河西绿洲边缘积沙带的生态意义

半个多世纪的防沙治沙,在甘肃河西绿洲边缘上风向形成了一条积沙带。积沙带作为防沙治沙的副产物,具有怎样的生态功能,有何生态意义?通过全面考察河西绿洲边缘积沙带并运用21个样点资料进行了分析。结果表明:1)积沙带作为绿洲边缘防沙固沙的副产物,其自身也具有防风阻沙的功能,积沙带的形成有利于绿洲边缘的防风阻沙。2)高度是表征积沙带防御风的功能的一个重要指标,积沙带越是高大,防御风的范围就越大。3)目前,河西绿洲边缘积沙带处于发育状态。只要控制了积沙带就能有效控制流沙侵入农田。今后应将绿洲边缘防沙治沙的重点放在积沙带上,尤其是积沙带的沙脊线上,而对荒漠-绿洲过渡带(阻沙带)实行封育,无需采取其他投入措施,这样就可以大面积压缩实施人工措施的范围,大大降低防沙治沙的资金投入,提高防沙治沙的投资效益。     

河西绿洲边缘积沙带与环境因子的关系

绿洲边缘积沙带的形成是一个新的科学问题。甘肃河西地区经过半个多世纪的防沙治沙,在绿洲边缘形成了一条积沙带。为了研究积沙带的形成及其与环境因子的关系,本文对河西走廊东端至走廊中西部绿洲边缘的积沙带进行了调查。结果表明:1)河西走廊东端至中西部绿洲边缘积沙带平均高12.77m,平均带宽308.48m。2)积沙带的宽度与高度呈显著正相关;积沙带的高度与当地的年降水量和年平均风速呈显著正相关;积沙带的增高速率与当地年降水量和年平均风速呈正相关。3)降水条件是决定积沙带高度的关键因子,其次是年平均风速。4)在高大沙丘顶部设置柴草沙障,能促使积沙带(沙丘)继续增高。     

民勤绿洲边缘积沙带的稳定性动态

甘肃河西走廊经过60年的防沙治沙,在绿洲上风向边缘形成了一条流沙堆积带,即积沙带。其中,民勤绿洲上风向边缘的积沙带最高大、最连续。为了揭示积沙带的稳定性动态,在民勤绿洲上风向边缘设置11条观测样线,从2016年11月上旬至2019年4月上旬进行了7次风蚀积沙观测和沙面特征点位移观测。民勤绿洲上风向边缘积沙带按形成方式可分为人工固沙林积沙带、天然灌丛积沙带和乔灌木混交单行林积沙带。结果表明:人工固沙林积沙带风蚀最严重且前移速率最快,天然灌丛积沙带次之;风蚀程度越轻则积沙带前移速率就越慢,草本植物盖度越高沙面风蚀程度就越轻,积沙带前移速率就越慢。草本植物盖度与沙面稳定性二者相辅相成;积沙带迎风坡为风蚀面,而背风坡为积沙面,一蚀一积,维持着积沙带的前移及其动态稳定性。     

河西绿洲边缘积沙带形成的典型相关因子

绿洲边缘积沙带的形成因素及其生态效应是一个新的科学问题。为了研究河西绿洲边缘积沙带的形成原因,运用方差分析、相关分析以及典型相关分析等方法,对河西绿洲边缘积沙带的21个样点的观测资料进行了分析。结果表明:河西绿洲边缘积沙带的分布趋势大致为东高西低、东宽西窄,大部分地段目前处于稳定阶段;积沙带上的优势种植物以天然柽柳最多,不同优势种植物的积沙带的迎风坡植被盖度及植被纯盖度差异较显著。典型相关分析结果表明:积沙带的高度和宽度是降水量、到沙源的距离、背风坡植被盖度和年平均风速等气候环境因子共同作用的结果。积沙带的生态效应:一是自身作为一种障碍物的防护作用,二是阻截、减少流沙流沙进入农田的作用。     

民勤绿洲边缘积沙带植物群落健康分析

甘肃河西走廊经过60多年的防沙治沙,在绿洲边缘形成了一条积沙带。其中,民勤绿洲边缘积沙带相对最典型、最完整。积沙带上的植被不仅是积沙带的形成因素,更是维持积沙带稳定的重要因素。从一定意义上说,积沙带上植被的健康状况,决定着积沙带的稳定性。为了分析积沙带上的植被状况,在民勤绿洲边缘积沙带上等间距设定了11条样线,通过60多个样方的植被调查,对民勤绿洲边缘积沙带上植物群落进行了健康序列分析。结果表明:民勤绿洲边缘积沙带上的植被普遍是不健康的,民勤绿洲边缘人工固沙林积沙带上的植被健康状况相对好于天然灌丛积沙带上的植被健康状况,乔灌混交林积沙带上的植被健康状况最差。民勤绿洲下游积沙带上的优势种植物柽柳严重枯死,健康状况最差,积沙带潜在风蚀活化的危险。农田弃耕后,沙区农田边缘防护林及其积沙带的保护是一个新的值得考虑的问题。     

新月形沙丘稳定性机理——以甘肃河西沙区为例

新月形沙丘是一种重要的沙丘类型,一般存在于绿洲边缘。研究新月形沙丘的稳定性,对于揭示绿洲缘的风沙运动规律有重要学术价值,而到目前新月形沙丘的稳定性还是沙漠生态学领域中一个的尚未解决的科学问题。以河西沙区新月形沙丘为例,通过调查其分布环境、测定沙丘各部位风速和风蚀积沙等,分析了新月形沙丘顶部稳定机理。结果表明:1)甘肃河西沙区的新月形沙丘分布在沙漠边缘的下风向,一般为斑块状分布。分布区域为平坦的沙粘质或沙砾质滩地,丘间地较为开阔且具有明显的主风向。2)主风向(NW)过程是新月形沙丘顶点与沙脊线重合的过程,也是新月形沙丘前移和高度降低的过程;反主风向(SE)过程是新月形沙丘顶点与沙脊线分离的过程,也是新月形沙丘背风坡上部风蚀与沙丘增高的过程。3)新月形沙丘越高大,两翼越长、夹角越小。4)较为开阔的前后滩地是新月形沙丘及新月形沙丘链存在所必须的环境条件,相对单一的主风向是新月形沙丘及新月形沙丘链维持其稳定性的关键因子,反向风及两翼的廊道效应是新月形沙丘增高增大的关键因子,主、反两个方向的风速及其分布频率是控制该区域新月形沙丘及新月形沙丘链高度的限制因子。     

民勤绿洲边缘积沙带植物群落健康序列分析

甘肃河西走廊经过60多年的防沙治沙,在绿洲边缘形成了一条积沙带。其中,民勤绿洲边缘积沙带相对最典型、最完整。积沙带上的植被不仅是积沙带的形成因素,更是维持积沙带稳定的重要因素。从一定意义上说,积沙带上植被的健康状况,决定着积沙带的稳定性。为了分析积沙带上的植被状况,在民勤绿洲边缘积沙带上等间距设定了11条样线,通过60多个样方的植被调查,对民勤绿洲边缘积沙带上植物群落进行了健康序列分析。结果表明:民勤绿洲边缘积沙带上的植被普遍是不健康的,但相对本文的健康序列看,民勤绿洲边缘人工固沙林积沙带上的植被健康状况相对好于天然灌丛积沙带上的植被健康状况,乔灌混交林积沙带上的植被健康状况最差。民勤绿洲下游积沙带上的优势种植物柽柳严重枯死,健康状况最差,积沙带潜在风蚀活化的危险。农田弃耕后,沙区农田边缘防护林及其积沙带的保护是一个新的值得考虑的问题。     

沙蒿与油蒿灌丛的防风阻沙作用

沙蒿与油蒿广泛分布于我国沙漠地区,是沙地植被的重要建群种和优势种。在腾格里沙漠南缘半流动沙地,实测了两种典型固沙植物沙蒿与油蒿的防风阻沙作用,从灌丛空间构型对比分析了其防风阻沙机制。结果表明,沙蒿与油蒿灌丛均具有明显的降低风速作用,但油蒿灌丛较沙蒿灌丛具有更显著的防风作用,而且对灌丛后不同位置、近地面不同高度层风速的降低程度明显不同。在灌丛后6倍株高范围内,沙蒿灌丛对50cm高度风速降低程度显著大于20cm,而油蒿灌丛对近地面20cm高度层风速降低程度显著大于50cm。在相同风速下,油蒿灌丛后20cm高度平均风速是沙蒿灌丛的1/2,而50cm高度平均风速与沙蒿灌丛相近。同时,沙蒿灌丛阻沙作用弱,而油蒿灌丛具有明显的阻沙作用,单株积沙体积达到45.2±16.1dm3,积沙重量达到72.1±25.7kg,油蒿灌丛积沙量大小与灌丛结构间存在显著的正相关。研究表明,紧密型结构的油蒿灌丛是较松散型结构沙蒿灌丛更为理想的防风固沙植物,其灌丛分枝数多、分枝角度小、生物量大且多分布在近地面层是具有显著防风阻沙作用的根本原因,该结论可为干旱区防风固沙植被建设物种选择提供依据。     

沙柳灌丛植株形态与气流结构野外观测研究

通过野外观测,研究了毛乌素沙地南缘平沙地人工栽种单行沙柳灌丛的植株形态与气流结构.结果表明,沙柳灌能降低迎风侧和背风侧的近地面风速,使沙粒在植株下部沉积.积沙体积(V₂)与植株体积(V₁)相关性较高(R=0.696).单行沙柳灌丛在4 m高处风速为6 m·s^-1时的气流结构特征为:迎风侧3H处风速已降低,2 H处风速又得到加强,之后在背风侧迅速降低,1 H处达到最低值,然后逐渐恢复到旷野风速.防护距离约为17H',有效防护距离约为13 H'.沙柳灌丛对植株高度以上高度处风速影响较小.     

沙漠植物分层侧影与积沙成丘的关系

选用民勤沙区常见的几种固沙植物,在民勤西沙窝沙漠边缘设置了108个植物和沙堆样方,通过对不同植物的分层侧影宽度、分层侧影面积和侧影中心等指标的测定和对比分析,得出如下结果:1)可积沙成丘植物的侧影为三角形或柱形,即由地面向上侧影宽度变小,侧影中心在近地面30 cm高度内,具备这一条件的植物为丛生灌木。而不能积沙成丘的植物侧影为菱形,侧影中心距地面高度在30 cm以上。2)风沙流以及沙尘暴中的沙粒主要集中在近地表0—30 cm高度内流动,这便是植物侧影越低,越易积沙成丘的重要原因之一。3)沙埋后茎秆能产生不定根的植物可形成高于植株几倍至数十倍高度的沙堆/沙丘,而不具备这一属性的植物,有些虽然能形成沙堆,但沙堆受植物高度限制,即沙堆高度不会超过植株高度。4)侧影面积大小是反映植物防风固沙功能的一个十分重要的指标,能积沙成丘是植物阻固流沙的物质体现,形成的沙堆越高大则表明植物阻固流沙的功能越强,但不能积沙成丘的植物如梭梭、沙拐枣、沙蒿等也是具有一定防风阻沙效果的。     

无瓣海桑和秋茄人工林的减风效应

以海南东寨港三江湾无瓣海桑和秋茄人工林为研究对象,观测红树林内距向海林缘50 m、地面以上2 m高处的风速、风向特征,研究红树林的减风效应.结果表明:无瓣海桑和秋茄人工林均对偏北方向由海向岸的风速有明显的减弱效应,林带内50 m处的平均风速减低85％以上,并且秋茄林的减风效应更显著.随着风速的增加,林分的减风效能呈先下降后平缓的趋势.当风速低于5m·s-1时,无瓣海桑人工林内50 m处的平均风速减低89.8％;当风速在lOm·s-1以上时,其风速减低率趋于稳定;当风速＞15 m·s-1时,平均风速减低58.9％ ～63.6％.与冷季相比,无瓣海桑人工林暖季的减风效应更显著.在台风等极端天气状况下,无瓣海桑人工林内50 m处的平均风速和极大风速分别减低59.4％和53.2％.     

腾格里沙漠人工固沙植被演替生物土壤结皮盖度对沙埋的响应

生物土壤结皮(简称结皮)的形成与发展是沙区固沙植被建设成功的重要标志之一,其盖度随固沙植被演替的变化趋势是表征该植被系统地表稳定性的一个直观性生态学指标。利用空间代时间的方法,以腾格里沙漠不同始植年代(1956、1973、1981和1987年)固沙植被区发育的4种优势结皮-真藓(Bryum argenteum Hedw.)结皮、土生对齿藓(Didymodon vinealis(Brid.)Zand.)结皮、齿肋赤藓(Syntrichia caninervis Mitt.)结皮和藻-地衣-藓类混生结皮(Mixed crust)为研究对象,在测定结皮盖度、高度以及粗糙度随沙埋厚度逐渐增加变化的基础上,计算了使结皮盖度(从99.99%)开始降低的初始沙埋厚度(D1)和盖度降低为0%的临界沙埋厚度(D2),研究了该区固沙植被演替过程中结皮盖度对沙埋厚度增加的响应特征及其相关机制。结果显示:(1)4种结皮的盖度随沙埋厚度的增加呈logistic曲线逐渐降低。(2)在同一年代固沙区不同种间比较,混生结皮的D1值最小,D2值最大;真藓结皮的D1和D2值均小于其他两种藓类结皮;土生对齿藓结皮和齿肋赤藓结皮因固沙年限的不同而不同,在1956年固沙区,土生对齿藓结皮齿肋赤藓结皮,而在1973年固沙区和1981年固沙区,齿肋赤藓结皮土生对齿藓结皮。(3)随固沙植被演替,4种结皮盖度随沙埋厚度增加的降低速率逐渐减小,D1和D2值逐渐增大。(4)结皮总盖度随沙埋厚度增加的降低速率逐渐减小,表明随固沙植被演替,结皮对沙埋的抵御能力逐渐增强,固沙区植被系统地表稳定性增加。(5)结皮的粗糙度和高度随固沙植被演替逐渐增加,并显著影响了4种结皮盖度随沙埋厚度增加的降低速率、D1及D2值。研究为全面评估沙埋对沙区结皮结构、功能的影响乃至固沙植被稳定性提供了参考。     

设施塑料大棚风洞试验及风压分布规律

风洞试验是研究建筑结构表面风压分布规律的最重要且有效的技术手段.利用NH-2型风洞研究设施塑料大棚表面风压分布规律,风洞为串置双试验段闭口回流风洞,风速连续可调,最高风速为90 m/s.试验模型的几何缩尺比为1:6,模型表面共布置192个测点,其中端面布置3排测压点,共63个测点,模型固定在风洞转盘上,试验风向角从0°到180°,间隔15°,共13个风向角.测量和分析不同风向角下设施大棚表面的风压系数和分布规律,并推导出了设施大棚各区域发生风灾的临界风速.结果表明:设施大棚迎风面以风压力为主,迎风边缘等值线密集,风力梯度大;背风面则受风吸力影响,风力变化平缓.在不同风向角下,设施大棚各迎风区域风压系数均由正压向负压过渡,在此过程中出现了零压区;而一直背风的区域风压系数均为负值.在45°风向角下,大棚顶端迎风边缘最高点处的负压达到最大.根据公式推导出各区域的临界风速,设施大棚顶部两侧区域受风吸力影响最大,最小临界风速为14.5 m/s,研究为设施大棚的风灾防御提供科学依据.     

人工固沙措施对沙丘沉积物特征及土壤养分的影响

为探明人工铺设尼龙网状固沙措施对风沙危害的影响,以腾格里沙漠东南部人工固定沙丘、两类自然流动沙丘以及防护林的地表沉积物和结皮为研究对象,研究沙丘不同位置、不同深度沉积物的颗粒组成、土壤有机质、有效氮、有效磷、有效钾含量等养分特征。结果表明:(1)人工固定沙丘和自然流动沙丘粒度组成和土壤养分含量都存在显著差异(P0.5),沙障的防风,固沙和土壤改良作用明显。(2)人工固定沙丘各个地貌位置沉积物粒度频率曲线均出现三峰,反映了沙障对粉尘沉积物的拦截作用,体现了沙障对土壤理化性质的改良过程;分选性随风向逐渐变差,随着粒径变细而好;偏度和峰度明显高于其他。(3)整个研究区沉积物偏碱性,影响着土壤养分含量。人工固定沙丘养分含量最高,有效氮和有机质含量均为最大,有效磷和有效钾含量略低于对比林,其粉沙物质含量与养分含量成正比。(4)人工固定沙丘的沙丘迎、背风坡均有植被分布,并覆有土壤物理结皮,沉积物粒级分配较自然发育的流动沙丘分散,养分含量增加。由此可见,沙障对沙区的土壤环境和生态环境改善具有重要的影响。     

低覆盖度灌木群丛的水平配置格局与固沙效果的风洞试验

针对覆盖度为18%～20%的灌木固沙疏林,在风洞内,模拟了行带式、等株行距和随机不均匀等3种水平配置格局的风力侵蚀机理和固沙效果.结果表明:1.当风速为10m/s时,行带式内吹风30min后不出现风蚀,等株行距和随机模式内分别在吹风8min和3min出现风蚀;2.当风速增大为15m/s时,行带式仅在模式内出现微弱的风蚀和积沙,吹风30min后形成稳定的凹月形沙面,最大蚀、积厚度为0.4cm和0.7cm,没有形成风沙流,而等株行距和随机模式则出现强风沙流,吹风30min后,模式内65.57%和66.96%的沙被吹走;3.等株行距主要风蚀灌空隙丛间的沙面,随机配置主要风蚀灌丛分布的大空隙间的沙面,而在灌丛相对集中的部位积沙,因此形成非常复杂的沙面形状.     

黄土高原风蚀水蚀交错区侵蚀产沙过程及机理

黄土高原风蚀水蚀交错区由于风蚀、水蚀的耦合作用,侵蚀程度剧烈、过程复杂.采用风洞与模拟降雨相结合的方法,研究了风水交错侵蚀条件下坡面产沙变化过程及侵蚀作用机理,定量分析了风蚀对水蚀的影响程度及其与水蚀的关系.结果表明:风蚀与水蚀之间存在明显的正交互效应.风蚀促进了侵蚀形态的发展,改变了降雨产沙随雨强变化的量化关系.雨强60、80 mm·h-1时,未风蚀处理下,坡面产沙量随降雨历时呈下降趋势,并趋于稳定;但风蚀处理后,产沙量降低至一定谷值时,又呈波动增加趋势.60、80、100 mm·h-1雨强下,风蚀处理的坡面产沙量增幅为7.3％～27.9％(风速11m·s-1)、23.2％ ～ 39.0％(风速14 m·s-1);雨强120、150 mm·h-1时,降雨15 min内,各处理的坡面产沙量均呈下降趋势,但随着降雨历时的延长,风蚀处理的坡面产沙量较未风蚀处理呈先低后高的变化趋势.风水交错侵蚀作用机理复杂,在时空分布特征、能量供给、侵蚀力作用方式等方面相互联系、互相促进.     

不同覆盖物对农田防护林防风效能影响

为揭示不同覆盖物对农田林网内风速分布及防风效能的影响, 选取4种不同覆盖物和对照(无覆盖物)林网模型, 对其防风效能进行了风洞模拟试验。结果表明: 林网中防护林带高度范围内, 覆盖物对林带前后的风速流场具有显著影响, 尤其是高大果树类作物对风速削减程度较大。8 m·s-1风速条件下, 各模式林网内平均风速排序为核桃+小麦间作模式<苹果+小麦间作模式<红枣+小麦间作模式<纯小麦模式<无覆盖物。林网中1 cm和2 cm高度处平均防效能分析表明, 3种果树模式林网防风效能最佳, 纯小麦模式防效虽弱于果树模式, 但是较对照仍有一定的防效, 表明林网内覆盖物(特别是果树类作物)对林带防风效能有明显增强作用。因此, 随着集约化和精准农业推进, 进行农田防护林网配置时, 应充分考虑林网内作物本身的防风效能, 尤其是高大果树类作物农田防护林网配置时, 可适当调整林网大小, 合理配置林带结构, 提高经济效益。     

无瓣海桑-海桑红树林的防风效能

为了解热带风暴(台风)期间红树林的防风功能,在2007年热带风暴"范斯高"影响期间(2007年9月24日0:00—15:00)采用自动气象站对海南东寨港无瓣海桑-海桑人工红树林的防风效应进行观测,结果表明:(1)各位置风速平均值大小为林后1H(H为平均树高)<林前1H,林后风速大幅度消减;(2)热带风暴期间防风效能为28%～68%,小于非热带风暴情况下的65%～77%,并随着风速的增大而减小;(3)热带风暴期间,其主导风向的变化幅度为45°,当风向与红树林接近垂直时,风速消减值越大,防风效果越显著。综上,热带风暴期间无瓣海桑-海桑人工红树林的防风效果显著。     

风吹、沙埋对沙地植物幼苗生长和光合蒸腾特性的影响

为了掌握风吹、沙埋对沙地植物一些生理生态学特性的影响,2006—2007年在科尔沁沙地对优势固沙植物小叶锦鸡儿进行了风吹和沙埋试验。风吹试验设为对照(不吹风)、软风(2m.s-1)、微风(4m.s-1)、和风(6m.s-1)和劲风(8m.s-1)5个处理;沙埋试验设为对照、轻度、中度、重度和严重沙埋5个处理,沙埋深度分别为株高的0%、33%、66%、100%和133%。结果表明:软风(2m.s-1)的持续风吹可使植物叶片蒸腾速率和净光合速率略有下降,和风(6m.s-1)和劲风(8m.s-1)的持续风吹可促进其蒸腾速率和净光合速率明显增加,而微风(4m.s-1)的持续风吹对植物蒸腾速率和光合速率影响不明显;轻度沙埋可以同时促进植物地上茎叶和地下根系的生长和生物产量的提高,中度沙埋仅可促进其根系生长和生物产量的提高,但对其高生长有一定抑制作用,重度沙埋和严重沙埋可对其生长造成严重威胁,甚至导致死亡;锦鸡儿作为沙地一种优势固沙植物能够通过生长调节和生理调节来适应一定程度的风吹和沙埋,因而对风沙环境具有较强的适应性,但重度或严重风吹、沙埋仍然会导致其严重受损,甚至死亡,因此采用锦鸡儿进行植物固沙时应注意不要将其种植在...     

低覆盖度下两种行带式固沙林内风速流场和防风效果

研究在风速为10m/s和15m/s的风洞实验条件下,覆盖度为20%和25%的单行一带和两行一带模式乔木固沙林内的水平和垂直空间的风速变化情况,达到对两种不同模式的风速流场和防风效果进行比较分析的目的。通过分析得出:两种配置模式都形成了风影区和风速加速区相互组合的复杂的水平流场结构。两种模式对垂直空间风速影响相近,根据对不同高度风速的不同影响划分为微变化层(20-35 cm)、显著变化层(6-12 cm)和稳定变化层(0.4-3 cm)层次,两种模式在这几个层次风速表现出相同的变化规律。两行一带模式在第一带前降低水平空间风速的效果低于单行一带模式,第一带后高于后者。降低垂直空间风速规律为:对0.4-50 cm高度的风速均有一定的降低作用,0.4-12 cm高度的风速的降低效果较显著,且两行一带模式降低近地表(0.4 cm)风速的效果要高于单行一带模式。