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1研究地區與研究方法

1.1研究地區自然概況

研究地區位于毛烏素沙漠西北部，鄂托克旗烏蘭鎮東18km處，毛烏素沙區天然柳灣林自然保護區內。地理坐標北緯39°11′，東經108°07′，平均海拔1436m，年均降水量271mm，蒸發量2562mm，空氣相對濕度年均40%～45%，年均氣溫6.4℃，最高氣溫可達38.7℃，最低氣溫-35.7℃，流沙地表最高溫度達68℃，研究地區潛水位埋深0.8～11m，低洼沙柳林內有泉水出露，現已斷流。研究區面積為216hm2，流動沙丘占總面積的3/5，最高新月型沙丘高23.6m。

1.2研究實驗方法項目定位觀測點，布置在23.6m高的新月形沙丘迎風坡，沙丘和沙地布置對比觀測點，其中，低溫觀測點設計18個。每個觀測點分別在0～1、5、10、15、20、30、40cm各深度埋曲管低溫計，前20d每2h觀測地溫。沙層含水率觀測剖面計3個，每個剖面分層為0～5，5～10，10～15，15～20，20～25，25～30，30～40cm分別取樣，現用稱重測試含水率，每4h取一次樣，20d后6h取一次樣，并在實驗室作凝結水形成模擬實驗，驗證野外測試數據及不同環境條件對凝結水形成的影響。

2結果與分析

2.1日氣溫、地溫變化規律

據6月15～30日連續觀測氣溫和不同深度地溫數據統計表明：流動沙丘地區的日氣溫出現在12～13時。平均氣溫38.2℃，最低氣溫出現在4～5時，只有13.1℃，日氣溫差達24.5℃，詳見表1。沙丘表面（0~1cm）的日地溫差更大，最高地溫出現在12～13時，平均地溫64.9℃，而在4~5時為最低，溫度只有13.9℃，日地表溫差高達50.8℃。日地溫變化深度可達地下30cm，地表以下5cm深度日地溫差為29.9℃；-10cm深度日地溫差為11.1；-15cm深度日地溫差為8；-20cm深度日地溫差為6.8；到-30cm深度，日地溫差只1.3℃；在-40cm深度地溫穩定在20℃左右。地溫變化深受光照制約。地溫變幅隨深度衰減，地溫變化滯后于氣溫變化，從地表至-30cm處，滯后時間為1～2h，所有研究結論基本一致。

2.2沙區凝結水形成時空變化規律

將流沙區不同深度各沙層的含水率列于表2，從中明確指出，凝結水形成的垂直剖面上的日變化規律和隨時間上變化規律。凝結水量垂直變化規律如圖2所示。從表2中可以看出，5cm深度內含水量僅有0.61%，從8cm深度含水量明顯增加，到10cm增加到7.1%，12cm深度含水量增加至8.82%，15cm略有下降，下降8.4%，20cm深度含水量減至4.05%，30cm深度只有2.65%。可見從8~18cm深度為凝結水富集帶，以懸浮毛管水形式常年存在，在冬季化為凍結滯水，其上下部均為干旱層，故稱其為濕沙層。與流動沙丘沙地的地層內見不到測不出濕沙層，是因為水分凝結形成后隨即被植被根系吸收所致。流沙區包氣帶內凝結水富水帶的存在，是治沙先鋒樹種用水的重要來源。到目前為止，國內外所有研究沙地凝結水專家學者所發表的論文中均未提及1~20cm濕沙層的存在與凝結水形成的機理相吻合。

2.3沙區凝結水形成時間及動態特征

根據實測不同深度沙層水量隨時間變化數據，制作不同深度沙層含水率隨日時間變化。日變化為：20h開始出現凝結作用，到22h凝結水率增加0.15%，次日4～5h凝結水率達到全日最高為1.18%~1.20%，到6h凝結作用開始消失，8h的凝結水率為1.03%，減0.17%，證實蒸發作用開始并逐漸加強，到18～19h達到全日含水量最低值0.20%。全日平均含水率為0.61%，含水率日差為1%，即沙層內日凝結水率。在15cm深度沙層含水率動態變化，滯后5cm層含水率動態變化近1h，凝結水量增加，常年保持凝結水。此帶于每日20～21h左右出現凝結作用，到22h沙層含水率達7.9%，提高0.13%。此層日含水率平均為8.48%。日差為1.77%為日變動凝結水率。在30cm深度沙層內凝結作用動態較遲緩。每日21h出現凝結作用，較上層滯后1～1.5h。到22h沙層含水率達2.26%,到次日7～8h達到全日含水率最高峰3.21%,此后含水率下降，12h為3.14%，到18～20h含水率降到全日最低點2.19%。全日平均含水率為2.65%。日含水率為0.51%。在研究測試中并對照現有資料發現，不同氣候區、不同地貌類型及部位，潛水埋深（包氣帶厚度），沙層的粒度和礦物質組等，對包氣帶凝結作用均有影響。因此，在同一深度內不同時、日、月所測試的含水率都有差異。所以，文中的氣溫、地溫、含水率均采用15h統計的日平均值，不同于已搜集論文單一測試數據。

2.4沙區包氣帶凝結水形成機理

由于空氣、地層的溫度梯度、生產露點，在地層內孔隙中的氣態水凝結成液態水，與多數學者、專家觀點一致，但用凝結勢（熱力學勢）更好些。凝結水形成后，以弱結含水為和懸浮毛管水形式存在于日地溫變化帶內，積極參與日水循環，流動沙區迎風坡凝結水富集帶（濕沙層）形成機理在于日出至日落（6～20h）太陽輻射勢由弱到強再減弱，在12～13h氣溫（1.5m高處）高達40℃左右，地表（0～1cm）溫度高達近70℃，遠遠高于地表以下地溫；在水氣壓作用下，水氣隨空氣由低溫處向高溫運移，即形成地面蒸發，到18～20h，30cm深度以上沙層，含水率降至最低點2.19%。14h后隨太陽輻射熱能減弱，地表砂粒散熱加強，地溫、氣溫逐漸降低，到22h左右，氣溫和地表溫度低于以下沙層溫度5.1℃，從22h至次日5～6h，8cm以下至20cm地溫高于地表和20cm以下地溫，20cm以下的水氣壓大于8～20cm沙層的水氣壓，空氣以上向下和從下向上運移，在此較高地溫帶形成冷勢相遇，即達到露點，形成較多的凝結水。又因上部有8cm左右干沙層的減溫蒸發作用的保護所致。在所搜集到的資料中均未提及包氣帶凝結水富集帶及形成機理。也有學者論證：7～16h溫度梯度向下，水氣往地下運移，10～30cm處含水率增加，而16～17h溫度梯度向上，水氣向地表運移，土壤中的含水量減少。與水氣壓由高向低運移結論相反。

2.5沙區凝結水的形成及數量與環境的影響

沙區包氣帶凝結水的形成、數量多少及水資源作用，深受自然環境各因子影響。其中，氣候因子占主導作用。如，光、熱、氣、水等因子的時、日、季、年變化，直接影響凝結水形成和數量，植物覆蓋度與種類，地貌類型和部位，地表和地下地層的粒度組成、礦物成分組成，潛水埋深及礦化度因子均對凝結水形成、轉化、保存有著不同程度的影響。不同專業學者、專家從不同角度均有所論述，在此不再贅述。

3結論與討論

流動沙丘地區的日氣溫溫差大，沙丘表面（0~1cm）的日地溫溫差更大，隨著深度的變化，地溫差逐漸減少，最高氣溫及最低氣溫出現時間也比地表至地下10cm氣溫變化延遲1~2h。流動沙丘沙地內凝結水垂直分布與布局具有獨特性。從8~18cm深度凝結水富水帶，以懸浮毛管水形式常年存在，在冬季轉化為凍結滯水，其上下部均為干旱層，故稱為濕沙層。與流動沙丘沙地的地溫變化規律是一致的，是沙區植被生存、繁衍重要的水資源。根據實測不同深度，沙區沙層水量隨時間變化數據在15cm深度沙層含水率動態變化，滯后5cm層含水率動態變化近1h，常年保持凝結水。在30cm深度沙層內凝結作用動態較遲。

作者：吳美榮趙金柱施明利單位：內蒙古阿爾山林業局森林調查設計大隊內蒙古大興安嶺阿爾山旅游開發有限責任公司