旱區(qū)荒漠灌叢沙堆研究進(jìn)展及展望

孫 濤， 唐進(jìn)年， 韓福貴， 張錦春， 郭樹江， 段曉峰， 張?jiān)Ｄ辏?張瑩花

(1.甘肅省治沙研究所 甘肅省荒漠化與風(fēng)沙災(zāi)害防治國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,甘肅 蘭州 730070; 2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化研究所, 北京 100091;3.甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站, 甘肅 民勤 733300)

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旱區(qū)荒漠灌叢沙堆研究進(jìn)展及展望

孫 濤1,2， 唐進(jìn)年1,2， 韓福貴1， 張錦春1， 郭樹江3， 段曉峰3， 張?jiān)Ｄ?， 張瑩花1

(1.甘肅省治沙研究所 甘肅省荒漠化與風(fēng)沙災(zāi)害防治國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,甘肅 蘭州 730070; 2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化研究所, 北京 100091;3.甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站, 甘肅 民勤 733300)

[目的] 對(duì)干旱荒漠區(qū)灌叢沙堆的發(fā)育過程、形態(tài)特征、生態(tài)效益及環(huán)境演變等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)和展望，以期為荒漠區(qū)灌叢沙堆生態(tài)機(jī)理、灌叢群落生態(tài)穩(wěn)定性等方面研究提供支持。 [方法] 從干旱荒漠區(qū)灌叢沙堆的形成發(fā)育過程和機(jī)制出發(fā)，采用文獻(xiàn)綜述的方法進(jìn)行分析和總結(jié)。 [結(jié)果] 總結(jié)了灌叢沙堆地貌形態(tài)特征、空間格局分布、沙物質(zhì)沉積特征，闡述了灌叢沙堆所具有的多種生態(tài)效應(yīng)和區(qū)域環(huán)境演變之間的響應(yīng)關(guān)系，并對(duì)今后灌叢沙堆的研究方向和動(dòng)態(tài)進(jìn)行了展望。 [結(jié)論] 對(duì)灌叢沙堆演變過程的研究有助于更深入地了解區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化過程與全球氣候變化間的內(nèi)在聯(lián)系。

灌叢沙堆; 荒漠區(qū); 發(fā)育過程; 生態(tài)效應(yīng); 環(huán)境演變

文獻(xiàn)參數(shù)： 孫濤, 唐進(jìn)年, 韓福貴, 等.旱區(qū)荒漠灌叢沙堆研究進(jìn)展及展望[J].水土保持通報(bào)，2016,36(4)：351-356.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.04.060

灌叢沙堆是干旱、半干旱、半濕潤(rùn)荒漠地區(qū)以及沙質(zhì)海岸帶廣泛分布的一種生物風(fēng)積地貌類型[1]，是由于風(fēng)沙流遇到灌叢阻攔，沙物質(zhì)、風(fēng)沙顆粒物在灌叢及其周圍堆積而形成的。尤其在干旱、半干旱區(qū)荒漠過渡帶、綠洲邊緣地帶極易出現(xiàn)，是一種特有的生物地貌類型，也稱之為植物沙丘[2]或是沙堆。在我國(guó)，干旱、半干旱地區(qū)面積廣大，灌叢沙堆主要分布于農(nóng)牧交錯(cuò)帶、荒漠草原、沙漠邊緣、荒漠綠洲過渡帶及河床河谷地帶等，類型有錦雞兒(Caraganamicrophylla)、檉柳(Tamarixramosissima)、白刺(Nitraria)、蒿類(Artemisiafrigid)等[3]。這些灌叢沙包在防風(fēng)固沙、保護(hù)物種多樣性及維持區(qū)域生態(tài)平衡等方面有著十分重要的作用。20世紀(jì)80年代以來，隨著風(fēng)沙地貌和沙漠化過程研究的不斷深入，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)灌叢沙堆的形態(tài)特征、形成演變及過程、沙物質(zhì)沉積特征、沙堆分布特征及空間格局以及沙堆與區(qū)域氣候響應(yīng)等方面進(jìn)行了深入探討和研究。

灌叢沙堆的外部形態(tài)特征從力學(xué)角度講是一種動(dòng)力平衡的狀態(tài)，是在特定發(fā)育階段過程中植物、風(fēng)力和沙源3種因素相互作用共同形成的。這種形態(tài)特征可以反映分布區(qū)域的風(fēng)沙環(huán)境特點(diǎn)和土地沙漠化發(fā)展的階段性特征。灌叢沙堆的形成發(fā)育與氣候變化和人類活動(dòng)的關(guān)系十分密切，它的退化演替過程主要是由自然因素和人為活動(dòng)兩種因素共同對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的一種綜合作用的結(jié)果，同時(shí)它的出現(xiàn)又會(huì)對(duì)土地生產(chǎn)力、生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生極大的影響[1,4]。本文對(duì)灌叢沙堆的發(fā)育過程、形態(tài)特征、生態(tài)效益及環(huán)境演變等方面的研究進(jìn)展做了總結(jié)和闡述，并對(duì)今后的研究方向做了展望，以期對(duì)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)荒漠區(qū)灌叢沙堆生態(tài)機(jī)理、維持灌叢群落生態(tài)穩(wěn)定性等方面有所借鑒。

1　灌叢沙堆研究進(jìn)展

1.1灌叢沙堆發(fā)育過程研究

灌叢沙堆形成和演化過程中最主要的3個(gè)因素被認(rèn)為是荒漠植被蓋度、風(fēng)力強(qiáng)度和沙源供應(yīng)量[5]。這3者相互作用又相互影響，灌叢沙堆中植物本身是其重要組成部分，灌叢沙堆起源于植物對(duì)近地面風(fēng)沙流運(yùn)動(dòng)的干擾，在形成與發(fā)展過程中與植物的密度、枝條分布、高度、蓋度以及風(fēng)速和輸沙率大小密切相關(guān)[6-7]。因此，灌叢沙堆是荒漠植被與風(fēng)沙沉積物共同作用而構(gòu)建的特殊的風(fēng)成地貌類型，如荒漠區(qū)的檉柳沙堆、白刺灌叢沙堆都是沙物質(zhì)圍繞植株沉積形成的典型灌叢沙丘?；哪参锝Y(jié)構(gòu)本身具有通透性，是一種特殊類型的固沙或集沙障礙物，通過植物生長(zhǎng)和沙丘發(fā)育之間的相互作用，導(dǎo)致植物背風(fēng)側(cè)風(fēng)速遞減、風(fēng)沙加積，植物在加積的風(fēng)沙上持續(xù)生長(zhǎng)，因此逐步發(fā)育成灌草叢沙堆，當(dāng)植被覆蓋率足夠大時(shí)風(fēng)蝕就會(huì)停止，灌叢沙堆的形成過程也就終止[8]。灌叢沙堆尺度和形態(tài)是沙堆形態(tài)發(fā)育和塑造的重要因素，但是其所在的地理環(huán)境、土壤質(zhì)地和是否具有豐富的沙源和風(fēng)積作用是沙堆快速形成并擴(kuò)展的外部因素[9]。灌叢沙堆在發(fā)育過程中經(jīng)歷四個(gè)階段：開始發(fā)育時(shí)的雛形階段、發(fā)育過程中的增長(zhǎng)階段、發(fā)育成熟期的穩(wěn)定階段和發(fā)育后期的衰退階段。每一階段，均以不同的沙堆形態(tài)特征表現(xiàn)出來[10]，這是因?yàn)椴煌闹参锓N類、形態(tài)特征直接影響到了沙堆發(fā)育的過程和形態(tài)形成。每一個(gè)發(fā)展階段均是植物、風(fēng)力、沙源三者相互作用的動(dòng)力平衡狀態(tài)[7]。

將野外觀測(cè)和室內(nèi)風(fēng)洞模擬結(jié)合起來可以很好地闡述各類灌叢沙堆不同發(fā)育過程中風(fēng)沙流與植物在灌叢沙堆形成中的相互作用和沙堆發(fā)育的過程響應(yīng)。對(duì)沙堆的風(fēng)洞模擬研究表明，植物在沙堆發(fā)育過程中起著十分重要的作用，是因?yàn)樯扯秧敳康闹参锛爸仓昝芏瓤梢愿淖兩扯驯砻娴拇植诙?，進(jìn)而影響周圍流場(chǎng)的分布。無論沙堆基本形態(tài)如何變化，沙堆與植物和沙物質(zhì)沉積之間存在著相互聯(lián)系又相互作用的反饋效應(yīng)：即一方面植物生長(zhǎng)越好，越能阻滯氣流，沙質(zhì)沉積就會(huì)越多，這樣促使和刺激沙生植物根系和植株的生長(zhǎng)，另一方面，長(zhǎng)勢(shì)良好的灌叢植物增強(qiáng)了沙堆表面的粗糙度，進(jìn)一步使得表層沙物質(zhì)沉積在周邊，使灌叢沙堆逐步的增大，引起外部形態(tài)的變化。

1.2地貌形態(tài)特征研究

灌叢沙堆基本的形態(tài)學(xué)指標(biāo)被認(rèn)為是用來進(jìn)行區(qū)域沙漠化監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)的最重要的示量特征之一。灌叢沙堆的幾何形態(tài)反映了特定區(qū)域的風(fēng)沙環(huán)境特點(diǎn)和土地荒漠化的階段性特征。沙漠邊緣的灌叢沙堆在形成、發(fā)展和演變的動(dòng)態(tài)過程中與周邊環(huán)境因素密不可分，不同類型地貌、不同蓋度的灌叢沙堆可以反映區(qū)域環(huán)境、水分、以及荒漠化狀況。因此，通過研究不同類型灌叢沙堆的地貌形態(tài)特征和基本的形態(tài)指標(biāo)來反映區(qū)域環(huán)境的變化具有重要的意義。處于不同生境中的灌叢沙堆形態(tài)特征存在很大差異[11-12]，而沙堆基本形態(tài)參數(shù)、面積、體積、高度等之間的相關(guān)關(guān)系在表明沙堆所處的階段和環(huán)境狀況[13]的同時(shí)也能反映其生物量的多少。對(duì)荒漠草地、沙漠和戈壁分布的白刺灌叢沙堆基本形態(tài)和尺度的研究表明相互間差異明顯，戈壁生境的沙堆單體規(guī)模最小，荒漠草地的最大，沙漠居中[14]。不同演化階段灌叢沙堆形態(tài)參數(shù)及其變化趨勢(shì)、植被蓋度等存在很大的差異，處在發(fā)育階段和活化階段的灌叢沙堆的高度隨水平尺度的變化規(guī)律不盡相同[15]，但是沙堆體積大小隨植株高度和蓋度的逐漸增加而顯著的增大[16]，說明環(huán)境變化可以通過灌叢沙堆的地貌特征和形態(tài)反映出來，而對(duì)沙漠中不同類型的灌草丘的地貌特征和形態(tài)的研究也反映了沙漠化的發(fā)展趨勢(shì)。

1.3空間格局研究

通過格局分析可揭示出種群個(gè)體空間分布的數(shù)量特征及與各種環(huán)境因子的相互關(guān)系，反映環(huán)境空間結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性和植物選擇生境的內(nèi)在特性。空間異質(zhì)性在不同尺度上具有不同的格局特征，其生物學(xué)特征及生態(tài)學(xué)過程隨之也產(chǎn)生了異質(zhì)性，通過對(duì)灌叢沙堆小尺度上空間分布格局的研究可以為大尺度上的生態(tài)學(xué)格局特征與發(fā)育過程提供機(jī)制方面的一些解釋[17]。黃河河岸與庫布齊沙漠之間生態(tài)過渡帶上的白刺灌叢沙包空間格局分布呈逐漸破碎化，表明遭受到了不同程度的破壞，沙堆表現(xiàn)出一定程度的退化[18]。不同的生境中，環(huán)境因素對(duì)空間異質(zhì)性產(chǎn)生較大的影響，灌叢沙堆的格局分布不盡相同。例如，處于沙漠低地和固定沙地的白刺灌叢沙堆的斑塊大小和空間格局分布就存在明顯的差異；生長(zhǎng)在戈壁生境中的檉柳沙堆相互分隔呈斑塊狀分布，而在沙漠生境中則呈沙丘鏈狀分布，格局較明顯。不同演化階段灌叢沙堆的水平空間分布、表層土壤水分及灌叢形態(tài)特征的差異可以揭示不同演化階段灌叢沙堆的變化趨勢(shì)，也可用來作為沙堆不同發(fā)育階段[19]的指示指標(biāo)。天然降水和地表徑流對(duì)大尺度上空間格局的影響作用不言而喻，但是局地微地形的環(huán)境因子對(duì)灌叢沙堆的空間格局塑造也起著非常重要的作用，土壤表層水分、地下水位埋深、沙埋、風(fēng)蝕和植被蓋度等導(dǎo)致局地微地形的差異，進(jìn)而影響土壤水分局地變異，引響植物的分布和生長(zhǎng)狀況，而植物根系、枝條密度等因素有導(dǎo)致了灌叢沙堆的空間異質(zhì)性。

野外開展植被調(diào)查工作，調(diào)查面積小且具有局限性，而大面積的調(diào)查研究工作需要依靠目前比較成熟的遙感技術(shù)。通過圖像處理結(jié)合數(shù)學(xué)模型，對(duì)植物個(gè)體的空間信息進(jìn)行提取進(jìn)而對(duì)其空間格局進(jìn)行分析，這種方法比較適合干旱半干旱地區(qū)植物沙堆空間格局的研究，并具有較好的效果[20]。因此，遙感技術(shù)被廣泛的運(yùn)用到旱區(qū)灌叢沙堆空間格局的研究中是一種非常有效的研究手段。

1.4沙物質(zhì)沉積特征研究

沉積物粒度分布特征可以綜合反映沉積區(qū)域物質(zhì)來源、沉積區(qū)水動(dòng)力環(huán)境、微粒輸移能力和輸移路線等特征。長(zhǎng)期以來，對(duì)黃土、湖泊沉積物粒度的研究結(jié)論表明沉積粒度的變化對(duì)氣候干濕變化的指示作用較為明顯[21]。風(fēng)積物的粒度是恢復(fù)古環(huán)境和古氣候狀況的重要指標(biāo)[22]，粒度參數(shù)與沉積物的形成環(huán)境有很好的相關(guān)性[23]，因此，通過對(duì)沉積物粒度分布特征的研究可以為我們了解和認(rèn)識(shí)歷史時(shí)期沉積物所處的沉積環(huán)境提供很好的參數(shù)指標(biāo)。

灌叢沙堆不同部位的粒度組成與其周圍的風(fēng)況條件和物質(zhì)來源有很大關(guān)系，而植被蓋度、地形等也會(huì)對(duì)沙堆的土壤物理性質(zhì)產(chǎn)生影響[24]。灌叢沙堆沉積物來源于沙堆附近丘間地或周邊地區(qū)，經(jīng)過風(fēng)力的初步分選、打磨和吹蝕，在植物灌叢的阻擋下逐漸形成沙堆，隨著灌叢沙堆的逐漸形成其前后流場(chǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而在灌叢沙堆的不同部位呈現(xiàn)出相應(yīng)的粒度特征。灌叢沙堆的沉積物粒度相對(duì)與丘間地平均粒徑較粗，磨圓度和分選性較差，但是其沙堆沉積物礦物成分與附近周邊的沙源物質(zhì)成分基本一致，因此，風(fēng)沙流攜帶的沙物質(zhì)在丘間地和沙堆之間的重新分布是灌叢沙堆形成的一個(gè)重要過程[25-26]。灌叢沙堆表面不同部位沉積物的粒度參數(shù)在沙堆斷面呈現(xiàn)出有規(guī)律的變化，迎風(fēng)坡各部位的粒徑比背風(fēng)坡相應(yīng)部位的粗，而頂部的粒徑細(xì)，這種變化是沙堆形態(tài)、氣流和植物共同作用的結(jié)果，并受制于主風(fēng)和次主風(fēng)的交替作用。灌叢沙堆沉積物屬短距離風(fēng)力搬運(yùn)、分選產(chǎn)物。沙堆表層沉積物平均粒徑由迎風(fēng)坡腳至背風(fēng)坡腳趨于變細(xì)，由沙堆頂部垂直向下至底部趨于變粗，這些沙粒度特征參數(shù)以及粒級(jí)分布曲線變化等可反映部分環(huán)境要素的變化過程[22]。

1.5灌叢沙堆的生態(tài)效益

1.5.1灌叢“肥島”效應(yīng)，增加了土壤養(yǎng)分在干旱、半干旱區(qū)灌木或喬木冠幅下所形成的灌叢沙堆“肥島”(fertile islands)效應(yīng)顯著[27]?！胺蕧u”的實(shí)質(zhì)是土壤資源水平分布的局部異質(zhì)性顯著的表現(xiàn)，其形成和發(fā)展是一個(gè)資源逐漸自生的動(dòng)態(tài)過程，這種自生的過程是由灌木的擴(kuò)散過程形成的，兩者之間是一種正反饋?zhàn)饔肹28]。干旱荒漠生態(tài)系統(tǒng)中灌叢下和灌叢間土壤養(yǎng)分的時(shí)空動(dòng)態(tài)是探討“肥島”養(yǎng)分過程及其形成機(jī)制的重要依據(jù)。在空間分布上，灌叢下土壤較灌叢間土壤具有更高的養(yǎng)分含量(C，N，P等)及陽離子；在時(shí)間尺度上，灌叢群落發(fā)育的時(shí)間愈長(zhǎng)，土壤養(yǎng)分的空間自相關(guān)愈明顯[29-30]；尤其在以水分為限制因子的荒漠生態(tài)系統(tǒng)中，由于水分匱乏導(dǎo)致土壤養(yǎng)分元素不能被植物充分吸收利用而產(chǎn)生富集，使得土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性分異明顯，這種分異也使的灌叢植物，如白刺根系產(chǎn)生了適應(yīng)性的空間分化，使其適應(yīng)不同流動(dòng)的沙堆[31-32]。隨著灌叢向沙漠逐步過渡，肥島效應(yīng)逐漸削弱直至消失，但是肥島的存在也為該地區(qū)群落演化提供了必要的條件。因此，研究不同灌木植物對(duì)土壤養(yǎng)分的利用特征和養(yǎng)分在根際微域環(huán)境中的變化，對(duì)揭示灌叢沙堆中土壤養(yǎng)分的保護(hù)和有效利用機(jī)制，以及植被的恢復(fù)重建等都有重要的生態(tài)學(xué)意義。

1.5.2灌叢“庇護(hù)”效應(yīng)，增加了物種多樣性灌叢沙堆“肥島”效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)的過程中周圍的微環(huán)境也隨之發(fā)生變化，灌叢提高了水分入滲率，而土壤水分異質(zhì)性的加強(qiáng)在利于自身的生存和繁衍的同時(shí)也為草本植物在灌叢下的侵入、蓄積、生存提供了良好的條件，從而有利于草本植物在灌叢內(nèi)的定居和恢復(fù)，這就是灌叢的“庇護(hù)”效應(yīng)。在流動(dòng)沙地中由于沒有阻擋物，種子很難停留在沙層表明，但是在灌草叢的“庇護(hù)”效應(yīng)下停留在灌叢內(nèi)，因此，灌叢內(nèi)與灌叢外相比灌叢內(nèi)植物在蓋度、高度、密度、物種數(shù)以及土壤種子庫等方面明顯高于灌叢外圍，并由灌叢內(nèi)向灌叢外呈現(xiàn)出明顯下降的趨勢(shì)[33-34]。正因?yàn)楣鄥矊?duì)下層草本植物的這種“庇護(hù)”作用，不僅豐富了沙地植物的多樣性，為退化植被的恢復(fù)提供了重要的物種資源，也對(duì)維系沙地植被的穩(wěn)定具有重要的作用。

1.5.3灌叢防風(fēng)固沙功效，維護(hù)了沙地生態(tài)平衡與穩(wěn)定在干旱荒漠地區(qū)，灌叢沙堆改變了沙地表面地貌特征，增加了下墊面粗糙度，對(duì)氣流產(chǎn)生了障礙，通過自身起到降低風(fēng)速、阻止流沙遷移、截獲凋落物、防風(fēng)固沙的作用。民勤綠洲邊緣地帶天然白刺灌叢沙堆可以使風(fēng)速連續(xù)降低，在背風(fēng)面可降低達(dá)40%以上，具有明顯的防風(fēng)固沙作用，而由不同灌木構(gòu)成的灌木群落則具有明顯的保護(hù)和改善沙地生態(tài)環(huán)境的良好功效。灌叢植物對(duì)風(fēng)沙活動(dòng)的影響十分復(fù)雜，從植物自身角度來講其分布方式、疏透度、植株形態(tài)特征等與風(fēng)沙流密切相關(guān)，而環(huán)境因素如風(fēng)向、微地形、水文特征等也與風(fēng)沙活動(dòng)密切相關(guān)[35]，因此，需要大量的野外觀測(cè)和研究才能更深入了解灌叢植物對(duì)風(fēng)沙活動(dòng)的影響。

1.6灌叢沙堆與環(huán)境演變研究

隨著對(duì)灌叢沙堆研究的不斷深入，沙堆“年層”由于蘊(yùn)含著豐富的環(huán)境信息可以作為干旱區(qū)風(fēng)沙氣候、環(huán)境演變歷史的一種良好的載體日益被國(guó)內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注[36-37]。對(duì)灌叢沙堆沉積剖面中的古風(fēng)成沙、檉柳葉層、炭化層等沉積特征的研究可以恢復(fù)區(qū)域古環(huán)境演變歷史。靳建輝等[38]利用風(fēng)沙沉積粒度和地球化學(xué)元素兩個(gè)環(huán)境代用指標(biāo)，初步建立了風(fēng)沙氣候環(huán)境演變序列，表明灌叢沙堆記錄的風(fēng)沙氣候環(huán)境演化序列與北疆其他全新世沉積記錄有較好的一致性。

沙包紋層沙粒度特征可以較為明確的反映沉積動(dòng)力結(jié)果，進(jìn)而反演出歷史時(shí)期的環(huán)境狀況。用檉柳沙包沉積物年層的粒度特征和礦物組成等可以研究區(qū)域環(huán)境變化狀況[36]：沙層沉積厚度較薄表明這段時(shí)間風(fēng)力較弱，下墊面狀況良好，輸沙量較低，這一時(shí)段氣候相對(duì)濕潤(rùn)，土壤水分含量較好；當(dāng)沙層沉積較厚時(shí)，表示該時(shí)段風(fēng)力較強(qiáng)，風(fēng)沙流含量高，輸沙量較大，氣候相對(duì)干旱，降水少，地表干燥，易于被風(fēng)蝕形成風(fēng)沙流。在沙包發(fā)育過程中受到植被條件、大氣溫濕度變化等環(huán)境因素的影響，使得粒度分布變化的關(guān)系存在不確定性，在研究過程中還需借助其它指標(biāo)如枯枝落葉的C，H，N，C/N和穩(wěn)定13C值等進(jìn)行綜合分析，以此恢復(fù)不同時(shí)期區(qū)域環(huán)境氣候要素的演變過程。

2　灌叢沙堆研究展望

綜上所述，目前對(duì)我國(guó)干旱荒漠地區(qū)灌叢沙堆的研究已經(jīng)取得了很多進(jìn)展，研究理論正逐步趨向完善，研究層面和深度也在逐步的拓展和深入。從灌叢沙堆當(dāng)前研究?jī)?nèi)容和趨勢(shì)分析，今后仍需從以下幾個(gè)方面做進(jìn)一步的研究和探討。

2.1灌叢沙堆形成與演變過程的內(nèi)部機(jī)制研究

灌叢沙堆的形成、發(fā)展與演化受到多種因素的影響與制約，雖然通過風(fēng)洞模擬的手段完善了灌叢沙堆的動(dòng)力學(xué)及形成演化規(guī)律，但是僅停留在表面氣流特征和風(fēng)蝕堆積平衡等某一因素作用下定性的描述以及推理階段。加強(qiáng)對(duì)灌叢沙堆演化過程中的土壤、植被、水分的變化特征及其不同影響因素耦合關(guān)系過程的研究，將進(jìn)一步完善灌叢沙堆動(dòng)力學(xué)形成的機(jī)理與機(jī)制。灌叢沙堆是較為復(fù)雜的土壤—植被—大氣連續(xù)體(SPAC)，土壤溫度和水分變化因沙堆形態(tài)特征差異和沙堆部位的不同而空間異質(zhì)性較強(qiáng)，因此土壤水熱遷移與轉(zhuǎn)化過程較為復(fù)雜，盡管對(duì)檉柳和白刺灌叢沙堆SPAC系統(tǒng)水熱傳輸和蒸散特征的變化規(guī)律進(jìn)行了分析和模擬研究[39]，但對(duì)灌叢沙堆內(nèi)部水熱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、發(fā)生原理和動(dòng)態(tài)變化機(jī)制仍需要更深入的認(rèn)識(shí)，因此，今后對(duì)灌叢沙堆內(nèi)部變化機(jī)制與機(jī)理的研究將對(duì)進(jìn)一步加深對(duì)灌叢沙堆演變過程的研究具有重要的意義。

2.2灌叢沙堆的環(huán)境指示作用研究

草地灌叢化可作為草地環(huán)境退化的標(biāo)志之一，但是其可靠度和靈敏度仍需定量的研究。灌叢沙堆與環(huán)境因素密不可分，不同類型地貌的灌叢沙堆可以反映區(qū)域環(huán)境狀況。隨著草地生產(chǎn)力的下降，草原生態(tài)的逐步退化伴隨著灌叢沙堆的逐漸出現(xiàn)表現(xiàn)出草地植被和土地的退化，很多學(xué)者探討利用灌叢沙堆對(duì)區(qū)域土地沙漠化和草原退化進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)。但是在極端干旱荒漠環(huán)境中灌叢沙堆的廣泛發(fā)育和分布可能表明該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定，在沙漠過渡地帶又代表了流動(dòng)沙丘趨于穩(wěn)定、土地綠洲化或者指示水土條件較好的環(huán)境變化趨勢(shì)[11-12]。灌叢沙堆是野外易于觀測(cè)的地貌形態(tài)，如何將灌叢沙堆的發(fā)育與土壤風(fēng)蝕和土地荒漠化相聯(lián)系，如何去界定這種指示作用，它的可靠度和靈敏度怎樣還需要進(jìn)一步的去驗(yàn)證和研究。

2.3荒漠灌叢群落維持與更新機(jī)理研究

當(dāng)前，在自然因素和人為干擾下灌叢沙堆面積在逐漸的減少。在自然條件下灌叢植被的生長(zhǎng)、發(fā)育和衰退是一個(gè)漸進(jìn)緩慢的過程，而人類對(duì)荒漠土地的開發(fā)導(dǎo)致了沙堆快速解體。當(dāng)前對(duì)灌叢沙堆更新機(jī)理的研究較少，對(duì)灌叢沙堆采取的人工輔助保育措施和方法僅限于圍欄、放牧或人工平茬等較為簡(jiǎn)單的層面，這些恢復(fù)研究工作顯然與灌叢沙堆在中國(guó)干旱區(qū)分布面積的廣闊性不相稱。灌叢植被群落穩(wěn)定和更新與光、熱、水、氣、土等多種生態(tài)因子密切相關(guān)，哪一種生態(tài)因子在維持灌叢群落穩(wěn)定和更新過程中起主導(dǎo)作用，其驅(qū)動(dòng)作用機(jī)理仍然不太明確，因此進(jìn)行荒漠灌叢群落維持與更新機(jī)理研究，開展不同恢復(fù)保育模式與技術(shù)體系研究，是當(dāng)前對(duì)灌叢沙堆保育技術(shù)研究與實(shí)踐較為迫切的需要，同時(shí)也可為荒漠化防治實(shí)踐工作提供較為深入的理論依據(jù)。

2.4灌叢沙堆對(duì)區(qū)域環(huán)境演變和生態(tài)穩(wěn)定作用的響應(yīng)機(jī)制研究

灌叢沙堆的形成發(fā)育與氣候變化和人類活動(dòng)的關(guān)系十分密切，灌叢沙堆尤其是檉柳沙堆年層粒度時(shí)空變化反應(yīng)了區(qū)域風(fēng)沙環(huán)境的多樣性變化，在重建百年尺度上的溫度降水時(shí)空變化過程獲得了更為客觀、可信的氣候環(huán)境變化信息[40]，使得灌叢沙堆在風(fēng)沙環(huán)境變化中的指示作用進(jìn)一步凸顯。灌叢沙包年層所蘊(yùn)含的氣候環(huán)境變化序列較為短暫(近百年)，通過“年層”計(jì)年可以從當(dāng)前年份推知過去的某個(gè)年代，但是缺少一個(gè)明確的“標(biāo)準(zhǔn)”年份，即過去的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，這就使得年限界定較為模糊，年代誤差較大，不能明確界定過去某個(gè)時(shí)間段，因此，今后結(jié)合地質(zhì)學(xué)方法對(duì)灌叢沙堆“標(biāo)準(zhǔn)”年代年層的確定、建立更大尺度內(nèi)沙包形成過程反映的氣候環(huán)境演變和在全球氣候變化條件下灌叢沙堆對(duì)區(qū)域環(huán)境和生態(tài)穩(wěn)定作用的響應(yīng)機(jī)制如何將會(huì)受到更多研究的關(guān)注。灌叢沙堆在發(fā)生和發(fā)展的演變過程中碳源/匯功能在當(dāng)前全球氣候變暖的背景下日益受到重視，對(duì)不同類型灌叢沙堆變化過程中內(nèi)部水熱因子的響應(yīng)、土壤碳通量變化的研究將有助于了解區(qū)域生態(tài)過程和與全球氣候變化的內(nèi)在聯(lián)系[41]，而對(duì)灌叢沙堆研究也將從對(duì)沙堆個(gè)體的小尺度研究逐漸的拓展到與環(huán)境因素、氣候變化和生態(tài)演變等相結(jié)合的大尺度研究的層面上來。

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Progress and Prospects of Desert Nebkhas Research in Arid Areas

SUN Tao1,2, TANG Jinnian1,2, HAN Fugui1, ZHANG Jinchun1,GUO Shujiang3, DUAN Xiaofeng3， ZHANG Yunian1， ZHANG Yinghua1

(1.GansuDesertControlResearchInstitute，StateKeyLaboratoryofDesertificationandAeolianSandDisasterCombating,Lanzhou，Gansu730070，China; 2.InstituteofDesertificationStudies,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China; 3.MinqinNationalResearchStationforDesertSteppeEcosystem,Minqin,Gansu733300,China)

[Objective] Nebkhas, a kind of dune that is commonly distributed in arid desert areas. In this article, its forming process, morphological characteristics, ecological effects and environmental evolution were reviewed and summarized to provide knowledges for the research of its ecological mechanism and the ecological stabilization. [Method] Literatures were reviewed and summarized with regard to the development process and the formation mechanism of the nabkhas in the arid desert region. [Results] The formation and development of nebkhas, the morphology, spatial distribution, sediment characteristics were reviewed. And various ecological effects of nebkhas and the related regional environmental evolution were described. The trend of nebkhas research was prospected. [Conclusion] Research of nebkhas evolution in arid land was expected to help us to understand more about the interior relationship between the process of regional eco-environmental change and global climate change in the future.

nebkhas; desert region; development process; ecological effect; environmental evolution

2015-12-04

2015-12-23

國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目“干旱區(qū)白刺灌叢沙堆發(fā)育過程的土壤呼吸時(shí)空變化特征及其影響因素”(31300595); 國(guó)家自然科學(xué)基金地區(qū)項(xiàng)目“庫木塔格沙漠第四紀(jì)地層沉積特征記錄的沙漠演化過程”(41262008); 甘肅省基礎(chǔ)研究創(chuàng)新群體項(xiàng)目(1506RJIA155)

孫濤(1978—),男(漢族),甘肅省永昌縣人,博士研究生,副研究員,主要從事荒漠生態(tài)、荒漠植被恢復(fù)及荒漠化防治研究工作。E-mail:suntaosuny@163.com。

A

1000-288X(2016)04-0351-06

P931.3