The factors influencing the abrasion efficiency of saltating grains on a clay‐crusted playa     

Christopher A. Houser  William G. Nickling 《地球表面变化过程与地形》2001,26(5):491-505

The entrainment and subsequent transport of PM₁₀ (particulate matter <10 µm) has become an important and challenging focus of research for both scientific and practical applications. Arid and semi‐arid environments are important sources for the atmospheric loading of PM₁₀, although the emission of this material is often limited by surface crusts. It has been suggested that the primary mechanisms through which PM₁₀ is released from a crusted surface are abrasion by saltating grains or disturbance by agricultural and recreational activities. To examine the importance of saltation abrasion in the emission of PM₁₀, a series of field wind tunnel tests were conducted on a clay‐crusted surface near Desert Wells, Arizona. In a previous part of this study it was found that the emission rate varies linearly with the saltation transport rate, although there can be considerable variation in this relationship. This paper more closely examines the source of the variability in the abrasion efficiency, the amount of PM₁₀ emitted by a given quantity of saltating grains. The abrasion efficiency was found to vary with the susceptibility of the surface to abrasion, the ability of the sand to abrade that surface and the availability of material with a caliper size <10 µm within the crust. Specifically, the results of the study show that the abrasion efficiency is related to the crust strength, the amount of surface disturbance and the velocity of the saltating grains. It is concluded that the spatial and temporal variability of these controls on the abrasion efficiency imposes severe contextual limitations on experimentally derived models, and can make theoretical models too complex and impractical to be of use. Copyright­© 2001 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

干旱沙区生物土壤结皮覆盖土壤CO2通量对脉冲式降雨的响应     

贾晓红  辜晨  吴波  李元寿  成龙  李新荣 《中国沙漠》2016,36(2):423-432

水分是干旱区生态过程中主要限制因子,降水可通过改变土壤的干湿状况直接影响土壤的生态过程,继而引起土壤碳库的变化。生物土壤结皮作为干旱区主要的地表覆盖物,其自身不但可以进行呼吸作用,还能充分利用有限的水分通过光合作用固碳,改变土壤圈与大气圈之间的碳交换通量。通过模拟0、2、5、8、15 mm降雨,利用红外气体分析仪,对腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区主要的生物土壤结皮覆盖土壤净CO₂通量进行了原位测定,探讨生物土壤结皮覆盖土壤CO₂释放和光合固定CO₂(吸收)共同作用下的土壤净CO₂通量对模降雨的响应特征。结果表明:(1)降雨会迅速激发生物土壤结皮覆盖土壤CO₂释放,降雨激发CO₂释放速率和有效时间取决于降雨量,降雨量越高,激发程度越低,激增的生物土壤结皮覆盖土壤CO₂释放(源)效应有效时间随降雨量的增加而延长;降雨激发的土壤碳释放总量随着降雨量的增加显著增加,且藓类结皮覆盖土壤碳释放总量显著高于藻类结皮(P<0.05)。(2)降雨引起生物土壤结皮覆盖土壤CO₂吸收速率在初期呈单峰变化,后逐渐回归到降雨前的水平,随降雨量的增加,CO₂吸收的效应的时间越长,峰值越高;降雨量越高,生物土壤结皮光合碳固定量越多,当降雨量增加到15 mm时,藻类结皮光合碳固定量显著低于8 mm时的碳固定量;降雨量<5 mm时,藓类结皮光合碳固定量显著低于藻类结皮(P<0.05),≥5 mm时,藓类结皮光合碳固定量显著高于藻类结皮(P<0.05)。(3)干旱荒漠地区生物土壤结皮覆盖土壤,在无降雨的干旱期表现为较低水平的净碳排放效应,不同程度降雨的初期阶段都有短暂的增加土壤碳的汇效应,且碳汇效应的时间随降雨量的增加而延长;适度的降雨会降低长期干旱藻类结皮覆盖土壤向大气的碳排放量,而过高或过低的降雨都会不同程度地增加藻类结皮覆盖土壤向大气的碳排放,降低土壤碳的储量。不论降雨量大小,降雨都会增加藓类结皮覆盖土壤更多碳向大气排放,但随着降雨量的增加,源效应逐渐减弱。降雨量≤8 mm时,藓类结皮覆盖土壤净碳排放总量显著高于藻类结皮(P<0.05),当降雨量>8 mm时,藓类结皮覆盖土壤净碳排放量显著低于藻类结皮覆盖土壤(P<0.05)。因此,干旱区在估算生物土壤结皮覆盖土壤与大气碳交换对降雨的响应规律时,应该充分考虑降雨量大小对生物土壤结皮碳固定量和土壤碳释放组分的效应,明确降雨事件大小对不同类型生物土壤结皮覆盖土壤与大气之间碳交换的作用。  相似文献   

海洋铪同位素演化及其对大陆物源与洋流变化的启示     

胡镕  凌洪飞  陈天宇 《海洋学报》2012,34(3):61-71

尽管海洋铪(Hf)同位素早在20世纪80年代就有报道,但直到最近几年随着分析测试技术的发展,它作为示踪陆源风化输入和洋流循环改变的新指标才越来越受到关注。综述了全球大洋Hf同位素现代分布以及新生代演化特点,其中最重要的现象是Nd-Hf同位素投影图上海水与岩石具有不一致的趋势线。在这些观测资料的基础上着重讨论了围绕海洋Hf同位素物源争议的一系列问题,阐述了海洋热液系统、大陆差异风化、洋岛陆架沉积物溶解等对海洋Hf的贡献以及Hf,Nd存留时间不一致等对海洋Hf同位素的影响等。弄清Hf的海洋地球化学行为,对深入认识海洋Hf的循环以及古海洋演化具有着重要的意义。  相似文献   

冻融过程对生物结皮中齿肋赤藓叶绿素荧光特性的影响   总被引：2，自引：2，他引：0  

张静  张元明 《中国沙漠》2011,31(6):1479-1487

以新疆古尔班通古特沙漠苔藓结皮中的优势种齿肋赤藓（Syntrichia caninervis Mitt．）为研究对象,利用便携式调制叶绿素荧光仪Mini-PAM（Walz公司,德国）测定其在冻融作用影响下叶绿素荧光特性的变化特征。结果表明,冻结过程中随着处理温度的降低,齿肋赤藓的初始荧光（F0）、最大荧光产量（Fm）、PSⅡ的最大光化学效率（Fv /Fm）、PSⅡ的潜在活性（Fv /F0）、PSⅡ实际光化学效率（ΦPSⅡ）、光合电子传递速率（ETR）和光化学猝灭系数（qP）均呈显著下降的趋势（P<0.05）,而非光化学猝灭系数（NPQ）则逐步上升。低温胁迫下NPQ的增加表明齿肋赤藓PSⅡ系统通过提高非辐射性热耗散消耗过剩光能,从而保护PSⅡ反应中心免受因吸收过多光能而引起的光氧化伤害。消融过程中,齿肋赤藓的叶绿素荧光参数（F0、Fm、Fv /Fm、Fv /F0、ΦPSⅡ、ETR和qP）可恢复至未冻结前的正常水平。齿肋赤藓叶绿素荧光强度和诱导曲线的形状在冻融过程中均随处理温度的降低或升高而发生了明显的变化。一定范围内的低温胁迫不会对齿肋赤藓的光合器官造成永久伤害,光合系统仍维持在可恢复的状态。  相似文献   

温度对生物土壤结皮斑块土壤氮矿化作用的影响     

虎瑞  王新平  张亚峰  潘颜霞  石勇  刘美玲 《中国沙漠》2013,33(2):522-528

以腾格里沙漠东南缘天然植被区藓类结皮、藻地衣结皮斑块荒漠土壤为研究对象,采用原状土培养法,在人工气候箱中设置不同温度（-10、5、15、25、35、40 ℃）培养14 d,测定土壤样品在培养前后NH+4-N和NO-3-N含量,分析两种生物土壤结皮斑块土壤净硝化和净矿化速率对温度的响应。结果表明：①低温培养条件下（-10~15 ℃）土壤氮转化以固持态为主,随着温度升高,尤其当温度超过25 ℃后,藓类结皮、藻地衣结皮斑块土壤净硝化和净氮矿化速率显著提高（p<0.05）;②同一温度培养下,以藓类结皮发育为主的土壤氮转化水平较高,净硝化速率和净氮矿化速率以及无机氮的积累明显大于以藻地衣结皮发育为主的土壤;③两种生物土壤结皮斑块土壤净氮转换速率（硝化和矿化）Q10值在2.46~3.33间波动,其中藓类结皮斑块土壤氮转换对温度的敏感性较高。此外,在土壤氮总矿化过程中,硝化过程具有较强的温度敏感性。高温促进了土壤净氮矿化水平,增加土壤氮有效性,因此可能会对荒漠生态系统的初级生产力产生正向影响作用。  相似文献   

脱水对生物结皮中齿肋赤藓光合色素含量和叶绿体结构的影响   总被引：3，自引：2，他引：1  

魏美丽  张元明 《中国沙漠》2010,30(6):1311-1318

通过脱水对生物结皮中齿肋赤藓叶绿体结构特征和光合色素含量的影响研究,结果表明,在脱水过程中,齿肋赤藓光合色素含量及叶绿体结构变化特征表现为4个阶段:①启动期,脱水0～2 h,光合色素含量与完全湿润时差异不显著(P>0.05),此时透射电镜下叶绿体中基粒片层结构和类囊体清晰,纵向排列,叶绿体双层膜系统保持完好;②快速增加期,脱水2～6 h内,光合色素含量快速升高,在脱水6 h 时达最大值,此时叶绿体结构发育最为充分,嗜锇颗粒数量最多且集中分布;③相对稳定期,脱水6～10 h,光合色素含量在达到最大值后,逐渐降低,但差异不显著(P>0.05),叶绿体结构依然完整;④缓慢衰退期,脱水10 h后,直至完全干燥,光合色素含量逐渐降低,完全干燥时叶绿体趋于解体。研究还表明,齿肋赤藓光合色素含量变化明显滞后于形态结构变化,其含量在完全湿润时并非最高,而在脱水6 h时(RWC为26.4%)达最大值,而后随含水量降低而降低,与种子植物光合色素含量随含水量降低不同,这可能与其内部结构修复有关,再水化后光合色素完全恢复,说明齿肋赤藓光合色素对水分的响应是可逆的。  相似文献   

Do biological soil crusts determine vegetation changes in sandy deserts? Implications for managing artificial vegetation   总被引：2，自引：0，他引：2  

X. R. Li  F. Tian  R. L. Jia  Z. S. Zhang  L. C. Liu 《水文研究》2010,24(25):3621-3630

Biological soil crusts (BSCs), which are widespread in arid and semiarid regions, such as sandy deserts, strongly influence terrestrial ecosystems. Once sand‐binding vegetation has been established on sand dunes, BSCs are colonized and gradually develop from cyanobacteria dominated crusts to lichen and moss dominated crusts on dune surfaces. We conducted this study to determine if the occurrence and development of BSCs in the Tengger Desert could be used to determine sand‐binding vegetation changes via altering soil moisture and water cycling using long‐term monitoring data and field experimental observation. BSCs changed the spatiotemporal pattern of soil moisture and re‐allocation by decreasing rainfall infiltration, increasing topsoil water‐holding capacity and altering evaporation. Changes in the soil moisture pattern induced shifting of sand‐binding vegetation from xerophytic shrub communities with higher coverage (35%) to complex communities dominated by shallow‐rooted herbaceous species with low shrub coverage (9%). These results imply that BSCs can be a major factor controlling floristic and structural changes in sand‐binding vegetation and suggest that the hydrological effects of BSCs must be considered when implementing large‐scale revegetation projects in sandy deserts. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

古尔班通古特沙漠生物结皮小尺度分异的环境特征   总被引：12，自引：5，他引：7  

王雪芹  张元明  王远超  万金平  徐曼 《中国沙漠》2006,26(5):711-716

古尔班通古特沙漠广泛存在的生物结皮,对地貌部位有极强的选择性分布,其实质是生物对环境条件综合适应的一种生态表现。2002年3~11月在个体沙丘表面初步开展了生物结皮类型小尺度环境分异规律研究。结果表明:苔藓结皮、地衣结皮和藻类结皮依次分布于垄间、沙垄两坡中部和坡上部,从垄间往垄顶,生物结皮盖度逐渐减小,厚度变薄,抗压性减弱。苔藓结皮分布区的物质组成以细沙和极细沙为主,春季表层土壤水分在5%以上,短命植物广泛发育,基质稳定;坡中部的地衣结皮分布区以细沙为主,春季表层土壤水分在4%左右,短命植物亦有广泛分布,地表受风沙活动影响较小;沙垄上部和顶部的藻类结皮分布区,是沙垄表面活动性最强和土壤水分最差的区域,物质组成以中沙为主,高等植物中白梭梭为优势种,可见藻结皮是三类结皮中最能适应恶劣环境的生物结皮类型。  相似文献   

固定沙丘生物结皮层藓类植物形态结构及其适应性研究   总被引：16，自引：6，他引：10  

田桂泉  白学良  徐杰  张建升 《中国沙漠》2005,25(2):249-255

对腾格里沙漠沙坡头地区及其毗邻区域固定沙丘生物土壤结皮层6种有代表性藓类植物形态解剖结构及其适应性进行了观察和系统分析,结果表明:优势种真藓、土生对齿藓和刺叶赤藓植物体密集丛生,其中真藓和土生对齿藓易于通过茎叶碎片或芽胞进行无性繁殖,其茎的结构中皮部细胞壁明显增厚、中轴分化明显;刺叶赤藓和芦荟藓叶片结构最复杂,刺叶赤藓叶片具两层细胞,细胞密被透明马蹄形细疣,芦荟藓叶片内卷成兜形,中肋扁宽,背部有多层厚壁细胞,腹部着生许多绿色丝体;绿色流苏藓和盐土藓的叶片细胞也发生了明显的分化。藓类植物多样的形态结构特征使其适应沙漠环境中水分缺乏、基质不稳、强光辐射伤害等不利环境因子。植物体集群生长状态是其形态适应性的重要特征,与繁殖过程中植物体的连续分枝和原丝体反复再生及外延生长特性直接相关,个体和种群形态结构上的适应性对减缓细胞内生理条件的剧烈变化,减弱细胞器受损害的程度,加快其生理功能的恢复速度有重要作用。  相似文献   

藻类结皮自然恢复后抗风蚀特性研究   总被引：6，自引：2，他引：4  

张正偲  赵爱国  董治宝  李宏 《中国沙漠》2007,27(4):558-562

从风沙物理学的角度出发,通过风洞实验研究藻类结皮对起动风速、摩阻风速、空气动力学粗糙度等的影响,探讨未破坏藻类结皮和一定程度破坏后自然恢复藻类结皮抗土壤风蚀特性。实验结果表明:无论是完好结皮还是自然恢复后的结皮,都可以提高结皮的起动风速、摩阻风速和空气动力学粗糙度长度。结皮的起动风速大于17 m·s^-1,摩阻风速在0.62~1.21 m·s^-1之间,空气动力学粗糙度长度在0.03~0.13 cm之间。同时给出了摩阻风速和风速之间以及空气动力学粗糙度长度和摩阻风速之间的经验公式。  相似文献