沙地干沙层形成过程和影响因素研究

干沙层形成过程和规律研究是沙地近地表水分运动的结果。通过进行野外观测,介绍了沙地近地表水分入渗、蒸发后如何形成干沙层。结果表明,沙地表层水分蒸发的过程即是干沙层形成过程。降雨后,随着表层沙土水分的蒸发,干沙层厚度也逐渐增加。但在干沙层形成过程中,与外界降雨量、沙地热特性、毛管水上升高度等均有密切关系。     

腾格里沙漠沙坡头地区旱季沙层含水量

[目的]研究腾格里沙漠沙坡头地区旱季沙层含水量、水分来源、水分存在形式、水分平衡等问题,为沙漠地区水分合理利用、沙漠化防治、沙地改良以及沙地农业生产提供科学依据。[方法]利用轻型人力钻打孔取样,进行水分测定。[结果]腾格里沙漠沙坡头地区旱季沙层平均含水量为1%~3%,一般具有分为3层的特点;沙层含水量存在明显的空间差异,洼地平均含水量最大,平坦高地和半固定沙丘中部含水量较低,流动沙丘中上部含水量最低;旱季时期沙层水分以薄膜水形式存在;研究区旱季沙层水分仍为正平衡,主要是由沙层的高入渗率和受蒸发影响深度小决定的;研究区有植被发育之处,在根系的吸水作用下沙层剖面中下部的含水量比无植被的剖面含水量低。[结论]研究区旱季沙层含水量低,空间差异较大,沙层水分仍保持正平衡状态。     

毛乌素沙地农田土壤水分的时空变化格局

水分因子是直接关系毛乌素沙地农田生态系统产出稳定及提升的关键因子。对沙地农田土壤水分时空变化格局进行了试验研究,结果表明,在地表有植被覆盖时,地表土壤水分的散失途径增加,尤其是后期植被的蒸腾散失对农田土壤水分的影响较大,但土壤水分含量散失较为平缓;裸露的地表则恰好相反,但随着地表干沙层的加厚,地表土壤水分散失防护的效应越来越明显,后期土壤深层水分得到了一定恢复;受干沙层的防护,有植被覆盖的土壤水分消耗量大于裸地,裸地的无效地表蒸发也不容忽视。在沙漠化地区土地上进行农业生产和植被恢复时,应加强地表覆盖,增加土壤水分储量,为沙漠化地区农业增产和植被恢复提供良好的水分供给。探明沙地农田土壤水分的运移规律,还可以为相似逆境地区农业生产高效用水和管水提供可靠的理论依据。     

陕西省靖边县沙地水分与植被建设

根据毛乌素沙地靖边县海则滩镇钻孔剖面沙层水分含量的测定,研究了该区沙地剖面水分分布特点、沙层水分存在形式、水分平衡、大气降水对地下水的补给以及植被建设等问题。结果表明,该区500 cm深度范围内沙层剖面含水量的变化特点是草地0-200 cm和灌木林地0-300 cm含水量较低,草地200-500 cm和灌木林地300-500 cm含水量较高;草地沙层含水量明显高于灌木林地,草地含水量变化范围为1.0%~6.0%,平均为3.4%;灌木地含水量变化范围为0.7%~2.8%,平均为1.5%。草地沙层剖面200 cm以下有含量大于3%的高含量薄膜水和含量大于5%的重力水存在,显示大气降水对地下水的补给较强。灌木林地沙层中一般缺少重力水和高含量薄膜水,指示灌木林地降水对地下水补给较弱。该区水分为正平衡,其原因除了降水较多之外,沙层入渗率高和受蒸发消耗较少也是重要原因。由于靖边县沙地区降水量较多,沙地水分活跃层分布深度在200~300 cm之间,较沙漠区分布深度增加了100-200 cm。沙层水分含量的剖面变化表明,该区沙层水分能够满足耐旱灌木林生长的需要,适于发展防风固沙效果好的灌木林。     

毛乌素沙地降雨入渗和蒸发特征

通过室内和野外模拟降雨的入渗和蒸发实验,研究不同降雨量条件下,沙地的最大入渗深度、入渗速率以及每天的蒸发量。结果表明：降雨量大小对沙地的入渗深度、入渗速率影响显著,并且不同下渗深度的水分在沙土中保存时间不同,1、2、5和10mm降雨分别在4．6、11和15d左右全部蒸发,而15mm以上的降雨由于稳定干沙层的抑制作用,除了一部分蒸发以外,还有部分水分保存在沙土中。同时由于沙区不同植被根系的垂直分布差异较大,所以,降雨量越大,入渗越深,越能被深根性植被所利用,且利用时间越长。     

论毛乌素沙地基本农田建设的条件与发展前景

半于旱地区的沙漠地带，大气降水基本全部入渗。由于风沙土缺乏土壤毛细管，干沙层可有效防止水分的蒸发，故风沙区的大气降水作为浅层地下水被储存起来，并以海子、湖泊、沼泽、草句和河川基流的形式出露。风沙区的浅层地下水资源，不仅是影响沙丘形态、植被状况、治理难易的关键因子，更是沙漠绿洲形成的主导因素。毛乌素沙地基本农田的发展途径，一是利用河川引水拉沙，缩河造田；二是在支毛沟修筑沙坝，拦蓄径流，下游缩河造田，目流灌溉，并利用提灌，就近在固定或半固定沙地形成沙漠绿洲；三是利用天然海子或沙井，治理固定或半固定沙地，形成小多成群的绿洲农业。     

腾格里沙漠宁夏回族自治区中卫市沙层水分入渗研究

为查明腾格里沙丘沙层水分渗透性及其原因,在该地区进行了沙层水分入渗试验。结果表明,在稳定前,流动沙丘入渗率最大,半固定沙丘次之,洼地最小。在达到稳定入渗后,半固定沙丘的入渗率较流动沙丘略大,洼地则最小,它们的平均稳定入渗率分别为16.8,16.2,12.0 mm/min。不同地貌类型的沙层达到稳定入渗的时间在6.3～8.8 min之间。流动沙丘与半固定沙丘水分入渗量基本相同,入渗量均较大,洼地入渗量最小。沙层具有入渗率高,达到稳定入渗快和入渗率变化小的突出特点,沙层粒度较粗,组成均一和孔隙连通性好,是其主要原因。沙层入渗率高为沙漠地区大气降水向地下水的转化创造了非常有力的条件。研究结果表明,在常用的3个入渗计算公式中,Koctakob公式最适用于沙丘水分的入渗研究,Horton公式也较适用沙层水分的入渗研究,通用经验公式不适于沙层水分的入渗研究。     

砒砂岩与沙复配土壤的冻融特征

[目的]揭示砒砂岩与沙复配土壤冻融特征及其对风蚀的影响,为毛乌素沙地土地整治可持续性提供理论依据。[方法]利用陕西省榆林市榆阳区气象资料和土壤观测数据,结合含水量变化规律,以砒砂岩与沙复配土壤为研究对象,沙土为对照,探究2种土壤冻结层形成差异、冻融过程及积雪消融特点。[结果]由于含水量的差异,复配土壤与沙冻结层形成特点具有差异,沙地表层通常会形成土壤干层,从表层之下冻结,而复配土壤的冻结层在地表形成;复配土壤的最大冻结深度为116.0cm;大于沙地的最大冻结深度96.0cm,且冻结层融解时间晚于沙地一周;积雪覆盖条件下,沙地表层存在1.0~6.4cm的土壤干层,而复配土壤表层不存在干层,复配土壤积雪盖度和厚度均大于原始沙地,阳坡尤为显著。[结论]土壤冻层和积雪在复配土壤地表形成了2层保护层,减少了休闲期的风蚀作用。     

陕西省靖边县不同土层含水量与干层差异研究

根据野外考察和土层含水量的测定，研究了靖边县沙地土层和黄土层土壤含水量。结果表明，靖边几个研究点的沙地土层平均含水量小于3%，杨树林地黄土层平均含水量为7％左右；沙地土层含水量远低于黄土层含水量，杨树林沙地和沙柳沙地已经出现了严重的土壤干层，杨树林地黄土层出现了发育中等的土壤干层，干层发育深度都已超过6m。干旱气候是引起干层发生的主要因素，人工灌木和树种消耗水分较多也促进了干层的发育。沙地区应以发展耐旱草灌为主的植被，黄土分布区也应发展草灌为主的植被，但在黄土分布的洼地区和有外来水源的地区可以发展耐旱的乔、灌、草相结合的植被。在靖边县这一土壤干层发育较严重的地区，造林一般不能带来良好的环境效益与经济效益，反而会导致深部土壤水分的过量消耗等不良后果，因此该区是不适于造林的地区。     

沙地土壤有机质与土壤水动力学参数的关系

试验测定了不同有机质含量的沙地土壤饱和导水率、水分特征曲线及一些水分常数,研究分析了沙地土壤有机质含量与水动力学参数的关系以及有机质影响沙地土壤水分运动的机理。结果表明沙地土壤有机质含量与几个水分常数均呈极显著线性相关,土壤水吸力相同时有机质含量越高,土壤含水量也越大;土壤有机质含量和<0.01mm物理性粘粒与土壤饱和导水率呈极显著线性负相关,沙地土壤有机质是影响水分动力学参数最重要的因子之一。     

阿拉善流动沙漠区沙层CO2浓度与昼夜变化规律研究

利用红外CO2监测仪,对全球最高大的巴丹吉林诺尔图湖东大沙山、沙坡头流动沙丘和民勤流动沙丘进行了19个钻孔的CO2浓度昼夜观测。结果表明,阿拉善流动沙漠区空气中CO2浓度较1 m、2 m、3 m、4 m、5 m沙层中CO2浓度均低,表明在植物极稀少的流动沙漠区温暖季节会向空气中释放CO2,是大气CO2的来源区。沙层不仅白天向空气释放CO2,夜间也在释放CO2。在极端干旱的阿拉善流动沙漠区沙层2 m深处CO2浓度一般较1 m、3 m、4 m、5 m的大,但也有个别例外。流动沙漠区沙层CO2浓度的昼夜变化也具有明显的规律性,各个深度沙层CO2浓度从早8时至次日7时均呈现由低到高再到低的变化规律。沙层CO2浓度与昼夜温度变化呈显著正相关关系。在极端干旱的阿拉善流动沙漠区水分含量较高的沙层CO2浓度明显高,表明沙层含水量高低是决定沙层CO2浓度水平的主要因素。     

黄土丘陵区林地干化土壤降雨入渗及水分迁移规律

基于近年来黄土丘陵区林地形成大规模土壤干层的事实,为了探索降雨在黄土丘陵区枣林地干化土壤中的入渗、迁移规律,明确干化土壤的修复能力,在陕北米脂试验站建立野外10m大型土柱模拟枣林地干化土壤,采用CS650—CR1000土壤水分自动监测系统对其进行连续定位观测。观测数据分析表明:(1)独立降雨的入渗、迁移深度主要取决于降雨量,大、中、小雨的水分影响深度分别达90~140,70~80,40cm,降雨量一定时还与降雨强度、初始土壤含水量等因素有关,降雨强度越大、初始土壤含水量越高,水分的入渗深度及迁移深度也越大。(2)间歇降雨中几次降雨交互对水分的入渗、迁移产生促进作用。相同雨量下,其入渗深度较独立降雨可提高100%~160%,迁移深度可提高91%~197%。(3)黄土丘陵区并非所有降雨都对土壤水分有影响。观测期内降雨次数与降雨量的有效率分别为36.4%和72.7%。(4)土壤垂向剖面在多次降雨的累积作用下具有层次性,本试验期间降雨影响范围内的土壤剖面主要可以分为3层,0—90cm为降雨入渗敏感层,90—160cm为降雨入渗迟缓层,160—240cm为雨水迁移层。研究结果对于促进黄土丘陵区林地干化土壤的治理与修复,加强土壤水分的科学管理与改善具有重要的理论和实践意义。     

毛乌素沙地治理新思路

毛乌素沙地形成的时间已有几十万年,年降水量350～500 mm,是以森林草原和草原为主的地带.根据毛乌素沙地形成的特殊成囡分析,提出了治理毛乌素沙地的新思路,即除植树种草之外,更要注意利用该区以南丰富的黄土物质改良沙地.这能够阻止大气降水通过沙层向深部的快速渗透,能有效增加土壤的持水性,改善土壤水分条件,有利于植物生长和植物固沙,能够加速植被的恢复,而且还能够在平坦的地区发展良田,能从根本上治理和利用这一沙地.由于该区紧邻黄土高原,土壤物质丰富,采取以土盖沙的改良方式对解决该区沙漠化问题应当是现实而有效的.     

沙地灌木林群落土壤水分平衡关系的研究

在半干旱地区沙地中,如何使有限的降水被植被利用,植被不发生水分亏缺的情况下,植被密度如何?植被依赖于土壤水分环境的分布格局如何?如何对沙地水资源植被利用的管理等?这些对于沙地生态恢复与重建具有重要的意义。根据沙地灌木林群落土壤水分平衡关系的研究,建立了沙地土壤根际水分消耗模型：AET≡(1-e^-k)Wt或AET≡(1-K1)Wt;提出了灌木林密度计算公式：D≡(1／αc)(∑P／∑AET)^1/2。或D≡(1／αc)(1-β)(∑P／β∑AET-1);并对沙柳和杨柴两种灌木林群落的土壤水分消耗和密度进行了模拟和计算。沙地灌木林群落土壤根际水分消耗模型和密度公式的物理意义明确,参数易于确定,对于指导固沙造林实践具有重要的价值。模型强调土壤水分平衡关系的原理对于其它类型植被一土壤水分关系的研究也有指导意义。     

荒漠草原不同覆被类型土壤水分动态及其对降水的响应

干旱、半干旱区植被恢复与重建对降雨具有高度的依赖性,降雨格局的任何细微变化对其生态系统均会产生影响。以宁夏盐池县荒漠草原3种主要覆被类型（浮沙地、天然草地和柠条林地）为研究对象,使用自动气象站、土壤水分仪连续监测2015—2017年降水量和土壤水分数据,分析了3种覆被类型0—250 cm土层的土壤水分动态及其对不同量级降水的响应。结果表明：浮沙地土壤水分从表层至深层为增长趋势,天然草地和柠条林地为增加—减少—增加趋势;水分季节变化分为土壤水分稳定期（12月至翌年2月）、土壤水分积累期（3—5月）、土壤水分消退期（6—8月中旬）和土壤水分恢复期（8月下旬至11月）。5 mm以下的小降水事件对土壤水分几乎无影响;中等降水事件（5~25 mm）和大降水事件（25~40 mm）对0—20 cm或浮沙地0—40 cm土层土壤水分有补给作用;40—100 cm土层的水分补充需要特大降水事件。浮沙地对降水响应最敏感,柠条林地次之,天然草地最滞后。降水量、降水强度、雨前土壤含水量和土壤物理性质均是影响土壤水分入渗的因素,而在降水一致时,土壤类型是决定土壤水分动态的重要因素,植被对土壤剖面水分具有再分配的作用,这在干旱区生态系统中尤为重要,决定了植被类型与土壤类型的对应关系。     

土壤干层量化指标初探

土壤干层是黄土高原一种常见的土训物理现象。近年来,以林草地地力衰退为特征的人工林草地土壤干化日益严重,其直接后果就是形成土壤干层,导致土地退化,植被生长速率减缓,群落衰败以至大片死亡,严重地威胁到我国北方地区特别是黄土高原地区的生态环境建设,由此土壤干层及其危害才逐渐受到了人们的重视。根据影响水分性质地因素及水分动脉分布规律,初步探讨了土壤干怪的量化指标和分级,以便今后系统深入研究和解决黄土高原的土壤干层问题。     

呼伦贝尔沙地植被演替规律研究

在对呼伦贝尔沙地形成的历史背景进行系统分析的基础上,通过大量的野外调查,研究了呼伦贝尔沙地植被资源状况、特征及植被演替规律。结果表明,在过度放牧所引起的逆行演替中,固定沙地、半固定沙地和流动沙地的植物群落物种组成从31种锐减到了2种,盖度从61%降低到8%,群落的物种丰富度逐渐降低,流动沙地的物种丰富度分别是半固定沙地和固定沙地的0.25倍、0.065倍,多样性指数分别为2.464,1.584,0.554,固定沙地最大,为流动沙地的4.45倍。物种均匀度分别为0.497,0.528,0.554。流动沙地最大,是固定沙地的1.11倍。植被高度及生物量亦均呈递减趋势,优势种和建群种发生更迭,群落结构趋于简单。对不同封育年限植被进行研究,得出植被的恢复演替规律为:以沙米为优势种的一年生先锋植物群落以糙隐子草为优势种其他多年生禾草伴生的过渡型植被群落冰草 糙隐子草过渡型植被群落羊草 冷蒿亚稳定型群落,同时,土壤的结构、理化性质得到改善。     

片沙覆盖黄土坡面沙土二元结构剖面土壤物理性质变化研究

通过在陕北神木县六道沟小流域调查和采样,对比分析了典型沙土二元结构剖面沙层和黄土层的容重、颗粒组成、孔隙度、饱和导水率及水分特征曲线等物理特性。结果表明:片沙覆盖黄土坡面沙土二元结构剖面沙层和黄土层土壤物理特性变化剧烈,差异明显,尤其是颗粒组成、饱和导水率和水分特征曲线。沙土二元结构剖面土壤物理特性的显著差异导致了该类型坡面发生不同于一元结构坡面的特殊入渗、产汇流和侵蚀过程。     

不同植被类型沙地表层土壤水分变化特征

通过对沙坡头地区不同植被类型沙地土壤表层水分时空变化特征的研究表明，该区不同植被类型沙地土壤表层水分的分布均符合正态分布，降雨使表层土壤水分的空间变异性减小，空间自相关性减弱，分维数减小，空间自相关范围由干旱时的5m左右内变化扩大到几十米，土壤表层水分的空间依赖性增强；在土壤表层水分含量极低的情况下，土壤表层水分的空间变异性规律与土壤水分含量的变化规律一致；在土壤水分含量不是很低的情况下，其空间变异性与土壤表层水分含量变化趋势相反，流沙地、柠条地A、柠条地B、油蒿地、1956年人工固沙植被区土壤表层水分空间变异性与土壤表层水分含量关系发生改变的转折点，分别在土壤表层体积水分含量为1．5％，2．5％，3％，3％，4％左右。     

油蒿群落不同恢复阶段的土壤水分空间异质性及植被特征

[目的]分析沙地恢复不同阶段(流动沙地、半固定沙地、固定沙地)油蒿(Artemisia ordosica)群落的土壤水分空间变异规律以及植被响应特征,为荒漠地区植被恢复提供科学依据。[方法]利用经典统计学与地统计学相结合的方法进行分析。[结果](1)从流动沙地到固定沙地的演替过程中,土壤水分逐步减少,其空间结构呈现出明显的斑块状和条带状布局特点,同时沙地土壤水分空间异质性逐步增加,土壤水分在不同恢复阶段均表现出随着土层深度的增加,空间相关性逐渐增强的特征。(2)在沙地恢复过程中,油蒿种群的植被覆盖度、生物量、密度呈现逐渐增加的趋势,而植被特征的空间变异性则趋于减弱。(3)在流动沙地和固定沙地上,油蒿种群特征与土壤水分呈现显著负相关(p0.01)。[结论]油蒿种群的植被格局在一定程度上改变了土壤水分的空间异质性与分布格局。