河西绿洲边缘积沙带的成因初探

甘肃河西地区经过半个多世纪的防沙治沙,在绿洲边缘形成了一条积沙带。绿洲边缘积沙带是一个新的科学问题。为了研究积沙带的形成及其与环境因子的关系,文中对河西走廊东端至走廊中西部绿洲边缘的积沙带进行了调查,运用SPSS软件进行了统计分析。结果表明:1)河西走廊东端至中西部绿洲边缘积沙带平均高12.77m,平均带宽308.48m。2)积沙带形成的沙源因素是其上风向主风方向经过沙漠的距离;积沙带形成的气候因素是年降水和年平均风速;3)积沙带的高度和宽度与其上的天然植被盖度为极显著正相关关系,但与包括人工植被的植被总盖度相关不显著。4)降水条件是决定积沙带高度的关键因子。降水通过改变土壤水分条件从而影响植被盖度,进而影响积沙带的发育。     

策勒绿洲边缘自然植被恢复重建的盖度指标

策勒绿洲位于塔克拉玛干沙漠南缘，绿洲边缘的自然植被带是保护绿洲的天然屏障，近50年来，绿洲边缘的自然植被带遭到严重破坏，绿洲生态系统受到沙漠化的严重威胁，恢复重建绿洲边缘自然植被带的限制因素是水，通过综合研究确定具备可靠防护功能的不同植被类型的盖度指标，是恢复重建绿洲边缘自然植被过程中节约用水的基础，本研究通过对策勒绿洲边缘沙物质的粒度分析，起动风速的风洞实验，绿洲边缘风速的长期测定以及不同植被类型防护效益的野外观测，确定策勒绿洲边缘不同植被类型的盖度指标为：●柽柳灌木群落盖度：≥20%；●骆驼刺草本植物群落盖度：≥30%；●花花柴草本植物群落盖度：≥30%；●芦苇草本植物群落盖度：≥30%。     

民勤荒漠区植被退化动态定位研究

白刺、沙蒿、麻黄是民勤荒漠区的主要植物种类,梭梭是当地主要固沙造林树种。定位监测表明:民勤5月下旬土壤含水率与灌木、草本植物和优势种密度及植被总盖度之间呈正相关关系。6~7月的降水量与灌木密度和植被总盖度之间呈正相关关系。5~7月的降水量和土壤水分是限制当地荒漠植被密度、盖度的关键因子。从群落类型看,深根性的麻黄和梭梭盖度比较稳定。从地貌看,流动沙丘和半固定沙丘上的植被较稳定,固定沙丘植被普遍严重退化。设置黏土沙障易形成沙面结皮,阻止降水下渗,不利于接收和保存有限的天然降水。     

植被沙障对近地表风沙流特征影响的风洞实验

植被沙障在一些地区已成为沙害防治的有效手段,其应用也越来越广泛,但对其治沙机理尚不很清楚.在盖度为10%,15%,20%,30%,40%,60%情况下,对植被沙障的防风固沙效益进行了风洞试验.实验风速设置为6,8,11 m/s,测定不同植被盖度的风速廓线特征、风沙流结构特征及其防沙效果.实验结果表明:①积沙总量随盖度增加而逐渐降低,风沙流中的砂粒分布在一定的高度范围内,但分布的高度随盖度的增加呈下降趋势;②植株的茂密程度对风沙流的结构有明显影响,盖度越高,积沙量越集中在下部;③盖度并不是导致积沙量为零的唯一指标,风蚀是否发生,还与植被的疏透度、防护林的高度等有关.     

1961-2015年河西走廊强降水的时空演变及其对植被的影响

基于1961-2015年河西走廊的降水及卫星遥感资料的分析,发现河西走廊强降水出现次数增加,1991年以来强降水出现站数明显增多、最大日降水量增多较大,河西走廊强降水的变化呈现出区域集中、强度增大的变化趋势.历年连阴雨出现站数趋势平稳,在2007年以来站数和次数均出现减少趋势,最长持续时间呈缩短趋势,但连阴雨最大雨量呈增大趋势,尤其是2000年以来,区域性连阴雨出现次数增多,最大雨量增大,连阴雨事件强度增强.年降水量和连阴雨雨量与植被中覆盖度面积主要呈正相关,与低覆盖盖度多呈负相关,河西西部连阴雨有效数据较少,东部相关性可能受到灌溉率等的影响.     

河西走廊中段荒漠植被组成及土壤养分空间分布特征

荒漠植被是河西走廊绿洲生态安全防护的重要屏障,研究荒漠植被组成及土壤养分分布特征对于荒漠—绿洲过渡带荒漠植被建设及管理有重要意义。本研究基于大量野外调查,并使用传统统计学与地统计学方法,研究了河西走廊中段及巴丹吉林沙漠南缘荒漠植被组成及土壤养分特征,并解析了其与环境因子的相关关系。结果表明：河西走廊中段及巴丹吉林沙漠西南缘荒漠区植物组成单一,多样性较低,且植物种类集中在少数科中,出现频度高的植物均为红砂(Reaumuria songarica)和白刺(Nitraria tangutorum)等典型荒漠植物。草本植物分布与年均降水量有较强相关性,研究区最南端的山丹县草本生物量达到108.01 g·m^-2,在一定年降水量区间,灌木生物量随降水增加而增加,最高值出现在靠近祁连山北坡的肃州区,为134.03 g·m^-2;降水量的增加,会显著促进草本植物的生长。研究区表层土壤有机碳、总氮、总磷含量最高,其平均值分别为2.12 g·kg^-1、0.25 g·kg^-1、0.41 g·kg^-1,...     

近20多年来西北绿洲植被指数的变化及其成因

利用NASA GIMMS 1982-2003年逐月的标准化植被指数NDVI数据集以及相关的气候资料,选黄河、河西内陆河以及新疆内陆河的典型绿洲为代表,分析了22年间各绿洲春、夏、秋季NDVI的变化和绿洲面积变化,比较了不同年代间NDVI的年变化特征,并研究了绿洲NDVI与气候和人类活动的关系。结果表明:①近22年来,各绿洲夏季和秋季NDVI均呈显著增加趋势,以夏季NDVI增加幅度最大。从地域上看,新疆塔里木盆地南侧绿洲和河西走廊绿洲各季NDVI增加较其他绿洲明显。②不同年代间各绿洲NDVI年变化较大,主要表现为年代间植被生长季NDVI的增加和NDVI峰值出现时间的改变。③近22年来,西北绿洲面积均呈现增加趋势,以河西走廊和新疆内陆河绿洲面积增加最为显著,黄河绿洲面积扩大趋势不太显著。④绿洲NDVI增加的主要原因为绿洲面积的扩大、种植结构的调整,气温的升高和降水量的增加,对绿洲NDVI增加有正效益,但降水量的变化对不同绿洲NDVI的驱动作用随着降水量在地域上的减少而变弱。     

近51年河西走廊西部极端强降水事件变化研究

利用河西走廊西部8个气象站1960～2010年的逐日有效降水(日降水量≥0.1mm)资料,研究了河西走廊西部近51a极端降水事件变化的时空分布特征及变化趋势。结果表明:在河西走廊西部只要出现中～大雨或以上降水就算极端强降水;在空间分布上,河西走廊西部极端强降水阈值自西南向东北逐渐减小,极端降水总量分布与该区域年降水量的空间分布相似,极端降水指数倾向率空间分布很不均匀;在时间分布上近51年来河西走廊西部年极端降水总量和年极端降水强度均呈显著增加的趋势,极端降水频数增加趋势不明显,极端降水指数在3～5a和10～13a周期上反映明显,在60年代极端降水指数均发生了突变。     

民勤绿洲边缘植被恢复与重建初探

干旱缺水是导致民勤绿洲边缘植被退化的根本原因,也是民勤绿洲边缘退化植被恢复与重建的关键限制因子。恢复存在着一个过去时间的参照系,要恢复民勤绿洲边缘植被到过去某一时期的状态是不可能的;提取地下水灌溉恢复退化植被只能加速植被的进一步退化;采用滴灌灌溉目前还不具备条件;集流降水也于事无补;而目前尚无抗逆性更强的植物种用以取代退化植被。目前只能做到:⑴实施封育保护,使其进入退化→自然稀疏→沙丘活化→储存降水→自然演替的过程,使其形成在现有水资源条件下的植物群落或植被;⑵破坏土壤表面结皮,储存有限降水提高沙丘水分;⑶充分利用农田边缘和渠道渗漏剩余水;⑷农业节水是根本。     

博尔塔拉河与精河流域绿洲植被盖度变化特点及其驱动力分析

绿洲是维系干旱地区人类生存、活动与发展的基本场所。探讨植被盖度在时间和空间尺度上的动态变化及由此所引起的环境效应,对合理利用绿洲国土资源具有重要战略意义。本研究利用1990年到2005年遥感数据资料,计算了博尔塔拉河、精河流域绿洲植被盖度,分析了该地区植被盖度的历史演变特征。结果显示:(1)1990~2000年期间,植被退化型所占比例最大,弃耕型所占比例最低;(2)2000~2005年期间,植被恢复型所占比例最大,弃耕型所占比例最低;(3)1990~2005年的16年间,研究区总体呈现植被恢复趋势。结果也表明:影响研究区绿洲植被盖度的主要自然因素是年降水量和年蒸发量,而人口剧增带来的水土资源开发强度增大则是主要人文因素。     

2001—2010年策勒绿洲-沙漠过渡带的变化及其成因

通过分析多年的NDVI,探讨策勒绿洲-沙漠过渡带的空间结构变化,并结合同期自然环境和人为活动情况进行讨论。结果表明：① 过渡带植被变化总体上受地下水位控制,植被由绿洲向沙漠梯度递减;其内部植被覆盖区域与裸沙地并存,植被分布呈斑块状。根据过渡带NDVI的变化,将过渡带分为单向渐变型、双向渐变型和突变型过渡带。② 2001—2010年策勒绿洲-沙漠过渡带边界变化剧烈,过渡带内边界主要受控于人为活动;过渡带外边界主要受控于自然因素。③ 虽然绿洲地下水受到持续过度开采,绿洲-沙漠过渡带不断被开垦成为耕地,但是由于封育保护,2001—2010年过渡带植被略有改善,基本上保持其自身的稳定。④ 策勒绿洲-沙漠过渡带NDVI变化趋势与年降水量的变化趋势相一致,但变化幅度相差较大。     

毛乌素沙地东南缘不同类型沙丘土壤水分分布特征

通过对横山县境内毛乌素沙地东南缘的实地考察,根据植被类型和植被覆盖度,将沙丘分为裸露流动沙丘、灌木覆盖沙丘、乔木覆盖沙丘,分别在各类沙丘不同地貌部位实施4 m深度钻孔取样,并进行含水量测试和粒度分析,研究沙地土壤含水量变化。结果表明:对于垂直方向0～4m深度的沙地、灌木和乔木覆盖沙丘平均含水量变化为:丘间洼地>迎风坡>背风坡,而裸露流动沙丘平均含水量变化为:丘间洼地>背风坡>迎风坡;不同类型沙丘在各地貌部位不同层段含水量变化差异明显,变化趋势不统一。沙丘的地貌部位相同,地表的植被类型和覆盖度差异是影响沙地土壤含水量的重要因素,测试结果显示,迎风坡含水量为:灌木覆盖沙丘>乔木覆盖沙丘>裸露流动沙丘;背风坡含水量为:灌木覆盖沙丘>裸露流动沙丘>乔木覆盖沙丘;丘间洼地含水量为:灌木覆盖沙丘>乔木覆盖沙丘>裸露流动沙丘。灌木覆盖沙丘土壤含水量变异系数最大,水分含量在不同层位波动较大,裸露流动沙丘和乔木覆盖沙丘含水量波动差异较小。沙丘上生长的灌木和乔木明显地改变了沙丘含水量的变化特征,灌木比乔木对沙丘含水量及其垂向变化的影响更显著。灌木对地表大气中的粉尘有较强的拦截能力,灌木沙丘平均的粉砂和黏土含量高,灌木的覆盖有利于沙地的土壤化进程和保持沙地水分,在沙地绿化过程中,应充分考虑灌木植物的作用。     

Response of vegetation to temperature and precipitation in Xinjiang during the period of 1998-2009

In this paper,10-day spatio-temporal response of vegetation to the change of temperature and precipitation in spring,summer,autumn and whole year during the period of 1998―2009 was analyzed based on the data of SPOT VEGETATION-NDVI and 10-day average temperature or precipitation from 54 meteorological stations in Xinjiang.The results show that the response of 10-day NDVI to temperature was more significant than that to precipitation,and the maximal response of vegetation to temperature and precipitation lagged for two 10-day periods.Seasonally,the effect of temperature and precipitation on vegetation NDVI was most marked in autumn,then in spring,and it was not significant in summer.The response of vegetation to 10-day change of meteorological factors was positive with a long affecting duration in spring,and it had a relatively short affecting duration in autumn and summer.Spatially,the 10-day maximal response of NDVI to temperature in northern Xinjiang was higher than that in southern Xinjiang.The correlation between the 10-day NDVI in whole year and the temperature in the 0-8th 10-day period was significantly higher than that between the annual NDVI and the annual temperature at all meteorological stations;the interannual change of NDVI was accordant well with the change of annual precipitation.However,the effect of precipitation within a year on NDVI was not strong.The results indicated that interannual change of temperature was not the dominant factor affecting the change of vegetation NDVI in Xinjiang,but the decrease of annual precipitation was the main factor resulting in the fluctuation of vegetation coverage.Ten-day average temperature was an important factor to promote vegetation growth in Xinjiang within a year,but the effect of precipitation on vegetation growth within a year was not strong.     

风沙侵袭影响下绿洲边缘植物群落点格局分析

以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲为研究区,运用Ripley’s K(t)函数点格局分析,研究风沙侵袭影响下植物群落结构和点分布格局的变化。风沙侵袭对植物组成种类无影响,均由骆驼刺、柽柳和花花柴组成,但自内侧向外围随着风沙侵袭强度加大,植株密度和盖度会明显降低,组成比例上从以骆驼刺为主向各种群均匀发展,并且骆驼刺的树冠面积随之显著增加,柽柳和花花柴的树冠面积显著减小。种群分布格局具有明显的尺度依赖性,3个种群在30 m的空间尺度上均以聚集分布为主,随风沙掩埋强度增加,3个种群分布类型从聚集变为随机,且聚集分布的尺度范围及聚集峰值所在尺度逐渐减小。研究区内各种群间以负关联为主,随风沙侵袭强度加大,各种群间的负关联程度及尺度范围均呈减弱趋势,最终变为不关联或部分尺度上较弱负关联。风沙掩埋的直接干扰和植物适应性及种间关联关系是种群空间格局变化的主要原因,强烈的风沙掩埋抑制了植物的生长和繁殖,促使群落退化,所以绿洲边缘的流沙深入区是过渡带建设及保护的重点区域。     

绿洲耗水对阿克苏河流域地表径流的影响

利用高分辨率辐射计获得的遥感资料提取研究区的归一化植被指数（NDVI）数据,干旱区绿洲NDVI对径流响应敏感,根据经验,NDVI>0.2区域识别为绿洲,进一步提取绿洲范围内的NDVI累计数据,将其作为以农业活动为主的人类活动综合因素,结合径流资料,分析了1982-2006年阿克苏河流域绿洲耗水和地表径流之间的关系。结果表明：1982-2006年阿克苏河流域出山径流量相对研究初期增加21.4%,同期,绿洲耗水量相对增加53.2%,绿洲NDVI累计相对研究初期增加35.3%,绿洲面积增加33.4%;阿拉尔站径流量、绿洲耗水与绿洲来水量均呈正相关,表明中游绿洲扩张消耗的出山径流量增加;绿洲NDVI累计自河道向两侧变化剧烈程度逐步加强。同时,绿洲NDVI累计整体上从绿洲边缘向绿洲内部增加趋势逐步加强;考虑绿洲降水情景,NDVI累计和绿洲面积的相关性均大于未考虑绿洲降水情景,表明降水对绿洲起到了支撑、维护作用,对绿洲面积的贡献为25.2%。对比冰川径流、出山径流和流域降水的变差系数(C_v),加上冰川径流对绿洲面积的贡献为33.4%,表明冰川径流有调节出山径流量和维持绿洲规模相对稳定的作用。     

石羊河中下游河岸带植被对地下水位变化的响应

通过对石羊河中下游河岸带的地下水位定位观测及植被和土壤水盐含量调查发现：河岸带地下水位与河床横向间距呈正相关;在长流水河段的河岸带,以植被类型、物种丰富度和植被盖度与河床间距的关系,判断河流影响地下水位距河床的范围约为130 m,但对于河岸带植被作用距河床横向间距可达500 m。在断流河段,距古河床0~200 m区间内分布河岸植物种。虽然石羊河下游断流,但河流地貌影响地下水位,有利于植物生长。调查区域内有5个植被型,12个群系和29个群丛,河岸带发育隐域植被类型。当地下水位≤2 m时,沼泽草甸发育;当地下水位3~6 m时,以芦苇、赖草和骆驼蓬为建群种的盐化草甸发育;地下水位≤14 m时,则柽柳灌丛繁茂。石羊河的径流量丰欠影响河岸带地下水位变化,河岸带植被组成、结构和分布响应地下水位埋深。
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Effect of sand-fixing vegetation on the hydrological regulation function of sand dunes and its practical significance

Soil water content is a key controlling factor for vegetation restoration in sand dunes. The deep seepage and lateral migration of water in dunes affect the recharge process of deep soil water and groundwater in sand dune ecosystems. To determine the influence of vegetation on the hydrological regulation function of sand dunes, we examined the deep seepage and lateral migration of dune water with different vegetation coverages during the growing season in the Horqin Sandy Land, China. The results showed that the deep seepage and lateral migration of water decreased with the increase in vegetation coverage on the dunes. The accumulated deep seepage water of mobile dunes (vegetation coverage<5%) and dunes with vegetation coverage of 18.03%, 27.12%, and 50.65% accounted for 56.53%, 51.82%, 18.98%, and 0.26%, respectively, of the rainfall in the same period. The accumulated lateral migration of water in these dunes accounted for 12.39%, 6.33%, 2.23%, and 7.61% of the rainfall in the same period. The direction and position of the dune slope affected the soil water deep seepage and lateral migration process. The amounts of deep seepage and lateral migration of water on the windward slope were lower than those on the leeward slope. The amounts of deep seepage and lateral migration of water showed a decreasing trend from the bottom to the middle and to the top of the dune slope. According to the above results, during the construction of sand-control projects in sandy regions, we suggest that a certain area of mobile dunes (>13.75%) should be retained as a water resource reservoir to maintain the water balance of artificial fixed dune ecosystems. These findings provide reliable evidence for the accurate assessment of water resources within the sand dune ecosystem and guide the construction of desertification control projects.     

策勒绿洲-沙漠过渡带两个建群种阻沙能力对比研究

以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲-沙漠过渡带为研究区,在区域内确定了一个100 m×500 m的骆驼刺-花花柴-柽柳植物群落样地,随机选择了67株疏叶骆驼刺和67株花花柴植株,对每株植物及其沙堆形态参数进行测量,对比分析两个建群种草本植物形态和沙堆形态特征及其相互关系与植物的阻沙能力。结果表明：两种灌草丛植物地面植株平均高度和沙堆的平均高度均相近,但骆驼刺灌丛的平均冠幅面积和冠幅体积,分别是花花柴灌丛的近1.8倍;灌丛沙堆的平均底面积和体积,分别是花花柴沙堆的近1.7倍和2.0倍。骆驼刺灌丛沙堆形态参数间的相关性明显高于花花柴沙堆,骆驼刺灌丛沙堆的底面积及体积的增长幅度较花花柴大。总体而言,骆驼刺灌丛具有更强的空间占有能力,对地表的防护作用面积大,植物个体阻沙能力强。但在两种植物生长的早期阶段,花花柴则显示出较强的阻沙性能,说明不同生长阶段两种植物的阻沙能力大小存在差异。     

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。