乌兰布和沙漠风沙运动规律研究

根据在沙漠化程度十分严峻的乌兰布和沙漠实际所测得的有关流动、半固定和固定沙丘风沙运动的相关数据,运用多元统计分析的方法分别建立了3种沙丘的输沙率函数模型,定量地分析了输沙率与风速及高度的相关关系,并对风沙流结构进行了相应研究。这对于指导我国的沙漠化治理工作具有重要的建设性意义。     

黄河乌兰布和沙漠段沿岸风沙流结构与沙丘移动规律

为明确黄河乌兰布和沙漠段沿岸的风沙活动及沙丘移动特征,该文以黄河乌兰布和沙漠段沿岸的流动沙丘为研究对象,采用野外观测与实验室分析相结合的方法对沿岸沙丘的起沙风况、沙物质组成、风沙流结构及沙丘移动规律进行初步的定量研究。结果表明:起沙风的主风为西南—西风,集中于3-5月份,且5～6m/s风占起沙风的50.26%;沙物质粒径以细砂(0.1～0.25mm)为主,沿黄段沙丘粒径极细砂以下(≤0.1mm)的沙物质粒径组成比沙漠腹地减少8.92%;距地60cm高度范围内,81.75%的沙物质在0～10cm高的气层中通过。在沙丘的不同部位上,相对输沙量与高程之间有着良好的幂函数关系;沙丘向前移动的距离为8.19m/a,主要发生在3-5月份。该研究结果可为合理计算入黄风积沙量及完善黄河沿岸综合防护体系提供科学依据。     

黄河乌兰布和沙漠段沿岸沙丘形态及其运移特征

为更合理、精确地计算黄河乌兰布和沙漠段的入黄沙量,探明其对黄河沿岸植被造成的影响程度,以黄河乌兰布和沙漠段沿岸沙丘为研究对象,通过野外地貌调查、沙丘形态测量和遥感解译对其沙丘的形态特征及其运移特征进行了系统研究。结果表明:乌兰布和沙漠沿黄段沙丘以走向西南—东北的新月型沙丘和新月型沙丘链为主,沙丘剖面形态不对称,具有明显落沙坡;在发育过程中同时受到了西南风和西北风的显著影响,5年内以沙丘整体向河道推进为主,共移动19.45m,具有单向快速运移的特点,且沙丘不断向黄河侵袭,应采取措施予以遏制。     

乌兰布和沙漠不同下垫面风沙流结构与变异特征

对乌兰布和沙漠流动、半固定、固定沙丘3种不同下垫面0—40 cm气流层内的风沙流结构的研究表明:（1）0—40 cm高度层,输沙量随风速的增加而增加;在不同的风速下,流动沙丘的总输沙量大于半固定沙丘,半固定沙丘的输沙量大于固定沙丘,且呈指数函数关系。（2）在同一风速下,0—40 cm高度层,三种不同下垫面的相对输沙量随高度的增加呈幂函数递减趋势。（3）随高度的增加,中沙粒基本呈递减趋势,细沙粒呈现递增趋势,但增幅因下垫面的不同而异。（4）三种不同下垫面近地表0—10 cm层风沙流结构特征数S值均小于3.8,而特征值λ均大于1,表明三种下垫面均处于风蚀或搬运状态。     

戈壁风沙流结构和风速廓线特征研究

通过对戈壁地表风沙流特性的风洞模拟实验,旨在探讨戈壁地表性质是如何影响气流的紊动性,并对风沙流的结构和风沙活动层内的风速廓线产生影响,从而对野外风沙工程的设计提供理论依据。实验发现:在戈壁地表风沙活动层主要集中在距地表20cm范围内;由于沙颗粒与戈壁地表的砾石发生碰撞,浓度分布不再简单的服从对数关系递减,其极值出现的高度随风速的增加而上移,呈现"象鼻效应";不同风速下风沙活动层内同一高度含沙颗粒浓度之间存在很好的相关性。     

乌兰布和沙漠沿黄河区域下垫面特征及风沙活动观测

为明确乌兰布和沙漠沿黄河区域下垫面特征与风沙活动特点,该文对该地区的沙丘形态、粒度特征、风速、输沙率与风沙流结构及其相互关系进行了野外调查与室内分析。结果表明:研究区横向沙丘平均宽-高比约为12.75。沙丘表面平均粒径与分选系数呈现出由丘间地至落沙坡逐渐减小的趋势,偏度则呈现出增大趋势。沙丘各部位粒度累计分布曲线均为正偏、单峰态分布。在净风与起沙风环境下,仅丘间地与沙丘顶部风速廓线呈对数形式分布;迎风坡坡脚处风速廓线多呈幂函数分布;落沙坡与背风坡坡脚处风速廓线分布形式不统一。无论在高风能环境下还是低风能环境下,从丘间地至背风坡坡脚,沙丘断面近地表风速呈减小(至迎风坡坡脚),增大(迎风坡坡脚至丘顶),再减小(丘顶至落沙坡),再增大(落沙坡至背风坡坡脚)趋势。沙丘顶部是风沙活动最为强烈的部位,沙丘各部位90%以上的输沙量集中到10cm高度以下;沙丘各部位的风沙流结构均服从三次函数分布。最后,该文针对该区域下垫面与风沙活动的特点和危害,提出相应的防治对策,以期对该区域风沙危害的防治提供参考。     

保护性耕作农田地表风沙流特性

土壤风蚀是中国北方干旱半干旱地区农田土地退化的重要原因。该文利用移动式风蚀风洞对保护性耕作农田和传统翻耕农田进行原位测试,对比分析保护性耕作农田地表风沙流特性,探讨保护性耕作对土壤风蚀的影响机理,为防治农田土壤风蚀提供理论依据。研究表明,与对照秋翻地相比,由于直立残茬的作用,保护性耕作农田能迅速降低近地表风速,特别是在残茬高度内改变了风速随高度变化的对数规律,风速随高度的降低而急剧减小。其风沙流结构也发生了明显变异,风沙活动层主要集中在180～400 mm高度范围内,占总输沙量的67.94%～69.28%,最大输沙率出现在距地表240 mm高度上,风沙流结构呈现出类似象鼻形状的“象鼻效应”。风沙流总输沙率也明显小于对照秋翻地,保护性耕作是一种防治农田风蚀沙化的有效耕作措施。     

乌兰布和沙漠东北缘人工梭梭林防风效能分析

[目的]测定乌兰布和沙漠东北缘不同林龄各坡位的风速,揭示梭梭林防风效能随林龄的变化规律以及与梭梭空间构型的关系。[方法]以乌兰布和沙漠东北缘种植3,5和8a的人工梭梭林为研究对象,通过测定林内及CK不同坡位距地表10,20,50,100,200cm高度处风速,对比不同年限梭梭林的防风效能。[结果]随着林龄的增加,梭梭林对近地表风速减弱作用增强;同一坡位下,3a梭梭林防风效能主要作用在0—100cm高度内,防风效能为48.19%,100—200cm高度内风速迅速恢复。5,8a梭梭林对0—200cm高度范围均有很好的防护作用,防风效能分别为69.72%,71.93%,二者间减弱效果差异不明显。相关分析显示梭梭林空间构型与防风效能显著相关,梭梭盖度、高度、冠幅与防风效能的相关性分别达到0.935,0.930,0.942。[结论]3a梭梭林迎风坡底、背风坡的防风效能优于迎风坡中、迎风坡顶,5,8a梭梭林与之相反。     

乌兰布和沙漠东北部不同下垫面的小气候变化特征

研究沙区不同下垫面小气候特征对充分利用气候资源及保证林业和农业的正常发展具有实践意义。该研究基于内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站2018年1-12月监测的荒漠区、荒漠-绿洲过渡带和绿洲内部的气温、相对湿度、风速和风向等气象资料,研究了3种下垫面的小气候特征并探讨了产生差异的原因。结果表明:1)荒漠区、荒漠-绿洲过渡带和绿洲内均为白天气温差异较小,夜间相差较大;由于近地层(0～50m)具有明显的逆温现象,使得植被在气温较高季节发挥降温增湿作用,而冬季发挥保温作用;2)绿洲使年均相对湿度增加1.31～2.57个百分点;就季节而言,夏、秋季,绿洲内的相对湿度较荒漠区和过渡带分别高4.04～6.17和0.93～1.94个百分点,春、冬季,由于近地层(0～50 m)存在明显的逆湿现象,因此绿洲内的相对湿度较荒漠区和过渡带分别低0.37～1.41和6.55～8.71个百分点;3)荒漠区、过渡带和绿洲内风向年变化特征均为以偏西风(W,WSW,SW,SSW)为主,荒漠区和过渡带的风向多变,绿洲内风向相对较为集中,绿洲能够使年均风速降低32.99%～37.05%。乌兰布和沙漠东北部过渡带植被和绿洲防护林体系对小气候具有很好的调节作用(降温、增湿、削减风速),研究区局地小气候主要体现在风速和夏秋季湿度上,而气温和冬春季湿度分别主要受逆温和逆湿的影响。     

青海湖沙地人工治理沙丘的风速廓线变化特征

对青海湖湖东沙地麦草方格沙障结合沙棘实生苗的人工治理沙丘进行风速廓线及其风沙防护效益研究,结果表明,人工治理措施明显降低了沙丘各部位的近地层风速,增强了高层风速。与流动沙丘相比,垂向风速增加率的差异使人工治理沙丘不同部位的超越高度值出现“坡脚 > 坡中 > 丘顶”的规律。风速垂向气流的变异导致不同高度层的防风固沙效果不同,低层风沙防护效益显著高于中、高层。同时结合坡度,植被盖度等因子,分析了影响风速廓线的变化原因,从而为青海湖沙地人工治理效果进行评估与初步指导。     

乌兰布和沙漠典型沿黄段格状沙障防风固沙效应

[目的] 探究乌兰布和沙漠典型沿黄段机械沙障的固沙效果,为沙区沿黄段的沙障合理配置及应用提供理论支撑和科学参考。 [方法] 以2 m×2 m规格的纱网沙障、聚乳酸(PLA)沙障、麦草沙障为研究对象,通过测定格状沙障近地表10,20,50,100和200 cm处的风速,同步收集近地表0—50 cm处的风蚀物颗粒,对3种格状沙障在形成稳定障面后的防风固沙效应进行研究。 [结果] ①纱网沙障、PLA沙障和麦草沙障均有效降低了近地表风速,尤以距地表10 cm高度处最为明显。在10.32 m/s风速下,其防风效能分别达到了49.73%,39.92%和38.33%。 ②PLA沙障的风速廓线呈现S形曲线特征,3种沙障的粗糙度均较裸沙丘有较大提升。 ③与裸沙丘相比,3种沙障降低了近地表10 cm处风的扰动度。 ④纱网沙障、PLA沙障和麦草沙障的输沙率随高度均呈指数关系,固沙效应分别为94.37%,44.80%和53.16%。3种沙障相较于裸沙丘有效抬升了沙粒的平均跃移高度,纱网沙障提升为对照的5.35倍。 [结论] 结合乌兰布和沙漠沿黄段风沙活动程度及材料获取度,沿岸向流动沙丘垂向上依次为麦草沙障固沙、PLA沙障固沙促生、纱网沙障防风固沙优化配置,可以实现3种格状沙障防风固沙效益的最大发挥。     

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。     

黄河乌兰布和沙漠段凌汛期河岸动态变化及影响因素

黄河凌汛期间河水的扩张与萎缩导致河岸带变化,影响沿岸植物的生态补水与沙漠沙入黄。研究以乌海水利枢纽至三盛公段冬凌夏汛期河岸为研究对象,分析了1989—2010年河岸带动态变化及其影响因素。结果表明:夏季4个时段,河岸呈现萎缩—扩张—扩张—萎缩动态变化;当左岸以向右摆动为主时,河岸呈右偏萎缩趋势;当左、右岸分别由两侧向外摆动时,河岸呈扩张趋势。冬季3个阶段黄河以左岸向左摆动为主,冰面呈萎缩—扩张—萎缩动态变化;且岸线萎缩时表现出向右偏移,扩张时表现出向左偏移。冬季冰封期河岸向同侧偏移变化较夏季更为明显,且左岸移动幅度显著大于右岸移动幅度。夏季汛期河岸变化与上游降水显著相关,冬季凌期河岸变化主要与下游温差和两岸地势相关。     

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。     

乌兰布和沙漠东北缘起沙风风况及输沙特征

输沙势(DP)是衡量区域风沙活动强度的重要指标,为探明乌兰布和沙漠东北缘风沙活动强度特征,评估区域风能状况,该论文基于"内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站"2013-2017年监测的风速、风向及输沙量数据,对乌兰布和沙漠东北缘的起沙风风况、输沙势及输沙率特征进行深入研究。研究结果如下:1)研究区年均起沙风风速为6.77 m/s,年均起沙风频率为19.74%,最大风速为20.76 m/s,三者均以春季最高,是主要的风沙活动期,秋季次之,夏季与秋季较为接近,冬季最小;2)研究区四季起沙风风向与全年起沙风风向一致,均以偏东风(NNE,NE,ENE,E)和偏西风(SW,WSW,W,WNW)为主;3)研究区年输沙势(DP)和年合成输沙势(RDP)分别为183.38和73.41 VU,属于低风能环境,年方向变率指数(RDP/DP)为0.40,属于中比率,年合成输沙势方向(RDD)111.15°,为ESE方向,表明乌兰布和沙漠东北缘沙物质主要朝东南偏东方向输移;年输沙势和年合成输沙势的季节变化特征和月变化特征均为春季显著高于其他季节;(4)16方位实测输沙率为35.11 kg/m·d,WNW方向的输沙率最大,春季输沙率显著高于其他季节。     

绿洲化对土壤养分及化学计量特征的影响

为了阐明绿洲化过程中土壤养分含量及土壤碳氮磷生态化学计量值的动态变化特征,以乌兰布和沙漠东北部绿洲为研究对象,通过24 a的定位监测,分析了土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）、碱解氮（AN）、速效磷（AP）及土壤C,N,P生态化学计量的动态变化特征。结果表明:（1）研究区土壤总体贫瘠,养分含量整体水平不高。但是随着绿洲建设时间的延长,土壤养分含量呈显著的线性增加趋势。（2）绿洲化过程中,土壤C:N,C:P,N:P,AN:AP的变化趋势总体上呈现先增大后减小的趋势,但是达到最大值的时间各不相同。（3）土壤C,N,P元素化学计量值与C,N,P元素之间的最优拟合关系显示C:N,C:P主要受SOC影响,N:P主要受N影响,表明SOC和N含量决定了研究区土壤中C,N,P化学计量特征的变化过程。     

乌兰布和沙漠东北缘5种土地利用类型土壤粒度特征

研究荒漠化发生区域的土壤粒度特征,可为区域荒漠化防治及生态建设提供一定理论依据。通过野外调查、采样及室内分析,对乌兰布和沙漠东北缘5种不同土地利用类型(流动沙丘、草方格沙障固沙区、人工梭梭林、白刺群落和油蒿群落)的土壤粒度特征及分形维数进行了研究。结果表明:(1)5个样地土壤颗粒组成均以细沙为主,含量为66.49%~81.54%;粉沙含量最少,仅为0.58%~1.72%;不同粒级土壤颗粒百分含量由高到低为:细沙中沙极细沙粗沙粉沙。(2)5个样地土壤颗粒分形维数的差异极显著(p0.01),油蒿群落(1.72)白刺群落(1.56)人工梭梭林(1.44)流动沙丘(1.40)草方格沙障(1.37);土壤颗粒分形维数与粉沙、极细沙百分含量呈极显著正相关(p0.01),与细沙百分含量呈显著负相关(p0.05),与中沙和粗沙百分含量关系不显著(p0.05)。(3)天然植被生长区域,植被盖度较好,风沙土颗粒较细。因此,应加大对区域内天然植被的保护,防止土壤风蚀的发生与发展。     

乌兰布和—西鄂尔多斯荒漠草原过渡带典型灌木群落及其多样性

[目的] 研究乌兰布和沙漠—西鄂尔多斯荒漠草原生态过渡带典型灌木群落的多样性,为该区生物多样性保护和生态环境建设提供理论依据。[方法] 通过重点精查的方式对该地区代表性群落类型设置样点进行植被调查,分析了该过渡带主要灌木群落的类型、物种组成、群落特征和物种多样性。[结果] 该区共有12科30属36种植物。豆科、菊科、藜科和禾本科植物比例较高,单种属较多。多年生草本和灌木居多,以旱生植物为主。灌木群落包括分布在西鄂尔多斯荒漠草原的驼绒藜群落、霸王群落和四合木群落,分布在乌兰布和沙漠的白刺群落、油蒿群落和沙冬青群落。西鄂尔多斯荒漠草原灌木群落的植株密度较高,乌兰布和沙漠灌木群落的建群种重要值、盖度和地上生物量较高。西鄂尔多斯荒漠草原灌木群落的物种多样性普遍高于乌兰布和沙漠。大部分群落的相似性较低。[结论] 乌兰布和—西鄂尔多斯荒漠草原过渡带植物数量比较贫乏,多年生草本和灌木是该区植物的主要部分,植物旱生化明显,西鄂尔多斯荒漠草原植物多样性变化幅度较小且保持在较高水平,不同生境下群落相似性较低。