白刺灌丛沙堆形态与沉积特征

白刺灌丛沙堆在我国西北干旱区分布广泛,但对其的研究程度较低.选择沙漠、戈壁和荒漠草地三种生境下发育的白刺灌丛沙堆,通过典型样方(100 m×100 m)调查和采样分析,探讨了沙堆形态、沉积物特征及其控制因素.在三个样区,沙堆总底面积和总体积从小到大依次为戈壁、沙漠、荒漠草地,沙堆密度从小到大的顺序为荒漠草地、沙漠、戈壁,表明植物生长状况和沙源是控制沙堆单体规模的主要因素.沙堆形态参数之间的相关分析结果显示,在三种生境下沙堆水平尺度与高度之间存在良好的二次多项式相关,且目前的沙堆尚处在垂向增长阶段.灌丛沙堆沉积物粒度组成以细砂为主,其粘土、粉沙和粗砂含量均少于丘间地,表明灌丛沙堆沉积物属短距离风力搬运、分选产物.沙堆表层沉积物平均粒径由迎风坡脚至背风坡脚趋于变细,由沙堆顶部垂直向下至底部趋于变粗但变化不明显.     

浑善达克沙地锦鸡儿属(Caragana)灌丛沙堆形态特征研究

灌丛沙堆在维持草地生态功能和土地沙漠化过程中扮演着非常重要角色。浑善达克沙地分布着众多灌丛沙堆,其中以锦鸡儿属(Caragana)灌丛沙堆最为典型。选择不同沙漠化程度(轻度沙漠化、中度沙漠化、重度沙漠化、严重沙漠化)沙地上的锦鸡儿属灌丛沙堆,进行野外调查和灌丛沙堆形态指标测量,对比不同沙漠化程度沙地上锦鸡儿属灌丛沙堆的形态特征,分析灌丛和沙堆形态参数间的关系及其影响因子。结果表明:(1)不同沙漠化程度沙地灌丛沙堆大小不同,总体表现为灌丛沙堆规模从严重沙漠化、重度沙漠化、中度沙漠化到轻度沙漠化逐渐减小的特点,轻度和中度沙漠化沙地的灌丛沙堆形态在水平面上的垂直投影类似椭圆形、形状类似半椭圆球体,重度和严重沙漠化沙地的灌丛沙堆形态在水平面上的垂直投影类似不规则棱形、形状类似四棱锥体,沙堆形态的主要影响因素可能与沙源丰富度有关。(2)不同沙漠化程度沙地上的锦鸡儿属灌丛的各形态参数呈显著相关,重度和严重沙漠化沙地上的锦鸡儿属灌丛沙堆形态参数间的相关系数比中度和轻度的更高,总体上灌丛沙堆长轴、短轴和沙堆高度之间协同发展。(3)轻度和中度沙漠化沙地上的锦鸡儿属灌丛沙堆的长轴、短轴与高度间呈幂函数关系,表明灌丛沙堆还存在较大发展空间,重度和严重沙漠化沙地上灌丛沙堆的长轴、短轴与高度间呈二次函数关系,表明灌丛沙堆已经发育成熟,且易因根系水分供应不足等导致灌丛向衰亡方向发展。     

柽柳灌丛沙堆及丘间地蚀积分布随背景植被变化的风洞实验

以塔克拉玛干沙漠南缘沙漠-绿洲过渡带广泛分布的柽柳灌丛沙堆及丘间地植物为原型,依据风沙运动相似理论,制作背景植被盖度依次为0%、4%、10%、16%和26%五组灌丛沙堆模型,在风洞中进行蚀积变化规律模拟实验。结果表明：柽柳灌丛沙堆及丘间地蚀积分布可划分为6个区域,依次为沙堆前积沙区、沙堆迎风坡风蚀区、沙堆两侧风蚀区、沙堆背风侧涡流积沙区、沙堆后尾流积沙区和不受沙堆影响区。随着指示风速增大,沙堆前积沙区和尾流积沙区范围缩小而沙堆两侧风蚀区面积明显增大。随着背景植被盖度的增大,沙堆前积沙区和尾流积沙区范围增大而沙堆两侧风蚀区范围明显减小。灌丛沙堆及丘间地整体风蚀面积比、风蚀率、各分区蚀积强度均呈指数规律递减。背景植被盖度为0%时,灌丛沙堆影响区风蚀率明显高于不受沙堆影响区,说明裸露地表条件下灌丛沙堆的存在会加剧地表风蚀;当背景植被盖度为4%~16%时,灌丛沙堆影响区风蚀率均低于不受沙堆影响区,可见丘间地植被存在可使灌丛沙堆起到一定的防风阻沙作用。当背景植被盖度>16%时,柽柳灌丛沙堆及丘间地整体蚀积强度和风蚀率变化趋于平稳。据此认为维持不低于16%的背景植被覆盖,是沙漠-绿洲过渡带柽柳灌丛沙堆科学保育的关键。     

不同气候区灌丛沙堆形态及土壤养分积累特征

灌丛沙堆是干旱、半干旱区绿洲边缘常见景观类型,在绿洲风沙防护及生物多样性保护方面有重要意义。本文对中国西北干旱区不同气候区常见的柽柳（Tamarix chinensis）、泡泡刺（Nitraria sphaerocarpa）和柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）灌丛沙堆形态和养分积累特征进行了对比研究。结果表明：柽柳灌丛沙堆高度、面积和体积显著高于泡泡刺和柠条锦鸡儿灌丛沙堆,泡泡刺灌丛沙堆高度、面积和体积最小。3种灌丛的存在都显著增加了沙堆土壤有机质含量,使灌丛沙堆成为“肥岛”,其中柽柳灌丛沙堆“肥岛”效应最明显。柽柳灌丛沙堆土壤有机质、全碳、全氮和凋落物含量显著高于泡泡刺和柠条锦鸡儿灌丛沙堆。主要原因是柽柳枝条茂密,拦截面积大且凋落物量大,因此沙物质拦截和养分积累能力强于其他两种灌丛。另外,不同气候区沙源和气象条件的差异也可能导致灌丛沙堆形态及养分累积特征不同。     

沙质草原灌丛沙堆研究综述

灌丛沙堆是干旱、半干旱及半湿润荒漠地区风沙流遇到灌丛阻拦而堆积形成的一种地貌形态。普遍的研究表明灌丛沙堆是伴随人类不合理的土地利用和环境的变化而出现,是土壤风蚀和土地退化的标志,也是沙漠化的一种表现形式。灌丛沙堆在我国分布范围很广,但目前研究还不够深入。笔者主要阐述了国内外对灌丛沙堆形态、沉积物、演变及其环境意义等几个方面研究所取得的进展及其存在的争议,并提出了灌丛沙堆研究的发展趋势,以期引起国内对灌丛沙堆研究的关注。     

干旱地区灌丛沙堆研究现状与展望

从灌丛沙堆的形成演变、形态特征及其空间格局、表面气流特征及其风蚀堆积平衡、表面植被生态生理特性及其对降水和地下水的响应、土壤理化性质和保育措施等几个方面进行综述。认为目前灌丛沙堆研究只是针对某一区域或多个区域的静态研究,对灌丛沙堆演化过程中的形态、气流、土壤以及植被等因素的变化特征及其相互作用研究不足,难以解释灌丛沙堆的演化机制及其影响因素。同时灌丛沙堆研究过于强调其作为土地退化的指示,而忽略了其在退化生态系统中的重要生态功能,不利于干旱和半干旱区的生态环境恢复。今后的研究应该加强对灌丛沙堆演化过程中的土壤、植被、水分的变化特征及其不同影响因素之间相互作用过程的研究,深入探讨灌丛沙堆在干旱半干旱退化生态系统中的积极作用。基于以上基础数据和理论依据,对灌丛沙堆的保育措施进行探索,找出合理的灌丛沙堆保育措施。     

荒漠草原带沙源及灌丛对灌丛沙堆形态的影响

灌丛沙堆是干旱区一种典型的景观类型,经常出现在靠近流沙地带。在地处荒漠草原带的宁夏盐池北部的流沙边缘就发育有典型的白刺(Nitraria tangutorum)灌丛沙堆。本文对不同沙源距离和灌丛生长状况下的白刺灌丛沙堆形态特征进行了研究。结果表明:荒漠草原带白刺灌丛沙堆的高度0.2～4.8 m,90.05%的高度小于3.0 m;体积0.11～805.17 m³,6.08%的体积小于150 m³;面积0.86～333.3 m²,72.26%的小于50 m²。灌丛沙堆长轴长和短轴长、高度和面积、高度和体积、面积和体积间都存在很好的幂函数关系,随着灌丛沙堆高度的增加,其面积和体积也增加。沙源对白刺灌丛沙堆的分布特征有显著影响,灌丛沙堆的高度、面积和体积和沙源距离都有很好的抛物线形关系。白刺灌丛的生长状况对灌丛沙堆的形态特征也有明显的影响,即白刺灌丛生长状况越好,灌丛沙堆的高度、面积和体积也增大。     

新疆和田河流域灌丛沙堆风洞流场的实验研究（Ⅰ）

灌丛沙堆是一种重要的风积地貌类型,风力、沙源、植物是影响灌丛沙堆发育的主要因素。依据风沙运动实验相似理论,以新疆和田河流域实测的灌丛沙堆数据为基础,按40∶1的比例缩小制作成无植被“灌丛沙堆”模型,在风洞中选用区间在6~14 m\5s-1的5组不同风速分别对沙堆模型作纯气流模拟实验流场观测,探讨在不同风力作用下灌丛沙堆表面的流场结构变化特征。模拟实验表明,气流在半球形沙堆迎风坡下部受到正面风压影响有较明显反射涡流,丘顶具有高速气流风蚀区域,而圆锥形沙堆迎风坡气流均匀爬坡加速,背风坡涡流强盛,因此两者在无沙情况下的纯气流流场结构特征、沙堆形态动力平衡特点有较明显差异。     

民勤荒漠绿洲过渡带白刺灌丛沙堆演化阶段及其空间格局

通过野外调查,分析了民勤荒漠绿洲过渡带不同地下水位埋深的3个白刺灌丛沙堆样方内灌丛沙堆水平投影面积与高度的关系、灌丛沙堆的空间分布及空间自相关关系,确定各个样方白刺灌丛沙堆的演化阶段,并分析了地下水位、沙源及植被生长对灌丛沙堆发展的影响。结果表明,白刺灌丛发育阶段灌丛沙堆的水平投影面积和高度之间为线性关系;稳定阶段白刺灌丛沙堆高度与水平投影面积为幂函数关系;退化阶段白刺灌丛沙堆高度和水平投影面积为二次函数关系。不同演化阶段白刺灌丛沙堆的空间自相关尺度为5 m,且3个样方之间自相关尺度没有显著差异。     

柽柳灌丛沙堆三维流场随背景植被变化的风洞实验

以塔克拉玛干沙漠南缘沙漠-绿洲过渡带广泛分布的柽柳灌丛沙堆及丘间地植物为原型,依据风沙运动相似理论,制作5组背景植被盖度灌丛沙堆模型,在风洞中进行风流场变化规律模拟实验。结果表明:柽柳沙堆三维流场结构可划分为6个区域,即沙堆前减速区、沙堆迎风坡加速区、沙堆两侧急流区、沙堆背风侧强涡流区、沙堆后尾流恢复区和沙堆上空混合加速区。灌丛沙堆对流场结构影响范围为沙堆前10H到沙堆后14H区段,旁侧影响宽度不超过沙堆宽度的3/4,垂直方向上主要影响灌丛沙堆总高度相对应的下方区域,最大不超过灌丛沙堆总高度的2倍。风速变化不构成对流场结构的影响,但背景植被变化对流场结构影响明显。随着植被盖度增大,沙堆前减速区和沙堆后尾流恢复区范围扩大,两侧急流区和背风侧涡流区范围缩小。背景植被的出现明显降低了其所在高度层的风速,柽柳沙堆各分区地表加速率均随背景植被盖度呈指数规律下降,当植被盖度在16%时加速率变化趋于平缓。从维护绿洲安全的角度出发,根据风沙动力学原理可将16%视为灌丛沙堆科学保育中可能的临界背景植被覆盖值。     

南昌厚田沙地沉积物的粒度特征及其影响因素

厚田沙地是亚热带湿润地区的典型风沙化土地,分析不同地貌部位沉积物的粒度特征,有助于探讨其分布规律与影响因素。结果表明：厚田沙地沉积物主要由中沙和粗沙组成,平均粒径为1.28 Ф,分选性较差,呈正偏和窄峰态分布,整体表现为距赣江越远,细颗粒含量增多,粗颗粒含量减少,平均粒径逐渐变细。不同地貌部位沉积物的粒度特征存在较大差异：迎风坡风力作用强劲,侵蚀强烈,导致细颗粒较少、平均粒径较粗,表层相对20 cm深度更粗;背风坡由于风力涡旋而沉积较多细颗粒,平均粒径较细,表层相对20 cm深度更细;前丘顶与平沙地不仅受到风力侵蚀,也是人工活动强烈区,导致平均粒径变化较大,但大部分表层比20 cm深度更粗。     

新疆策勒绿洲-沙漠过渡带地表沙物质理化性质空间差异

植被盖度、地形等会对荒漠区风沙土壤理化性质产生影响.对策勒自流沙前沿沿主风向到绿洲边缘的柽柳沙堆顶部、流动沙丘顶部、裸露平沙地3种地貌部位表面沙物质理化性质分析,结果表明:流动沙丘顶部沙物质平均粒径3.47～2.6 Φ,明显粗于裸露平沙地和柽柳沙堆顶部沙粒,从流沙前沿到绿洲边缘沙物质有细化趋势,流沙前沿平沙地上沙粒平均粒径比绿洲边缘裸露平沙地沙粒平均粒径粗0.44 Φ;在空间上沙物质分选系数差异不大,分选性都为中等偏上-中等;平沙地和流动沙丘顶部沙粒偏度为-0.06～0.06,相对于平均值分布近对称.柽柳沙堆顶部沙粒偏度分布在0.05～0.25,大都属于极细偏;流动沙丘顶部和平沙地沙粒都表现为中等峰态,柽柳沙堆顶部沙粒大多表现为窄峰态.柽柳沙堆顶部大部分沙物质pH为酸性,其余地貌部位沙粒都表现为碱性,3种地貌单元含盐量与地形高低关系较密切.不同地貌部位地表沙物质总盐量表现为:柽柳沙堆顶部 > 裸露平沙地 > 流动沙丘顶部,流动沙丘顶部沙粒含盐量最少,越靠近绿洲柽柳沙堆顶部沙粒总盐量愈高.     

新疆策勒沙漠-绿洲过渡带不同下垫面地表蚀积变化特征

沙漠-绿洲过渡带天然植被具有良好的防风阻沙效益,对绿洲内部农田起到重要生态保护作用。在新疆策勒沙漠-绿洲过渡带流沙地、半固定沙地、绿洲边缘固定沙地6个不同植被覆盖度样地风蚀、风积变化观测基础上,结合地表风速数据,探讨流沙地、半固定沙地、固定沙地不同植被覆盖度和地形下地表风蚀风积变化特征及其影响因素。结果表明：流沙地表现出较强烈的地表风蚀;半固定沙地整体表现出强烈的地表风积;固定沙地上植被覆盖度越高、植株越高和排列方式越均匀、整体地势越低,单位面积风积量也就越大、风蚀量越小,风蚀主要发生在灌丛沙堆的上风向、侧翼、背风风向的裸低凹沙地表面,较高沙堆侧翼的地表风蚀量最大。植被覆盖度与单位面积风蚀量呈多项式或指数函数关系递减,植被覆盖度与单位面积风积量不呈函数分布,说明除了植被覆盖度外,植株类型、高度、排列方式、地形等都会对地表风积量产生一定影响。     

Dynamics of nebkhas superimposed on a parabolic dune and their effect on the dune dynamics

We report here on a bare barchan dune in Israel that converted over the last 60 years to a shrub-covered parabolic dune due to changes in land use. Thirty nebkhas (sand mounds) that were formed by sand trapped around shrubs growing on the dune were monitored during winter of 2004–2005. The rates of erosion or deposition were measured at five points in the nebkhas by erosion pins. All nebkhas were shown to undergo erosion or deposition activity. Nebkhas on the windward slope of the dune experienced primarily erosion. Those on the lee slope grew slowly by the light accumulation of sand. The largest nebkhas were found on the dune crest; they built up through the accumulation of sand that was eroded from the windward slope. There were no significant differences between the rates of erosion/deposition of the five study points placed in each nebkha. However, there were significant differences between the rates of erosion/deposition of the nebkhas on the three dynamic segments of the dunes (windward, crest and lee). A change in dune dynamics was observed by the emergence of shrubs on the crest. These shrubs trapped sand and increased the crest height. The sand trapped on the crest was not deposited on the lee side. In that case, the dune becomes narrower, higher, with a concave shape (of the windward slope), during the transformation from a barchan to a parabolic dune.     

Distribution and Characteristics of Nitraria sphaerocarpa nebkhas in a Gobi habitat outside an oasis in Hexi Corridor region, China

Nitraria sphaerocarpa Maxim., a typical desert plant which often appears in nebkha form, is widely distributed along the periphery of oasis in arid regions of Northwest China, and plays an important role in desertification control around oases. In this paper, the characteristics and distribution patterns of N. sphaerocarpa nebkhas were investigated in a Gobi environment outside an oasis. Results shows that about 200 N. sphaerocarpa nebkhas per hectare was recorded and total sand sediments was 25 m³/ha. Nebkhas vary in size, and the mean height (H) and horizontal composition (L) were 15 cm and 80 cm, respectively. There exists a significant linear relationship between H and L, suggesting that the investigated nebkhas are mostly in the growth stage. The numbers, height and sand deposit of nebkhas decreased with increasing distance away from the oasis. Grain-size analysis indicates that the mean grain size of sediments at the crests of nebkhas increased with increasing nebkha height. Organic C and total N concentrations were related to the mean grain size. It was concluded that N. sphaerocarpa shrubs are efficient horizontal sand traps for wind-driven sediments. A better understanding of the development of nebkha can provide information for the design of biological sand control measures around oases in arid regions.     

我国亚热带湿润地区风沙化土地的水分状况及化学性质——以江西省新建县厚田地区为例

厚田拙区的风沙化土地以风成沙丘、沙质风蚀坑、波状片状沙地、蔓荆子沙堆及河流沙质沉积阶地交错分布。河流沙质沉积阶地含量大于76.40%, 表层高达87.78%, 为该区土地风沙化提供了丰富的沙物质来源, 属潜在的风沙化土地。在河流沙质沉积阶地上形成的风成沙丘、波状片状沙地为严重的风沙化土地。文中以河流沙质沉积阶地及风成沙丘进行了水分状况及化学性质的对比分析, 以示由潜在的类型发展为严重风沙化的风成沙丘时, 水分条件, 养分、微量元素及矿物全量的分异情况。     

中国东部沙区表层沉积物粒度特征

通过分析中国东部沙区表层沉积物粒度特征及其与风力、植被覆盖的相关性,探讨了东部沙区现代风沙沉积环境及其区域差异性。结果显示:东部沙区各沙漠/沙地粒径级配相对一致,均以细沙、中沙为主,粒度分布整体呈单峰形态,中等分选,粒度分布和分选性均与西部沙区有较大不同。风力和植被覆盖状况的差异决定了各沙地所处的风沙环境性质和风沙活动强度不同,导致东部沙区表层沉积物粒度特征存在明显的区域差异性。其中,库布齐沙漠粒度特征与该区风蚀、搬运、堆积过程频繁交替的风沙活动方式密切关联;呼伦贝尔沙地粒度特征反映了风蚀主导的风沙环境;科尔沁沙地、浑善达克沙地,毛乌素沙地粒度特征和风沙活动方式相对复杂,与这3个沙地内部风蚀主导区和沙尘沉降主导区镶嵌分布的格局有关。东部沙区表层沉积物平均粒径和分选系数均与沙地年均风速和植被总盖度双因素之间具有显著的非线性相关性。     

浑善达克沙地春季风沙活动特征观测研究

通过野外实验观测和室内分析整理的方法,对浑善达克沙地不同程度沙漠化土地的春季风沙活动特征进行了研究。结果表明：输沙率随风速增加成非线性增大;相同风速下,随着土地沙漠化程度的增加,输沙率成指数式增加;春季由于植被高度有限,覆盖度小于10%与覆盖度大于25%的沙地,对风场的响应,表现出明显不同的风沙流结构;不同程度的沙漠化土地上,发生风蚀搬运的物质组成也明显不同;研究区春季影响风沙活动的因素,主要是土地沙漠化程度,降水的迟早以及残存的灌木与多年生草本植物的多少等。     

基于倾斜摄影技术的戈壁灌丛沙丘形态反演及其对粉尘释放研究的意义

灌丛沙丘是广泛分布于西北干旱区的风沙地貌。戈壁上发育的灌丛沙丘在戈壁沙尘释放和固沙能力方面具有重要的指示意义和应用价值。本研究采用倾斜摄影技术对戈壁上的灌丛沙丘形态特征进行观测和提取,并分析沉积物特征,计算戈壁灌丛沙丘的固沙能力,为沙尘释放研究提供依据。结果表明:(1)戈壁上发育的灌丛沙丘有明显的空间分布格局,即主要分布在干河床的两侧和地势低洼地区。(2)戈壁灌丛沙丘在形态上和其他地表灌丛沙丘类似,但沙丘的长度、宽度、底面积、体积等小得多,而且参数之间具有明显的相关关系。(3)沉积物的累积概率曲线表现为三段式,跃移组分的粒度范围(50~700 μm)明显与以往研究不同。沙丘内部和表层的粉沙和黏土含量分别为4.47%和5.24%,从而说明灌丛沙丘能够捕获戈壁上释放的粉尘物质。(4)戈壁地区单个灌丛沙丘的粉尘释放量约0.05~0.08 m³,固沙能力最大可达18.71 m³。