毛乌素沙地东南缘不同植被盖度下土壤水分特征分析

2007年利用EC-5土壤水分探头对毛乌素沙地东南缘土壤水分进行了定位观测,分析了不同植被盖度下土壤水分的时空分布特征及土壤蓄水量的差异。结果表明:在时间尺度上,固定沙地土壤水分含量表现为:秋季>春季>夏季,半固定沙地和流动沙地土壤水分含量为:夏季>秋季>春季。在垂直方向上,固定沙地整个剖面土壤水分变化成"S"型曲线变化,半固定沙地和流动沙地土壤水分成反"S"型曲线变化。0～200cm沙层中,流动沙地土壤蓄水量最大,半固定沙地次之,固定沙地最差。     

基于MTVDI与DDI二元回归模型对毛乌素沙地腹部土壤表层水分的研究

采用温度植被干旱指数法(MTVDI)与荒漠化指数法(DDI)，利用2016年4月、9月的Landsat数据对毛乌素沙地腹部的土壤水分进行反演，并与实测的土壤水分进行对比检验，将所反演的土壤含水量图划分为4个等级，基于此分析了2个时期毛乌素沙地腹部的旱情土壤水分分布变化。结果显示：(1)4月份MTVDI指数与0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层土壤含水量的R²值分别为0.656、0.646、0.637，整体高于9月份R²值0.457、0.436、0.431，MTVDI能够较好地反映毛乌素沙地腹部土壤表层水分，且精度较高；(2)荒漠化指数DDI与MTVDI结合建立二元线性回归模型监测区域土层0~10 cm深度含水量，平均相对误差为10.95 %；(3)4月份，研究区0~10 cm表层土壤含水量5%~10%区域占总面积的53.72%以上，达到了6 256 km²，含水量偏低，需要加强当地水资源管理。     

毛乌素沙地典型县域农业生态系统耦合生产力的演变规律——以榆阳区为例

针对毛乌素沙地脆弱农业生态系统生产力的实际,选择毛乌素沙地典型县域榆阳区为研究对象,根据复合生态系统耦合理论,借助能值理论及分析方法,分析其典型区域初级生产力、次级生产力和农牧系统耦合度的演变规律。得出毛乌素沙地农业生态系统典型县域农牧耦合度的演变可划分为三个阶段:互补增效阶段、联动增殖阶段、平衡稳定阶段;榆阳区在1995年之前处于互补增效阶段,1995至2005年之间处于联动增殖阶段,2005年以后处于平衡稳定阶段。提出毛乌素沙地典型县域农业生态系统耦合的概念以及农业生态系统进化和生产潜力的解放,资源得到优化配置的方法与对策。     

毛乌素沙地南缘沙丘水分的时空分布特征

在2003年4～10月,通过对毛乌素沙地南缘沙丘0～100 cm沙层水分含量的定点观测,结果表明:不同季节水分含量为秋季＞春季＞夏季,春、秋季节为沙丘水分的积累期,夏季为水分亏缺期;沙丘水分垂直变化小,近地表水分含量低,普遍存在一层干沙层,厚度约为10～20 cm.沙丘各部位水分由高到低依次为丘间＞背风坡＞迎风坡＞丘顶,夏季由于地表出现干沙层,故迎风坡水分高于背风坡.     

高寒针茅草原植物生长季土壤水分动态变化规律

利用1999～2007年青海省兴海县牧业气象观测站0～50 cm土壤水分观测资料分析了高寒针茅草原植物生长季土壤水分的年变化、月变化和旬际变化规律及垂直分布特征.结果表明:高寒针茅草原天然草地土壤水分年际变化振荡明显,呈多波动变化,与年降水量相关关系显著;植物生长季逐月土壤水分变化曲线基本呈"M"型分布,按土壤水分月变化曲线可分为春季缓慢增墒期、春夏快速增墒期、盛夏快速失墒期、秋季快速增墒期和秋末快速失墒期5个阶段;土壤水分在20～30 cm层最大,就其垂直变化而言,0～10 cm为多变层,10～50 cm为缓变层;根据植物根系对土壤水分利用情况将土层分为根系利用层和根系微利用层;土壤水分垂直剖面的季节变化按变异系数大小可分为两个阶段,土壤水分变异系数雨季(6～9月)大于干季.     

灌丛密度对毛乌素沙地南缘沙柳生长及土壤水分动态的影响

在毛乌素沙地南缘选择不同栽植密度(0.2、0.6株/m2和0.8株/m2)的沙柳人工灌丛,对沙柳生长特征及土壤水分进行研究。结果表明:不同栽植密度沙柳的生长特征存在显著差异,沙柳株高、平均冠幅直径、地上生物量、叶片生物量和茎生物量随着栽植密度的增加呈先增加后降低趋势。不同栽植密度沙柳灌丛土壤水分动态存在明显差异,沙柳灌丛土壤含水量随着栽植密度增大呈先增加后降低趋势,在栽植密度0.6株/m2(T2)达到最大值。在毛乌素沙地生境条件下,与水资源容量相适应的沙柳栽植密度约为0.6株/m2,在该栽植密度下土壤水分含量基本上能满足沙柳的生理生态需水。     

浑善达克沙地流沙与四种主要植物群落土壤水分时空变化的研究

本文采用定位取样与烘干法,测定了浑善达克沙地流动沙地与平沙地四种主要植物群落土壤含水量的时空变化。结果表明:流动沙地与平沙地各植物群落土壤含水量在空间上由剖面上部而下可划分为水分活跃层、水分次活跃层和水分相对稳定层三层,水分活跃层的变化与其根系分布层密切相关,深根系的植物其水分活跃层分布较深。各样地土壤水分时间动态变化明显,整个生长季土壤水分干湿变化呈“S”形,土壤含水量按其季节变化可分为三个时期,4~5月降水贮存期,6月~9月中旬水分消耗期、9月下旬~10月水分缓慢恢复期。土壤水分的时空变化受立地条件、植被等诸多因子的影响,各样地因土壤机械组成和地表覆盖不同而引起水分在时间与空间上的分异。     

黄土丘陵区多次降雨补充下草灌地土壤水分空间变化规律

利用黄土丘陵区燕沟流域42场模拟降雨下土壤水分观测数据,研究2种坡度的草地、灌木地在不同经营方式(原状地、刈割地、翻耕地)下的土壤水分对模拟降雨的响应。结果表明:(1)在5次降雨补充下,依据土壤水分的标准差和变异系数,0~100 cm土壤水分受土地经营方式影响表现为:原状草灌地土壤水分可划分为活跃层、次活跃层和相对稳定层;刈割地全剖面为相对稳定层,翻耕地可分为活跃层和相对稳定层。(2)单次降雨事件则随降雨量增加,各经营方式下的水分活跃层逐渐变薄或消失,次活跃层变厚,而相对稳定层变薄,整个土壤剖面水分变化趋于一致。(3)对于受高强度降雨补充后的土壤水分变异性分层,建议采用更加灵敏的土壤水分标准差和变异系数判别标准:活跃层,标准差大于1.4%,变异系数大于12%;次活跃层,标准差1.4%~0.9%,变异系数12%~8%;相对稳定层,标准差小于0.9%,变异系数小于8%。(4)坡度越小土壤水分含量越高,坡度对草灌木地、刈割地的影响较翻耕地显著,且对50~100 cm土层水分影响远大于对表层0~50cm的影响。总之,降雨后土壤水分0~100 cm土层不断增加,且剖面土壤水分逐渐一致,土地经营方式、坡度因素对土壤水分变化强度和在不同深度土层中的表现有显著影响。     

风沙区灌溉与非灌溉紫花苜蓿地土壤水分时空变化分析

水分是干旱、半干旱地区植被建设中最重要的生态因子,而在西部干旱地区农业灌溉中,存在水资源有效利用率低、浪费严重的问题。对比分析了风沙区有、无灌溉情况下的土壤水分,结果表明:灌溉地和非灌溉地剖面内土壤水分变异系数随着土层深度的增加均呈现出降低的趋势。灌溉只对0-60 cm土壤水分有影响。4-10月灌溉和非灌溉紫花苜蓿地0-20 cm层土壤含水量呈多"W"型,20-60 cm层土壤含水量大致呈"V"型,60-100 cm层土壤含水量为平稳型,0-1m土层储水量的变化呈"V"型。土壤水分季节动态变化可划分为3个时期:土壤水分消耗期(5-6月);土壤水分积累期(7-9月);土壤水分稳定期(10月至次年4月)。灌溉制度还有待进一步研究。     

毛乌素沙地东南缘植被恢复中优势灌木的保育作用分析

以毛乌素沙地东南缘优势灌木作为保育植物,选择油松(Pinus tabulaeformis)和樟子松(Pinus sylvestris)幼苗作为目标物种,将其分别种植在开阔地和优势灌木冠层下,连续3 a统计松树幼苗的存活率和主枝生长长度,从而确定毛乌素沙地优势灌木对松树幼苗的定居是否存在保育作用。同时,测量开阔地和灌木冠层下的环境指标,揭示优势灌木保育作用产生的机理。结果表明:1优势灌木冠层下松树幼苗的总存活率显著高于开阔地(P0.05),说明优势灌木可增加松树幼苗的存活率。2在持续3 a的恢复实验期间,优势灌木对松树幼苗定居的保育作用不随时间的变化而发生改变。3优势灌木冠层下松树幼苗的主枝生长良好,并未受到抑制。4优势灌木通过改善微环境,从而对其冠层下松树幼苗的定居产生保育作用,其中改善最为明显的是光照强度和土壤湿度,其次是土壤的有机质和全氮含量。总的来说,优势灌木对松树幼苗的定居存在保育作用,保育植物技术可作为一种有效的恢复措施,应用在毛乌素沙地东南缘的植被恢复中,从而为该区植被的恢复与生态保护提供基础数据。     

景观格局分布特征的区域差异分析--以鄂尔多斯高原伊金霍洛旗为例

以内蒙古鄂尔多斯高原伊金霍洛旗为研究区域 ,以TM遥感影像解译的 1998年土地利用图为基础资料 ,将伊金霍洛旗划分为毛乌素沙地亚区、乌审凹地亚区和黄土丘陵亚区。从区域尺度 ,利用多样性、优势度、均匀度、分维数、平均斑块形状指数、平均斑块大小、斑块密度指数和斑块体平均斑块边缘等指数 ,对不同景观亚区的景观格局进行了数量分析。结果表明 ,在景观亚区这一尺度上 ,毛乌素沙地亚区一方面对该旗景观格局起控制作用 ,另一方面该亚区所承受的人类活动强度最大 ,景观的破碎化程度最深。而乌审凹地亚区的景观破碎化程度最小 ,人类活动强度最弱。从景观要素来看 ,无论哪一亚区均以天然草地为景观基质 ;不同类型斑块总的格局特点是 ,受人类影响程度愈深的斑块 ,其破碎化程度愈深 ,斑块的复杂性降低。总体而言 ,天然类型的斑块体 ,其斑块复杂性以乌审凹地亚区最为复杂 ,斑块的破碎化程度则以毛乌素沙地亚区最深 ;而人工斑块类型的变化规律在不同斑块类型之间稍有不同。     

近30年毛乌素沙区的气候与厄尔尼诺/拉尼娜事件的相关分析

本文利用毛乌素沙区 8个气象站近 30年的气象资料 ,运用MicrosoftExcel2 0 0 0和X2 检验 ,分析了该区近30年来的气候变化特点及其与厄尔尼诺 /拉尼娜事件的相关程度。研究表明 :近 30年来 ,毛乌素沙区的气候总体上呈暖干化趋势 ,降水量减少 ,降水的稳定性增强 ,气温升高 ,气温的波动性增大 ,且存在明显的区内差异 ;厄尔尼诺事件对毛乌素沙区的降水量影响程度较大 ,厄尔尼诺年降水量明显减少 ,且下一年降水量增多 ;拉尼娜事件对毛乌素沙区的气温有一定影响 ,拉尼娜年气温相对降低 ;拉尼娜年降水量略有增加趋势 ,厄尔尼诺年气温有所升高 ,但都达不到统计上的相关水平。     

科尔沁沙地乌兰敖都地区荒漠化动态监测

利用科尔沁沙地乌兰敖都荒漠化试验站的监测资料,从植被、土壤、水分、气象和沙尘暴等方面分析了乌兰敖都地区的荒漠化发展动态.结果表明:近10年内气温有暖温化趋势,但灾害天气没有明显增加;流动沙丘侵蚀最严重,沙丘平均移动速率为2.2 m/a;人工植被发展良好,但原生草场的可持续发展能力有所下降;地下水位没有明显下降趋势.目前,科尔沁沙地乌兰敖都地区土地荒漠化呈逆转趋势,整体环境有所改善.     

Interactive effects of wind speed,vegetation coverage and soil moisture in controlling wind erosion in a temperate desert steppe,Inner Mongolia of China

The rapid desertification of grasslands in Inner Mongolia of China poses a significant ecological threaten to northern China. The combined effects of anthropogenic disturbances(e.g., overgrazing) and biophysical processes(e.g., soil erosion) have led to vegetation degradation and the consequent acceleration of regional desertification. Thus, mitigating the accelerated wind erosion, a cause and effect of grassland desertification, is critical for the sustainable management of grasslands. Here, a combination of mobile wind tunnel experiments and wind erosion model was used to explore the effects of different levels of vegetation coverage, soil moisture and wind speed on wind erosion at different positions of a slope inside an enclosed desert steppe in the Xilamuren grassland of Inner Mongolia. The results indicated a significant spatial difference in wind erosion intensities depending on the vegetation coverage, with a strong decreasing trend from the top to the base of the slope. Increasing vegetation coverage resulted in a rapid decrease in wind erosion as explained by a power function correlation. Vegetation coverage was found to be a dominant control on wind erosion by increasing the surface roughness and by lowering the threshold wind velocity for erosion. The critical vegetation coverage required for effectively controlling wind erosion was found to be higher than 60%. Further, the wind erosion rates were negatively correlated with surface soil moisture and the mass flux in aeolian sand transport increased with increasing wind speed. We developed a mathematical model of wind erosion based on the results of an orthogonal array design. The results from the model simulation indicated that the standardized regression coefficients of the main effects of the three factors(vegetation coverage, soil moisture and wind speed) on the mass flux in aeolian sand transport were in the following order: wind speedvegetation coveragesoil moisture. These three factors had different levels of interactive effects on the mass flux in aeolian sand transport. Our results will improve the understanding of the interactive effects of wind speed, vegetation coverage and soil moisture in controlling wind erosion in desert steppes, and will be helpful for the design of desertification control programs in future.     

宁夏中部干旱地带中药材资源利用及保护

介绍了宁夏中部干旱带的自然与社会发展状况,分析了在该地区发展药材生产及产业化开发的优势及可能对生态环境造成的影响,阐述了在该地区进行中药材种植的试验结果,对该区药材资源开发、生态环境保护、野生药材保护的措施及发展中药材生产的运作方式等提出了若干具有前瞻性的观点。     

Effects of aeolian processes on nutrient loss from surface soils and their significance for sandy desertification in Mu Us Desert,China: a wind tunnel approach

Mu Us Desert, a region with high aeolian activity, is at extremely high risk of sandy desertification. Using surface soil samples collected from Mu Us Desert of northern China, we evaluated the effects of aeolian processes on nutrient loss from surface soils by employing wind tunnel experiments. The experiments were conducted using free-stream wind velocities of 14, 16, 18 and 22 m/s. Our results showed that the fine particles(50 μm in diameter; 12.28% of all transported materials) carrying large nutrient loadings were exported outside the study area by aeolian processes. After the erodible fine particles were transported away from the soil surfaces at low wind velocity(i.e. 14 m/s), the following relatively high wind velocity(i.e. 22 m/s) did not have any significant effect on nutrient export, because the coefficients of variation for soil organic matter, total phosphorus, total nitrogen and available potassium were usually 5%. Our experimental results confirmed that aeolian processes result in a large amount of nutrient export, and consequently increase the risk of sandy desertification in arid and semi-arid ecosystems.     

Wind-proof and sand-fixing effects of Artemisia ordosica with different coverages in the Mu Us Sandy Land,northern China

Wind erosion is a key global environmental problem and has many adverse effects. The Mu Us Sandy Land of northern China is characterized by an arid climate, where vegetation patches and bare sand patches are usually distributed mosaically, and aeolian activities occur frequently. Vegetation plays a significant role in controlling wind erosion. Artemisia ordosica is the most dominant native plant species in the Mu Us Sandy Land. It is urgent to study the wind-proof and sand-fixing effects of Artemisia ordosica in the Mu Us Sandy Land. This study analyzed the wind-proof and sand-fixing effects of Artemisia ordosica based on the field data of wind regimes, aeolian sediment transport, and surface change of Artemisia ordosica plots with four coverages (denoted as site A, site B, site C, and site D) in the Mu Us Sandy Land during the period from 1 June 2018 to 29 June 2019. The coverages of Artemisia ordosica at site A, site B, site C, and site D were 2%, 16%, 29%, and 69%, respectively. The annual average wind speeds at 2.0 m height above the ground for site A, site B, site C, and site D were 3.47, 2.77, 2.21, and 1.97 m/s, respectively. The annual drift potentials were 193.80, 69.72, 15.05, and 6.73 VU at site A, site B, site C, and site D, respectively. The total horizontal aeolian sediment fluxes during the period from 2-3 June 2018 to 6 June 2019 at site A, site B, site C, and site D were 4633.61, 896.80, 10.54, and 6.14 kg/m, respectively. Site A had the largest surface changes, and the surface changes at site B were significantly weaker than those at site A, whereas the surface changes at site C and site D were minimal. The results indicated that Artemisia ordosica significantly reduced the wind speed, drift potential, aeolian sediment transport, and surface changes. The higher the coverage of Artemisia ordosica is, the more obvious the effects of wind-proof and sand-fixing. Wind erosion would be effectively controlled in the Mu Us Sandy Land if the coverage of Artemisia ordosica is greater than 29%. These results provide a scientific basis for evaluating the ecosystem service function of Artemisia ordosica and the vegetation protection and construction projects in the Mu Us Sandy Land.     

内蒙古西部高频沙尘活动空间分布及其成因

内蒙古西部是东亚及全球重要沙尘源, 为揭示2000年以来该区沙尘活动空间分布特征及其成因，对区域地貌类型，地表沉积物组分，沙尘暴、扬沙和浮尘日数，以及大风日数等数据进行统计分析。结果表明：富粉沙、黏土组分的干盐湖与分布众多盐湖的边缘沙漠及沙地为高频沙尘活动区，如额济纳、拐子湖、腾格里沙漠南缘、毛乌素沙地西北边缘等区域；粉沙、黏土组分含量高, 而地表水分含量或植被盖度较高的地表，沙尘活动的频次较低，如河套灌区及鄂尔多斯高原东南边缘高盖度植被分布区; 地表粉尘含量较高, 且有一定盖度植被覆盖的地表，在较强风力作用下，沙尘事件也频发，如白云鄂博、乌拉特后旗等区域。综上所述，受区域大地貌背景的影响，地表沉积物机械组分、水分、植被以及风力等自然因素的空间差异，导致该区域沙尘活动发生频次具有显著的空间变异性。     

1960-2009年毛乌素沙地腹地气候变化的多重时间尺度分析——以乌审旗为例

采用一维Morlet复值小波变换对毛乌素沙地腹地1960-2009年气候变化的时间尺度特征进行了分析,结果表明:50年来,毛乌素沙地腹地年平均气温上升的气候变化倾向率为0.25℃/10a,年降水量下降的倾向率大小为11.383mm/10a;年平均气温存在着28a、13a和6a,年降水存在9a、28a、7a、5a和14a的多重时间尺度上的复杂嵌套结构,气温变化以28a尺度的周期振荡最强,降水变化以9a尺度的周期振荡最强。     

毛乌素沙地三种下垫面土壤吸湿凝结水量的比较

为探讨半干旱区不同下垫面对土壤吸湿凝结水量的影响,采用称重法研究了毛乌素沙地开发整治研究中心院内臭柏群落、油蒿群落和裸地三种下垫面土壤吸湿凝结水量的变化特征。结果表明:植被可以改变试验点的温湿度,裸露沙地凝结量小于有植物区;臭柏群落形成吸湿凝结水最多,油蒿次之,裸地最少;同一下垫面中的凝结水量,地表以上20cm处的>10cm处>地表处。