库姆塔格沙漠东南缘季节性河流(洪沟)水文监测与分析

季节性河流是干旱区不同生态系间物种扩散交流的重要通道,也是维持干旱区生物多样性与生态系统稳定性的重要因子,但我国有关季节性河流水文生态学的研究一直相对滞后,且有关季节性河流水文长期动态的研究报道较少。以库姆塔格沙漠东南缘季节性河流—多坝沟为研究对象,利用自动水位计与人工调查相结合的方法,研究了洪沟内部的长期水文动态特征。研究显示:多坝沟洪水集中在6～9月份,降水是洪水的唯一驱动力。洪水频率、流量与降水季节、降水量、降水强度等因子密切相关。任何时间,单次降水量低于5 mm时,降水无法形成明显的洪水过程;春季单次降水低于16 mm或夏季单次降水低于10 mm时,最大洪水流量均不超过0.3 m^3·s^(-1)。在没有洪水发生时,春秋季节泉水径流量表现为陡涨缓落,而夏季呈现陡落缓涨。该研究不仅为干旱区季节性河流水文监测提供了可行有效的方法,同时为进一步研究库姆塔格沙漠周边的生态水文过程、水资源管理利用及植物生存演化提供了数据支撑。

基于实测数据的库姆塔格沙漠南北两侧洪积扇降水特征分析

利用库姆塔格沙漠南北两侧洪积扇2017年6月至2018年5月的野外实测降水数据,对其降水特征进行了详细的分析,结果表明:(1)受地理位置、地形等的影响,库姆塔格沙漠降水空间分布差异较大。北侧北山洪积扇三垄沙地区的年降水量最小,为21.6 mm;南侧阿尔金山洪积扇降水量自西向东逐渐增多,胡杨沟上游、乌什喀特、赛马沟和多坝沟的年降水量分别为73.0、75.2、176.0 mm和137.4 mm;南侧阿尔金山洪积扇降水量大致自北向南逐渐增多,胡杨沟下游和中游年降水量分别为58.0 mm和56.4 mm,小于胡杨沟上游。(2)库姆塔格沙漠南北两侧洪积扇的降水主要发生在5—8月,累计降水量占到全年90%左右。(3)库姆塔格沙漠南北两侧洪积扇年降水次数介于11~26次,数量较少的大降水事件对年总降水量贡献率大。

库姆塔格沙漠东缘荒漠绿洲过渡带风况及输沙势

以国家林业局库姆塔格荒漠生态系统定位研究站2012-2013年的气象资料为依据,分析了库姆塔格沙漠东缘荒漠-绿洲过渡带的风况特征和输沙势变化情况。结果表明:1)研究区主要受WNW-NW和ENE-NE两组风向起沙风控制,其中主风向为WNW-NW,占全年起沙风的35.15%,次风向为ENE-NE,占全年起沙风的24.80%;2)该区起沙风主要发生在春季和夏季,占全年起沙风的72.59%,春季起沙风主风向为ENE,其他季节起沙风的主风向为WNW方向。3)在风沙活动期内,年合成输沙势(RDP)为54.73VU,合成输沙势方向(DDR)为S189°,研究区属于低风能环境。研究区输沙势的大小具有明显的季节性,其中春季和夏季具有较高的总输沙势(DP)和合成输沙势(DDR)。

库姆塔格沙漠羽毛状沙丘剖面特征

在库姆塔格沙漠羽毛状沙丘分布区选取典型地段作为观测区，运用全站仪测量了观测区羽毛状沙丘地形特征。结果如下：（1） 构成羽毛状沙丘羽轴的沙垄由首尾相连的变形的新月形沙丘构成，其走向为N55°E；新月形沙丘的平均高度为17.65 m，西北翼角的平均长度为72 m，均长于东南翼角。（2） 沙垄的纵断面（SW→NE）表现出明显的波动性，波长在50～100 m之间，波高在10～25 m之间。（3） 沙垄的平均宽度为127.69 m，平均坡度为12.59°；西北坡平均坡长为71.74 m，平均坡度为11.65°，东南坡平均坡长为59.05 m，平均坡度为13.52°。（4） 羽毛状沙丘的“羽枝”部分是由地形平缓的穹状大沙波首尾相连构成，并未像遥感影像一样呈现出明暗相间的羽毛状图案。大沙波的平均宽度为641.34 m，其纵断面相对平缓，2个波峰之间的距离在400 m左右，波峰高度为1～3 m，平均坡长为322.37 m，平均坡度为1.28°，仅为沙垄的10%。

干旱区植物叶片大小对叶表面蒸腾及叶温的影响

利用热及物质交换原理,并结合前人研究成果,在单叶尺度上建立了简单的叶温和水气蒸腾模型。模型通过预设值驱动,预设值参照干旱区环境及植物叶片特征设置。模拟结果显示:随气孔阻力的增加,叶片蒸腾速率降低,叶温升高;同一环境下,具有低辐射吸收率的叶片蒸腾速率和叶温更低,并且气孔阻力越大,这种差异越明显。另外,叶片宽度及风速是影响叶片蒸腾及叶温的重要因子。干旱地区植物生长季节,风速小于0.1m·s–1、气孔阻力接近1000s·m–1时,降低叶片宽度不仅有利于降低叶片温度,而且能够降低叶片蒸腾速率,从而实现保持水分,增强植物适应高温、干旱的能力。

形态变化对叶片表面温度的影响

干旱区植物叶片形态可塑性是植物适应高温干旱环境的重要生存策略,但目前仍缺乏直观的数据予以证明。该研究应用热成像技术和图像分析技术,同步测定真实叶片与模拟叶片的叶温、形态及风速、辐射和温度等环境参数。研究结果显示:在干旱、高温环境下,除了蒸腾,叶片形态变化也是调控叶温的重要因子。干旱区植物叶片变小,有利于加速叶片与环境的物质及热量交换,从而达到降低叶温的目的。样地数据显示,在高温、低风速环境下,叶片宽度每减少1 cm,叶片表面温度降低约2.1℃,而模拟叶片叶宽度每减少1 cm,叶片表面温度降低0.60–0.86℃。该研究对深入理解植物生存策略与环境适能力具有重要意义。

季节性河道土壤水分及其渗漏特征初探

利用土壤深层水分渗漏仪和水分自动监测系统获取相应的监测数据,分析干旱区季节性河流(库姆塔格沙漠东南部崔木土沟)沟道内部的洪水入渗过程及不同深度土壤水分变化规律。结果表明:①河道内以砂粒为主,土壤最大持水量在26. 08%~31. 75%。②监测期内,每次洪水过程,水分均能入渗到200 cm以下的土层,但50 cm以下土层的水分入渗基本为非饱和入渗;每次入渗过程,湿润锋到达土层的深度与入渗时间具有良好的线性相关关系,但这一相关关系在春、夏季具有明显的分异,春季水分入渗更为缓慢。③监测期内,160 cm土层共出现4次明显的连续渗漏过程,渗漏总量为2 165. 8 mm,最大渗漏强度为21. 4 mm·(2h)^-1,160 cm土壤水分渗漏速率随土壤水分含量增加呈指数增加趋势,但每次开始出现连续渗漏的土壤初始含水率并不一致。该研究可为进一步揭示干旱区河流廊道生态系统生存、变化提供了科学支撑。