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。

沙漠绿洲过渡带柽柳灌丛沙堆—丘间地系统土壤粒度分异规律

以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲西部过渡带为研究区,从风沙地貌的角度详细研究了柽柳灌丛沙堆—丘间地系统土壤粒度空间异质性变化规律。结果表明,研究区以极细沙为主,其次为粉沙和细沙,属于风力有效搬运的粒径范围。随着植被总盖度从30%→15%~20%→10%→〈5%降低,0~10 cm土层平均粒径从74.41→77.28→86.29→92.71μm变化,并伴随着黏粒消失和粗沙出现。相同植被条件下,以灌丛下土壤平均粒径最小、沙堆边缘和风影区次之、丘间地最大,分选性则以丘间地最好而灌丛下最差。过渡带植被可截获相当部分远程输送的悬移质,使表土物质组成细化;灌丛沙堆明显的细粒富集效应及丘间地土粒相对粗化与风力分选和沙物质原地再分配密切相关;随着植被总盖度降低到5%以下,灌丛沙堆及丘间地普遍发生风蚀,表土粒度组成粗化,＂资源岛＂效应消失。至少要维持大于10%的植被覆盖是过渡带灌丛沙堆科学保育的前提。

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。

绿洲沙漠过渡带柽柳(Tamarix ramosissima)灌丛沙堆-丘间地系统土壤盐分含量特征

以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲西部过渡带为研究区,选取植被盖度为30%、15%~20%、10%、<5%的4个典型样地,对各样地的柽柳(Tamarix ramosissima)灌丛沙堆-丘间地系统典型部位0~10cm和10~20cm土壤进行系统采样,测定土壤pH值及总盐、Cl^-、Na^+、K^+、SO_4^(2-)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、CO_3^(2-)、HCO_3^-含量,从风沙地貌的角度探讨过渡带沙漠化进程中土壤盐分分异规律。结果表明:随着植被总盖度的降低,0~10cm层土壤pH值及总盐、Cl^-、K^+、Na+含量总体呈先升高后降低的趋势;土壤SO2-4和Ca^(2+)含量呈先降低后升高的变化趋势;Mg^(2+)含量随着植被盖度的变化没有明显的变化规律。灌丛下→沙堆边缘→丘间地→风影区,总盐、Cl^-、K^+、Na^+、SO_4^(2-)、Ga^(2+)、Mg^(2+)含量呈先减小后增大的变化规律,最大值均位于灌丛下,最小值位于丘间地;pH值和HCO_3^-含量大体呈先升高后降低的趋势,最小值位于灌丛下,最大值多位于丘间地,二者存在中度相关(r=0.644)。与0~10cm土层相比,10~20cm总盐、Cl^-、K^+、Na^+含量明显增加,SO_4^(2-)、HCO_3^-、Ga^(2+)含量降低,Mg^(2+)含量和pH值没有明显的变化。两土层各盐分含量随植被盖度的梯变呈相对一致的变化趋势。在不同的环境条件下,以蒸腾作用、泌盐作用和根系的选择性吸收作用等为主的生物积盐作用与地下水蒸发聚盐以及地表风蚀强度等非生物因素之间的平衡关系,应该是影响绿洲沙漠过渡带柽柳灌丛沙堆盐岛效应强弱的关键因素。