毛乌素沙地东南缘全新世气候不稳定性

毛乌素沙地处于中国季风区的西北边缘,对气候变化敏感,是古气候演化和古环境变迁研究的理想场所。全新世气温回暖期,气候整体稳定但存在暖湿冷干的次级波动,不同类型沉积相组成的地层序列记录了全新世千年、百年尺度的气候不稳定性。对毛乌素沙地不同沉积序列的研究表明:(1)毛乌素沙地东南缘的沙漠/黄土边界带DLT、NB剖面粒度及Rb/Sr比值可作为气候变化的代用指标。>63 μm砂含量增加,Rb/Sr比值降低,揭示东亚冬季风增强,风成砂堆积,风沙活动加剧,气候干冷;反之,东亚夏季风增强,降水增多,风化成壤程度加大,气候暖湿。(2)毛乌素沙地东南缘沙漠/黄土边界带及低洼沟谷区年代概率密度函数的分析显示,全新世早期~8\^5 ka BP风成砂堆积,风沙活动加剧,气候表现为干冷;全新世中期8\^5 ka~3\^0 ka BP地势较高处古土壤广泛发育,地势低洼处发育湖沼相/泥炭层,但在6.0 ka BP左右存在气候转冷过程;全新世晚期3\^0 ka BP以来气候波动频繁。(3)毛乌素沙地气候变化与北大西洋冰筏冷事件、董哥洞石笋、季风边缘区湖泊、东部沙地等记录具有可对比性和相对一致性,反映出全新世千年和百年尺度上的气候变化主要受全球变化的影响,这对预测和模拟未来气候变化具有借鉴意义。     

热处理对沙漠边缘土壤腐殖酸荧光性质及其与Cu(Ⅱ)络合作用的影响

利用Penman-Monteith公式和常规气象资料计算和分析中国北方半干旱典型沙区(科尔沁沙地、浑善达克沙地和毛乌素沙地)50多年来主要气象要素和潜在蒸散量的变化趋势及其原因。 结果表明,自20世纪50年代以来,北方半干旱典型沙区年平均气温均呈上升趋势,年降水量均呈波动变化特征,但年平均风速呈明显下降的趋势。浑善达克沙地年潜在蒸散量随时间呈现显著增加趋势,科尔沁沙地年潜在蒸散量随时间呈现小幅的增加趋势,但毛乌素沙地年潜在蒸散量随时间呈现微弱的下降趋势。偏相关分析显示,毛乌素沙地潜在蒸散量与日照时数和风速呈显著的正相关,与平均温度呈显著的负相关;浑善达克沙地和科尔沁沙地潜在蒸散量与年平均温度显著正相关,但与日照时数无显著相关性。因此,毛乌素沙地日照时数减少和风速降低有可能是区域潜在蒸散量近几十年呈现减少的主要原因,科尔沁沙地和浑善达克沙地潜在蒸散量变化可能主要受温度的影响。     

陕西横山L2以来风沙/黄土沉积序列的粒度端元特征及其环境意义

受气候振荡的影响,沙漠边界多次往复摆动,在地层中留下了黄土、古土壤与古风成沙的迭覆沉积。通过传统粒度参数和端元分析模型方法对陕西横山HS剖面L_2以来风成沙—沙质黄土—沙质古土壤所蕴含的粒度成分、相应的沉积信息和沙地进退进行探讨。结果表明:HS剖面粒度组成不同于黄土区,以极细砂(31.07%)、细砂(30.20%)和粗粉砂(23.38%)为主,具有大小混杂的宽粒级范围的明显特征。因此在黄土区具有全球古环境意义的粒度指标未必适合本区,运用参数化端元分析模型对本区粒度指标进行分离,以期得到适宜本区的气候环境指标。其中,端元1(EM1)的众数粒径为8.93μm,反映了西风环流的信息;端元2(EM2)的平均粒径为32.82μm,很大程度上间接指示东亚冬季风强度的变化;端元5(EM5)的平均粒径为235.46μm,是极强冬季风或强风暴的替代性指标,其含量反馈当时冬季风的强烈程度。由此,研究认为陕西横山自L_2以来发生了5次沙地扩张和3次沙地后退事件,其中风成沙层为强烈冬季风环境引发毛乌素沙地扩张时堆积的;而冬季风强度大为减弱时,沙丘迁移被沙尘堆积所取代,形成沙质黄土层;古土壤层是在冬季风相对萎缩时发育的。冰期形成的风成沙层对目前区域沙漠化存在不可忽视的潜在威胁,保护全新世形成的土壤层是防治区域沙漠化的重要措施。     

半干旱典型风沙区植被覆盖度演变与气候变化的关系及其对生态建设的意义

中国北方四大沙地（毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地、呼伦贝尔沙地）是半干旱地区荒漠化发展的典型地区和荒漠化防治的重点区域。分析四大沙地植被覆盖度的时空演变规律及其对气候要素的响应机制,对保护北方生态脆弱区的生物多样性与生态安全具有重要意义。基于1998—2018年SPOT-VEGETATION的植被覆盖度指数（NDVI）数据,结合相应气候资料数据分析发现：四大沙地NDVI年际波动较大,毛乌素沙地和科尔沁沙地植被覆盖度总体趋于好转态势,分别有75.22%和42.06%的面积植被得到改善,而浑善达克沙地和呼伦贝尔沙地植被覆盖度呈非显著下降趋势,其发生植被退化的面积比例分别为60.04%和51.4%。结合极端气候指数分析表明,呼伦贝尔沙地NDVI与持续湿润指数（CWD）的正相关系数最高（r=0.429）,而浑善达克沙地NDVI与持续干旱指数（CDD）的负相关系数最大（r=-0.264）,表明呼伦贝尔沙地和浑善达克沙地植被分别对持续湿润和持续干旱事件响应最为敏感。基于不同沙地的植被变化驱动分区,建议在毛乌素沙地非气候驱动区域继续实施禁牧封育和飞播造林技术,而在气候驱动区域主要采取封育措施;在浑善达克沙地实施生态移民和“以地养地”模式;对科尔沁沙地的疏林草原应采取严格的封育措施;在呼伦贝尔沙地要坚持生物措施与工程措施相结合,形成“外围封禁、边缘治理、内部发展”的生态发展格局。     

中国季风边缘区全新世沙地演化及其驱动机制研究进展

中国季风边缘区全新世沙地演化和气候变化自东向西具有明显差异性。东部科尔沁沙地、中部毛乌素沙地呈现典型三段式沙地演化过程，西部共和盆地呈现多阶段多反复的沙地演化特征。东部科尔沁沙地、中部毛乌素沙地气候变化也呈现三段式，西部共和盆地由于地域特征气候变化相对复杂。全新世气候突变事件对各区产生差异影响。太阳辐射强度控制的亚洲季风环流和有效湿度变化影响沙地演化过程。     

东部沙区表土有机质和速效养分与风沙环境关系初探

东部沙区表土有机质、速效养分含量普遍较低。按照库布齐沙漠、毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地的次序,有机质和速效K含量逐渐增大,这种分布格局与区域风沙环境性质、风沙活动方式密切相关;各沙漠/沙地内部,表土有机质和速效K含量分别与植被盖度、颗粒平均粒径、分选系数之间存在较好的相关性。速效N和速效P含量未表现出上述变化规律。可见有机质和速效K含量对风沙环境的变化较为敏感,因而其在表土中的再分配可以在一定程度上反映局地风沙环境的变化,而速效N和速效P对风沙环境的指示意义不明显。东部沙区表土有机质、速效N及速效P含量普遍高于西部沙区,而速效K含量明显偏低。     

陕西榆林柳树峁剖面L3与S3层位粒度端元特征与古环境研究

本文选取榆林市横山区柳树峁剖面,对其第3层黄土(L₃)、第3层古土壤(S₃)层位粒度数据进行分布特征分析和参数化端元分析,以此探讨沉积动力及其所代表的环境特征。结果表明：柳树峁剖面L₃、S₃层位粒度组成以粗粉砂(42.65%)和极细砂(32.40%)为主,中值粒径为47.11μm。剖面L₃、S₃层粒度数据可分为4个端元：EM1组分(众数粒径7.42μm)为大气中长期存在的、经过远距离携带搬运的细粒组分,EM2(众数粒径43.66μm)和EM3(众数粒径76.43μm)组分是由冬季风或沙尘暴所携带的近源组分,EM4(众数粒径161.20μm)组分为风成沙,物源来自于北部的毛乌素沙地,该组分含量变化可作为指示强冬季风或强沙暴的替代性指标。柳树峁剖面记录了L₃黄土沉积时期存在1个极冷期、2个冷期和1个较暖期,S₃古土壤发育时期存在2个暖期和1个冷期。同时,剖面也记录了L₃、S₃     

哈尔滨黄土的粒度与地球化学特征及其对粉尘物源的指示

哈尔滨黄土位于欧亚黄土带的最东端，对它的风尘物源研究是深层次理解风尘堆积与区域构造-地貌-气候变化耦合关系的关键。然而，对哈尔滨黄土地球化学组成的研究尚未开展，对其性质还存在认识上的不统一。为此，我们研究了哈尔滨天恒山剖面L₁黄土层的粒度和地球化学组成，并对其化学风化和物源等展开讨论。为了示踪哈尔滨黄土的物源，我们还对东北沙地（浑善达克沙地、科尔沁沙地、呼伦贝尔沙地和松嫩沙地）进行了表土采样和地球化学分析。结果表明：哈尔滨黄土不含细砂组分（125~250 μm），含有极细砂组分（63~125 μm，4.8%~10.5%），粉砂（4~63 μm）和黏土组分（<4 μm）占绝对优势，分别占73%~82%和12%~18%；粒度模式为三峰态分布（众数分别为36~40、8~10 μm和0.8 μm），与黄土高原典型黄土的粒度分布模式一致，但明显粗于黄土高原中部黄土。哈尔滨黄土经历了初级的化学风化过程，具有较低的成熟度和再循环历史。单靠地球化学方法不能很好地确定哈尔滨黄土的物源，但整合的方法（包括粒度、元素和同位素组成、MDS和PCA统计方法以及自然地理要素等）很好确定了哈尔滨黄土有一个混合源，松嫩沙地松花江水系沉积物为哈尔滨黄土提供了主要的粉尘贡献，浑善达克沙地和科尔沁沙地为哈尔滨黄土提供了部分细颗粒粉尘。     

库姆塔格沙漠东南缘BL剖面粒度记录的全新世快速气候事件

地质历史过程中全新世时期是一个温暖湿润的间冰期气候过程,中间出现过多次变冷或变干的快速气候事件。BL剖面位于库姆塔格沙漠东南缘,是一典型的风成砂黄土沉积地层,沉积厚度约350 cm。通过沉积地层光释光测年和沉积物粒度变化分析,结果显示：（1）BL剖面沉积的年代始于8.3 ka,处在全新世早期;（2）区域干旱气候条件下,反映冬季风的代用指标则以粗端组分含量为主,BL剖面沉积物平均粒度受到颗粒粗端的影响较大,对比3个不同粗颗粒组分含量所指示的古气候变化,选用>110 μm的沉积物颗粒组分含量作为冬季风研究的替代性指标,具有较好的指示意义;（3）剖面粒度对全新世中晚期的6次气候快速变化过程均有不同程度的记录,其特点是对全球性冷事件敏感性较强,对干旱事件响应较弱。对库姆塔格沙漠地区全新世气候过程的研究,可为极端干旱区域气候对全球气候变化过程的响应提供一定借鉴。     

赣北黄茅潭湖泊沉积记录的240年以来古洪水事件

古洪水研究是近几十年来全球变化研究的一个热点,同时也是难点。本文利用赣北黄茅潭的湖泊沉积,建立了小冰期以来全球变暖背景下的区域洪水记录。采用²¹⁰Pb和¹³⁷Cs方法厘定了地层年代,基于粒度与元素地球化学指标的对比分析,揭示了器测记录(1950年)以来指标记录的特点与区域日降水超过50 mm天数的关系,认为黄茅潭HMT-01孔粒度(包括粗粉砂+砂/粘土比值、平均粒径)和Zr/Rb、Ti/Rb、Zr/Fe比值可作为洪水指标记录,共识别出1950-2010年期间记载的13次洪水事件中的11次。基于这些指标记录及指标特点,共识别1769-1950年间由历史文献记录的31次洪水事件中的23次,识别率达74.2%。研究表明：①湖泊沉积中Zr/Rb、Ti/Rb、Zr/Fe比值和粒度参数(平均粒径、粗粉砂+砂/粘土)作为洪水指标,对洪水事件沉积有较好的指示作用,且Zr/Rb比值对洪水事件的检出率较高;②黄茅潭流域洪水发生频率暖期高于冷期;③年代际尺度上,1820s-1840s,1860s-1870s为19世纪冷期黄茅潭洪水高频期,这两个阶段对应东亚夏季风偏强,长江中下游地区降雨较多;20世纪赣北黄茅潭洪水基本随1920s-1940s,1980s-1990s两个变暖阶段而高频出现,与长江中下游大洪水演变特点基本一致。研究结果为利用湖泊沉积记录反演过去的洪水变化,延长洪水序列、认识洪水规律提供了一定的科学依据。     

科尔沁沙地风沙沉积物磁学特征及其古环境意义初探

选取位于科尔沁沙地东北缘的六户屯剖面风沙沉积物为研究对象,进行系统的磁学特征和粒度分析。结果表明：六户屯剖面磁性矿物含量较少,磁学性质主要受亚铁磁性磁铁矿控制,并含有少量赤铁矿和针铁矿,磁性矿物粒度较细,以稳定单畴和超顺磁颗粒为主。沉积物中磁性矿物的粒度分布受风力大小与成壤强度的影响,单畴颗粒相对含量随风力的增强而增加,随土壤发育程度的增强而减少,χARM/χlf和χARM/SIRM可以指示冬夏季风的相对强弱。六户屯剖面磁性矿物粒度主要受冬季风强度及其动力分选作用的控制,磁性矿物粒度与沉积物总体粒度呈反相关;但在某些层位,夏季风影响下的成土过程对其改造作用不容忽视。成壤过程中形成的超顺磁颗粒是磁化率增强的主要因素,单畴颗粒对土壤发育适宜期磁化率的增加贡献相对较弱。     

Sedimentary cycles of trace elements in Salawusu River Valley since 150 ka BP

The paper makes some analyses on 11 trace elements in the Milanggouwan stratigraphical section in the Salawusu River valley, which is regarded as a prototype geology-palaeoclimate record since 150 ka BP. The results show that the content and variation of trace elements has experienced remarkably regular changes in the pace with coarse and fine sedimentary cycles of palaeo-aeolian sands to its overlying fluvio-lacustrine facies or/and palaeosols. The trace elements with chemical properties of relatively active (V, Sr, Cu, Ni, As) and relatively stable (P, Pb, Rb, Mn, Nb, Zr) are a manifestation of the corresponding 27 changeable cycles between peak and valley values, appearing a multi-fluctuational process line of relative gathering and migration since then. The low numerical value distribution of these two types of trace elements in the aeolian sand facies represents erosion and accumulation under wind force during the cold-dry climate. Whereas their enrichments in both fluvio-lacustrine facies and palaeosols are related to the valley’s special low-lying physiognomic position between the Ordos Plateau and the Loess Plateau under the warm and humid climate conditions. The above relatively migrated and gathered change of the trace elements is the result of 27 climatic cycles of cold-dry and warm-humid, which is probably caused by repeated alternations of winter monsoon and summer monsoon in the Mu Us Sandy Land influenced by the climate vicissitudes in northern hemisphere during glacial and interglacial periods since 150 ka BP.     

毛乌素沙地风沙环境变化研究的理论和新认识

作为地球环境系统的重要组成部分,沙漠和沙地对气候变化响应敏感。沙漠沙地的环境变化关系到区域的可持续发展,并且通过一系列反馈作用,会影响区域与全球的气候环境。位于中国北方中部的毛乌素沙地是全球中纬度地区的典型沙地,其环境变化与全球其他沙漠沙地具有相似性和同步性。中国学者对毛乌素沙地风沙环境变化的研究开展较早,在国内外有重要的影响。本文系统梳理了该方面的相关研究,围绕“风沙环境变化的过程与机制”这一核心问题,总结学术界在毛乌素沙地晚新生代形成发展、晚第四纪扩张与多旋回变化、全新世中期固定以及晚全新世沙丘再活化等方面取得的重要进展,尤其是获取了毛乌素沙地不同阶段风沙环境变化的关键证据,并据此提出“构造—轨道尺度上沙地形成与变化的全球温度变化驱动”“千年—百年尺度沙丘系统的非线性响应”等新的理论认识。未来应继续加强沉积证据的积累、新测试手段的拓展应用、基于过程分析的精细重建、数值模拟与预测等研究,着力探究风沙环境变化的动力学机制、人与干旱区环境复杂系统的耦合关系以及各圈层的互馈作用,这对于自然地理学学科传承、交叉学科的融合发展以及地球系统科学的理论构建都具有深远意义。     

高精度光释光测年揭示的晚第四纪毛乌素和浑善达克沙地沙丘的固定与活化过程

利用光释光测年技术对毛乌素沙地和浑善达克沙地7个地点的沉积剖面进行了年代测试,结合地层特征,获得了最近60kaBP以来两个沙地沙丘固定与活化时间的年代学控制60kaBP以来毛乌素沙地的固定期分别为距今37.71ka、8.54ka、8.32ka、7.93ka、7.77ka、7.57ka、7.39ka和2.39ka以后;活化的时间分别为距今57.08ka、52.50ka、13.65ka、13.13ka、7.20ka前后、2.39ka以前和0.29ka以来。在10.97kaBP、10.04kaBP、9.81kaBP和8.67kaBP前后沙地处于气候干湿交替时期。全新世期间,浑善达克沙地在距今8.74～8.72ka、7.79ka前后,沙丘活化;5.69kaBP、4.25kaBP、2.75kaBP、1.53kaBP和0.71kaBP前后,沙丘处于相对固定阶段,0.15kaBP以来,沙丘处于半固定状态。晚第四纪气候千年至百年尺度的变化可能是两个沙地沙丘活化与固定的主导因素。     

粒度和磁化率记录的毛乌素沙地东缘全新世气候变化

通过对毛乌素沙地东缘大柳塔剖面地层沉积物粒度及磁化率特征的分析，结合光释光测年结果，探讨了毛乌素沙地全新世气候变化。结果表明：（1）剖面沉积物粒度组成以中砂、粗砂为主，古土壤中黏粒组分含量高（3.32%），风成砂中几乎不含黏粒组分（0.01%），粒度参数的平均粒径M_z和分选系数σ也表现为古土壤高值、风成砂低值；（2）磁化率在全剖面呈有规律的变化，低频、高频磁化率在古土壤中呈高值，湖沼相、弱成壤次之，风成砂最小；低频磁化率χ_lf与黏粒（<2 μm）含量、平均粒径M_z呈显著正相关，垂向剖面上变化规律一致，指示了相似的气候环境意义；（3）毛乌素沙地在10.39 ka BP附近存在明显的3次冷干-暖湿气候波动；10.39~9.34 ka BP，气候冷干，风沙活动盛行；9.34~8.68 ka BP，冬季风衰退，夏季风增强，成壤作用强烈；8.68~8.29 ka BP，气候寒冷干燥；8.29~2.72 ka BP，气候整体温暖湿润，在6.55~3.80 ka BP达到鼎盛后转向冷干；2.72~1.34 ka BP，冬季风占主导，沙丘活化，沙漠扩张；1.34 ka BP至今，逐渐接近现代气候。毛乌素沙地的全新世气候变化是东亚冬、夏季风此消彼长作用下全球气候变化的区域响应。     

Limited change in dune mobility in response to a large decrease in wind power in semi-arid northern China since the 1970s

The climatic controls on dune mobility, especially the relative importance of wind strength, remain incompletely understood. This is a key research problem in semi-arid northern China, both for interpreting past dune activity as evidence of paleoclimate and for predicting future environmental change. Potential eolian sand transport, which is approximately proportional to wind power above the threshold for sand entrainment, has decreased across much of northern China since the 1970s. Over the same period, effective moisture (ratio of precipitation to potential evapotranspiration) has not changed significantly. This “natural experiment” provides insight on the relative importance of wind power as a control on dune mobility in three dunefields of northern China (Mu Us, Otindag, and Horqin), although poorly understood and potentially large effects of human land use complicate interpretation. Dune forms in these three regions are consistent with sand transport vectors inferred from weather station data, suggesting that wind directions have remained stable and the stations adequately represent winds that shaped the dunes. The predicted effect of weaker winds since the 1970s would be dune stabilization, with lower sand transport rates allowing vegetation cover to expand. Large portions of all three dunefields remained stabilized by vegetation in the 1970s despite high wind power. Since the 1970s, trends in remotely sensed vegetation greenness and change in mobile dune area inferred from sequential Landsat images do indicate widespread dune stabilization in the eastern Mu Us region. On the other hand, expansion of active dunes took place farther west in the Mu Us dunefield and especially in the central Otindag dunefield, with little overall change in two parts of the Horqin dunes. Better ground truth is needed to validate the remote sensing analyses, but results presented here place limits on the relative importance of wind strength as a control on dune mobility in the study areas. High wind power alone does not completely destabilize these dunes. A large decrease in wind power either has little short-term effect on the dunes, or more likely its effect is sufficiently small that it is obscured by human impacts on dune stability in many parts of the study areas.     

萨拉乌苏河流域MGS1层段粒度与CaCO3记录的全新世千年尺度的气候变化

 毛乌素沙漠东南缘萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面MGS1层段含有11个由古沙丘砂与河湖相或古土壤构成的沉积旋回。通过对该层段粒度和CaCO3的分析,发现其河湖沼相和古土壤的平均粒径、分选系数、偏度和峰态的值明显高于古沙丘砂;CaCO3含量在古沙丘砂及其上覆的河湖相和古土壤中依次变化于0.07%~0.32%（平均值为0.16%）、0.05%~1.50%（0.27%）和0.06%~1.42%（0.64%）,并与平均粒径呈显著相关（相关系数0.8）;构成与沉积旋回波动韵律相同的11个峰谷交替的粒度和CaCO3旋回,指示了全新世气候冷、暖的变化过程和东亚冬夏季风千年尺度交替变化的气候旋回。这些旋回中的冬季风主导时期可与北大西洋8 200、5 000、4 000、2 700、1 400 a BP等寒冷事件进行对比,和中国若干地点的气候波动具有良好对应关系,可能表明全新世东亚季风在全球大气、海洋、陆地和全球冰量变化的共同作用下,表现为干冷冬季风和暖湿夏季风的相互交替的千年尺度的气候变化特征。     

毛乌素沙地现代沙丘沙的粒度特征及其意义

对毛乌素沙地不同类型41个现代沙丘的沙粒度分析结果表明,流动沙丘沙主要由细沙和中沙组成,平均粒径为2.17 Φ;固定-半固定沙丘沙的主要粒级是细沙和极细沙,平均粒径为3.09 Φ。流动沙丘沙平均粒径整体自西北到东南减小,而分选性总体表现为中等-较好,无明显空间变化规律。概率累计曲线和粒度特征参数散点图表明,毛乌素沙地沙丘沙以跃移搬运方式为主,存在着就地起沙和就地堆积的可能。平均粒径和分选性空间变化规律的差异,是在频繁强烈的风沙活动环境下物源和大气环流共同作用的结果。