Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 典型沙质草原风蚀坑演化过程与发育机理研究 | |
| 张惜伟 | |
| 出版年 | 2018 |
| 学位类型 | 博士 |
| 导师 | 汪季 ; 高永 |
| 学位授予单位 | 内蒙古农业大学 |
| 中文摘要 | 风蚀坑是沙质草原沙带或沙丘地形成发展的起始形态,其持续发展的结果将导致沙漠化扩展和生态环境恶化。本文以MODIS(250 m)和Landsat TM(30 m)影像数据为主要数据源,选取面积约305 km~2的呼伦贝尔草原北部沙带附近的典型风蚀区域为研究区,借助ArcGIS,ENVI和Fragstats,SPSS等软件,采用NDVI值、景观格局指数、相关性分析等方法,分析沙质草原风蚀坑的空间格局变化特征。具体选取裸地沙斑、活跃发展、固定阶段、消亡阶段、重新活化等5个风蚀坑不同发育阶段的样坑,与未风蚀草地地表相对照,分析不同发育阶段风蚀坑的风沙流结构特征、风蚀坑表层土壤理化性质,重点分析处于活跃发展阶段的风蚀坑演化过程,为草原沙漠化监测与防治提供科学依据。主要研究结论如下:(1)呼伦贝尔沙质草原植被覆盖较好区域主要集中在陈巴尔虎旗的东北部、鄂温克旗的中东部以及新巴尔虎左旗的东南部区域;近15年间的植被覆盖状况呈逐年波动改善趋势,而居于沙质草原区北部沙带与海拉尔河之间区域存在很多NDVI值介于0.2~0.35的斑块,植被覆盖状况极差,风蚀坑的存在影响植被生长;2010年后的夏季均温呈不显著降低和年均降水量呈显著波动增加的年际变化趋势均有利于植被生长;降水是植被覆盖状况最主要的影响因子,气温对植被覆盖的影响也较大。(2)研究区风蚀坑发育较密集,占景观面积的4.12%,斑块密度为0.28个·hm~(-2),面积为10 hm~2以下的斑块与面积为10~100 hm~2的斑块数量基本均等,风蚀坑斑块面积与形状指数、分维数之间显著相关,风蚀坑长轴方向与盛行风向近乎一致,随着风蚀坑面积不断增大,形状变化呈碟形-槽形-不规则形的发展趋势。研究区最大风蚀坑面积为96.59 hm~2,反映了呼伦贝尔草原风蚀沙化的严重性。风蚀坑分布范围广,但呈局部聚集分布,其景观破碎度较大;风蚀坑形式体现较典型,有向集中连片的沙化趋势发展的可能性。故应在风蚀坑早期形成时就对应采取治理措施恢复植被生长,控制草原沙化。(3)风蚀坑近地表气流场结构与区域气流和风蚀坑形态相关,风蚀坑多发生于地形起伏带迎风坡中上部和顶部,受平均风速梯度作用,不同发育阶段的风蚀坑进风口的风速均较旷野风速湍急。在来自西北、西和西南方向风的交替作用下,风蚀坑沿着主风向扩展延伸,进入风蚀坑的气流方向与风蚀坑的长轴走向间的相对关系影响风蚀坑内的侵蚀特征,进入坑内的纵向气流加深坑底侵蚀,斜交气流对坑内侧壁掏蚀和坑底吹蚀,进而使风蚀坑加深和纵向延伸并伴随侧向扩展。风蚀坑后缘在风沙流的磨蚀作用下后退,风蚀坑顺风向扩展,来自坑内的沙物质沉积到坑后草地上向东南、东和东北方向呈扇状蔓延。碟形坑在强气流侵蚀下,进出风口和内侧壁及坑底被气流不断风蚀,逐渐沿风向拉伸并最终发展为槽形坑。而相邻分布的2个以上碟形、槽形坑在扩展过程中连通起来,合并为复合形风蚀坑。随风蚀坑面积增大,风蚀坑的形状特征表现为碟形-槽形-复合形。从风蚀坑形态变化来看,坑长的增长速度最快,其次是坑宽,坑深的增长速度最慢。(4)处于裸地沙斑、活跃发展、固定阶段及重新活化阶段的风蚀坑,风速廓线基本遵循对数分布规律;而未风蚀草地和处于消亡阶段的风蚀坑,气流受下垫面扰动,风速廓线呈“S”型分布。风蚀坑各发育阶段输沙量与高度的最优拟合模型为负指数模型,不同发育阶段风蚀坑内部风沙流输沙量差异较为明显;超过95%的输沙量均在地表0~30 cm高度内,且63.97%~90.96%的输沙量集中分布在距地表10 cm高度内。风沙流跃移高度与风速正相关,从大到小依次为:活跃发展>重新活化>裸地沙斑>固定阶段>消亡阶段>未风蚀草地。在裸地沙斑、活跃发展及重新活化阶段,输沙量有向高层移动的趋势;而在其他阶段,由于植被盖度较高,使得风沙流多集中在近地层。(5)风蚀坑各发育阶段的表层土壤颗粒均以砂粒为主,其中以细砂、中砂含量居多,砂粒分布集中程度为:未风蚀草地<消亡阶段<固定阶段<裸地沙斑<活跃发展阶段裸地沙斑>消亡阶段>固定阶段>活化阶段>活跃发展阶段,颗粒组成逐渐粗化。风蚀活动强度加大及植被破坏程度加剧应是导致风蚀坑表层砂粒粗化的主要原因。随风蚀坑不断发育演化,地表土壤容重下降,土壤紧实度降低,而土壤水分含量受沙漠化影响较小,可能受到植被等其他多种因素的综合影响;土壤有机质等养分含量随着土壤机械组成的粗化而下降,土壤质量综合评价得出未风蚀草地的综合养分质量最优,而活跃发展阶段风蚀坑的综合养分质量最劣的结论。 |
| 中文关键词 | 风蚀坑 ; 风沙流结构 ; 演化过程 ; 典型沙质草原 ; 呼伦贝尔 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| URL | http://kns.cnki.net/kns/detail/detail.aspx?FileName=1018881796.nh&DbName=CDFD2018 |
| 来源机构 | 内蒙古农业大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/257759 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张惜伟. 典型沙质草原风蚀坑演化过程与发育机理研究[D]. 内蒙古农业大学,2018. |
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