海北高寒草甸生态系统定位站气候、植被生产力背景的分析

首先分析了中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站近40多年来气温、降水的变化特征;其次分析和总结近20年来海北高寒草甸生态系统不同植被类型分布及地上生物量;同时探讨了对气象条件影响牧草产量的机制及关系,以及高寒草甸植被对气候变暖的响应。本文的目的是为高寒草甸生态系统的结构、功能、能量流动及物质循环等研究,以及提高生物生产力途径模式的建立提供依据,也为从事海北站不同学科的研究工作提供气候及植被的背景情况。

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。

吉兰泰荒漠绿洲过渡带白刺灌丛沙堆形态示量特征

白刺(Nitraria tangutorum)灌丛沙堆是吉兰泰荒漠绿洲过渡带常见的自然景观。在不同背景植被盖度下,白刺灌丛生长与沙堆形态特征如何变化,仍然未知。通过对白刺灌丛和沙堆形态参数的测量,定量分析不同背景植被盖度下白刺灌丛和沙堆形态参数的差异性,以及白刺灌丛生长特征与白刺灌丛形态之间的关系。探讨背景植被盖度对白刺灌丛沙堆演化的影响。结果表明:(1)4种背景植被盖度下白刺灌丛沙堆演化稳定,白刺灌丛沙堆各形态参数随着背景植被盖度增加逐渐向大规模、小密度方向发展。(2)从整体来看,不同背景植被盖度下白刺灌丛沙堆各形态参数之间存在良好的相关关系。(3)吉兰泰荒漠绿洲过渡带白刺灌丛沙堆长轴与短轴之间存在二次函数或幂函数关系;除样地1外,白刺沙堆高度和水平尺度之间存在幂函数关系。(4)吉兰泰荒漠绿洲过渡带白刺灌丛盖度主要集中于40%~80%,占灌丛沙堆总量的64.62%,说明研究区白刺灌丛生长状况良好。据此认为研究区白刺灌丛沙堆发育良好,暂时不会成为风沙危害绿洲的策源地。

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。