我国八大沙漠适生防风固沙植物资源

沙漠是指地面完全被沙所覆盖、雨水稀少、空气干燥、植物罕见的荒芜地区。我国沙漠总面积约70万km^(2)(不包括50多万km^(2)戈壁),占全国陆地总面积的7.3%。我国最著名的八大沙漠自西向东依次为塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、库姆塔格沙漠、柴达木盆地沙漠、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠和库布齐沙漠。按照不同数据来源计算,八大沙漠总面积占我国沙漠总面积的78.3%~81.9%。

沙漠生态学概念、学科特色、内容及指导作用

生态学是生态文明建设的理论基础。现代生态学学科发展与区域生态特色相结合,已成为生态学特色学科方向发展的显著特征和区域生态文明建设的关键依据。沙漠生态学以沙漠或沙漠化土地为研究区域,以沙漠生物为研究对象,是沙漠学与生态学的交叉融合学科,具有典型的区域性特色。从沙漠生态学的概念和学科定位的角度,分析了沙漠生态学的学科特点和特色优势。基于此,沙漠生态学具有自己的研究范畴和研究内容,在学科层面上存在其他学科无法解决或者解决好的科学问题,并从研究区域和研究对象的角度分析了沙漠生态学形成独立学科方向的必要性。沙漠生态学学科体系建设和基础理论丰富与完善,有利于指导干旱、半干旱区沙漠化的发生原因、过程及原理、沙漠化逆转过程的恢复机理的全面系统研究,为沙漠化综合治理措施与治理实践、沙漠自然资源利用与开发以及沙漠生态系统保护提供关键科技支撑,凸显了沙漠生态学的特色学科方向对区域荒漠化综合防治和“三北”防护林生态工程建设的重要理论和实践指导意义。

腾格里沙漠东南缘人工固沙植被演替地面节肢动物群落多样性分布特征

在腾格里沙漠东南缘选取2、5、8、34 a和57 a的不同年限人工固沙植被区为研究样地,以流动沙地为对照,利用陷阱诱捕法调查了不同样地地面节肢动物的群落组成及多样性特征,阐明了固沙植被区地面节肢动物多样性对植被演替的响应规律。结果表明:(1)此次调查共获得地面节肢动物15685头,隶属于15目40科44个类群。随固沙年限的增加,地面节肢动物优势类群数基本无变化,常见类群数和稀有类群数分别增加了0.5—2.5倍和0.25—2.75倍;捕食性、植食性和杂食性地面节肢动物类群数均呈上升趋势,分别增加了0.5—3倍、0.2—4.2倍和0.3—1.67倍。(2)地面节肢动物总个体数表现为8 a和57 a固沙植被区显著高于流动沙地(P<0.05),分别是流沙地的3.85倍和3.03倍;类群数和多样性指数均表现为57 a和34 a固沙植被区显著高于其他年限固沙植被区(P<0.05),且57 a固沙植被区地面节肢动物类群数显著高于34 a固沙植被区(P<0.05)。(3)草本植物密度、土壤有机碳和灌木高度是影响固沙植被区地面节肢动物群落组成及多样性分布的主要因子,解释率分别为48.1%、25.2%和9.1%。草本密度、土壤有机碳与地面节肢动物个体数、类群数和多样性指数均呈显著正相关(P<0.05);灌木高度与地面节肢动物个体数呈显著正相关,与类群数和多样性指数呈显著负相关(P<0.05)。综上所述:地面节肢动物对固沙植被不同演替阶段环境条件的选择和适应性不同。流动沙地经人工固沙后,可以提高地面节肢动物的多样性,且34 a固沙时间是地面节肢动物多样性保持相对稳定的关键时间节点。

塔克拉玛干沙漠与撒哈拉沙漠沙尘气溶胶光学特性对比研究

基于2007—2021年CALIPSO和MODIS主、被动卫星遥感探测数据,对塔克拉玛干沙漠和撒哈拉沙漠的气溶胶光学特性时空分布特征进行探究及对比分析。结果表明:(1)两大沙漠的沙尘气溶胶对总气溶胶的贡献率最大,气溶胶类型季节变化的相对单一性反映了塔克拉玛干沙漠和撒哈拉沙漠地区存在沙漠沙尘排放对总气溶胶成分的显著影响;(2)塔克拉玛干沙漠气溶胶光学厚度AOD的峰值出现在春季(春季>夏季>秋季>冬季),而撒哈拉沙漠AOD的峰值出现在夏季(夏季>春季>秋季>冬季);(3)撒哈拉沙漠总气溶胶抬升高度与塔克拉玛干沙漠相近,但近地面层消光系数明显小于塔克拉玛干沙漠;塔克拉玛干沙漠的消光系数平均值在所有季节中均大于撒哈拉沙漠,故塔克拉玛干沙漠的沙尘气溶胶AOD比撒哈拉沙漠的大;相比沙漠沙尘气溶胶,塔克拉玛干沙漠和撒哈拉沙漠都无明显的污染沙尘和抬升烟活动。上述研究结果揭示了两大沙漠源区沙尘气溶胶光学特性的观测事实与利用大气气溶胶时空变化特征反映区域气候变化的可能性。

塔里木盆地西部图木舒克—昆玉沙漠公路沿线风沙环境特征

为了摸清在建图木舒克—昆玉沙漠公路沿线的风沙环境特征,根据沙漠公路沿线风沙要素特征有针对性地进行风沙防护工程实践,采用现场踏勘、结合ERA5风速数据以及卫星影像数据,对图木舒克—昆玉沙漠公路沿线风沙活动规律进行分析。结果表明:公路沿线年平均风速在3.03~3.28 m·s^(-1),年均起沙风速在5.85~6.10 m·s^(-1),年起沙风频率在16.87%~21.41%。起沙风集中处在春、夏季,4—8月是一年中起沙风频率最高的月份,公路沿线以偏东风(NE,ENE,E,ESE)为主,麻扎塔格山以南偏西起沙风频高于以北。沿线年输沙势(DP)在99.77~145.30 VU,属低风能环境,中变率。麻扎塔格山南北两侧沙丘体积、密度差异明显,沿线沙丘移动速率在1.19~3.69 m·a^(-1),为中等移动速度,沙丘移动速率与沙丘垂直投影面积大小存在明显的负相关关系,移动方向范围在171.76°~192.53°,与合成输沙方向(RDD)基本吻合。麻扎塔格山以北防沙体系的设计以东侧为主,以南则要东西兼顾。

古尔班通古特沙漠南缘沉积记录的沙漠-绿洲演化特征

干旱区沙漠和绿洲是在一定条件下可以互相转化的共生景观,阐明两者转化机制对于理解干旱区现代地表过程和生态环境演变趋势具有重要意义。在古尔班通古特沙漠南缘采集地表不同类型沉积物样品,通过实验分析获取了表征现代沙漠和绿洲沉积特征的粒度端元组分、MgO/SiO_(2)比值、绿洲指数[(Mn+Cu+Zn)/SiO_(2)]和淋溶系数[SiO_(2)/(MgO+CaO+K_(2)O+Na_(2)O)]等指标参数,并检验了这些指标在提取地层记录的沙漠化和绿洲化信息方面的可靠性。结果表明:(1)现代绿洲沉积细组分端元(EM1)含量较高,且MgO/SiO_(2)比值和绿洲指数也较大,但淋溶系数较小,而沙漠沉积粗组分端元(EM3)含量较高、淋溶系数较大,但MgO/SiO_(2)比值和绿洲指数较小。(2)地层剖面中厚层或多层叠加的黏土-粉沙沉积粒度端元组分、绿洲指数和淋溶系数等指标与现代绿洲沉积相似,而厚层或多层叠加的极细沙、细沙沉积各指标与现代沙漠沉积相似。(3)在OSL年代标尺基础上,综合运用以上代用指标提取地层记录的沉积环境演变信息,并对比毗邻区域代表性地质记录分析显示,在11.1×10^(3)~10.2×10^(3) a、6.0×10^(3)~3.8×10^(3) a、约2.8×10^(3) a的多层细沙和极细沙层反映气候干旱、风沙活动较强,沙漠波动扩展;而10.2×10^(3)~6.0×10^(3) a发育的多层黏土-粉沙层反映气候相对湿润、河流作用活跃、绿洲广泛发展,沙漠大幅度收缩;约3.8×10^(3) a以来,在趋向现代景观格局的过程中,沙漠与绿洲范围此消彼长、多次转换。

沙漠履带式运输车通过性仿真与试验

为提高沙漠地区车辆运输车能力,通过对沙漠土壤参数和履带车辆在松软地面通过性理论的分析,设计一种配备三角履带板的LY352J型沙漠履带式运输车。该车能够进行人员物资运输、车辆牵引、绞盘牵引作业,主要由三角履带板、绞盘和驾驶室等关键部位组成。通过理论分析和计算,确定各关键部件参数及沙漠履带式运输车在沙漠松软地面下的牵引通过性,应用Creo软件建立该履带车辆的虚拟样机模型,并采用RecurDyn(Recursive Dynamic)动力学仿真软件对车辆履带的最佳张紧力选择、直行、爬坡、转弯进行模拟仿真。结果显示,车重45%的条件下履带最佳张紧力为26.46 kN,能够保证车辆运行平稳且各项性能良好;上坡仿真得到的最大坡度为30°;转向动力学仿真中,车辆在路面上的转向稳定性较优,但在转弯时车辆容易失稳,会出现横向倾斜。最后在试验场地对试验样机进行直行、纵向爬坡和转向试验,验证该车型在沙漠地形实际行走时具有良好通过性能,能够克服轮式运输车在沙地沉陷的弊端,可满足现阶段沙漠地形运输作业的需求。

沙漠砂混凝土与钢筋黏结性能试验研究

在我国西部沙漠砂资源丰富的背景下,探究沙漠砂对钢筋与混凝土黏结性能的影响,制作中心拉拔试验,通过对不同沙漠砂取代率和不同粉煤灰掺量下的钢筋与混凝土的黏结强度进行试验研究。根据黏结滑移曲线,分析沙漠砂取代率和粉煤灰掺量对钢筋和混凝土黏结强度、极限位移、破坏模式的影响。研究结果表明:直径16 mm钢筋混凝土试件在锚固长度较短导致脆性劈裂破坏的情况下,钢筋与混凝土的黏结强度随沙漠砂取代率的增加呈先上升后下降的趋势;粉煤灰掺量为20%时,对两者的黏结强度提升最大。

塔克拉玛干沙漠地下水十大问题与展望:基于60年来的水文地质调查研究成果

【研究目的】系统总结近60年来塔克拉玛干沙漠地下水的调查研究成果,从地下水补给排泄、地下水水质与地下水循环等三方面总结主要的成果与认识,指出目前调查研究的不足之处和需要解决的十大问题,展望下一步的工作方向与重点任务。【研究方法】通过系统收集塔克拉玛干沙漠地下水相关的调查报告、学术论文,结合国内外其他沙漠区的最新研究成果,从地下水水量、水质及地下水循环等方面梳理调查研究进展。【研究结果】沙漠地下水的主要来源是绿洲区地下水侧向补给、降水入渗与河水入渗补给;地下水的主要排泄方式是蒸散发,还有少量的人工开采;地下水贮存量巨大,约有80多万亿m^(3);但目前补给量与排泄量的估算均有较大的不确定性。沙漠地下水的水质较差,除个别地区小于5 g/L外,大部分地区在5~10 g/L;在垂向上地下水水质具有上咸下淡的特点。地下水的区域运动规律是先从南向北流动,至塔里木河冲积平原后折向东流,地下水平均流速为55.94 m/a。【结论】下一步建议针对本文提出的十大问题,采用定量化的手段,从更长的时间尺度对地下水的补给量、排泄量进行估算;通过分层试验以及监测等技术获取更多的地下水循环信息,系统研究地下水的循环规律,提出沙漠区地下水循环的模式,定量总结各个循环系统的特点;进一步加大对沙漠区淡水寻找和高矿化地下水开发利用技术研发。

腾格里沙漠东南缘固沙植被区蚁丘对中小型土壤节肢动物群落的影响

为阐明固沙植被区中蚂蚁筑巢活动形成蚁丘对中小型土壤节肢动物群落的影响规律,于2022年在腾格里沙漠东南缘建植第5、8、34、57年的固沙植被区中,分别采集蚁丘内、外土壤样品,采用干漏斗法分离中小型土壤节肢动物,调查了固沙植被演替过程中蚁丘内外中小型土壤节肢动物群落组成、多样性分布特征及影响因素。结果显示:(1)中小型土壤动物的优势类群包括球角虫兆属、等节虫兆属和小真古螨科,分别从第8、34、57年开始呈现出蚁丘内显著高于蚁丘外的分布特征(P<0.05)。中小型土壤节肢动物优势类群个体数及总个体数均从固沙植被建植第8年开始,蚁丘内显著高于蚁丘外(P<0.05)。(2)中小型土壤动物群落类群数和Shannon-Wiener指数均表现为从固沙植被建植第34年开始,表现为蚁丘内显著高于蚁丘外(P<0.05),而且34年固沙植被区蚁丘内分别是蚁丘外的1.6倍、2.2倍,57年固沙植被区蚁丘内分别是蚁丘外的2.3倍、3.9倍;均匀度指数仅在固沙57年呈现出蚁丘内显著高于蚁丘外(P<0.05)的分布特征,即蚁丘内是蚁丘外的5.4倍。(3)结构方程模型显示,在固沙初期,土壤黏粒含量是影响中小型土壤节肢动物群落分布的主要环境因子,而在中后期则为土壤全氮和全钾含量。综合分析表明,腾格里沙漠东南缘固沙植被演替初期蚁丘仅增加中小型土壤节肢动物个体数,而只有在长期演替后蚁丘才表现为显著增加其个体数和多样性、直至改变群落组成结构,并对裸沙地中小型土壤节肢动物个体数分布具有重要辐射作用。

塔克拉玛干沙漠腹地晴天与沙尘暴天气大气边界层对比分析

根据2017、2019年7月塔克拉玛干沙漠腹地GPS探空和地面观测数据,利用位温廓线法等方法,对比分析了沙漠腹地夏季晴天和沙尘暴天气大气边界层结构变化特征。结果表明:晴天和沙尘暴天气大气边界层结构特征显著不同。晴天大气边界层各气象要素垂直分布较为均一,白天对流边界层深厚,高度接近5 km,夜间稳定边界层一般在500 m左右。沙尘暴天气边界层内位温和比湿垂直变化较小,风速较大,可达24.0 m/s,其白天对流边界层在1.5 km左右,夜间稳定边界层在1 km左右。晴天辐射强烈,地表升温迅速,湍流旺盛,是形成晴天深厚对流边界层的主要因素。大尺度天气系统冷平流的动力条件,以及云和沙尘减弱了到达地表的辐射强度是形成沙尘暴天气独特的大气边界层结构的主要因素。

含界面过渡区随机分布多边形骨料沙漠砂混凝土高温后抗压强度研究

为研究试件尺寸、界面过渡区(ITZ)厚度及强度、沙漠砂替代率(DSRR)对沙漠砂混凝土(DSC)经历高温后抗压强度的影响,将DSC看作三相复合材料,建立含ITZ随机分布多边形骨料有限元模型,利用ANSYS对高温后DSC单轴受压破坏过程进行数值模拟。结果表明:模拟结果与试验结果误差在-2.59%~3.13%,吻合良好。高温后DSC抗压强度随试件尺寸增大而减小,强度下降范围为1.44%~4.13%;抗压强度随ITZ厚度增加呈逐渐减小趋势;随着ITZ强度增加,抗压强度基本呈线性增大趋势;抗压强度在DSRR为40%时最优,研究结果可为DSC工程应用提供理论依据。

玄武岩纤维沙漠砂混凝土本构关系及损伤特性研究

为了有效提高沙漠砂资源化利用,研究了玄武岩纤维掺量(0、0.3%、0.4%、0.5%)对沙漠砂混凝土本构关系和损伤特性的影响。结合本构模型拟合了玄武岩纤维沙漠砂混凝土的应力-应变曲线,利用声发射事件数分析了玄武岩纤维沙漠砂混凝土损伤破坏过程,并借助速率过程理论对玄武岩纤维沙漠砂混凝土的损伤程度进行了评估。研究表明:掺入适量的玄武岩纤维(0.4%)可以减小沙漠砂混凝土构件的损坏;Carrerira J模型与试验数据具有较高的吻合度;同时还发现构件在到达峰值应力附近时,声发射事件数会急剧增加;基于速率过程理论以损伤变量D与相对荷载V之间的关系建立的损伤演化曲线,可用来评估玄武岩纤维沙漠砂混凝土的损伤破坏程度。

基于零模型的腾格里沙漠东南缘固定沙地种群点格局分析

植物种群空间分布格局是种群生物学特性、种内或种间关系以及与环境因子综合作用的结果。明确植物空间分布格局对认识植物生态适应性与多样性维持机制具有重要意义。本研究选择腾格里沙漠东南缘30~40年固定沙地,基于点格局的完全空间随机模型、泊松聚块模型和嵌套双聚块模型分析并检验了小画眉草、狗尾草、虎尾草、猪毛菜、雾冰藜5种常见植物种群空间分布格局。结果表明:种群密度大小排序为:小画眉草>狗尾草>虎尾草>雾冰藜>猪毛菜。完全空间随机模型下,小画眉草种群在0~1000 cm尺度呈现出从聚集分布过渡到均匀分布,再转换为聚集分布的变化规律;其余4个物种在0~295 cm尺度表现为聚集分布,且聚集分布尺度随种群密度降低而降低。泊松聚块模型下,小画眉草、雾冰藜和猪毛菜物种在0~35 cm尺度内表现为聚集分布,其他尺度为随机分布;而狗尾草和虎尾草种群分别在0~55 cm、405~835 cm和0~75 cm、465~945 cm尺度表现为聚集分布,其他尺度均随机分布。嵌套双聚块模型下,5个物种在0~1000 cm尺度基本呈现随机分布,即在大聚块中都分布着小聚块。综合3种模型的检验结果,种子扩散限制、灌木的“沃岛”效应和藻结皮特性引起的微生境异质性共同决定了腾格里沙漠东南缘30~40年固沙区植被空间多聚块分布特征。

玄武岩纤维沙漠砂钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

通过试验对沙漠砂部分代替普通砂的可行性进行探讨,研究沙漠砂和玄武岩纤维的掺入对混凝土试块和钢筋混凝土梁性能的影响。对普通砂混凝土梁、沙漠砂混凝土梁、玄武岩纤维普通砂混凝土梁、玄武岩纤维沙漠砂混凝土梁进行了受弯性能试验,得出了试验梁的荷载-挠度曲线、裂缝分布和破坏模式。之后,利用现有理论公式,计算混凝土试块的劈裂抗拉强度、轴心抗压强度、弹性模量和试验梁的屈服弯矩、极限弯矩。结果表明:天然沙漠砂部分代替普通砂是可行的;沙漠砂和玄武岩纤维的掺入没有使混凝土试块和钢筋混凝土梁的性能发生本质性改变;沙漠砂和玄武岩纤维掺入后,混凝土试块和钢筋混凝土梁的计算准则仍旧适用。

不同地域沙漠砂贫混凝土的抗压性能及单轴压缩本构模型

选取毛乌素沙漠砂、三沙源沙漠砂和宁夏沙湖附近沙漠砂,分别配制了三种不同配合比的沙漠砂贫混凝土,并对其抗压性能进行了研究,结果表明,随着水泥含量的提高,沙漠砂贫混凝土的强度和刚度随之提高,峰值应变也逐渐增大;在相同配合比下,宁夏沙湖沙漠砂贫混凝的强度和刚度相对较大,三沙源沙漠砂贫混凝土的峰值应变和耗能系数相对较大,毛乌素沙漠砂贫混凝土峰后曲线较为平缓,说明其在破坏后仍具有一定的延性特征。通过与三种普通混凝土本构模型的对比,并利用Origin对实验数据进行拟合,提出了适用于沙漠砂贫混凝土的本构模型。

基于SEM的沙漠公路路基工程施工风险研究

在沙漠地区进行公路建设对完善交通网络节点、发展偏远地区经济具有重要意义。为有效探究沙漠公路路基工程施工风险,该文从人员风险、技术风险、材料风险、机械风险和环境风险5个方面出发,通过文献研究法筛选出影响沙漠公路路基工程施工风险的23项指标;基于问卷调查收集到的有效数据,构建沙漠公路路基工程施工风险的结构方程模型(Structural Equation Modeling,简称SEM);分析施工风险关键影响因素。结果表明:沙漠公路路基工程施工风险受恶劣气候、人员三违行为、风积沙质量、机械维修与保养、技术交底完整性的影响较大。提出具有针对性的控制措施,可为沙漠公路可持续发展提供参考。

基于深度学习模型及组合模型的沙漠面积预测研究

沙漠化是全球性的环境问题,影响着许多国家和地区。准确地预测沙漠面积对于制定有效的沙漠化防治策略至关重要。文中使用不同的模型对沙漠面积进行预测,试图找到一种预测准确度高且性能优良的模型。以新疆若羌县东部地区沙漠为研究对象,分别采用ARIMA、RNN、LSTM、GRU、ARIMA-RNN、ARIMA-LSTM、ARIMA-GRU模型对沙漠面积进行预测,使用均方误差、均方根误差和平均绝对误差评估模型的性能。实验发现:ARIMA模型预测准确度最低且模型性能最差,深度学习模型的预测准确度最高可达约96.74%;组合模型的预测准确度最低可达约93.08%,其中ARIMA-GRU组合模型的预测准确度最高约为97.46%。实验表明,深度学习模型在沙漠面积预测中预测准确度高且性能良好,组合模型能够提高沙漠面积预测的准确性和稳定性,能避免单一模型预测的局限性和风险性。

和田地区沙漠体育旅游资源开发的战略构建研究

本研究主要基于SWOT态势分析对和田地区沙漠体育旅游资源开发的优势、劣势、机会、威胁进行了审视,明确战略定位,提出有利于和田地区沙漠体育旅游资源开发的战略布局构建。结果:地理优势明显,但整体规划、产品种类、特需人才、运行模式、服务理念、配套设施建设等方面滞后,沙漠体育资源开发项目单一等。结论:实现和田地区沙漠体育旅游资源开发最大效益化需要从沙漠生态环境体系、媒体宣传体系,以及特色体育建、赛、研、培体系进行全面构建与布局。

流动沙区沙漠光伏电站防沙治沙体系构建

土地沙漠化被认为是威胁人类生存家园及区域生态安全的重要环境问题之一。沙漠光伏新能源建设从防沙、治沙、用沙等方面进行了有益探索,拓宽了防沙治沙和社会经济协调发展的新途径,促进了沙区自然资源高效利用,可实现沙产业生态、经济效益的最大化。近年来,内蒙古立足国家重要能源基地战略定位,充分发挥沙区太阳能资源优势,科学利用沙漠、戈壁资源,大力发展光伏发电产业,全面推进绿色清洁能源开发与生态环境保护融合发展,实现沙漠、戈壁等生态用地的保护性利用,为内蒙古更好地完成“两个屏障”“两个基地”“一个桥头堡”建设,实现高质量发展,尽快实现“双碳”目标拓宽了新途径。