论文部分内容阅读
我国的毛乌素沙地、浑善达克沙地、腾格里沙漠广泛分布着灌丛沙丘。毛乌素沙地的三种灌草丛沙丘处于消亡阶段,浑善达克沙地的白刺沙丘处于发育阶段,但有活化趋势。腾格里沙漠的白刺沙丘处于暂时的稳定阶段。
植物能改变沙丘土壤水分的动态变化规律与沉积结构。由于植物地上部分截留降雨,导致降雨后沙丘不同部位表层土的土壤含水量随土层深度增加降低。毛乌素沙地灌丛沙丘的剖面无明显分层构造,且沙丘各部位沉积物粒度均以细砂为主。随土层深度的增加,粘土、中砂、粗砂、极粗砂含量变化不大,粉砂、极细砂、细砂含量变化起伏较大,沉积物的平均粒径与偏度变化不大,而峰度起伏变化较大。沙丘各粒度分布曲线均呈单峰分布,峰窄,分选性好且较为一致。地理地质演变影响着灌丛沙丘剖面构造。浑善达克沙地灌丛沙丘的垂直结构明显,白色的沉积层与黑色的成土层间隔分布;黑色成土层比白色沉积层的沉积物颗粒细,且细颗粒物含量随土层深度增加而增加,粗颗粒含量随土层深度增加而减小;各土层沉积物的粒度分布曲线主要呈尖峰正偏向分布,随土层深度的增加,沉积物的平均粒径、偏度变化不大,而峰度起伏变化较大;白色的沉积层相对黑色的成土层粒度分布的偏度与峰度较大,分布较为陡峭,分选性好,而黑色成土层的粒度分布相对分散,分选性较差,且中值粒径范围较窄,颗粒较细。
植株类型、风速、吹蚀时间对沙丘发育影响的风洞模拟实验表明,在相同风速下,沙丘长度、宽度与植株侧影面积正相关,星线性增长;较高植株下沙丘的长度、宽度较较低植株其下沙丘长度、宽度大,且随风速增大沙丘宽度减小,沙丘长度增加。较小植株阻沙的临界风速值较低,而高大植株阻沙的临界风速值较高。沙丘的三维增长过程表明,冠幅一定且风速低于植被阻沙I临界值的条件下,随风时的加长,沙丘的长度、宽度、高度及体积不断增长,增大到一定程度,沙丘进入相对平衡状态,风影沙丘形成。
风洞模拟的沙地柏水平与垂直流场特征与沙丘的发育过程吻合,且植株周围的流场分布相对野外观测的流场分布明显,包括株前风速减速区、植株两侧风速加速区、株后回流区、株后气流恢复区、植株上方气流加速区,且随叶面积、风速的变化发生变化。相对其他叶面积,降低风速能力均最强的为(按比例放大后):沙蒿叶面积为0.72 cm2、白刺叶面积为1.08cm2、沙柳叶面积为1.05 cm2、小叶杨叶面积为6.86 cm2。
较小风速下,随叶面积的增大,沙蒿降低风速的能力先增,后趋于稳定,而白刺降低风速的能力增强;较大风速下,沙蒿与白刺降低风速的能力随叶面积的变化先增后减,但当叶面积增至最大时,植株降低风速的能力仍高于植株无叶时降低风速的能力,且这种能力差距随风速的增大逐渐变小。另外,沙蒿对四组实验风速的降低比率均值较高,且随风速的增大其比率均值差异不大,防风能力较强且随风速增大变化较小,而白刺对四组实验风速的降低比率均值均较低,防风作用相对沙蒿均较弱,且随风速的增大比率均值变化也较小。
随叶面积的增大,沙柳降低风速的能力大致呈先减后增的规律,而小叶杨降低风速的能力先增后减,但当叶面积增至最大时,植株降低风速的能力略高于植株无叶时降低风速的能力,且这种能力差距随风速的增大变化不大。另外,从降低风速的比率均值来看,沙柳对较小风速的防风能力高于对较大风速的防风能力,且随风速的逐渐加大,降低风速的能力逐渐减弱。而相对沙柳模型,小叶杨对四组实验风速的降低比率均较大,且随风速的增大防风能力增强。
沙丘各形态参数与植株侧影面积之间的相关性较高。沙丘体积可以用来衡量植物的阻沙能力,并随植株侧影面积的增长呈二次函数或幂函数增长,增长速度较快,阻沙能力由高到低依次为腾格里沙漠白刺、浑善达克沙地白刺、毛乌素沙地沙蒿、毛乌素沙地沙柳、毛乌素沙地针茅。