库布齐沙漠光伏电站内芦苇沙障的防风固沙效益

[目的] 研究光伏电站内芦苇沙障对风沙流的风速、输沙量及其沙粒分布的影响,为中国北方风沙区光伏电站沙害防治提供理论依据。[方法] 通过野外观测库布齐沙漠200 MWp光伏电站铺设芦苇沙障后的风速（20,50,100,200,310 cm）和近地表0—30 cm高度输沙量,分析风速廓线、地表粗糙度、摩阻风速、平均跃移高度、防风作用、固沙效益等指标的变化规律。[结果] ①芦苇沙障风速廓线呈对数函数分布,相关系数在0.99以上,芦苇沙障相对于裸沙地表粗糙度提高了3.47~3.79倍,摩阻风速增加了1.39~1.54倍,防风作用最大值出现在20 cm高度处,为21.72%。②总输沙量芦苇沙障仅为裸沙的6.95%,总体固沙效益为93.05%,裸沙90%以上的输沙量集中于0—8 cm范围,而芦苇沙障在此高度范围内输沙量占总输沙量的51.39%,芦苇沙障的风沙流结构有向上层移动的趋势。[结论] 铺设芦苇沙障降低了近地表风速,有效拦截了风沙流,达到了防风固沙目的,是沙区光伏电站有效的防护措施。     

库布齐沙漠新材料沙障的风速廓线特征

[目的]在库布齐沙漠杭锦旗独贵塔拉工业区测试HDPE网和植物纤维网新材料沙障防沙技术,为工程沙障对比优选提供理论支持。[方法]采用Met One 014A/024A型8通道风速风向仪(CR200X数采仪),观测沙障内20,80,150和200cm这4个高度的1min平均风速,对比分析不同材料、规格、高度的方格沙障及前沿高立式阻沙栅栏影响下的风速廓线特征。[结果](1)几种不同规格和高度的HDPE网和植物纤维网方格沙障及前沿高立式阻沙栅栏,都能显著降低近地表风速,具有良好的防风固沙效应。(2)方格沙障中心风速垂直变化幅度和变化规律,仅与沙障平面规格和外露高度密切相关,与试验材料基本无关;相同平面规格的方格沙障,外露高度越大,降风效果越显著;相同外露高度的方格沙障,小规格沙障的降风效果较为显著。(3)沙障防风固沙效益对比,需要充分考虑地貌部位、坡向、坡度、地表状况等的影响,对比观测未实施防沙措施的裸沙区对应地貌部位的输沙强度、风沙流场等因素,以便准确获取工程沙障效益参数。[结论]库布齐沙漠采用的新材料工程沙障措施具有显著的降风效应,在库布齐沙区的生态治理领域具有良好的推广前景。     

库布齐沙漠含水率对风沙运动影响的风洞模拟

采用室内分析和风洞模拟试验的方法,研究了不同风速下库布齐沙漠沙丘沙含水率对粗糙度、风速廓线和风沙流结构变化的影响。根据风洞实际动力情况,确定试验进口风速为6,8,10,12,14,16m/s;除干沙外,人工配制了含水率为0.25%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%6组不同湿度的沙样,分别开展了风洞模拟试验。结果表明,地表粗糙度随着风速的增加而增大,但随湿度的增加整体呈减小趋势;试验所包含的湿度范围内,其风速廓线均随高度呈对数分布,随风速的增大,风速廓线的对数规律越好,风速梯度逐渐减小;湿度越大输沙率随风速增加的绝对量变小,但相对量有所增加;随着湿度的增加输沙率呈整体下降趋势;不同湿度输沙率都出现随高度增加而减少的趋势,当湿度达到2.5%时,不管任何高度风蚀过程几乎停止;干沙输沙量80%集中于近地表5cm内,但随着湿度增加,5cm以上输沙率所占比重呈增加趋势,当湿度介于0.25%~1.5%时,地表5~8cm之间输沙量占总输沙率的30%以上。说明在地表含水率较高的库布齐沙漠,采用格状沙障等增加地表粗糙度的机械防沙措施能收到比西部沙漠和戈壁地区更为理想的效果,而且采用固沙措施的高度也应高于干沙地区。     

1989—2019年库布齐沙漠植被覆盖度的时空变化

[目的]探究库布齐沙漠近1989—2019年植被覆盖度的时空动态变化规律,为库布齐沙漠植被恢复及生态建设提供理论参考和基础数据。[方法]以1989—2019年每5 a为1期(共7期)的Landsat影像为数据源,结合归一化植被指数(NDVI)像元二分法模型,利用ENVI 5.3和ArcGIS 10.2分析库布齐沙漠1989—2019年植被覆盖度(FVC)时空动态变化特征。[结果](1)在时间变化上,近30 a间库布齐沙漠植被覆盖度整体呈增长趋势,平均植被覆盖度由0.104增长到0.243。在空间分布上,库布齐沙漠植被覆盖度呈现由西向东、向北增加的特征。(2)库布齐沙漠植被覆盖在1999—2004年和2009—2014年均呈现退化趋势,平均植被覆盖度分别减少0.053和0.054,退化面积分别为3 870.22和6 093.59 km~2,退化程度均以植被覆盖度减少10%～30%为主。[结论] 1989—2019年库布齐沙漠植被覆盖度总体有所改善,未来该区生态修复重点关注低植被覆盖区域。     

库布齐沙漠人工林的水源涵养能力

[目的]针对库布齐沙漠东段护林站内人工林进行林下枯落物与土壤水文功能研究,科学计算该区人工林的各项指标综合权重值,确定人工林枯落物及土壤的水文效应与水源涵养能力,为该区和相关沙区退沙还林的定向抚育提供理论指导。[方法]以库布齐沙漠鄂尔多斯造林总场内5种常见人工林为研究对象,利用野外实测与室内浸泡进行枯落物及土壤持水性能研究,采用层次分析法(AHP)与熵权法(EWM)相结合对林分水源涵养能力综合评估。[结果](1)各林分枯落物厚度介于6.56～22.2 mm,蓄积量介于1.44～13.62 t/hm²,拦蓄能力表现为：杨树旱柳混交林>杨树林>樟子松林>3 a沙柳林>8 a沙柳林。(2)枯落物的最大持水深与其干质量呈线性关系,各林分最大储存约1.36～2.04 L降水,表明枯落物最大持水能力主要取决于枯落物干重量,而树种、树龄、气象等相关因素通过影响枯落物干重量间接影响持水能力。(3)对数函数和幂函数可较好表现枯落物的动态持水量和动态吸水率。(4)随着土层深度增加,各林分土壤饱和持水率、毛管持水率与总孔隙度基本呈现下降趋势,土壤容重基本呈现上升...     

基于3S技术的库布齐沙漠抛物线形沙丘形态变化研究

以库布齐沙漠南缘典型抛物线形沙丘为研究对象,利用差分GPS实测数据,通过GIS空间插值生成DEM,提取地形因子和形态参数.利用多期高分辨率遥感影像,获取环境本底,同时结合气象数据,对抛物线沙丘形态变化进行分析.结果表明,沙丘平面形态呈U型,丘臂指向W;纵剖面上迎风坡较缓,背风坡较陡,横剖面不对称;沙丘平均移动速度为11.69 m/a;沙脊线所夹中轴线走向为WNW-ESE,与盛行风或合成输沙方向一致;油蒿灌丛分布在两翼及其间平坦地,植被盖度年均减少0.95％;在长期合成风的作用下,沙丘向前移动,两丘臂间的油蒿灌丛发生阶段性的自然恢复.     

库布齐沙漠不同发育类型人工结皮对露水凝结作用的比较研究

露水的形成是干旱、半干旱地区生态系统中重要的环境因子.以库布齐沙漠不同发育类型的人工结皮为研究对象,通过每天野外跟踪观测人工结皮的露水凝结量,比较人工结皮露水凝结量的大小及其凝结能力的差异性.试验以人工蓝藻结皮(ACC)、人工藻结皮(AAC)、人工苔藓结皮(AMC)以及自然苔藓结皮(NMC)和流沙(SS)为材料,并以绒布-平板露水测定法(CPM)为参照,试验时间为42 d.结果表明,CPM法测定的日平均露水凝结量为0.02～0.35 mm,ACC露水凝结量为0.012～0.191 min,AAC为0.032～0.230 mm,AMC为0.048~0.274 mm,NMC为0.056～0.304 mm,SS为0.003～0.083 mm.露水凝结量随结皮的发育状况而存在显著差异,露水凝结量大小依次为NMC>AMC>AAC>ACC>SS.结果还发现.人工结皮的形成明显促进了荒漠地表对露水的吸收和保持,结皮能够比沙表面凝结更多的露水,且结皮的露水千化过程比沙表面更慢.推测结皮藻丝体的发育及其胞外分泌物是结皮凝结较多露水的重要原因,同时依赖于结皮表面的微气候环境.本研究揭示了露水在维系结皮生存中的生态学意义,表明人工结皮具有较好的水土保持功能,同时有利于更好地理解生物结皮对露水的凝结机制与吸收利用情况,并为荒漠化地区有限水源条件下人工结皮利用露水等非降雨型水分进行野外生存提供重要的理论支持和试验依据.     

库布齐沙漠东缘荒漠藻人工生物结皮的光谱特性简

为了探明库布齐沙漠东缘荒漠藻人工生物结皮的光谱特性,采用HR1024地物光谱仪,测定研究区包括荒漠藻在内的主要地物光谱数据,分析内蒙古林业科学研究院达拉特旗沙漠综合科学研究站不同年份接种的荒漠藻黑色、绿色结皮及裸沙、沙打旺、油蒿、沙柳的光谱特性及其变化规律.结果表明：1）沙打旺、油蒿、沙柳3种绿色植物光谱曲线与健康植被光谱曲线相近,“红边”位置明显,但荒漠藻黑色、绿色结皮及裸沙的光谱反射率变化比较平缓.2）荒漠藻绿色结皮表现出绿色植物所具有的光谱曲线变化特点;荒漠藻黑色结皮与绿色结皮光谱反射率相比,总的变化趋势为,在350～ 710 nm波段之间,黑色结皮光谱反射率较绿色结皮高,在710～1350nm波段之间,黑色比绿色结皮的光谱反射率低.     

库布齐沙漠北缘机械沙障对地表土壤可蚀性的影响

[目的]明确机械沙障铺设对风沙区地表可蚀性特征的影响,为防沙工程中沙障的合理应用提供理论依据.[方法]采取库布齐沙漠北缘迎风坡不同年限铺设的生物基可降解聚乳酸(PLA)沙袋沙障、沙柳沙障和芦苇沙障不同坡位的土壤样品,分析了地表0-20 cm深度土壤有机质含量、土壤粒径组成和土壤可蚀性K值.[结果]①沙障铺设后利于土壤有...     

赤峰市黑里河天然油松林空间分布格局研究

在黑里河自然保护区内设立面积为1.96 hm2的固定样地,用样方法对油松林物种组成及其分布进行调查分析.为了对天然油松林的格局分布状况进行更深入、更明确的认识,运用均匀度、点格局、角尺度3种格局研究方法对样地中的主要树种的空间格局进行了分析.结果表明:乔木层中油松是优势树种.主要伴生树种有糠椴、蒙古栎、色木槭和白桦.各主要伴生树种均为集群分布.油松种群在1～65 m的尺度上呈聚集分布,当尺度大于65 m时呈随机分布.油松幼树和小树为聚集分布,油松大树为随机分布.3种分析方法分析结果一致.3种方法在格局检验上各有优势.研究可为以后的种群格局研究在方法选择上提供参考.     

新疆艾勒逊乌拉沙漠沙丘表层沉积物粒径及分形特征

[目的]对新疆艾勒逊乌拉沙漠表层沉积物粒度特征进行研究,旨在了解其地表沉积物粒度特征及影响沉积物粒度分布的因素。[方法]对沙漠及沙丘表层沉积物粒度进行粒级划分,并对粒度参数、分形维数分析。[结果](1)研究区表层沉积物平均粒径为284.63μm,中砂为主,占48.93%;偏度为-0.18,呈负偏,距沙源近,搬运介质动力强;分选系数为1.10,分选性极好;峰度值为1.01,属常峰态,沉积物颗粒分布较均匀。(2)流动性沙丘和半固定沙丘表层沉积物偏度值分别为-0.13和-0.08,分别呈负偏、中等,两类沙丘粗砂砾较多;分选系数分别为1.66和1.76,均呈中等,沉积物粒度分布较均匀;峰度值分别为1.10和1.12,为常峰态和较窄峰,说明沙丘的粗颗粒沉积物在沙漠中相对集中。(3)流动性沙丘和半固定沙丘从迎风坡底到背风坡底表层沉积物的粒度平均粒径值依次分别为289.58,310.44,290.92,277.64,275.36μm和310.34,306.68,337.78,290.36,277.68μm,两类沙丘粗颗粒沉积物均集中在迎风坡。半固定沙丘迎风坡粗颗粒沉积物含量高于流动性沙丘迎风坡粗颗粒...     

科尔沁沙地固定沙丘土壤氮素空间分布特征研究

为了研究固定沙丘土壤N素空间分布特征,选择以栽植小叶锦鸡儿25年后的固定沙丘为研究对象,从迎风坡、顶坡和背风坡3个位置4个层次(0～5、5～10、10～20和20～40 cm)进行取样分析.研究结果表明:全N、NO_3~--N和NH_4~+-N含量均随着土层加深而呈现出减少的趋势,0～5 cm土层显著高于其他各层.表层土壤受凋落物的影响较大,从而相对于深层土壤来说积累了更多的N素.全N、NO_3~--N和NH_4~+-N含量在不同坡位间存在显著差异(p＜0.01):全N和NO_3~--N含量在迎风坡较高,而NH_4~+-N含量在背风坡较高.丛下全N、NO_3~--N和NH_4~+-N的含量显著高于丛间(p＜0.01).土壤电导率与全N、NO_3~--N、NH_4~+-N含量呈显著正相关,而pH与NO_3~--N、NH_4~+-N含量呈显著负相关,NO_3~--N、NH_4~+-N的富集降低了土壤pH值.小叶锦鸡儿的栽植对沙土改良具有重要意义.     

古尔班通古特沙漠半固定沙垄表面风速变化规律研究

于2007年春季(风季),利用DETI可移动测风系统对古尔班通古特沙漠半固定沙垄进行实地观测,系统研究沙垄表面2m高度气流速度变化规律,发现坡脚风速、入射角和坡面形态对其有显著影响。在大气呈中性稳定的条件下,风速由迎风坡脚至丘顶逐渐加速,在垄顶达到最大,至背风坡的中上部剧烈降低,此后又逐渐恢复。垄顶风速随坡脚风速的增大而线性增大。在相同风速条件下,大角度入射时迎风坡的风速增加幅度和背风坡的风速降低幅度均明显高于小角度入射的情形,可见入射角的大小控制着沙垄表面风速的变化幅度。地形对风速变化的影响在于,在缓而长的坡面上,迎风坡风速放大率较短而陡的坡面要大,当短而陡的坡面作为背风坡时,风速的降低则较缓长的坡面更为剧烈。对古尔班通古特沙漠半固定沙垄表面风流速度变化规律进行研究,将有助于理解半固定沙垄表面的蚀积过程和动态,为科学防沙治沙提供理论依据。     

Impact of protection and free grazing on sand dune vegetation in the Rajasthan Desert,India

In the Thar (Rajasthan) Desert of India, sand dunes and sandy plains dominate the landscape. Livestock raising and marginal land cultivation are the main occupations. Owing to the high growth rates of human and livestock populations and a decrease in pasture area and its primary productivity, these lands bear acute grazing pressure. Average rainfall is low and vegetation growth is restricted to the short rainy season of two to four months duration. Often there are years of lower than normal rainfall. In these circumstances, fenced areas, established to stabilize formerly active sand dunes, are increasingly opened to grazing to prevent high stock mortality during droughts. This study was conducted in four fenced and one open site, representative of the region's different vegetation types and grazing pressures. The impact of 2 and 5 per cent free grazing pressure on protected sand dune vegetation density and cover was tested in the two fenced sites. The vegetation data for grazed sites are compared with those for the two ungrazed fenced (protected) and one unfenced (open) site subjected to unlimited grazing pressure throughout the year. The vegetation sampling was carried out by the qaudrat and line-transect method before and after grazing from November 1984 to October 1986. It shows a significant reduction in the density and cover of many palatable species and an increase of unpalatable plants. The effect of vegetation degradation is greater in the unfenced area. The low grazing pressure on the fenced sand dunes sites can still cause drastic changes in the vegetation density and cover. Protection resulted in reduced sand erosion and enhanced growth of palatable plants in the fenced sites under similar climatic and edaphic conditions to the unfenced sites. The grazing pressure in the unfenced areas remains high to extreme during the year, due to low land productivity and high feed demand. The regeneration rate is very slow under the constant (3rd to 5th degree) overgrazing. Low intensity grazing pressure on the fenced sites during droughts can cause heavy utilization and mortality of palatable vegetation.     

荒漠-绿洲过渡区灌丛沙包的蒸散特征及模拟

 利用长期的观测与试验数据,采用波文比-能量平衡法对甘肃民勤荒漠—绿洲过渡区柽柳、白刺灌丛沙包和裸露流动沙丘的蒸散特征与变化规律进行分析,探讨蒸散量与气象因子的关系,在此基础上,应用土壤-植被-大气连续体（SPAC）的耦合数值模式,对不同植被灌丛的蒸散过程进行模拟。结果表明:在蒸散日进程中,有植被覆盖的柽柳沙包和白刺沙包的蒸散率峰值出现时间比流动沙丘早12h,且日最大蒸散速率大小顺序为,柽柳沙包（0.24mm/h）>白刺沙包（0.20mm/h）>流动沙丘（0.18mm/h）;柽柳沙包和白刺沙包在7—9月的蒸散量最高,分别占各自生长期耗水量的69.3%和65.4%;影响荒漠—绿洲过渡区灌丛植被蒸散的主要气象因子为日照百分率、气温、空气饱和差以及风速等,它们与日蒸散量的斜率关联度分别为0.717、0.643、0.649和0.705;SPAC耦合数值模式能够模拟不同植被覆盖度下灌丛植被蒸散的变化趋势,模拟值与实测值基本一致,具有很好的稳定性和可靠性。     

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。     

古尔班通古特沙漠不同地貌部位生物结皮的选择性分布

新疆古尔班通古特沙漠是我国最大的固定和半固定沙漠，其间广泛发育着以地衣植物为主的生物结皮，是除种子植物以外的固定沙面的重要生物因子。研究表明，生物结皮的分布对地貌部位有较强的选择性，生物结皮的不同发育阶段种类组成亦有较大的差别。沙垄顶部为流动或半流动沙丘，主要以微生物种类分布为主。沿沙垄顶部向两侧坡间延伸，开始出现发育较弱的藻结皮，脆而极易破损。从坡上部至坡中部出现发育充分的藻结皮，具有一定的抗机械能力，并在局部微地形凸起部位有地衣植物出现。沿坡中部至坡下缘部，逐渐开始发育有良好的地衣结皮。同时，在蛇麻黄等低矮灌木群落下已经发育有苔藓结皮。丘间低地是生物结皮最为丰富的部位，苔藓植物除分布于低矮灌丛下外，还在灌丛间形成面积不等的纯群，与发育良好的地衣结皮镶嵌分布。     

沙柳沙障对沙丘沙粒度组成与特征的影响

为揭示沙柳沙障对沙丘沙粒度组成与特征的影响,以库布齐沙漠流动沙丘为对照,以设障2a、7 a沙丘为研究对象,通过野外取样与室内激光粒度仪测试相结合的方法,研究流动沙丘与设障沙丘不同部位表层(0 ～5 cm)与下层(5 ～ 10cm)粒度特征的变化规律.结果表明:1)库布齐沙漠沙以细沙和中沙为主,3类沙丘各层次间的黏粒体积分数无差异,其他粒径体积分数均表现为流沙与设障2 a沙丘差异不显著,均与设障7 a沙丘差异显著.2)3类沙丘各层次的粒度参数差异性变化一致,平均粒径Mz和偏度SK表现为设障7a沙丘＞流动沙丘＞设障2a沙丘,分选系数σ和峰态Kg则为设障7a沙丘＞设障2a沙丘＞流动沙丘;3类沙丘各层次的分选性随设障年限延长而变差,偏度由近对称变为呈正偏分布,峰态Kg值逐渐增大.3)3类沙丘各粒度参数在不同部位的变化不尽一致.除设障2a沙丘外,流动沙丘、设障7a沙丘表层各部位的Mz差异显著,下层则相反;3类沙丘表层与下层各部位的σ和SK差异显著;除设障7a沙丘外,各部位的Kg差异明显;随设障年限的增加,粒径变细,分选系数逐渐变差,偏度和峰态增大.     

西部地区荒漠生态系统空间分析

土地荒漠化是困扰人类发展的主要问题一，荒漠生态系统是荒漠化地区可持续发展的基础。以资源环境数据库中的植被空间分布信息为本底，结合最新的调查和遥感资料，利用地理信息、遥感技术和统计手段，对中国荒漠生态系统的空间分布格局进行了详细的分析。中国的荒漠生态系统可以分为5个基本类型，15类生态系统，在海拔、经向和纬向的分布上都存在一定的规律性。在研究各类荒漠生态系统空间分布特征的基础上，分析了荒漠化生态系统的总体特征。     

基于空间分布的草原化荒漠地区红砂种群水分利用策略研究

[目的]研究区域尺度上荒漠灌木水分适应与分布格局相呼应关系,揭示干旱半干旱地区植物种群对环境响应的过程与机理,为深入理解植物与环境协同进化规律提供依据。[方法]采用点格局分析方法和氢氧稳定同位素示踪技术,分析了红砂(Reaumuria songarica)种群的空间分布格局、水分利用策略。[结果](1)在完全空间随机零模型下,红砂种群在<3 m尺度内均匀分布,在>32 m尺度内聚集分布,种群内部生态关系由竞争向促进转变;消除生境异质性后,种群在>30 m尺度下呈现随机分布,种内生态关系呈现减弱的趋势。红砂种群空间分布格局的形成过程中生境异质性在大尺度上起到了重要作用。(2)随着多年平均降水量的减少,红砂种群的水分利用深度由0—20 cm加深到60—100 cm;红砂种群的密度与多年降水呈现极显著负相关(p<0.01),样地的植被盖度变化主要受草本盖度影响,红砂植被盖度变化不显著。[结论]随着多年平均降水量的减少,红砂种群的分布格局受环境异质性影响。通过增加植株密度,红砂可以利用更深层的土壤水分适应环境胁迫。