毛乌素沙漠位于中国西部季风区，气候温和干旱、在半干旱过渡区，地貌由硬梁组成、软梁、滩地、丘陵、河谷，海拔1200~1600米，由西北向东南倾斜。有内外水系，包括无定河、秃尾河、库耶河蟒河等流出河流、齐盖素河、尔林兔河、钱缪河等内陆河流，有不同埋深的地下水资源。主要植被为沙蒿、沙柳、沙地植被，如毛竹和草甸植被、隐藏植被，如盐生植物和沼泽植被。
此外，毛乌素沙漠中还有统万城国家考古遗址公园、清平堡遗址、红碱淖、浪谷等人文自然景观，也有诗人在这里留下诗篇。
毛乌素沙漠的年平均气温为6.0~8.5℃，年均降水量250 mm ~440 mm，该地区日照充足，蒸发量大，约为降水量的5~10倍，干燥度为1.0～2.5。最大降水量集中在79月，占全年降水量的60%~70%其中，8月降水最多，多以暴雨形式出现。该地区降水量的年变化率相对较大，多雨年份降水量为500至900毫米，干旱年份为165至270毫米。
毛乌素沙漠的地貌由坚硬的横梁组成、软梁、滩地、丘陵、河谷，海拔1200~1600米，由西北向东南倾斜。砂是该地区的带状基质，广泛分布于各种梁中、丘、海滩和河谷占整个地区的75%
硬梁主要分布在该地区的西北部，最高海拔1600米。向东南延伸很远，有陶土梁、西黑梁、吴公亮等，都在海拔1300~1500米之间。软梁分布在东南部硬梁地前缘第四系软砂土和砂土之间的沉积物中，局部地区也有第三系沉积物，形成低而平缓的梁地，受强度侵蚀和切割。光束的光束表面是平的由于切割，横梁之间形成的几个山谷是由西北向东南倾斜的平行湖泊冲积平原，即海滩，从而形成横梁、海滩平行排列的交替地貌。
海滩主要由细纱和淤泥沉积物组成，这些沉积物多为内部流动的海滩，排水不畅，并有不同程度的盐碱化。大部分台地和海滩上覆盖着移动或固定程度不同的沙丘和沙地，沙丘的高度一般为5~10米。毛乌素沙漠东南部是向黄土高原过渡的地区，主要在乌审凹陷和长城沿线地区，有黄土丘陵。
此外，毛乌素沙漠中还有埋藏深度不同的地下水。地下水除固定边外，多为第四系松散层中的潜水、靖边地区除氯化物和硫酸盐盐度较高外，大部分地区盐度较低、碳酸氢钙水和钙钠水的硬度。东南部潜水补给条件较好，为淋溶潜水带，地下水丰富且埋藏浅一般来说，它埋在丘间低地约1米处，在某些情况下只有05米.5米，水质良好；西部、西北部补给来源不足，向陆相盐碱化潜水带过渡。年内降水分布不均对地下水的形成有很大影响。降水集中在东南部的黄土地区，造成严重的水土流失在沙漠地区，它被松散的地层吸收，这大大减少了蒸发消耗，使潜水有更丰富的补给来源。地下水流向与地表水流向基本一致，分别采用都司图河、无定河乌兰木伦河和莫林河属于地下水目的地。这些河流是该地区的区域性现代侵蚀基准面，控制着浅层和中深层地下水的排泄，对区域地下水径流影响很大，并符合一、二级流域控制着地下水的总体径流方向、循环深度等。
毛乌素沙漠土壤呈水平地带性变化，大部分位于浅栗草原带，向西北棕色石灰土半荒漠带和东南黄土高原暖温带黑土带过渡。南部和东南部的黑土分布受当地地形和母质的影响，并不呈水平地带性分布，而以砂质黄土为主。草原上的土壤主要是风沙土，在高处也有黄绵土分布。受风蚀影响，地带性栗钙土和轻栗钙土的面积很小，仅占4%约有风沙土和沙垆土，分别占土壤面积的645.6%和1.5%
为应对生态环境恶化，红碱淖国家级自然保护区采取了包括河道治理在内的一系列生态修复措施、水质治理、生态补水等。保护区是在2014年、2017年和2020年冬季，对红碱淖湿地红石岛原鸥类繁殖区中心岛进行了划分和恢复。此外，保护区每年冬天都会清理岛上的植被，以确保来年海鸥的成功繁殖。湖心岛恢复后，海鸥的数量大大增加。2022年，红碱淖海鸥繁殖数量达4700余窝，孵化雏鸟1万余只。该自然保护区为鄂尔多斯乃至全球银鸥种群的保护作出了重要贡献。
毛乌素沙漠有着悠久的历史和文化、独特的地理环境，统万城国家考古遗址公园、清平堡遗址等人文景观与红碱淖、波浪谷等自然风光坐落于此。
统万城，又名联泰、赫连城、白城子建于振兴元年（418年）它是匈奴首领赫连勃勃建造的大夏国都城。大夏国灭亡后，王朝多次易名，它去了宋太宗淳化五年（994年）圣旨毁废宛城，历时五百余年。统万城遗址由内城和外郭城组成，内城被一座南北城墙分割为东城（皇城）和西城（宫城）两部分，从东到西，都是郭城、东城、西城。遗址相对完整的部分有城墙、西南角台、马面、永安台等。万通城墙四角有高大的角楼，城墙上建有36座敌楼，是城墙上密集而完整的军事防御体系。在统万城遗址博物馆内放置了统万城西侧的平面复原模型，并设置了一个高度比为1:10的西南角建筑、永安台、西门瓮城复原模型等。
1996年，统万城遗址被国务院列为第四批全国重点文物保护单位中华人民共和国中国。2012年被国家文物局列入《中国世界文化遗产预备名单》名录。2021年被国家文物局列入《大遗址保护利用“十四五”专项规划》名录“十四五”时期大遗址。2022年12月，统万城考古遗址公园被国家文物局评为第四批国家考古遗址公园。
清平堡遗址位于陕西省榆林市靖边县杨桥畔东门沟村，毛乌素沙漠中，鲁河支流贾家沟南岸的毛良沙地上，西距明长城约10公里，大致呈南北长约600米的长方形、东约300米宽、西、南各开一门。
清平堡始建于明代成化年间（1465 ~1487），清朝的衰落，嘉庆年间（1796 ~1820）被遗弃，被遗弃，被黄沙掩埋。这座城市的遗迹保存完好、建筑格局非常清晰它是我国罕见的明代长城城堡，也是研究长城文化的重要实证材料。清平堡在明代延绥镇长城体系内“三十六营堡”一条属于中路，由将军管辖，也是明蒙互市的地方之一。
红碱淖位于陕西省榆林市神木县与内蒙古自治区鄂尔多斯市交界处，毛乌素沙漠东缘它是中国最大的沙漠淡水湖和最大的海鸥繁殖栖息地。瑙在蒙古语中是湖的意思。因湖岸砂岩含铁量高，呈红色，湖水呈弱碱性，故名红碱淖。红碱淖是靠煤炭开采的、受人为拦截等因素影响，该河水域面积迅速萎缩截至2013年，红碱淖水域面积32平方公里，平均水深不足4米，水库库容1.8亿立方米。
红碱淖景区面积约100平方公里，包括红碱淖及环湖11公里范围内的土地它被陕西省文化和旅游厅评为国家AAAA级景区。
波浪谷位于陕西省榆林市靖边县，毛乌素沙漠南缘。它是一种丹霞地貌景观，形成于9600万年前的白垩纪。浪谷景区总面积44平方公里，由陆地丹霞和水上丹霞两大区域组成。陆地丹霞区包括火焰丹霞、赤壁丹霞、地心丹霞。
毛乌素沙漠的概述图
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