法计算粒度参数,分析其粒度空间分布特征以及沉积环境。[结果](1)研究区地表沉积物粒级极粗砂和极细砂含量较少,沙漠和绿洲分别以粗砂和细砂为主,过渡带以中砂为主,沉积物粒径自沙漠到绿洲呈现明显减小的趋势;(2)3条样带的分选性都较好,相比而言,沙漠的分选性最好,过渡带次之,绿洲最差;(3)偏态除绿洲属于正偏外,沙漠和过渡带都属于近对称分布,频率曲线峰型都是平顶峰,说明不同沉积物粒级对风力作用响应的差异性。[结论]敦煌绿洲的沙以风成环境为主,鸣沙山主要为河湖沙或河流冲积沙,过渡带混合有风成沙和河湖或河流冲积沙。     

沙柳沙障对沙丘土壤颗粒粒径及分形维数的影响

统计分析了库布齐沙漠流动沙丘、设置沙柳活沙障和死沙障沙丘的土壤颗粒粒径分布、分形维数及其与土壤砂粒(>0.05 mm)、粉粒(0.05~0.002 mm)和黏粒(<0.002 mm)含量的关系。结果表明:与流动沙丘相比,设置沙障沙丘的粉粒和黏粒含量增加,且随着土层的加深而表现为下降趋势,不同部位则均呈沙丘下部>上部>中部的趋势。土壤颗粒分形维数因设置沙障而呈增大趋势,且表现为活沙障沙丘>死沙障沙丘>流动沙丘;垂直分布上,设置沙障沙丘的土壤分形维数随土层加深而逐渐减小,而流动沙丘表现为表层与下层大而中层小的特征,沙丘不同部位的分形维数则均表现为沙丘下部>上部>中部。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,且与砂粒含量呈极显著负相关关系,而与黏粒含量、粉粒含量呈极显著正相关关系。<0.05 mm粒径物质含量的增加和>0.05 mm粒径物质含量的降低共同导致了土壤颗粒分形维数在设置沙障后的增大。     

土壤粒径及有机碳特征对灌丛沙堆发育阶段的影响研究

为揭示风沙区柠条灌丛沙堆的发育规律,并为灌丛沙堆的发育阶段划分提供参考,对大、中、小三种柠条(Caragana korshinskii)灌丛沙堆顶部、中部和底部的土壤颗粒组成及分形维数、土壤有机碳特征进行研究。结果表明:土壤有机碳含量随灌丛沙堆的增大而递减,与灌丛及其沙堆的外部形态特征呈显著性负相关;随灌丛沙堆的增大,细砂含量逐渐增加,粉粒的含量逐渐减少;土壤粒径分形维数随灌丛沙堆的增大而递减,其与土壤黏粒、粉粒呈显著性正相关,与细砂、极细砂的百分含量呈负相关;土壤有机碳含量与土壤粒径分形维数之间存在显著性正相关。灌丛沙堆具有明显的空间异质性,沙堆上的土壤有机碳含量与土壤的颗粒组成与沙堆大小具有一定的相关性,并可作为划分沙堆发育阶段的标准,但需要充分考虑风力、植物和沙源等因素的影响。     

民勤绿洲-荒漠过渡带土壤粒径分形特征研究

通过野外采样与室内试验,分析了民勤绿洲-荒漠过渡带土壤粒径分布分形特征及其与土壤理化性质的关系,结果表明:(1)民勤绿洲-荒漠过渡带白刺群落土壤以细砂为主,梭梭、沙拐枣群落土壤以中砂、粗砂为主;土壤粒径分形维数为2.144～2.398,3种植被类型土壤粒径分形维数均为固定沙丘半固定沙丘流动沙丘(或平沙地流动沙丘)。(2)土壤粒径分形维数与黏粒(0.005 mm)、粉粒(0.005～0.05 mm)含量呈极显著正相关(p0.01),与细砂(0.1～0.25 mm)、中砂(0.25～0.5 mm)、粗砂(0.5～1 mm)含量呈负相关但不显著,与极细砂(0.05～0.1 mm)、极粗砂(1～2 mm)含量呈正相关但也不显著。(3)分形维数D值与全氮、速效磷含量分别呈极显著正相关(p0.01)和显著正相关(p0.05),土壤黏粒含量与有机质、全氮、速效磷含量呈显著正相关(p0.05),土壤粉粒、砂粒含量与有机质含量呈极显著正相关(p0.01),土壤分形维数D值和黏粒、粉粒、砂粒含量与土壤含水量、全钾、速效钾、全盐、p H值相关关系均不显著。     

乌兰布和沙漠东北缘近地层风速和降尘量特征

选择乌兰布和沙漠东北缘荒漠-绿洲过渡带和绿洲为定位监测点,基于磴口生态站近地层(0~50 m)风沙监测塔2013年全年的风速和降尘数据,分析了沙漠东北缘近地层风沙时空变化规律。研究结果如下:1)过渡带和绿洲内近地层的风速均随着高度增加而增大,风速廓线特征可用幂函数表示;过渡带风速显著高于绿洲内风速。2)过渡带和绿洲内近地层沙尘水平通量和降尘量均随着高度增加而减少,其分布特征遵循幂函数关系;过渡带沙尘水平通量显著高于绿洲内,说明绿洲防护体系对沙尘具有明显的削弱作用;过渡带沙尘水平通量与降尘量之间为线性关系,而绿洲内二者之间为指数函数关系。3)在春、夏、秋、冬季,过渡带和绿洲内近地层沙尘水平通量和降尘量均随着高度增加而减小;春季是沙尘水平通量和降尘量集中的季节,其次为夏季,秋季和冬季相对较低;一年四季中,过渡带沙尘水平通量和降尘量均高于绿洲内。     

砒砂岩与沙复配成土过程中沙的调控作用

研究不同含沙量下砒砂岩与沙复配土壤的物理性质,为研究其成土机理及砒砂岩与沙复配成土技术大规模应用于毛乌素沙地土地整治、发展农业种植提供科学依据。通过监测分析不同含沙量复配土的土壤质地、毛管孔隙度、导水性、团聚体等指标,分析沙在复配土成土过程中的作用。结果表明:含沙50%(质量分数)时,黏粒含量最高(8.24%),且随含沙量的上升,毛管孔隙度呈显著的线性负相关,饱和导水率则随含沙量的增加呈指数增长。维持作物良好生长的水稳定性大团聚体含量随含沙量变化呈极显著差异(P0.01),而随耕作次数变化差异不显著(P0.05)。本研究结果说明沙土在砒砂岩与沙复配成土可改良土壤质地、增加土壤导水性、透气性等作用,利用砒砂岩与沙复配成土技术有望实现沙漠绿化造田,从而控制砒砂岩水土流失和沙土沙漠化问题。     

日本的砂防

日本的地质条件极易形成土砂灾害 ,但政府重视对灾害的治理 ,1897年日本政府就制定并施行了《河川法》、《砂防法》、《森林法》 ,明确农林省负责治山、建设省 (现为国土交通省 )治水。日本砂防的法规体系健全 ,执法效果好 ,涌现出许多成功的砂防典型。砂防法律规定了中央、地方政府和受益居民各自的投资比例 ,中央投资基本占 1/2以上。砂防机构很健全 ,形成了有效的条块结合管理体制。重视调查与监测 ,新技术应用已普及 ,全日本的土砂灾害防治已达到世界先进水平     

土壤凝结剂沙障防风固沙实验研究

 在7m/s、15m/s和20m/s的实验风速下,对不同浓度土壤凝结剂处理的沙障模型进行风洞吹蚀实验。实验结果表明:抗风蚀强度以40%浓度处理最强,20%最弱,但30%浓度防风蚀效果较为实用。在乌兰布和沙漠东北缘绿洲边缘的流动沙丘,采用较为适用的30%浓度的土壤凝结剂进行1m×1m,1.5m×1.5m,2m×2m等3种不同规格沙障喷洒实验,通过对风速、粗糙度、风沙流结构特征值,以及沙障的蚀积状况进行调查,其结果表明,各种规格的沙障中,1m×1m的沙障性能最好,1.5m×15m次之,2m×2m最差。沙丘不同部位沙障的抗蚀力不同,迎风坡受损程度和风蚀率最高。     

双排高立式尼龙网阻沙障与草方格固沙障的优化配置及防沙效益

[目的]针对双排高立式尼龙网阻沙障与草方格固沙障联合应用,开展风洞试验研究,以优化联合沙障中尼龙网阻沙障孔隙度配置及探究各孔隙度下联合沙障的防沙效益。[方法]基于风洞模拟试验数据,开展不同孔隙度(40%,45%,55%)联合沙障,在不同风速下的风速流场、空气动力学粗糙度、摩阻风速、输沙率随高度和阻沙率方面的变化特征研究。[结果](1)相同风速下尼龙网阻沙障孔隙度40%时,联合沙障弱风区面积最大;(2)随着尼龙网阻沙障孔隙度的增大,空气动力学粗糙度和摩阻风速减小,相同风速和相同位置时,40%孔隙度下联合沙障空气动力学粗糙度和摩阻风速值最大;(3)风速增加地表输沙率也增加,联合沙障内部与背风侧输沙率随高度增加呈指数型递减,输沙主要集中在0～12 cm高度内;(4)风速大小与沙障阻沙率呈现负相关变化;阻沙率与孔隙度之间也呈负相关关系,孔隙度为40%的联合沙障具有较高阻沙率;双排高立式尼龙网阻沙措施与草方格固沙措施联合之间还存在阻沙率叠加。[结论] 40%孔隙度的双排高立式尼龙网和草方格的阻固联合可以实现较优的配置与防沙效益。     

3种机械沙障防风固沙功能的时效性

对设置在民勤治沙综合试验站固定沙丘地带的3种机械沙障(麦草沙障、粘土沙障、塑料网格沙障)在不同时期进行破损率、输沙率、风速等指标的测定,研究经过不同时间后各类沙障的防风固沙效益。试验结果表明:各类沙障设置初期(2002-2004年)均具有良好的防风固沙效果,但是随着时间的推移,各类沙障破损率均有所增加,6年后麦草沙障的破损率最大,平均为53%,塑料沙障最小,为11%,粘土沙障介于二者之间;沙障破损导致地表粗糙度均发生明显的变化,麦草沙障由设置初期粗糙度最大降到了最低,其近地表层0～20cm处的输沙率由2003年占裸地(CK)的0.11%上升为2009年的44.47%;粘土沙障顶部掏蚀严重,其输沙率也随时间的延长呈增加趋势,由19.32%上升为30.87%,这两类沙障表面由固定向流动沙丘发展的趋势明显。塑料沙障中下部沙面稳定而顶部很少被掩埋,平均粗糙度最大,其输沙率随时间的延长呈减少趋势,由2003年占裸地(CK)的2.73%下降为2009年的0.64%,表明沙障内沙面稳定,沙丘基本固定住,沙障仍具有固沙效应。从设置成本和实际的防护效益等方面综合考虑,塑料沙障相比其他机械沙障具有长期、稳定的生态和经济效益。     

流动沙丘沙埋对沙柳生长特性的影响

对毛乌素沙地流动沙丘上沙柳的根系分布、冠层特征进行研究.结果表明:沙柳在不同的环境中其生长状况有所差异,沙柳遭流沙掩埋后,被掩埋的枝条发展为根系.且萌发新的不定根,有效的增加了沙柳地下部分的深度、广度和生物量,增强了沙柳根系吸收水分和养分的能力.从而引起地上部分的覆盖面积和生物量较未沙埋沙柳都有了明显的增加.     

乌兰布和沙漠流动沙丘纱网沙障防风效能研究

为了选择适宜规格的纱网沙障进行流动沙地治理,在乌兰布和沙漠流动沙丘设置2 m×2 m,4 m×4 m,6 m×6 m网格或2 m,4 m,6 m带宽的带状纱网沙障,采用美国HOBO全自动风速风向仪测定其风速变化,并分析了地表粗糙度、相对风速和防风效能。结果表明:2 m×2 m网格纱网沙障地表粗糙度随着风速增加而呈现出线性降低的规律;纱网沙障主要是降低近地表30 cm以下高度的风速,并提高近地表粗糙度;随着风速增加,纱网沙障防风效能变化总体呈现出降低的趋势。在流动沙丘设置2 m×2 m,4 m×4 m网格或2 m,4 m带状纱网沙障可有效降低近地表风速、增加地表粗糙度,总体防风效能较好。     

赤峰市流动沙地植物沙障治理模式的研究

通过连续5年的实地调查与观测,研究了10种流动沙地植物沙障治理模式的适用范围、植被恢复效果、沙丘移动距离及投入与产值情况。结果表明:研究地区的降水量水平能够保证踏郎等植物种条的成活,可利用植物沙障治理流沙。除平铺草方格沙障内植小叶锦鸡儿模式和播种草方格内播踏郎、小叶锦鸡儿模式不适应沙丘上部外,10种流动沙地治理模式均属适用模式,但各模式在植被恢复速度、投入、产值和控制沙丘移动速度等方面具有一定差别。相对而言,效果最好的是踏郎植物活沙障模式和小黄柳、踏郎植物活沙障模式,其次是小黄柳植物活沙障模式和踏郎填充料活沙障模式,第三是小黄柳填充料活沙障模式、草方格沙障内植踏郎模式和草方格沙障内植踏郎、小叶锦鸡儿模式,最差是平铺草方格沙障内植小叶锦鸡儿模式、播种草方格内播踏郎、小叶锦鸡儿模式和草方格沙障内植小黄柳模式。研究结果为流动沙地的治理提供了科学合理的途径。     

几种不同材料类型带状沙障防风阻沙效益对比研究

对不同材料类型带状沙障的风速、地表粗糙度及近地表输沙率进行对比研究,结果表明:3种材料带状沙障风速减弱百分比和粗糙度随着与沙障距离的加大逐渐减小,地表输沙率随着与沙障距离的加大逐渐增加。3种材料沙障的防护效益均达不到10倍带高处,且沙柳和四翅滨藜的防风阻沙效益显著大于尼龙网。     

2种沙障内积砂粒径特征及其空间格局观测研究

土壤粒径分布是研究其沙化的重要物理指标之一,通过研究沙障方格内不同方位砂粒粒径特征对其微地貌蚀积状况进行分析,确定粒度特征对地貌形态的指示作用,为选取适宜沙障类型提供技术保障。在腾格里沙漠西缘流动沙丘布设的植物纤维网和土工编织袋沙障内不同区域取样并利用马尔文激光粒度仪测定砂粒径,对比分析障内与障间不同区域沙物质粒配组成、粒配曲线等参数特征。结果表明:土工编织袋沙障内截留砂粒作用强于纤维网沙障,即前者阻沙效果更优于后者。2种沙障内部方格砂粒含量在西方位比其余方位多18%~23%,表明在西方位为弱风蚀或强堆积。土工编织袋沙障方格中东和南方位砂粒含量比其余方位少8%~26%,即东方和南方位为风蚀区。土工编织袋沙障中部砂粒含量沿主风向逐渐提高,表示沙障内砂粒沉积增多;而纤维网沙障方格中变化不明显。在纤维网沙障区砂粒组分沿主风向逐渐减少,粒度组分与自然沙丘状态差异不显著(P<0.05),指示其沙障阻沙作用较弱。土工编织袋沙障砂粒组分集中在中南部,且跃移质组分分选性中部相比南北部较差,表明其砂粒组分在沙障内主风向下风区沉积较多。处于中线两侧纤维网沙障西侧比土工编织袋沙障东侧细砂和中砂含量高24%以上,而粗砂和极粗砂含量低近43%。