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在气候变化和人类活动的双重影响下,半干旱沙区地表景观极为敏感和脆弱,阴山北麓农牧交错带、呼伦贝尔高原沙质草地、鄂尔多斯高原库布齐沙漠是此类半干旱风沙区的典型代表。本文选取以上三个地区风沙与植物相互作用形成的三类生物风蚀风积地貌,小叶锦鸡儿灌丛沙堆、风蚀坑、抛物线形沙丘为研究对象,采用风沙地貌学和植物生态学的野外观测调查方法以及对遥感影像数据的分析,研究三类生物地貌的空间分布格局和形态变化过程及其动力机制,以及植被对其的响应与反馈,揭示研究区生物风蚀风积地貌表征的风沙与植被的相互作用关系,讨论在气候变化和人类活动影响下的半干旱风沙区的地表景观过程。主要研究结果如下: 1.生物风蚀风积地貌的空间格局及形态变化过程 库布齐沙漠抛物线形沙丘主要分布在流沙与油蒿灌丛地的过渡带、源自鄂尔多斯高原汇入黄河的季节性河流及其支流的东岸、己栽植人工林的下风向,按形态及其上油蒿灌丛的分布格局可划分为半固定的抛物线形沙丘、半固定的宽U形抛物线沙丘、已固定的抛物线形沙丘三类,三者间存在形态转换关系,半固定的抛物线形沙丘若正向发育则演变为背风坡有新月形滑落面的宽U形抛物线沙丘,若油蒿覆盖度增大抑制风沙活动则其演变为固定的抛物线形沙丘。 呼伦贝尔草原的风蚀坑主要以零散或沿道路呈串珠状分布在平坦草地上,平坦草地上的风蚀坑按形态及成因可分为近圆形、长椭圆形及复合型三种,依次代表了平坦草地风蚀坑发育、成熟、扩张的三个阶段:而原固定沙丘迎风面植被破坏后出现的风蚀坑则称为复杂型风蚀坑。 阴山北麓坡积残积地、洪积扇和农耕地下风侧的小叶锦鸡儿灌丛沙堆形态依次为近圆形的高球冠体、椭圆形的半球冠体、长椭圆形的矮球冠体;一定面积内坡积残积地灌丛个数最多但底面积和最小,洪积扇下风侧与之完全相反;将样地内沙堆总体积折算为样地的覆沙厚度,坡积残积地、洪积扇和农耕地下风侧的覆沙厚度依次为6.7 cm、7.5 cm、4.5 cm。顺风向,就地起沙的坡积残积地上灌丛沙堆的底面积和体积呈微小递增,以洪积扇为物源的则迅速递减,以农耕地为物源则在垂直风向上的变化大于顺风向的,此为围栏封育所致。 2.植被对地貌形态及变化过程的响应与反馈抛物线形 沙丘上的植物为单一的油蒿灌丛,分布在两翼间的平坦区、两翼丘顶和沙丘外侧坡面。平坦区的油蒿按生长年龄、群落盖度划分为老龄密集油蒿灌丛带、几年生稀疏油蒿灌丛带、油蒿幼苗带,分带性成因为沙丘弧顶段的逐年前移。两翼丘顶上的油蒿灌丛捕获迎风坡来沙后形成沙丘上尺度最大的灌丛沙堆,但随沙丘脊线的外扩其相对位移至迎风坡面,随之遭受风蚀成为残墩直至完全消失。沙丘外侧坡面上以弧顶区的油蒿灌丛最大,北翼北坡的最小,原因为弧顶区的沙沉积量最大,尺度小的灌丛被完全沙埋仅剩较大的留存,同理南翼南坡沙沉积量较北翼北坡大,故其灌丛的尺度较北翼大。 风蚀坑包括侵蚀坑和坑后积沙区两个地貌单元。侵蚀坑东、北坡面植被在侵蚀坑发育中最先退化或消失,其次为西、南坡面,坑底因接近地下水常有植物生长甚至出现喜湿物种。坑后积沙区覆沙厚度大于1m的常为裸沙区,厚度小于1m的区域被2～3个群落类型不同的植被带占据。平坦草地风蚀坑发育过程中,原大针茅、羊草群落退化为耐沙埋的多年生禾草及杂草直至一年生沙生先锋植物,若坑后积沙区内形成高大的沙丘,则在沙丘坡脚外围出现喜湿物种的群落带;沙带内原固定沙丘上风蚀坑的植被以沙生灌木或小灌木为主,甚至出现小乔木。 小叶锦鸡儿灌丛地植物种类与沙源供应方式密切相关。洪积扇下风侧样地的物种数最多(55种),农耕地下风侧的其次(49种),坡积残积地的最少(36种)。以上风向沙源为主的洪积扇和农耕地下风侧灌丛地的物种相似度最大,就地沙源为主的坡积残积地和以上两类灌丛地的物种相似度均较小。但坡积残积地内灌丛沙堆与堆间地的物种相似度最高(80％),洪积扇和农耕地下风侧灌丛沙堆与堆间地的物种相似度显著减小(50～60％)。 3.植被影响的风沙动力过程抛物线形 沙丘内部平坦区植被带的风速廓线均随高度呈对数分布,但摩阻速度随植被盖度减小而递减。沙丘弧顶区迎风坡面的沙米对迎风坡面距地表30 cm高度的风速及20 cm层内的输沙率均未有显著影响,但使背风坡的输沙率显著减少,原因为沙米对迎风坡面风蚀的控制还不能迅速反应在迎风坡面的输沙率上,而在以迎风坡侵蚀物为沙源的背风坡的输沙率上得以体现。沙丘北翼丘顶30 cm高度的风速远大于南翼丘顶的,主要因西北风向下南翼丘顶灌丛沙堆对气流的扰动相对较大。 西北风向下,侵蚀坑内顺风向自西向东地表30 cm高处的风速和20 cm高度内的单宽输沙率先缓慢递减再快速递增;按坡位对比,坑底风速和输沙率均最大,南坡风速比北坡大但输沙率小于北坡的,可能原因为南坡植被盖度常高于北坡。坑后积沙区近地表风速大体呈先减后增的趋势,而输沙率始终保持递增,原因为观测期植物尚未生长,积沙区地表可视为裸露,顺风向集沙仪的沙源汇集面积逐步增加使得输沙率递增。 单个油蒿灌丛沙堆(总高0.8m)四周30 cm高度上气流流速自迎风坡脚向两侧及背风侧呈先减后增,背风坡脚的风速最小,至背风侧7.5H(H为灌丛沙堆总高度)距离处恢复为原始风速。在沙堆迎风侧1m及背风侧2m范围内的4m高度风速廓线分为二层:1.5～4m高度内符合对数分布规律,1.5 m以下为偏离对数分布的下凹型曲线。