民勤沙尘源区近地面降尘特征研究

借助近地面沙尘暴监测系统进行沙尘暴监测,分析民勤沙尘源区近地面降尘分布特征.结果表明:民勤降尘量与沙尘天气发生频率密切相关,春季3,4月沙尘高发期月降尘量分别为9.0和9.5 mg/cm2.降尘随距地面高度的增加而减小,最大降尘出现在近地面1 m处,月降尘量为9.7 mg/cm2;降尘受下垫面条件影响较大,从荒漠区到绿洲边缘,风速减弱4.11%,总降尘量由25.0 mg/cm2减少到20.6 mg/cm2;绿洲内部受防护林作用,风速减弱30.45%,总降尘量增到24.6 mg/cm2,最大降尘量提高到近地面9 m处,与绿洲防护林冠层平均高度相吻合.风速对近地面20 m内的降尘影响明显,平均降尘量2.5 mg/cm2.距地面9 m的高度范围内,降尘随持续时间变化迅速增加,降尘增量可达3.1 mg/cm2.

干旱区沙漠化土地逆转植被的时空格局及其机制研究

在无灌溉条件下,干旱区沙漠化土地实现逆转和植被的恢复的降水量要在160mm左右,而方法是沙漠化土地逆转成败的关键之一。明沙嘴采取的从沙源上风向边缘开始的人工辅助措施加封育的治沙实践证明,减少人为干预,主要利用自然力的作用,能达到流沙固定,植被增加,沙漠化土地逆转的目的。人工辅助措施加封育后植被群落在经历约20a的由简单到复杂演变的同时,种的个数、类型、密度、空间格局等方面都发生了一系列的变化。

退化人工梭梭林的恢复技术研究

对退化人工梭梭林进行恢复试验研究发现：滴灌可使梭梭林地土壤含水率显著提高；梭梭光合作用增强；群落物种数增多，盖度增大；防风固沙作用增强。布设机械沙障可使退化梭梭林地表粗糙度增大，林内近地面层风速、输沙量显著下降。春灌3a后，不仅退化梭梭个体恢复正常生长，同时梭梭林群落物种组成数明显增加，盖度显著增大，生态功能也逐渐恢复。雨水集流和雨水下渗改造两种模式应用1～2a后，退化梭梭林地土壤含水率均有明显提高。滴灌、布设机械沙障、春灌和改造结皮4种技术措施对退化梭梭林生长及其环境均有明显的恢复作用，其中滴灌、机械沙障恢复技术是当前和今后推广的主要措施；春灌和改造结皮可作为前两种技术的补充措施。

石羊河下游荒漠植物区系及其植被特征

石羊河下游位于干草原向荒漠过渡区域,有天然种子植物23个科,73个属,123个种,不仅有典型的戈壁荒漠成分,也渗入一些草原化荒漠植物种类。其荒漠植被特征更明显,群落层片结构简单,群丛建群种的74.4%是灌木和半灌木,构成了灌木、半灌木旱生群落;1年生草本植物随季节性降雨可形成“灌草丛”,成为荒漠植被的重要组成部分。在植物地理区系成分上,温带成分属占优势,其中地中海至中亚分布型及其变型最多,其次为北温带分布及其变型。整个区域内植物的分布集中在生境较适宜的区域,空间结构的成群性高,但在小区域内植物种的分布则较单一。植被可划分为4个植被型,5个植被亚型,13个群系组,23个群系,38个群丛。地域性植被以绿洲为中心,成环状分布,可分为3个带。

塑料方格沙障的固沙原理及其推广应用前景

塑料方格沙障以高密度的聚乙烯(HDPE)为主要原料人工合成,透风系数为30%～45%,固沙机制同麦草、粘土沙障不同,具有防风固沙作用效果好,操作技术简单,使用期限长,运输方便等优点,但同时存在投入相对较高,容易沙埋、掏蚀,使推广大受限制。研究认为适宜在干旱地区退化植被的恢复重建中推广应用,与退化植被共同作用下,在实现防风固沙目标的同时避免或减轻了沙障固定桩和迎风网下的掏蚀,能促进退化植被的恢复。

民勤绿洲边缘物种多样性对水资源变化的响应

通过石羊河流域民勤绿洲边缘长期的生态定位观测和近年来对绿洲边缘的植被调查,计算植物种辛普森(Simpson)、香农威纳(Shannon-Wiener)多样性指数,分析物种多样性指数与地下水位下降趋势、年均降水量变化的相关性。结果表明:随地下水位的下降植物种类减少、物种多样性呈减低趋势;降水量与植物物种多样性具有较强的正相关关系。

流动沙丘先锋植物沙米的生态防护作用

使用野外风速廓线仪与阶梯式集沙仪，对流动沙丘先锋植物沙米及其群落的生态防护作用进行了野外实地观测研究。研究结果表明，沙米植株成塔状，基部分枝，株高变异性、可塑性大，与其他形态指标呈显著正相关，通过测定株高可掌握其基本形态特征。立枯沙米单株可降低风速90％以上，并能阻挡风沙流形成沙舌，沙舌积沙量、高度、长度与沙米体积、高度和冠幅呈显著相关。沙米群落粗糙度达到6．325cm，是裸露流沙区的2635倍。在裸露流沙区200cm高度风速为6．2m／s时，裸露流沙区输沙量达到86．34g／cm·h，而沙米群落中无风沙流发生；风速为9．5m／s时，裸露流沙区输沙量也达到沙米群落的574倍。研究认为，在短期（2～3年）和局部空间范围（流动沙丘坡脚与两翼以及裸沙斑块），立枯沙米及其群落具有较明显的防风固沙作用；发达的生殖生长、侧枝系统和侧根系统，枯死后可保留2～3个生长季，是沙米发挥防风固沙作用的关键所在。

民勤绿洲边缘柽柳荒漠林的时空变化及其驱动因素

柽柳属植物不仅是耐盐碱、耐干旱植物，同时也是最优良的防风固沙植物之一，曾在改善和维持民勤沙区生态环境中发挥了重要作用。在近40多年来，伴随民勤环境旱化，绿洲边缘柽柳荒漠林呈现出退化过程，并表现出旱生、超旱生植物增加，林带变窄，柽柳高度降低，柽柳种群及其群落盖度降低和防风固沙功能减弱等特征。目前，坝区、泉山区和湖区柽柳荒漠林均出现退化，其中坝区退化最为严重，残余宽度仅有30～75m，依靠农田灌溉外溢水生存，是民勤绿洲边缘柽柳荒漠林发展的最终阶段。分析柽柳荒漠林时空变化的驱动因素，认为地表水消失是时空变化的诱导因素，地下水位下降和林地土壤水分减少是时空变化的主导因素，在地下水位下降到10m的临界水位以下之前，地下水位起到主导作用；而下降到10m以下之后，土壤水分起到主导作用。

干旱区荒漠景观的植被自然更新机制初探

根据实地调查和参阅资料,依山前洪积扇、河流沿岸阶地、沙丘及丘间低地、戈壁、盐沼的景观斑块,初步探讨干旱区植被的自然更新机制.干旱区的高温干燥、温差强烈、风蚀沙埋已成为植物繁衍后代的动力;萌蘖、劈裂、地下茎萌生等多种繁殖方式,使荒漠植物在严酷的条件下实现自然更新,形成以母株为中心的母系居群.地貌形态和种子传播动力决定了群落外形.在干旱区,以种子繁殖的植物之种子成熟期与年内的丰水期相吻合,有利于植被更新,只有在连续2年降水较大时(超过多年平均降水量),沙丘和丘间地、戈壁植被的自然更新才可能发生;河流沿岸植被的自然更新受地下水影响最明显;湖盆盐碱地植被带有水生植被的痕迹,自然更新相对较难;景观斑块镶嵌分布,形成微环境均异的廊道,有利于植被的自然更新.

民勤绿洲一荒漠过渡带植物物种多样性及其优势种群空间分布格局研究

以民勤绿洲-荒漠过渡带为研究对象,采用样方调查法,通过计算各类型区域内物种的重要值、丰富度指数(R)、Shannon-Winer指数(H′)、Simpson优势度指数(D)、物种均匀度指数(Jsw)、扩散系数(C)、负二项参数(K)、平均拥挤度(m*)、丛生指标(I)、聚块性指标(PI)、Green指数(GI)、Cassie指标(CA)、扩散性指数(Iδ),研究了绿洲-荒漠水平距离8 km区域内的物种多样性及其优势种群的空间分布格局。结果表明:绿洲-荒漠过渡带优势种种群为沙拐枣、唐古特白刺、梭梭,伴生物种有刺沙蓬、雾冰藜、芦苇、沙蓬等。受生境和沙丘类型的影响,各种群均呈聚集分布格局,但聚集程度有一定差异性;物种多样性、丰富度随绿洲-荒漠梯度而呈规律性变化,总体表现为减小趋势。该区域生境和沙丘类型是民勤绿洲-荒漠过渡带物种多样性及种群分布格局的决定性因素。

石羊河流域的水资源及其公众的水意识

在石羊河流域属资源性缺水地区,相比较而言其上下游的耕地数量与其产流量成反比。农民普遍采取有水就灌的灌水方式,存在水资源浪费现象。大多数公众对水资源的认识仅凭自己的用水情况来判断。若农民灌溉河水,水资源严格受到水利部门的控制,大多数人认为水资源不够用,若利用井水灌溉,灌水者基本自己决定用水的数量和灌水时间,灌水者感觉水资源并未受到限制,水是充足的。在石羊河流域中下游地区,因有井水的支持而导致51.97%-64.06%的人认为水资源够用,也就使人认为有井即有水。在这种思想引导下,人们便疯狂的打井,无节制的抽取地下水。石羊河流域水资源管理部门在指导和保护水资源行为的同时,应加强流域水资源现状、利用和管理的宣传,使流域内绝大多数人懂得区域水资源的现状、利用方式、开发潜力,自觉形成节约用水、科学用水、持续用水的意识。

民勤地区近地面沙尘监测系统的建立及其运行的初步评价

介绍了建于民勤地区的我国第一套近地面沙尘监测系统的组成、结构和功能。经1 a多运行,该系统取得了良好的沙尘监测效果。初步结果表明:2006年民勤19次沙尘暴平均气溶胶浓度的空间分布遵循幂函数关系,在沙漠和绿洲边缘区气溶胶浓度随着高度的增加显著下降,而在绿洲内部,则随高度增加而上升;在不同下垫面条件下,水平沙尘通量随高度变化也遵从幂函数关系,但在沙漠和绿洲边缘呈显著降低趋势,在绿洲呈平缓上升趋势。从沙漠区至绿洲内部,沙尘通量空间分布的规律一般是:沙漠>绿洲边缘>绿洲。2006年在民勤地区,绿洲边缘的沙尘通量比沙漠区减少了42.0%,至绿洲内部则减少74.42%,表明防风固沙林和农田防护林网对沙尘具有较强的防护功能和减灾作用。

石羊河流域下游青土湖近地层风尘分布特征

青土湖属于极端干旱区典型的干涸盐湖,盐尘中含有密度很高、粒径极细的盐碱粉尘,严重污染空气,危害地表植被,威胁干旱区绿洲生态安全。利用建立在青土湖的近地层0~50 m沙尘观测系统近2 a监测的数据,对近地层0~50 m盐尘的分布规律及风速的变化特征进行研究。结果表明：（1）风速在0~50 m垂直梯度的分布符合经典的风速随高度的增加而增大的基本特征,廓线方程遵循幂函数关系;年内月平均风速最大为5月,最小为11月,且表现出明显的季节变化特征,春、夏季平均风速大于秋、冬季;近地层18~2 m内风切变指数较大,且春、夏季风切变指数相对较小;34~28 m、50~34 m内风切变指数变化较小,且四季变化不明显。（2）盐碱沙尘水平通量的空间分布随高度的增加而增加,在垂直高度上遵循幂函数变化规律;受下垫面梭梭林的影响,在6 m高度处有一个较为明显的增加。（3）沙尘水平通量与风速之间呈现出幂函数关系,且呈明显的正相关关系。

沙漠光伏的热力平衡效应及其防沙治沙的生态学意义

以甘肃古浪振发光伏电场为例,对比分析了光伏电场内外气温、风速、太阳辐射等的差异及其变化特征。结果表明:(1)沙漠光伏可大量转化太阳辐射,有效调节沙漠地表热力平衡,消减沙尘暴发生的动力(即地表热力);(2)河西走廊沙尘暴主要发生在春季,沙漠光伏对春季10 m高度降温作用较明显;(3)沙漠光伏主要是通过转换太阳辐射降低沙面气温和自身的沙障作用以及改善植物生长条件3种方式达到防沙治沙和消减沙尘暴的目的。

河西走廊薄叶荒漠植物光谱特征

了解和掌握干旱区薄叶荒漠植物的光谱特征,不仅可为干旱荒漠区植物的遥感识别奠定基础,且对于干旱区的生态环境调控、演变及遥感反演等都具有重要的意义。以荒漠植物种丰富的河西走廊为研究区,利用全光谱便携式地物光谱仪测定13种灌木和9种草本薄叶荒漠植被地物反射光谱,对其光谱特征曲线、光谱特征参数及植被指数进行分析研究。结果表明,1)植被反射光谱波形大致相同,总体符合植被光谱特征的规律性;灌木植被和草本植被各在4个波段区间植被反射率差异明显,可用于识别荒漠植物;2)蓝边、黄边、红边位置及红谷、绿峰出现的波段范围差异不大,而蓝边、黄边、红边的斜率和面积各有差异;3)DVI值明显高于NDVI、SAVI、RVI、RDVI,利用同一种植被的5种植被指数的值同时大或小的排列顺序区分测定的大部分灌木植被和草本植被。

流动沙丘白刺造林技术试验研究

通过流动沙丘造林试验研究发现,唐古特白刺在流动沙丘可采用植苗和扦插进行造林。流动沙丘植苗造林不仅成活率、保存率接近大田造林,而且生长表现包括冠幅、地径优于大田和草沙障沙丘造林。流动沙丘扦插造林成活率和保存率低于大田,但远高于草沙障沙丘,且插条长度和生根粉对唐古特白刺扦插的成活率和保存率有显著影响,用250mg/L浓度生根粉的泥浆蘸根,60cm长度插条扦插成活率和保存率分别达到72.5%和45.4%。

石羊河下游防风固沙体系建设模式

由于对水土资源的长期不合理利用,导致石羊河下游地区脆弱的生态环境不断遭到破坏,由此引起防沙固沙林衰败死亡,沙漠化扩张速度加快,使得该区域成为我国当前荒漠化危害最为严重的区域。通过对石羊河下游民勤县的防风固沙体系建设发展历史、体系现状以及存在问题的研究,针对新的生态环境条件,提出了防风固沙体系建设的免灌模式和灌溉模式。

沙漠光伏电场的光伏转换及能量传递效应——以甘肃古浪振发光伏电场为例

为了揭示沙漠光伏的热能转换及其传递效应,以甘肃古浪振发光伏电场为例,运用2018年5月—2019年10月的观测数据进行了分析。结果表明:(1)沙漠光伏的能量传递过程表现为太阳辐射的减少导致光伏电场及其周围气温降低,进而影响光伏电场及其周围气压和风速、风向,古浪振发沙漠光伏年发电量20947.66×10^4 kW•h,转换的太阳辐射相当于每天可将2.35 km3的空气温度降低0.5℃。(2)当月平均气温高于11℃时,光伏转换的太阳辐射能小于由于光伏设施影响空气对流而滞留的热量;沙漠光伏电场对2 m高度气温的影响主要在夏季,对10 m高度气温的影响主要在冬季。(3)光伏电场对上风2 m高度气温的影响距离大于300 m,对10 m高度气温的影响距离小于300 m;对上风向风速和风向的影响距离分别为大于1000 m和小于1000 m。(4)我国沙漠、戈壁面积广大,发展沙漠、戈壁光伏产业前景广阔。

盐生植物盐爪爪种子营养成分评价

为更好地发掘和利用治理土壤盐渍化的优良盐生植物盐爪爪(Kalidium foliatum),采用离子交换色谱仪法、火焰原子吸收光谱法等测定方法,分析评价了盐爪爪种子营养物质组成及食用价值。结果表明,盐爪爪种子主要营养物质含量分别为蛋白质204 g·kg^(-1)、脂肪54 g·kg^(-1)、粗纤维45 g·kg^(-1)、碳水化合物379 g·kg^(-1)。含18种氨基酸,氨基酸总含量为205.8 g·kg^(-1),其中必需氨基酸占氨基酸总量的26.82%,赖氨酸含量最高为11.3 g·kg^(-1),必需氨基酸指数为120.40,蛋白质营养价值较高。微量元素含量分别为铁332 mg·kg^(-1),锌44.1 mg·kg^(-1),钙1590 mg·kg^(-1)。脂肪酸主要成分为亚油酸、油酸和亚麻酸,人体必需脂肪酸为73.91%。综上所述,盐爪爪种子有益营养成分种类丰富,可作为高蛋白、高粗纤维、富铁功能型食品加工的理想原料。

2006—2014年民勤4种典型荒漠群落结构及物种多样性变化研究

根据2006—2014年民勤荒漠植物4个样区36个样方调查数据,对该区沙蒿、梭梭、麻黄和白刺4种典型荒漠植物群落结构及物种多样性进行分析。结果表明:该区群落结构简单,物种相对单一且数量较少,植物都是以较低的芽位适应生境条件;灌木层物种的变化不大,草本层物种有所增加;多样性指数沙蒿群落、梭梭群落和白刺群落的略有增加,而麻黄群落略有减小;该区群落结构和物种多样性的变化主要由于草本层的物种变化引起。了解和掌握民勤荒漠植物群落的结构和物种多样性变化规律,对于推动干旱荒漠区植被恢复和物种多样性的保护提供依据。