白刺灌丛沙堆演化对地表蚀积的影响及其作用机制

发布时间：2020-05-12 02:47

【摘要】：灌丛沙堆为典型的风积地貌,在控制地表风蚀,阻滞流沙前进方面具有显著作用。本文以我国西北典型荒漠区吉兰泰盐湖北部沙垄内不同演化阶段白刺灌丛沙堆为研究对象,通过野外定位观测及以空间代替时间等方法,分析了白刺灌丛沙堆的空间分布特征;研究了灌丛沙堆从演化初期到末期不同阶段内白刺灌丛沙堆形态变化;测定了各阶段白刺灌丛沙堆近地层风速、输沙状况;并采集了灌丛沙堆沉积物,分析了风蚀活动对沉积物机械组成的影响;揭示了灌丛沙堆表面风沙活动对其蚀积分布的影响及沙堆形态的演变规律;探讨了灌丛沙堆演化过程中植被、沙堆形态变化与灌丛沙堆表面风沙活动的相互作用机制。以下为本文的主要研究结论:(1)研究区域内白刺灌丛沙堆沿NW-SE走向平行于沙垄分布于垄间低地内。流动沙垄、半固定沙垄和固定沙垄中白刺灌丛沙堆分布密度分别为42.00个/hm2、50.67个/hm2和76.67个/hm2。流动沙垄中白刺灌丛沙堆均为发育、成熟阶段,半固定沙垄内10%的白刺沙堆出现退化现象,固定沙垄中退化阶段灌丛沙堆达到52.03%、衰亡阶段为15.11%。灌丛沙堆高度多在2.0m以下,超过40.00%的沙堆长度在5.0～7.5m之间。沙堆高度、长度、宽度等参数均呈现为成熟阶段退化阶段衰亡阶段发育阶段。随着灌丛沙堆的发展,沙堆固沙量增加,在成熟阶段达到最大,沙堆衰退后逐渐降低。(2)在灌丛沙堆演化前期,白刺在群落中呈优势地位。随着白刺灌丛的退化,群落物种多样性指数增加,白刺主导地位下降。在灌丛沙堆演化后期,草本植物缺乏白刺枝叶遮蔽,群落物种多样性指数下降,灌丛群落趋于衰败。在灌从沙堆演化进程中,白刺植被盖度、枝条密度、枝条高度先增加后降低,而枝条直径、枯死率表现为持续增加。在灌丛沙堆不同部位,植被盖度、枝条密度、枝条长度、枝条高度均表现为迎风面侧面背风面,且坡面上部植被分布状况好于下部。(3)白刺灌丛沙堆表面流场分为迎风坡前减速区、迎风坡加速区、坡顶最大加速区、背风坡涡流区、背风坡后恢复区及侧面加速区。地表输沙量大小表现为坡顶迎风坡背风坡。不同阶段白刺灌丛沙堆对近地层输沙量的降低能力大小依次为:成熟阶段退化阶段发育阶段衰亡阶段,分别为各自对照点输沙量的6.18%、11.04%和45.40%和75.69%。灌丛沙堆表面植被通过阻滞气流运行速度,使风沙流分布高度降低,趋向于贴近地表。(4)研究区白刺灌丛沙堆土壤机械组成以极细沙、细沙和中沙为主,含量超过80%。沙堆表层沉积物颗粒分布均为单峰型,粒径多在100～300μm范围内。成熟阶段颗粒分选性较发育阶段变差,颗粒组成复杂;在灌丛退化后,颗粒组成变得单-,分选性变好。平均粒径由小到大依次为:成熟阶段、发育阶段、退化阶段、衰亡阶段。研究区粒径在2.13～186μm间的颗粒为风沙环境敏感颗粒组分中的跃移部分,成熟阶段灌丛沙堆对其拦截捕获能力最强,衰亡阶段最弱,与灌丛沙堆地表植被覆盖状况基本吻合。(5)白刺灌丛沙堆演化过程对其表面蚀积活动有明显影响。在灌丛发育的早期,由于植被相对稀疏,沙堆高度较低,地表风蚀沙埋活动频繁,在西北风的作用下,灌丛沙堆顶部向东南方向移动,高度增加较快。在成熟阶段,地表蚀积量减少,表现为少量堆积,沙堆个体缓慢增长。在灌丛沙堆退化及衰亡阶段,沙堆表面以风蚀为主,沙堆个体逐渐变小矮化。灌丛沙堆植被的变化与沙堆形态的演变是同步的过程,其中植被是沙堆形成演化的驱动因素。长期的风蚀活动不断对灌丛沙堆外貌进行反复塑造,形成了研究区内形态多变、大小不一的灌丛沙堆群体景观。
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