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。     

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.     

临河和盐池沙层含水量研究

文章采用烘干称重法,对临河与盐池两地沙层含水量进行研究,以求为两地水资源的合理利用、沙地防风固沙和当地农牧业的发展等提供借鉴。研究发现,临河和盐池两地的沙地平均含水量都在3%左右,并且两地沙层在深度0.5 m以下都有含水量大于5%的重力水,经过消耗还存在向下运移的水分。这表明研究地区沙层水分为正平衡,沙层中的水分来自于大气降水。因此两地适于营造耐旱、需水少的防风固沙灌木林。     

沙坡头自然保护区

沙坡头自然保护区位于宁夏中卫县城西北部的腾格里沙漠东南缘,北接腾格里沙漠,南临黄河。总面积13400公顷(约20万亩)。沙坡头保护区是一个沙漠生态类型的自然保护区,它既有天然荒漠及半荒漠植被,又有人工营造的防风固沙林体系和沙漠治理,开发体系,还有腾格里沙漠的自然原始景观。具有很高的科研价值。     

腾格里沙漠东南部近地层沙尘水平通量和降尘量随高度的变化特征

沙漠是近地层沙尘物质的重要来源之一,沙漠地区近地层水平输送的沙尘物质随高度的变化特征和不同高度处的沉降量直接影响着沙尘的输送过程.选择腾格里沙漠东南缘流动沙丘区的风沙科学观测场为研究区,利用沙尘水平通量采集器和降尘测量器对近地层约50 m的不同高度水平运动的沙尘和降尘进行了近2年的观测,对沙漠地区近地层水平运动的沙尘随高度变化特征及不同高度的降尘量进行了讨论.结果表明:沙尘的水平通量和降尘量均随高度的增加而减小,二者与高度均可表示为指数函数的关系;同时,沙尘水平通量与降尘量之间存在正相关关系,二者可用线性函数相互转换.     

腾格里沙漠东南部近地层沙尘水平通量和降尘

沙漠是近地层沙尘物质的重要来源之一,沙漠地区近地层水平输送的沙尘物质随高度的变化特征和不同高度处的沉降量直接影响着沙尘的输送过程. 选择腾格里沙漠东南缘流动沙丘区的风沙科学观测场为研究区,利用沙尘水平通量采集器和降尘测量器对近地层约50 m的不同高度水平运动的沙尘和降尘进行了近2年的观测,对沙漠地区近地层水平运动的沙尘随高度变化特征及不同高度的降尘量进行了讨论. 结果表明:沙尘的水平通量和降尘量均随高度的增加而减小,二者与高度均可表示为指数函数的关系; 同时,沙尘水平通量与降尘量之间存在正相关关系,二者可用线性函数相互转换.      

腾格里沙漠东南缘春季降尘量和粒度特征

根据腾格里沙漠东南缘风沙科学观测场实测的降尘资料,对该地区春季(3~5月)降尘量和降尘粒度特征进行了研究.结果表明:该地区5月的降尘量最大,其次为4月和3月.春季降尘量的平均值为1053.3kg/hm2.研究区降尘平均粒径较粗,以沙物质为主.分选性较差至很好.偏度近对称至极正偏.峰度中等至很窄.受风速、地表粗糙度和沙源的影响,降尘粒级分布既有单峰,又有双峰和三峰,主要以双峰为主,同时,所有粒径中跃移颗粒约占90%,近距离输送的悬移颗粒占7%左右,而远距离输送的悬移颗粒仅占不到4%.因此可以认为,该地区跃移颗粒的跳跃高度高于前人的研究结果.同时,在腾格里沙漠东南缘的沙漠地区,大气降尘主要以局地的沙粒为主,远源沙尘贡献并不多.     

基于ERT的垃圾厌氧填埋初期的水分运移过程研究

水分监测是填埋场运行过程中必不可少的一个方面,考虑到现有监测方法不容易得到垃圾内部的水分分布情况,本文将高密度电阻率成像法(ERT)用于监测生活垃圾在厌氧填埋初期的水分分布和运移过程研究.通过建立室内厌氧填埋模拟柱,应用取样分析、时域反射传感器(TDR)、高密度电阻率成像等方法对生活垃圾在厌氧填埋条件下初期两个月的降解和水分变化过程进行了监测与研究.结果表明,试验期间生活垃圾处于好氧降解过渡至厌氧降解的阶段.随着垃圾的降解,含水量呈现增加的趋势,在第30d之后,柱体内部存在明显的水分运移现象.在柱体下部单元层中,高密度电阻率成像法得到的垃圾电阻率值与时域反射传感器(TDR)测得的体积含水量之间存在明显的对应关系.根据电阻率与体积含水量的拟合公式,得到了柱体下部单元的含水量分布和储存水量的变化过程.储存水量的变化过程与质量含水量计算得到的结果是一致的,两者之间的可决系数达到0.9488.以上研究结果充分说明,在厌氧填埋初期,高密度电阻率成像法可以用于监测垃圾堆体内的含水量分布和水分运移过程.     

江汉平原北部黏土层土壤水分特征曲线的测定与模拟

为探究大别山区-江汉平原三水转换关键带水分运移机制,获取包气带水分运移模型所需的相关参数,以大别山-江汉平原过渡带为研究区,采取江汉平原北部黏土层典型剖面不同深度(0～6.5 m)的原状土样,采用压力膜法测试土壤的水分特征曲线,分析了研究区不同层位土壤水分特征曲线和孔隙性质的变化,并选取van Genuchten模型和Gardner模型对研究区不同深度土壤的水分特征曲线进行了拟合,综合评价了模型的拟合效果。结果表明:研究区不同深度土壤的体积含水量随土体吸力的变化呈规律性变化,在低吸力阶段,各层位土壤体积含水量整体快速降低,土壤水分特征曲线较缓,在高吸力阶段,土壤排水变少,土壤水分特征曲线较陡,其中1.4～2.0 m层位土壤的持水性能好于其他土层;土壤当量孔隙分析显示,研究区不同深度土壤的孔隙存在一定的变化规律,有效孔隙主要分布在2.0 m以上层位,大孔隙和微小孔隙在2.0 m以下层位所占的比例较大;利用van Genuchten模型对研究区不同深度土壤水分特征曲线进行拟合的效果好、可靠性高,通过将RETC软件得到的van Genuchten模型的相关参数值进行对比发现,2.0 m以下层位土壤的饱和体积含水率(θ_s)较高,参数α值说明2.0 m以上层位土壤的进气值大于以下层位。     

中国西北春季沙尘高发区及沙尘源解析

以波段亮温差算法（BTD）对中国西北2014~2018年春季460期MODIS L1B数据进行沙尘信息逐日提取，统计分析沙尘频数的空间分布规律，结合地貌特征及地表沉积物细颗粒组分含量进行沙尘源解析.结果表明：（1）中国西北沙尘活动呈"两区三带"分布特征，沙尘频发区主要分布于塔里木盆地和蒙古高原南部沙漠戈壁区；区内存在塔克拉玛干沙漠东南缘荒漠绿洲高频带（270~287次）、库姆塔格沙漠北缘高频带（240~250次）及巴丹吉林沙漠东北边缘荒漠绿洲高频带（240~250次）.（2）中重度沙尘高频区主要分布于塔克拉玛干西北部沙漠绿洲.沙尘源主要为富含粉尘的边缘沙漠与冲积洪积扇缘戈壁交错带，内含丰富的干河床、干涸湖泊和绿洲退化地，该区域细物质组分含量高，易释放粉尘微粒并通过局地循环过程向周边地表扩散沉积，为区域高频、高浓度沙尘发生提供丰富的物质基础.     

科尔沁沙地沙丘恢复过程中典型灌丛下结皮发育特征及表层土壤特性

通过野外取样和室内分析相结合,对科尔沁沙地不同沙丘典型灌丛下结皮发育及结皮下表层土壤特性进行了初步研究.结果表明,半流动沙丘的差巴嘎蒿、半固定沙丘的小叶锦鸡儿、固定沙丘的冷蒿以及固定沙丘丘底的小红柳灌丛下分别发育了物理结皮、藻、地衣及苔藓结皮,结皮的厚度、硬度、水分、＜0.05 mm粘粉粒含量、有机质、全N、全P、速效N和速效P等指标在沙丘生境中为半流动沙丘＜半固定沙丘＜固定沙丘＜固定沙丘丘底,在结皮类型中为物理结皮＜藻结皮＜地衣结皮＜苔藓结皮,各结皮间养分含量和粒径分布差异极显著(P＜0.01).结皮下层土壤的养分及细颗粒含量随结皮发育进展呈增长趋势.同一沙丘结皮下0～5 cm范围内土壤容重、粘粉粒、养分含量由表及里呈递减趋势,且均高于同层流动风沙土.在4种灌丛的7类结皮中,固定沙丘丘底的小红柳灌丛下发育的苔藓结皮及其表土的养分、细颗粒含量明显高于其它沙丘灌丛下的结皮.     

降尘收集方法对沙尘理化性质的影响及环境意义

利用建立在腾格里沙漠东南缘的中国科学院风沙观测场内收集的降尘,分析了不同降尘收集方法收集的降尘粒度、化学元素含量、富集因子、硅铝率和硅铝铁率,旨在优化干旱区降尘收集方法、确定我国的沙尘源区.降尘物质的微量元素Ba的含量最大,可达255~474μg/g, Nd的含量为0.3~9.6μg/g;常量元素SiO2的含量最大,79.30%, MgO含量最小,0.98%.微量元素的富集因子值在0~3之间,但常量元素差异较大.结果表明,减速法和湿法收集的降尘从粒度分布、化学元素含量、富集因子、硅铝率和硅铝铁率等方面均具有一致性.平均粒径湿法最细(Φ值2.84),干法最粗(Φ值2.46).因此,减速法能够作为代替湿法在干旱区进行收集降尘的方法.同时,由降尘的地球化学性质可知,西北干旱区沙漠是我国的主要沙尘源区之一.     

深度及含水率对包气带砂层中柴油降解作用的影响

通过模拟砂柱实验,研究了不同深度及含水率砂层(包括细砂、中砂和粗砂)中的柴油降解特性.结果表明,介质的深度及含水率是影响柴油降解效率的重要因素.相同介质条件下,介质的含水率越大,其生物活性越强,生物作用降解柴油的效率越高.介质性质影响柴油在包气带介质中的降解效率,介质的颗粒越细,其降解柴油的能力越高,即细砂>中砂>粗砂...     

人工生物结皮的发育演替及表土持水特性研究

为了解接种蓝藻对荒漠地区表土持水特性的改善作用,对库布齐沙漠东缘达拉特旗地区人工接种蓝藻后形成的生物结皮进行了发育演替及持水特性研究.结果表明,在人工接种荒漠蓝藻之后,藻结皮能够很快形成,并在一些微环境下藻结皮直接演替为藓结皮(接种2~3 a后).随着结皮的发育演替,表土生物量、多糖含量、厚度以及孔隙度增加,而土壤容重减小;同时,形成结皮之后表土质地也发生了明显的变化,其中沙粒含量逐渐减少,粉粒、黏粒含量增加.实验还发现随着结皮的发育演替,表土含水量与饱和持水量都呈增加的趋势,即:藓结皮>藻结皮>流沙,藻结皮中的含水量(饱和持水量)为流沙中的1.1~1.3倍,藓结皮中的含水量(饱和持水量)为流沙中的1.8~2.2倍.相关分析表明表土含水量及饱和持水量与表土生物量、多糖含量、厚度、容重、粉粒和黏粒含量呈正相关,与表土孔隙度和沙粒含量呈负相关.通过逐步回归分析发现影响含水量的主要因素为表土黏粒的含量,而影响饱和持水量的主要因素为表土孔隙度.     

沙漠地区边界层高度的提高与尘卷风起沙量的变化

在YSU（Yonsei University）边界层参数化方案的基础上,采用一种经验修正边界层RYSU（Revised YSU）方案,其模拟的边界层高度与观测相吻合.同时利用尘卷风起沙方案,获得了2019年腾格里沙漠夏季尘卷风起沙量的时空分布,结果表明,在08：00~18：00时,RYSU方案模拟的整点尘卷风瞬时起沙量和起沙范围均高于YSU方案,前者的起沙量和范围最大的时刻是15：00时,较后者迟1h,它与腾格里沙漠观测的尘卷风出现频率更接近.采用RYSU方案6~8月研究区每日的总起沙量几乎是采用YSU方案的3倍左右,RYSU方案估算的最大瞬时起沙量比YSU方案更接近用观测的边界层最大高度计算的值.