腾格里沙漠南缘沙层含水量与水分平衡研究

为了揭示腾格里沙漠沙层含水量和水分运移及平衡等科学问题,对甘肃民勤和宁夏中卫不同沙丘进行了含水量研究。结果显示,腾格里沙漠南缘沙层含水量空间变化明显,在垂向上分层清楚,水平方向上流动沙丘的含水量高于半固定和固定沙丘, 沙漠东南缘沙层含水量明显高于西南缘。甘肃民勤沙层含水量高值层段出现在剖面中上部;宁夏中卫毛管水带之上沙层含水量较高,指示沙层水分来自大气降水。研究区沙层水分主要以薄膜水的形式存在,在降水较多的沙漠东南缘出现了沙漠区极少出现的高含量薄膜水。该区沙层水分具正平衡特点,属于沙层水理性质决定的沙漠地区特殊的水分正平衡,这能够较好地解释极端干旱的沙漠区湖泊较多和地下水资源较为丰富的原因。论文还提出了研究区水分运移的两种模式。     

巴丹吉林沙漠高大沙山区沙层含水量与水分来源探讨

为了查明巴丹吉林沙漠高大沙山区沙层含水量、水分来源等问题,于2009年5月大沙山区进行了15个5 m深钻孔的采样研究。结果表明,巴丹吉林沙漠高大沙山区干沙层分布深度比降水较多地区干沙层分布深度大,湿沙层含水量比降水多的地区低,指示该区的湿沙层含水量一般小于2%是当地气候条件下的正常现象。该区沙层水分主要以薄膜水的形式存在,并具有向下运移的特点,表明完全有可能成为湖水和地下水的来源之一。高大沙山区沙层含水量空间差异明显,洼地含水量最高与平地含水量较高,是大气降水向地下入渗的渠道。高大沙山区厚度小的干沙层的存在表明该区沙层水分受蒸发作用影响深度小,这能够有力促进大气降水通过入渗转化为地下水,这是在极端干旱气候条件下大气降水有可能入渗到达地下水位并成为湖水来源的主要原因。该区水分具有正平衡的显示,这是沙层水分入渗快和受蒸发作用影响深度小造成的,属于沙层水理性质决定的水分正平衡。     

沙层水分小尺度地域分异特征 —— 以沙坡头沙区为例

水分是沙漠地区生态环境的限制因子,研究沙漠沙层水分分布规律对在沙区种植人工植物进行固沙有显著指导意义。通过对沙坡头沙区两个典型流动沙丘不同坡向、不同部位以及两个洼地进行采样,研究该区水分平衡与小尺度水分分异特征与规律,结果表明：（1）流动大沙丘顶部沙层水分含量一般在1.00%以下,中部水分含量一般在1.00%—2.00%,底部水分含量一般在2.00%—3.00%,均以薄膜水形式存在。洼地沙层2.0—3.0 m左右深度有饱和重力水甚至地下水出现。（2）流动大沙丘的迎风坡沙层水分高于背风坡,沙丘水分含量均是底部最高,中部次之,顶部最低。（3）沙坡头区沙层水分属于快速入渗型水分正平衡,洼地或平坦地段是大气降水向下入渗的主要渠道。     

彰武县阿尔乡围封沙地的地貌特征及土壤调查

调查结果表明,彰武县阿尔乡围封沙地按地貌特征可分为五种地貌类型:即流动沙丘、半流动沙丘、固定沙丘、风蚀洼平地和丘间低地。五种地貌类型上的植物组成、植被覆盖率、土壤养分特征和土壤颗粒组成都具有明显差异。土壤调查结果表明:风沙土的土壤剖面特征是沙层深厚,没有明显的剖面层次。腐殖质层薄,表面有沙压层存在;土壤水分特征是水分含量低,蓄水能力差,没有底墒;土壤养分特征是有机质含量低(0 . 13 %～1 .0 1% ) ,全氮含量低(0. 0 480 %～0 . 0 913 % )。土壤有机质含量、全氮含量具有相同的规律性:即固定沙地>半流动沙地>流动沙地;土壤颗粒组成特征是砂粒含量高(79. 97%～95. 5 3 % ) ,粘粒含量低(3 . 3 7%～9. 83 % )。粘粒含量分布规律为:固定沙地>半流动沙地>流动沙地,砂粒含量分布规律为:流动沙地>半流动沙地>固定沙地     

腾格里沙漠民勤沙丘CO_2浓度与昼夜变化规律研究

为查明沙漠区CO2浓度和对大气CO2的影响以及在全球碳循环中的作用,利用红外CO2监测仪于2009年9月对腾格里沙漠民勤实验点不同类型不同深度的沙层CO2含量变化进行了昼夜连续观测.根据12个钻孔CO2浓度的昼夜观测结果可知,民勤沙漠区不同观测点CO2浓度差异较大,各观测点昼夜CO2浓度变化在310×10-6～2 630×10-6之间;夜间沙层CO2浓度低,白天CO2浓度高;CO2浓度在深度上也有明显的差异,不同深度CO2浓度由大到小的顺序是:4 m(3m)2 m1m;与温带半湿润的西安地区相比,位于极端干旱区的民勤沙漠区CO2浓度显著低;CO2浓度昼夜变化明显,从当日09:00左右到次日09:00左右均呈现由低到高再到低的变化规律;在沙层水分一定的条件下,昼夜温度变化是造成沙层CO2浓度昼夜变化的主要原因,两者呈显著正相关关系;含水量较高沙层CO2浓度明显高于含水量较低沙层,沙层含水量高低是决定沙层CO2浓度的主要因素;4 m深度以上沙层CO2浓度均高于地表空气CO2浓度,表明极端干旱的沙漠区可能是CO2的来源区,也指示环境恶劣的裸露流动沙丘微生物活动产生的沙层CO2浓度仍然超过了大气CO2浓度.     

红碱淖流域不同土地覆盖类型土壤理化性质特征

该文以半干旱荒漠区典型湖泊红碱淖为例,分析水分减少引起流域土地利用/覆盖类型发生变化进而对土壤理化性质特征产生的影响。结果表明,红碱淖湿地流域土地利用类型呈现以湖泊为中心由盐碱沼泽向沼泽化草甸、草地、草原化沙地、沙地变化,土壤粉粒和黏粒含量减少,砂粒增加,土壤含水量降幅19.17%~82.20%。与盐碱沼泽相比,沼泽化草甸、草地、草原化沙地、沙地土壤有机质含量分别下降了7.73%、32.01%、52.32%、53.42%;全氮含量分别下降了2.05%、4.46%、31.56%、34.15%;全磷含量分别下降了34.82%、36.80%、31.40%、47.25%。深层土壤有机质、全氮、全磷含量在不同土地覆盖类型中差异更明显。土壤有机质、全氮和土壤全磷含量与土壤粒度存在显著相关关系。     

刈割利用对封育沙地土壤水分的影响

在腾格里沙漠南缘长期封育沙地区,通过一个生长季的定位观测,分析研究全刈割和刈割一半两种利用强度对封育沙地土壤水分生态的影响,结果表明：在天然植被围栏封育区和人工种植+围栏封育区,全刈割、半刈割处理下的土壤含水量与对照间均存在显著差异。植被对土壤水分的消耗量随着刈割利用强度的增加而减小,封育沙地0～80cm各层的土壤含水量总体上具有随刈割利用强度的增加而增大的变化趋势;在3-7月份沙地土壤水分逐步降低的过程中,全刈割处理、半刈割处理与对照间土壤水分含量的差异较大,而在7-9月份沙地土壤水分逐步回升的过程中,不同利用处理间土壤水分含量的差异则显著减小;不同利用强度下封育沙地土壤水分随深度增加均表现为先增加后降低的变化趋势,在0～30cm土壤层,离地表越近,土壤含水量越低,而在30～70cm土壤层,则表现为随深度增加而快速下降的趋势。不同强度的刈割处理与对照间各深度层的土壤含水量差异大多都表现为：全刈割处理﹥半刈割处理﹥不刈割处理。表明刈割利用对封育沙地土壤水分生态具有一定的调节改善作用。     

沙地水分研究现状

沙地水分的研究状况,很大程度代表人类活动与自然环境间相互关系中的许多典型问题。本文简要介绍沙地水分研究现状。     

不同水分条件对蜈蚣草修复砷污染土壤的影响

采用室内盆栽实验研究了不同土壤含水量(绝对含水量10%~60%)对蜈蚣草的生物量、砷富集及蜈蚣草和土壤中砷的形态的影响.结果表明,土壤含水量35%~45%的范围内蜈蚣草的修复效率显著高于其他处理,可达到4.48%~5.00%.在此水分区间内,植物细胞的质膜透性较小且植株的生物量较大.蜈蚣草地上部和地下部的最大干重出现在45%的含水量下,分别为2.95 g·plant-1和11.95 g·plant-1.适宜的水分条件利于蜈蚣草吸收和累积土壤中的砷,35%的含水量下植株地上部和地下部的砷含量可分别达到307.3 mg·kg-1和218.6 mg·kg-1,而总砷累积量在40%的含水量下达到峰值2.81mg·plant-1.将土壤含水量控制为35%~45%,还可提高蜈蚣草地上部中As(Ⅴ)的还原效率,促进了蜈蚣草的砷解毒.研究结果对于蜈蚣草大规模种植和工程应用中的水分管理措施具有重要的指导意义.     

黑河中下游防风固沙功能时空变化及影响因子分析

黑河中下游是我国重要的防风固沙生态功能区,分析该区域的防风固沙功能时空变化,明确其主要的影响因子贡献,对于指导荒漠化防治、维护流域生态安全十分重要.该研究基于修正风蚀方程(revised wind erosion equation,RWEQ)、一元线性回归斜率分析、灰色关联分析和GIS技术,分析了2000—2017年黑河中下游防风固沙功能动态变化及其影响因子.结果表明:①2000—2017年,黑河中下游年均防风固沙量为3.2×109 t,年均防风固沙功能约为2.44×104 t/km2;防风固沙量总体呈增强趋势,年均增加6.67×107 t,年均变化率为1.85%.②区域防风固沙功能呈现中游较强,向下游递减的空间分布特征,防风固沙功能较高区约占研究区面积的31.54%,一般区占20.77%,较低区(北部荒漠区)占47.69%;甘肃省张掖市和嘉峪关市防风固沙功能呈增加趋势,回归方程系数(slope)为0~26.29%,占总面积的12.51%;额济纳旗东北部和甘肃省高台县中部防风固沙功能呈下降趋势,回归方程系数为-17.17%~0,占总面积的23.30%.③防风固沙功能主要影响因子中,风力因子最主要,贡献率为30.04%,其次为积雪覆盖、土壤湿度、植被覆盖,贡献率分别为24.57%、24.26%和21.13%.研究显示,防风固沙工程应综合考虑气候变化、植被覆盖、土壤特性及人类活动的复合影响,实行具有空间差异化的方案.      

京津风沙源区防风固沙功能的时空变化及其区域差异

防风固沙功能是京津风沙源治理成效的关键监测指标。以往研究注重局地防风固沙功能的评估,对全区防风固沙功能的时空变化与内部差异揭示不足。基于京津风沙源区多期遥感数据,采用修正风蚀方程与GIS空间统计技术,评估分析了2000-2015年防风固沙功能的整体变化及其区域差异。结果表明:(1)京津风沙源区年均防风固沙量为28.98亿t,防风固沙能力为68.24 t/hm~2,且均随年份变化波动增加,年均增速分别为1.10%和0.71%;(2)京津风沙源区防风固沙能力呈西北高、东南低趋势,有49.06%的区域防风固沙能力高于70 t/hm~2,评估期内有54%的区域防风固沙能力明显提高;(3)浑善达克沙地亚区、典型草原亚区和荒漠草原亚区的防风固沙量累计为全区防风固沙总量的88%,燕山丘陵山地水源保护亚区和晋北山地丘陵亚区的防风固沙能力提升最显著;(4)锡林郭勒盟、赤峰市和乌兰察布市的防风固沙量合计占全区防风固沙量的77%,朔州市与包头市防风固沙能力较高,北京市与天津市防风固沙能力增速较高。因此,未来应重视分区施策治理与西部和北部防风固沙功能提升。     

喀斯特地区不同土地利用方式下包气带土壤水分动态特征

为了揭示喀斯特峰林平原区旱地土壤水的特征,在广西来宾市附近选取了地膜覆盖玉米地、露地玉米地和撂荒地等三处地块,从2006年3月至2007年4月,用中子仪和负压计观测了土壤剖面0cm至450cm处土壤含水量和土壤水势,结果显示:包气带土壤含水量在10cm处变动强烈,而在100cm和450cm处变弱。从时间上看,土壤含水量及其动态具有明显的季节性,2006年3月-4月,土壤平均含水量36.7%,为年内平均最大含水量,这一时期土壤水分含量普遍较大且呈现逐渐增高的趋势。在5月-8月,土壤平均含水量34.1%,且年内最大含水量与最小含水量都出现在这一时期。在9月-11月,土壤平均含水量32.6%,包气带水分含量在此期间以逐步下降为主。在12月-次年2月,土壤平均含水量31.4%,为年度内最低。包气带土壤水零通量面在一个年度内存在时间共338天,11月至次年2月ZFP(零通量面)的发育深度为170 cm,其它月份大多低于100cm。整个观测模拟期内,土壤水的蒸发总量为865.66 mm,占同期降雨总量的88.5%,下渗总量为145.47mm,占同期降雨总量的11.5%,田间持水量为30.3%。     

淹水与湿润水分前处理对旱地酸性土壤氧化亚氮和二氧化碳排放的影响

田间采集含水量为21.6%土壤最大田间持水量（Water holding capacity,WHC）的新鲜旱地红砂土,室温下分别进行湿润（土样M,调节含水量为40%WHC）和淹水（土样F）两种水分前处理,保存110d后,将土样M和土样F的含水量再分别调至40%、70%和100%WHC,在25℃下培育120h,设置不通和...     

陕西大荔沙苑自然保护区的基本特征和建设问题

陕西大荔沙苑自然保护区和一般保护区不同，它是一处以建立人工沙地生态系统，防风固沙，合理开发利用沙区资源为目的的自然保护区，在性质上与宁夏沙坡头国家级自然保护区相类似。该保护区的保护对象是沙苑沙地生态系统和自然；其建设方针是：全面保护自然环境，积极开展科学研究，适度开发自然资源，促进区域实现可持续发展。该文介绍了沙苑保护区的基本特征，同时分析了建设问题，并提出对策。     

电阻率成像法在董志塬固沟保塬水分场监测中的应用

近年来,电阻率成像法(Electrical Resistivity Tomography,ERT)在土壤水分场监测方面受到广泛关注。为解决ERT测量结果难以直接表达土壤含水量的问题,以董志塬固沟保塬工程相关的五个试验点为研究对象,对每个试验点进行了ERT测量和土壤水分实时点位观测,建立了ERT测量的土壤电阻率与电容式水分传感器测量的土壤体积含水量之间的单变量函数模型。结果表明:幂函数模型能够较好地描述土壤电阻率与体积含水量之间的相关关系。此外,研究发现土壤含水量的实测值与估算值之间表现出极显著的线性相关关系,指示估算的土壤含水量有较高的准确性;同时发现当土壤含水量低于22%时,估算的含水量大于实测含水量;高于22%时,估算的含水量小于实测含水量。利用ERT测量的土壤电阻率,进行幂函数转换后形成二维土壤含水量信息,在董志塬固沟保塬二维土壤水分场监测中具有适用性。     

温度和水分对大兴安岭多年冻土区森林土壤有机碳矿化的影响

温度和水分是影响土壤有机碳矿化的重要因素,而北方高纬度地区对气候变化响应敏感.本文选取大兴安岭多年冻土区落叶松和樟子松两种森林土壤(0～15 cm)为研究对象,通过测定不同温度(5、10和15℃)及水分(设置土壤含水率分别为30%、45%和60%)处理下的土壤有机碳矿化速率,以明确多年冻土区土壤有机碳矿化对不同梯度环境变化及其交互作用的响应.结果表明:研究区土壤累积碳矿化量为0.39～2.29 mg·g~(-1),落叶松林土壤高于樟子松林土壤,且矿化率随着培养时间延长呈先降低后稳定的趋势;土壤有机碳矿化程度随温度升高而显著增加(p0.001),但其对水分的响应因林型而异,落叶松土壤有机碳矿化程度随水分增加而降低,樟子松土壤有机碳矿化程度随水分增加而增加;温度和水分的交互作用对土壤有机碳矿化程度的影响未达到显著水平;土壤有机碳矿化的温度敏感性以土壤含水量为30%的落叶松土壤培养时最低(2.11),以土壤含水量为60%的落叶松土壤培养时最高(2.50),水分和林型对其影响不显著.     

黄土高原生态恢复程度及恢复潜力评估

黄土高原是世界水土流失最严重的地区之一,2000年以来黄土高原重点实施了退耕还林还草等一系列生态工程,促进了生态恢复。为全面评估黄土高原地区生态恢复现状、生态恢复程度及恢复潜力,选取生态质量和生态系统服务两大类指标,采用模型模拟计算方法,对黄土高原2000—2019年生态恢复进行综合分析和评估。结果表明:(1)生态质量有所恢复转好,植被覆盖度和植被净初级生产力呈增加趋势。比较前后十年变化,植被覆盖度持续转好的面积占比为39.90%,植被净初级生产力持续转好的面积占比为82.71%。(2)生态系统服务有所恢复提高。水源涵养服务持续转好的面积占比为15.46%,土壤保持服务先转好(稳定)后稳定(转好)的面积占比为18.88%,风蚀区防风固沙服务持续转好面积占比为6.30%;水源涵养和土壤保持服务提高区域集中在农牧交错带地区,防风固沙服务提高区域集中在沙地和沙漠区。(3)综合生态恢复程度高的地区占全区面积的11.08%,主要分布在黄土丘陵沟壑区,仅少数无恢复地区占全区面积的3.51%,集中分布于沙地和沙漠区西北部地区。(4)植被覆盖恢复潜力高值区主要位于黄土塬沟壑区西部,低值区主要位于黄土丘...     

鄂尔多斯市防风固沙功能时空变化及驱动因素分析

鄂尔多斯市是京津风沙源治理的重点区域,其防风固沙功能提升对于筑牢北方生态屏障和维护环京津地区的环境安全具有重要意义. 本文基于长时间序列卫星遥感影像以及气象、植被、土壤等数据资料,采用修正的风蚀模型(RWEQ),评估了鄂尔多斯市防风固沙功能,揭示了防风固沙功能时空变化规律及驱动因素. 结果表明:①2018年鄂尔多斯市防风固沙量为95.07×108 t,单位面积防风固沙量为10.95×104 t/km2,高值区主要位于东部和北部,整体上呈现自东向西递减的趋势. ②2000—2018年,鄂尔多斯市防风固沙功能呈增加趋势,年均增长率为26.96%;空间上,其防风固沙功能明显提升区域主要位于准格尔旗和乌审旗的东南部,面积占比为54.89%;稳定区域位于杭锦旗、鄂托克旗、伊金霍洛旗的部分区域,面积占比为29.76%;降低区域位于杭锦旗北部和鄂托克旗西部,面积占比为15.33%. ③鄂尔多斯市防风固沙功能变化与降雨量和土地利用类型的面积占比均呈显著相关. 研究显示,长期生态保护修复显著提升了鄂尔多斯市防风固沙功能,但由于气候变化和人类活动影响仍存在功能退化区域,未来科学实施生态修复是筑牢鄂尔多斯市生态屏障的主要方向.      

土壤质地和水分对水稻土有机碳矿化的影响

通过¹⁴C示踪技术模拟实验（25℃下）研究砂壤土、壤黏土、粉黏土3种质地的水稻土有机碳矿化对水分变化的响应.砂壤土和壤黏土中水稻秸秆（¹⁴C标记）的矿化率在75%田间持水量（WHC）达到最大值,160 d分别约为53%和58%,粉黏土在45%～105% WHC范围内的矿化率处于缓慢升高趋势（41.8%～49.0%）;3种土壤原有有机碳的矿化率都在75% WHC最高,砂壤土为5.8%,壤黏土为8.0%,粉黏土为4.8%,但超过此含水量后,其矿化率显著下降.3种质地水稻土的添加和原有有机碳的矿化率与土壤含水量均呈二次曲线关系（p<0.01）.本研究进一步澄清了淹水对水稻土有机碳矿化的抑制作用.     

彰武县阿尔乡围封沙地的植物群落调查

阿尔乡围封沙地的植物群落调查结果表明:流动沙地、半流动沙地、固定沙地和丘间低地的植物组成和分布状况具有明显差异。流动沙地的植物呈稀疏块状分布。在果实期,植被覆盖率为35%~60%。代表性植物为沙蓬(蒺藜梗)、差巴戈蒿和马唐。流动沙地植物的多度优势种是马唐草,植物生物量优势种是沙蓬(蒺藜梗);半流动沙地的植物呈团块状分布。在果实期,植被覆盖率为40%~70%。代表性植物为差巴戈蒿和沙蓬(蒺藜梗)。半流动沙地植物的多度优势种是差巴戈蒿和马唐草,植物生物量优势种是差巴戈蒿;固定沙地的植物成片分布。植物频度调查结果表明:马唐草的频度为100%,马唐草的适应性非常强。沙生植物—沙蓬和差巴戈蒿的频度达41%~53%,存在度比较高,说明这块沙地流动性比较强。