巴丹吉林沙漠高大沙山沉积物粒度特征及其与植被、地貌关系

沙丘形成演变是风-沉积物-其他地理因子相互反馈作用的一个动态系统过程,粒度可以揭示其中包含的部分环境信息并被广泛应用于风沙地貌研究。本文分析了巴丹吉林沙漠伊和吉格德湖高大沙山区沉积物粒度特征及其与植被、地貌形态的关系。结果表明:迎风坡中上部及中部剖面各层沉积物主粒径均一,分别为中沙、细沙;迎风坡中下部及底部剖面细沙、中沙及粗沙等不同主粒径层交替,粒配复杂,其成因与粗沙粒保护作用、风向季节变化及地质时期气候变迁等因素有关;背风坡表层沉积物以细沙为主,趋向底部粗沙、中沙及极细砂增多,说明不同粒径对风及重力作用的响应存在差异;粒度参数散点图可以区分不同部位样品,趋向迎风坡底部剖面,沙粒分选性变差,正偏、负偏及近对称沙层交替,说明风力分选作用在不同部位差异明显及存在其他外力作用;沙层粒配影响植被多样性,迎风坡中上部中沙含量高,背风坡表层中部偏上极细沙及大于2.65Φ细沙含量突然增加,是植被影响粒配的反映;迎风坡沉积环境的差异,说明随地质时期气候变迁,沙山形成可能经历了两个重要阶段,一是早期风力和水动力交替影响、具有风成与非风成环境交替特征的基底形成时期,二是以风力作用为主的现代沙山形成时期。

巴丹吉林沙漠高大沙山沉积物地球化学元素组成及其环境意义

地球化学元素不仅反映地球表层沉积物的组成特征,并在分析物源、沉积过程及重建古环境等方面有积极意义。通过野外采样、室内实验,对巴丹吉林沙漠伊和吉格德湖、巴丹湖高大沙山区沉积物地球化学特征进行了分析。结果表明:沙山沉积物元素组成特征和含量略有区域差异;与上部陆壳平均化学组成(UCC)相比,常量元素中仅Si富集,其余均亏损;趋向迎风坡上部剖面,Si、K富集程度相对增加,其他常量元素(除Na)亏损程度增加。常量元素间的关系表明SiO_2影响沙山沉积物的地球化学组成及性质;迎风坡底部剖面沉积物呈现出多源性特征,可能是不同外力作用的结果。两湖区沙山的沙源属局部范围混合的结果,就近供应;干旱气候下沙山沉积物缺少较高等化学风化产生的条件,基本处在大陆风化早期阶段的初期。

巴丹吉林沙漠高大沙山湿沙层水分特征

湿沙层水分及其运移过程是沙漠地区水循环的重要环节。巴丹吉林沙漠高大沙山湿沙层规模巨大,本文对巴丹吉林沙漠高大沙山湿沙层水分特征进行了初步分析。结果表明:湿沙层水分具有区域相似性特征,含水量多小于3%;吸附水和沙粒空隙间的水汽是湿沙层水分两种主要的类型,沙粒粒级级配影响吸附水水量变化,两种水分在沙山垂直剖面上的运移过程及相互转化可能维持了湿沙层水分的相对平衡状态;沙丘表层形成的"逆温层"以及由此引起的沿沙丘表层向沙丘内部的热量传递,形成与湿沙层水分蒸发相反的空气运动方向,使得湿沙层水分在夏季晴朗的白天受到保护;夏季受温度梯度影响,湿沙层中的水汽和膜状水向沙山底部缓慢运移;冬季受温度梯度和水势的双重影响,沙山底部潜水面附近的水汽和膜状水向上缓慢运移,补给湿沙层;湿沙层水分来源包括大气降水、大气水汽、凝结水及地下水等。

巴丹吉林沙漠湖泊对浅层沙含水量的影响

湖泊与高大沙山共存是巴丹吉林沙漠独特的自然景观,对其形成机制尚未形成共识。已有研究发现沙层含水量偏高的现象可能在高大沙山的形成中发挥了重要作用,但对其水分来源的研究尚不充分。本研究通过对沙漠腹地3个湖盆内气象要素和浅层沙含水量时空分布的对比,结合前人对水同位素和水分运移规律的研究,发现湖泊的存在大大增加了湖盆内空气相对湿度和浅层沙含水量的变化幅度,并影响了浅层沙含水量随高度的分布特征;相关分析表明,控制有湖湖盆浅层沙含水量变化的主导过程是气温升降引起的水分损失与补充,而干湖盆浅层沙水分补给主要来自风的平流输送。尽管沙丘分层含水量的长期定量观测仍有待开展,但现有证据表明巴丹吉林沙漠高大沙山沙层含水量偏高的现象很可能是湖泊蒸发的水汽以土壤吸附水汽或凝结水等形式逐渐运移至沙层内而形成,是湖泊-沙山体系长期共存、形成局地水汽平衡的结果。这为沙层水分来源研究提供了新的视角,也对沙漠腹地水资源开发利用有一定的参考意义。

巴丹吉林沙漠南缘的植物固沙问题

在野外考察的基础上,选择13个典型样地,研究了巴丹吉林沙漠南缘植被组成、群落特征和植被格局。结果表明:调查的样地中有荒漠植物31种,其中灌木12种,多年生草本11种,一二年生草本8种。种群密度3 000—14 000株·hm^(-2),优势种在群落中地位显著,群落稳定性较差;植被斑块面积小、最大斑块指数低。沙漠南缘年降水量虽然仅100 mm左右,但有霸王(Zygophyllum xanthoxylon)、红砂(Reaumuria soongarica)和沙蒿(Artemisia desertorum)等灌木和半灌木天然植物群落分布,有白刺(Nitraria tangutorum)和膜果麻黄(Ephedra przewalskii)灌丛沙堆,沙丘上生长着沙拐枣(Calligonum mongolicum)、沙鞭(Psammochloa villosa)等种群生存,且在沙漠延伸带流动沙丘上已成功建立了梭梭(Haloxylon ammodendron)人工固沙植被,表明在巴丹吉林沙漠南缘建立以乡土植物为主的固沙植被是可行的。在未来研究中,应在山水林田湖草沙生命共同体理念下加强从区域尺度上解析水、植被和沙的关系,系统了解生态系统的原真性、完整性和连通性及生态系统稳定性维持等问题,优化生态景观格局,确定生态保护目标和建设规模,同时要加强对乡土植物适应干旱风沙机制和扩繁保育技术研究,以便为区域生态建设和生态保护提供科技支撑。

巴丹吉林沙漠及其高大沙山研究评述

亚洲内陆干旱化是国际古环境研究的热点问题。巴丹吉林沙漠是亚洲内陆第二大流动沙漠,拥有世界最高大的风积地貌——沙山,是亚洲内陆干旱化研究的重要载体。沙山的形成演化与其所在沙漠的环境变迁有关,且真实地记录了区域与全球的气候变化。沙山形成过程研究应从区域地质和环境演化入手。本文从地质演化、环境演化、沙漠沉积、沙漠水文、沙山地貌和沙山形成发育等6个方面阐述了有关巴丹吉林沙漠的高大沙山、沙漠湖泊和沙漠自身的形成演化。认为构造-气候事件是亚洲内陆干旱化的一级控制,地球运行轨道变化是二级控制。自新构造运动始至其趋缓,构造-气候事件始终是巴丹吉林沙漠环境气候的主控因素,地球运行轨道变化也起很大的作用。此时西风环流是中国北方沙漠带环境气候的主要驱动力。新构造运动趋缓后,地球运行轨道变化是中国北方沙漠带环境气候的主控因素,青藏高原对大气环流的影响逐渐显现,东亚季风环流是该地区环境气候的主要驱动力。古水说可以很好地解释沙漠湖泊水的来源问题,沙漠湖泊是通过浅层的地下水路依靠保存在地下的古水来相互补给的。宏观上沙漠湖泊是风蚀湖,高大沙山的维持与沙漠湖泊之间不存在必然的因果关系。风成说可以较好地解释沙山的成因。未来的重要研究方向之一是将沙山、沙漠及其演化一同进行研究,重建沙山和沙漠的演化历史,并探讨它们之间的关系。