殷 婕,安 晶,哈斯額爾敦,*,武子豐,周炎廣,胡日娜

1 北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部自然資源學(xué)院,北京 100875

2 首都師范大學(xué)附屬密云中學(xué),北京 101500

干旱區(qū)因溫差大、降水少而集中且天然植被稀疏,物理風(fēng)化、暫時(shí)性流水和風(fēng)沙活動(dòng)成為景觀發(fā)育的主要地貌過(guò)程[1—4],其中主導(dǎo)作用類(lèi)型及方式變化導(dǎo)致干旱區(qū)景觀表現(xiàn)出明顯的異質(zhì)性和分帶性。在區(qū)域尺度上,如風(fēng)沙侵蝕、搬運(yùn)及沉積作用的分異導(dǎo)致中國(guó)北方戈壁、沙漠和黃土自西北向東南的帶狀分布；在局地尺度上,主導(dǎo)地貌過(guò)程變化使沉積物理化性質(zhì)和植被格局發(fā)生分異,如風(fēng)沙搬運(yùn)和沉積作用變化引起沙質(zhì)草地風(fēng)蝕坑下風(fēng)側(cè)沉積物和植物群落的分帶性分布[5],與此同時(shí)植被格局變化又反過(guò)來(lái)影響風(fēng)沙蝕積、搬運(yùn)模式。在這種地貌-植被相互作用中,當(dāng)風(fēng)動(dòng)力為地貌過(guò)程的主導(dǎo)外營(yíng)力時(shí)稱(chēng)為風(fēng)沙-植被相互作用[6]。

自本世紀(jì)初期,國(guó)外學(xué)者已關(guān)注到風(fēng)沙活動(dòng)與植物生長(zhǎng)的相互作用對(duì)干旱、半干旱地區(qū)景觀變化的影響,并通過(guò)野外控制試驗(yàn)、遙感影像比對(duì)和實(shí)地調(diào)查的方法[7—9],報(bào)道了奇瓦瓦沙漠等地由于風(fēng)沙過(guò)程引起干旱草原草本植物向灌木演替進(jìn)而導(dǎo)致區(qū)域景觀演化的現(xiàn)象。近年來(lái),隨著遙感技術(shù)、建模手段不斷發(fā)展,植被格局連續(xù)觀測(cè)和區(qū)域輸沙通量估算得以實(shí)現(xiàn),在此基礎(chǔ)上建立了模擬大尺度風(fēng)沙-植被互饋關(guān)系對(duì)景觀變化影響的生態(tài)模型[10—11]。相對(duì)來(lái)說(shuō),我國(guó)在此方面的研究程度較低,大部分仍集中在風(fēng)洞模擬植物對(duì)風(fēng)沙流或風(fēng)沙流對(duì)植物的單向影響[12—16]、實(shí)驗(yàn)探究沙生植物對(duì)沙埋的響應(yīng)機(jī)制等單作用過(guò)程[17—20]；也有學(xué)者對(duì)拋物線形沙丘、風(fēng)蝕坑等典型風(fēng)沙地貌周?chē)L(fēng)沙蝕積格局引起植被的分帶性規(guī)律進(jìn)行報(bào)道[5,21]。但是,這些工作均未系統(tǒng)地對(duì)風(fēng)沙-植被相互作用引起野外風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)、沉積物特征變化開(kāi)展實(shí)地觀測(cè)等進(jìn)一步研究。

在沙漠邊緣、沙漠綠洲過(guò)渡帶和草原帶草地灌叢化地區(qū),風(fēng)沙-植被相互作用尤為明顯。當(dāng)風(fēng)沙輸移時(shí),細(xì)顆粒物質(zhì)為植物定植和生長(zhǎng)提供養(yǎng)分和水分[7],植物生長(zhǎng)到一定程度又以覆蓋地表、捕獲沙物質(zhì)和分散氣流動(dòng)能的方式影響風(fēng)沙蝕積模式[22—23],風(fēng)沙蝕積模式改變和植被生長(zhǎng)狀況差異使地表景觀表現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性[8]。因此,探明風(fēng)沙與植被的相互作用關(guān)系,能為揭示沙區(qū)景觀分異規(guī)律提供依據(jù),進(jìn)而與區(qū)域植被恢復(fù)和防風(fēng)治沙工程相結(jié)合,為改善生態(tài)環(huán)境提供理論基礎(chǔ)?；诖?本文選擇庫(kù)布齊沙漠南緣順風(fēng)向景觀具異質(zhì)性的平坦覆沙地塊為研究區(qū),其上依次分布新生油蒿、油蒿灌叢、老齡化灌叢沙堆。通過(guò)開(kāi)展植被調(diào)查、風(fēng)沙及沉積物粒度野外觀測(cè)和室內(nèi)分析,以期揭示風(fēng)沙-植被相互作用,并對(duì)其景觀效應(yīng)作初步探討。

1 研究區(qū)概況與試驗(yàn)方法

1.1 研究區(qū)概況

庫(kù)布齊沙漠位于鄂爾多斯高原脊線北側(cè),西、北、東三面被黃河環(huán)繞,其主體呈東西向帶狀分布在黃河南岸階地上,西、南部呈片狀分布在鄂爾多斯剝蝕高原上(圖1)[24—25]。研究區(qū)位于沙漠中部南緣季節(jié)性河流叭尓洞溝與布日嘎斯太溝之間的平坦覆沙地上,地理坐標(biāo)為109°7′30″—109°8′10″E、40°14′20″—40°14′35″N,其地表自然景觀以片狀流沙和油蒿灌叢相間分布為特色[16]。該區(qū)屬于溫帶大陸性干旱氣候向半干旱氣候的過(guò)渡帶,冬季干冷多風(fēng)、夏季炎熱少雨。根據(jù)附近杭錦旗氣象站多年(1998—2013年)觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,多年平均氣溫為7.3℃,且1月份平均氣溫最低(- 11.3℃),7月份平均氣溫最高(23℃),氣溫年較差34.3℃；多年平均年降水量289.9mm,主要集中在6—9月(占全年降水量的78.2%),降水年內(nèi)分布不均(圖2)；全年以偏西風(fēng)為主,合成輸沙風(fēng)向?yàn)?11.38°,總輸沙勢(shì)為201.60VU,屬中風(fēng)能環(huán)境且春季風(fēng)沙活動(dòng)最頻繁(圖3)。該區(qū)地帶性土壤為棕鈣土,非地帶性土壤為風(fēng)沙土和鹽堿土；植被主要為油蒿(Artemisiaordosica)單優(yōu)勢(shì)種半灌木群落,還有一年生草本沙米(Agriophyllumsquarrosum)等。

圖1 研究區(qū)位置圖

圖2 研究區(qū)氣象要素月變化

圖3 研究區(qū)輸沙要素月變化

1.2 試驗(yàn)方法

觀測(cè)樣地為薄層覆沙平坦地表,在部分裸露地表出現(xiàn)小礫石,坡度為2°。樣地西側(cè)叭尓洞溝是一條暫時(shí)性河流,觀測(cè)期間為枯水期,形成干河床,有大量流沙滯留。

1.2.1 樣方選取及植被、覆沙調(diào)查

在干河床下風(fēng)側(cè)平坦地表,沿順風(fēng)向布設(shè)調(diào)查樣方,分別標(biāo)注為B、C、D、E、F,且在各樣方的南北兩側(cè)布設(shè)2個(gè)樣方,即3組重復(fù)實(shí)驗(yàn)。同時(shí),在上風(fēng)側(cè)裸地處布設(shè)一個(gè)參考樣方,標(biāo)注為A,樣方布設(shè)位置如圖4所示意。采用常規(guī)植被調(diào)查方法,用鋼卷尺測(cè)量各樣方內(nèi)植株的冠幅、高度等指標(biāo),并以此計(jì)算各樣方內(nèi)植株的平均高度、植被蓋度。重復(fù)3次使用差分GPS測(cè)量上風(fēng)向裸地A與調(diào)查樣方B、C、D、E、F的中心點(diǎn)高程,取平均值后將各點(diǎn)相對(duì)于A的高程差作為其覆沙厚度。

圖4 觀測(cè)樣方布設(shè)圖

1.2.2 風(fēng)速及輸沙率觀測(cè)

運(yùn)用EC9- 1型風(fēng)杯風(fēng)速儀開(kāi)展風(fēng)向、風(fēng)速野外觀測(cè),數(shù)據(jù)采集間隔為5s(圖5)。輸沙量采集使用階梯式集沙儀,高20cm,前部有10個(gè)進(jìn)沙通道,集沙儀的進(jìn)沙口中心距地面高度分別為1、3、5、7、9、11、13、15、17cm和19cm,且每個(gè)進(jìn)沙口橫截面是2cm×2cm(圖6)。

圖5 風(fēng)向、風(fēng)速觀測(cè)實(shí)地圖

圖6 輸沙觀測(cè)實(shí)地圖

在樣方A處布設(shè)參考站,一組9個(gè)風(fēng)杯和1個(gè)風(fēng)向標(biāo)測(cè)量其距地面0.2、0.3、0.6、1.0、1.2、1.5、2.0、3.0m和4.0m的風(fēng)速及4.0m高度風(fēng)向。同時(shí),在調(diào)查的5個(gè)樣方內(nèi)布設(shè)2組流動(dòng)站,輪流觀測(cè)距地面同樣高度的風(fēng)速,測(cè)得所有高度風(fēng)速均用對(duì)應(yīng)時(shí)段參考站4.0m高度處風(fēng)速進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化(U(t,z)/Uc(t,4m))處理,計(jì)算公式[26]為：

Ur=U(t,z)/Uc(t,4m)

(1)

式中,Ur為t時(shí)段內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)速,Uc(t,4m)為對(duì)應(yīng)時(shí)段參考站4m高度無(wú)遮擋環(huán)境的平均風(fēng)速(m/s),U(t,z)為各測(cè)點(diǎn)的平均風(fēng)速(m/s)。

在順風(fēng)向A、B、C、D、E、F六個(gè)樣方內(nèi)同步進(jìn)行3組輸沙觀測(cè),每組集沙時(shí)間為30min,觀測(cè)時(shí)段分別為15:40—16:10、16:10—16:40和16:40—17:10。采集的風(fēng)積物用千分之一電子天平(精度0.001g)稱(chēng)重記錄,并以觀測(cè)高度內(nèi)單位時(shí)間單位寬度的總輸沙量表示輸沙率。

1.2.3 沉積物粒度分析

不僅如此，行業(yè)總產(chǎn)值緩慢平穩(wěn)的上升現(xiàn)象并非只出現(xiàn)在傳統(tǒng)電臺(tái)產(chǎn)業(yè)，據(jù)調(diào)查自2009年起，美國(guó)人民使用網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)的平均時(shí)間從每周的6分鐘增加到9分47秒，使用人數(shù)從2010年到2011年的一年時(shí)間里增長(zhǎng)了近20%[7]。

采用“十字法”對(duì)樣方A—F內(nèi)表層3cm沉積物進(jìn)行粒度采樣,每個(gè)樣方內(nèi)均采集5個(gè)樣品,以求平均。通過(guò)Malvern公司生產(chǎn)的Mastersizer2000型激光粒度儀對(duì)所采樣品進(jìn)行分析,以體積百分比記錄。對(duì)于樣品中粒徑大于2mm的礫石,通過(guò)篩分法確定其質(zhì)量百分比并對(duì)原始結(jié)果進(jìn)行校正。根據(jù)?？?沃德公式[27],計(jì)算沉積物粒度參數(shù),包括平均粒徑(Mz)、分選系數(shù)(Sd)、偏度(Sk)、峰度(Kg)。

2 結(jié)果分析

2.1 地形與植被

研究區(qū)內(nèi)地表景觀具明顯空間異質(zhì)性且順風(fēng)向(西北—東南)呈規(guī)律性變化,總體上由無(wú)植被分布的裸沙逐漸過(guò)渡到零星分布的新生油蒿、均勻分布的多年生油蒿灌叢,再至斑塊狀的老齡化油蒿灌叢沙堆。圖7是各樣方(A—F)內(nèi)相對(duì)高程及地表覆被變化,按照植被狀況和地表覆沙厚度將各樣方所在區(qū)域劃分為裸沙區(qū)、植被區(qū)和灌叢沙堆區(qū)。裸沙區(qū)地表含零星礫石,長(zhǎng)58.43m,參考樣方A布設(shè)在此區(qū)；植被區(qū)長(zhǎng)78.99m,順風(fēng)向由零星分布的新生油蒿逐漸過(guò)渡為多年生油蒿灌叢,灌叢底部無(wú)積沙體,但叢間地有少量礫石。其間,由樣方B至D覆沙厚度逐漸增大,油蒿植株的平均高度和植被蓋度也沿程增大,且至樣方D處覆沙厚度和植被蓋度達(dá)到整個(gè)樣線內(nèi)的最大值(分別為0.38m和38.2%)；灌叢沙堆區(qū)長(zhǎng)104.75m,其間老齡化油蒿灌叢沙堆呈斑塊狀分布,叢間地有大片沙土裸露且積沙體被明顯風(fēng)蝕。與植被區(qū)均勻分布的油蒿灌叢相比,灌叢沙堆區(qū)(樣方E、F)內(nèi)沙堆分布較稀疏,植被蓋度約為樣方D處一半且由E至F減小,覆沙厚度也逐漸減小,植株平均高度無(wú)明顯變化。在整個(gè)觀測(cè)樣線內(nèi),植被蓋度呈先增大后減小趨勢(shì),植被帶可依次劃分為新生油蒿帶-多年生油蒿灌叢帶-老齡化灌叢沙堆帶,地表覆沙厚度與植被蓋度的變化趨勢(shì)一致(表1)。

圖7 觀測(cè)樣方相對(duì)高程及植被狀況

2.2 粒度特征

粒度分析結(jié)果(圖8,表2)顯示,參考樣方A的粒度頻率曲線是寬平雙峰態(tài),眾數(shù)粒徑分別是7.5μm 和64μm,粒徑級(jí)配以粉砂含量最高(49.988%),其次是極細(xì)砂(24.481%),平均粒徑最細(xì)且分選性最差。樣方B—F的粒徑頻率曲線均為呈近正態(tài)分布的窄單峰態(tài),眾數(shù)粒徑在樣方B—E處為100—160μm,F處為200—250μm。樣方B—F各粒級(jí)含量均以粉砂為主,絕大部分含量超過(guò)87.991%,以細(xì)砂和極細(xì)砂為主(分別占39.104%—47.140%和26.704%—38.185%),粘土含量很低,僅占0.664%—1.068%。自樣方B至樣方D,粉砂及極細(xì)砂含量增加,中、細(xì)砂含量減少,平均粒徑趨于變細(xì),分選變好；自樣方D至樣方F,粉砂及極細(xì)砂含量減少,中、細(xì)砂含量增加,平均粒徑變粗,分選變差。粒度特征的順風(fēng)向變化可能是近地表氣流對(duì)風(fēng)沙沉積物再分配的結(jié)果,且其變化趨勢(shì)與植被蓋度相反。

圖8 觀測(cè)樣方沉積物粒徑頻率曲線

表2 各觀測(cè)樣方沉積物粒徑級(jí)配和粒度參數(shù)

2.3 風(fēng)向、風(fēng)速

觀測(cè)期間,參考樣方4.0m高度處風(fēng)向、風(fēng)速如圖9所示。主要為偏西風(fēng),風(fēng)向集中在290°—310°,風(fēng)速逐漸增大后趨于穩(wěn)定,集中在7.0m/s—9.8m/s。

圖9 觀測(cè)期間風(fēng)向、風(fēng)速狀況

各樣方內(nèi)風(fēng)速廓線規(guī)律大體保持一致(圖10)。樣方A至D風(fēng)速隨高度增加而逐漸增大且符合對(duì)數(shù)分布規(guī)律,樣方E和F在距地表0.3m以下風(fēng)速隨高度反而減小,其上則隨高度增加而增大并符合對(duì)數(shù)分布。在整個(gè)觀測(cè)樣線上,除植被蓋度最大的樣方D以外,其他樣方在4.0m高度時(shí)均恢復(fù)至?xí)缫帮L(fēng)速。

圖10 觀測(cè)樣方風(fēng)速廓線

通過(guò)對(duì)各觀測(cè)樣方的風(fēng)速廓線擬合后外延至其風(fēng)速等于零,得各樣方地表的空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度Z0,將其與同時(shí)段參考樣方Z0相減即為各樣方的零平面位移D。由于樣方E和F的 0.2m高度處的風(fēng)速偏離對(duì)數(shù)分布,故擬合時(shí)去除。結(jié)果顯示(表3),各樣方Z0相差很大,且自B至F沿順風(fēng)向不斷增大(圖11),零平面位移也不斷增大。值得注意的是,植被區(qū)(B—D)和灌叢沙堆區(qū)(E—F)的Z0和D在區(qū)內(nèi)逐漸增大,在兩區(qū)之間急劇增大。

圖11 各觀測(cè)樣方空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度

表3 風(fēng)速與高度之間對(duì)數(shù)關(guān)系 y=a+b Ln(x)的擬合系數(shù)及Z0、D

2.4 輸沙率

2.4.1 輸沙率垂線變化

根據(jù)3次輸沙觀測(cè),得各樣方內(nèi)輸沙率隨高度變化圖(圖12)?？傮w上,隨高度增加,輸沙率減小,且在樣方A、E、F內(nèi)高度與輸沙率呈良好的指數(shù)函數(shù)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)R2均達(dá)到0.97以上,指數(shù)關(guān)系式為：

y=a·ebx

(2)

式中,y為輸沙率,g cm-1min-1；x為高度,cm；a、b為回歸系數(shù)。

相較于A、E和F,樣方B、C、D分別在1—7cm、5—11cm和7—17cm高度范圍內(nèi)偏離指數(shù)函數(shù)關(guān)系,且指數(shù)公式相關(guān)系數(shù)略低(R2分別為0.944、0.865和0.889)。在整個(gè)輸沙觀測(cè)高度上,樣方C、D的輸沙率分別在0.4—1.7g cm-1min-1和0.2—1.7g cm-1min-1,這明顯低于其他樣方(圖12)。

圖12 各觀測(cè)樣方輸沙率隨高度變化

2.4.2 輸沙率順風(fēng)向變化

圖13是同流條件下順風(fēng)向不同覆被地表的輸沙率變化。在整個(gè)觀測(cè)樣線內(nèi),輸沙率沿程先減小后增大。順風(fēng)向由B至D,植被蓋度逐漸增大,輸沙率逐漸減小,至D處減至最小值7.1g cm-1min-1,表明風(fēng)沙沉積物沿程堆積。樣方C、D處的輸沙率明顯小于裸地A和新生油蒿零星分布的B處,且裸地A處輸沙率(22.4g cm-1min-1)約為D(7.1g cm-1min-1)的3倍。樣方D處輸沙率最小但其覆沙厚度在整個(gè)樣線內(nèi)最大(1.9m),這可能一方面因?yàn)橛洼锕鄥蚕魅醯乇盹L(fēng)力,另一方面油蒿根系對(duì)沙物質(zhì)有一定固結(jié)作用。

圖13 輸沙率沿程變化

3 討論

根據(jù)叭尓洞溝道橫斷面氣流場(chǎng)的觀測(cè)結(jié)果顯示,氣流在東岸底部略微減速后順陡坎爬升加速,至階地面上風(fēng)速最大且處于不飽和狀態(tài)[28]。同時(shí),氣流將從干河床沿輸沙溝槽搬運(yùn)到東岸的沙物質(zhì)[29]侵蝕并攜帶向下風(fēng)向運(yùn)動(dòng),當(dāng)氣流攜沙量達(dá)到飽和時(shí)開(kāi)始沉降,推測(cè)這可能是研究區(qū)地表由裸地向覆沙地過(guò)渡的主要原因。起初,薄層沙物質(zhì)為油蒿定植提供條件,適量風(fēng)沙堆積促進(jìn)植物生長(zhǎng)[30—31],同時(shí)均勻分布的油蒿灌叢捕沙能力增強(qiáng),且有研究表明當(dāng)植被蓋度達(dá)到30%時(shí)沙物質(zhì)處于連續(xù)堆積狀態(tài)[32]。因此,此階段風(fēng)沙堆積與植物生長(zhǎng)相互促進(jìn)。但是,隨沙物質(zhì)的堆積厚度增加,當(dāng)其深度超過(guò)油蒿耐沙埋限度時(shí)開(kāi)始發(fā)生退化[33—34],灌叢出現(xiàn)斑塊狀分布。此時(shí),風(fēng)沙流在灌叢植株間堆積、在叢間地處侵蝕,故而風(fēng)沙與植被間關(guān)系由協(xié)同增長(zhǎng)轉(zhuǎn)為相互抑制。兩者作用關(guān)系的轉(zhuǎn)變使單優(yōu)勢(shì)種油蒿半灌木的群落蓋度、生長(zhǎng)階段和地表覆沙厚度沿順風(fēng)向變化,從而在景觀尺度上表現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性,在風(fēng)沙輸移和沉積物粒度特征上也呈現(xiàn)出規(guī)律性變化。

在植被均勻分布時(shí),蓋度增大使其削弱風(fēng)動(dòng)力的能力增強(qiáng),同時(shí)增大了地表空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度[7,35],從而降低了氣流對(duì)地表的剪切力,并且均勻覆蓋使裸露沙物質(zhì)的面積減少,進(jìn)而輸沙率減小,沙物質(zhì)沿程堆積；在斑塊狀分布時(shí),由于叢間地的狹管效應(yīng)明顯,近地表風(fēng)速增大且裸露丘間地為風(fēng)沙輸移提供物質(zhì)[36—38],因而輸沙率沿程增大,即地表發(fā)生侵蝕。此外,整個(gè)觀測(cè)樣線的地表沉積物均以細(xì)砂和極細(xì)砂為主,粉砂較少且?guī)缀鯚o(wú)粘土。究其原因可能是風(fēng)沙與植被相互作用使近地表氣流發(fā)生變化導(dǎo)致風(fēng)沙沉積物被重新分配[39—40],較細(xì)的粉砂、粘土長(zhǎng)距離懸移出樣區(qū)而較粗的顆粒滯留下來(lái)[7,41—42]。這尤其體現(xiàn)在當(dāng)從植被區(qū)向灌叢沙堆區(qū)過(guò)渡時(shí),細(xì)砂和極細(xì)砂含量減少而粗砂和中砂含量增加。

除了沙漠邊緣,風(fēng)沙與植被相互作用在沙漠綠洲過(guò)渡帶以及草原帶草地灌叢化地區(qū)也較為明顯[43—46]。在呼倫貝爾沙地平坦草地風(fēng)蝕坑后積沙區(qū),從丘間原生草地至坑緣,隨覆沙厚度增大,植被由地帶性草本植物演替為沙生木本植物且蓋度增大[5]；還有學(xué)者在奇瓦瓦沙漠開(kāi)展野外控制試驗(yàn),多年連續(xù)觀測(cè)結(jié)果顯示完全清除植被使風(fēng)蝕加劇的裸露區(qū)的下風(fēng)側(cè)逐漸由草優(yōu)勢(shì)種轉(zhuǎn)變?yōu)楣嗄緝?yōu)勢(shì)種[8—9],使順風(fēng)向景觀呈現(xiàn)出草地、裸地、灌叢地的依次過(guò)渡。在草原生態(tài)系統(tǒng)中,因植物多樣性豐富,風(fēng)沙堆積促使植被向適應(yīng)環(huán)境的方向演替,而本文研究區(qū)內(nèi)油蒿半灌木顯著優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng),零星分布的短命植物沙米和蟲(chóng)實(shí)影響十分微弱,故僅表現(xiàn)出生長(zhǎng)狀況不同。由此可見(jiàn),不同地區(qū)風(fēng)沙流與植被相互作用的具體表現(xiàn)形式可能存在差異。

通過(guò)多年航空相片和遙感影像可發(fā)現(xiàn),1998年時(shí)研究區(qū)被流沙覆蓋,經(jīng)2005至2012年景觀發(fā)生明顯變化并逐漸分異,到2016年這種分異格局未有明顯改變(圖14)。究其原因,可能一方面是區(qū)域風(fēng)沙活動(dòng)減弱(圖15),一方面是植被發(fā)育使風(fēng)沙和植被開(kāi)始產(chǎn)生相互作用并維持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。根據(jù)研究區(qū)附近杭錦旗的氣象數(shù)據(jù)顯示,近20年間區(qū)域風(fēng)速減小、降水增加,除2012和2014年以外未有大降水或大風(fēng)事件發(fā)生,但整體年際間處于波動(dòng)狀態(tài),這與Mason等[47]、Xu等[48]對(duì)毛烏素沙地、渾善達(dá)克沙地自70年代至今的降水、風(fēng)況的研究結(jié)果一致。因此,推測(cè)可能打破這種相互作用關(guān)系、促使植被完全固定或流沙大量入侵的閾值還未達(dá)到,進(jìn)而研究區(qū)內(nèi)整體景觀分異現(xiàn)象還將保持一段時(shí)間。但是,各年間的裸地區(qū)、植被區(qū)和灌叢沙堆區(qū)的相對(duì)位置會(huì)向上風(fēng)向或順風(fēng)向移動(dòng)。比如,在干燥、多風(fēng)年際,充足的沙物質(zhì)使從溝道爬升的氣流在短距離內(nèi)達(dá)到飽和而發(fā)生沉降,則裸地區(qū)范圍縮短,植被區(qū)向上風(fēng)向移動(dòng)。

圖14 研究區(qū)景觀年際變化

圖15 氣象及輸沙要素年際變化

綜上,庫(kù)布齊沙漠南緣風(fēng)沙-植被協(xié)同增長(zhǎng)與相互抑制關(guān)系和順風(fēng)向景觀分異之間存在良好的一致性,但當(dāng)氣候變化時(shí),這種一致性的整體趨向可能改變并對(duì)下風(fēng)向產(chǎn)生影響。當(dāng)風(fēng)沙活動(dòng)或植被蓋度達(dá)到某一閾值時(shí),風(fēng)沙-植被相互作用維持的臨界狀態(tài)將可能被打破,進(jìn)而導(dǎo)致干旱、半干旱地區(qū)景觀發(fā)生演變,并且對(duì)于臨界值的定量研究將在后續(xù)工作中進(jìn)一步探究。

4 結(jié)論

根據(jù)分析結(jié)果及討論,得出以下結(jié)論：

(1)在庫(kù)布齊沙漠南緣干河床下風(fēng)側(cè),風(fēng)沙與植被相互作用變化導(dǎo)致順風(fēng)向景觀的空間異質(zhì)性,植被特征、風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)和沉積物特征表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性變化,植被蓋度和覆沙厚度先增大后減小,空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度沿程增大,輸沙率及沉積物平均粒徑先減小后增大。

(2)從地表侵蝕區(qū)、風(fēng)沙-植被相互促進(jìn)區(qū)至抑制區(qū),相應(yīng)地表景觀由裸地過(guò)渡為均勻分布的新生油蒿-油蒿灌叢和斑塊狀分布的灌叢沙堆,即裸地、植被區(qū)和沙堆區(qū)。

(3)干旱區(qū)景觀尺度上的風(fēng)沙-植被相互作用還引起沉積物理化性質(zhì)及植物群落生態(tài)等各方面的異質(zhì)性變化,有待進(jìn)一步研究。