柠条林防风阻沙效益模拟研究初报

采用人工插植的方法,模拟了3种不同配置的柠条灌木矮林,对其剖面风场以及输沙率进行了观测。结果表明:1行配置防风效能较低,2行和3行配置防风效能较高;且随着风速的增大,3种配置的防风效能存在不同趋势,1行矮林维持在10%以下,2行矮林呈现先增大后减小的单峰趋势,3行矮林稳定在较高水平。从输沙率来看,2行和3行配置也优于1行;1行矮林在其背风面7h(h为树高)内都能减少风蚀,而2行和3行矮林在其背风面10h处都能有效减少输沙率,防控风蚀。灌木矮林能有效增加粗糙度,在林带后的粗糙度呈递减趋势。     

3种植物枝条抗拉和抗弯特性研究

本文采用轴向拉伸试验和悬臂梁试验,研究3a～ 4a生的白沙蒿、柠条和沙棘枝条的抗拉特性和抗弯特性.结果表明:3种植物枝条的抗拉特性相似,其抗拉力均随直径的变化呈幂函数增大的趋势,抗拉强度随直径的增大呈幂函数减小的趋势,3种植物枝条的抗拉力和抗拉强度比较均为柠条＞白沙蒿＞沙棘.3种植物枝条的抗弯特性为:柠条和沙棘枝条的抗弯力与直径呈幂函数正相关关系,白沙蒿枝条的抗弯力与直径呈线性关系.3种植物抗弯强度均随直径的增大而减小.     

带状白沙蒿防风效果模拟试验研究

以白沙蒿作为实验材料,通过野外实地试验模拟研究不同带状配置白沙蒿对近地表风速的影响。研究结果表明:株间距为0.5m和1m带状配置防风效果较好,对林带后1H～3H处降低风速的效果明显,0.1m高度处防风效能均能达到40%以上,株间距2m防护效果则较差。两带的防风效果要优于单带1,0cm处平均防风效能分别增加3.33%、10.16%3、.14%。不同配置最小风速均出现在林后1H处,在林后1H～4H范围内能够形成一个相对明显的弱风区,减风效果较好。行距不同能影响防风效果,但一定范围内变化不明显。通过回归方程得出,林带的主要影响因子为株间距,同时随着高度的增加,其防风效能下降明显。     

不同配置固沙林的防风阻沙效果

人工固沙林建设中,通过风洞模拟试验,研究丛状、两行一带、单行一带和均匀4种固沙林配置模式的防风阻沙效果。结果表明:1）在植被覆盖度均为20%的条件下,4种配置模式的固沙林都有显著降低风速的效果;4种配置在林带前和林带后风速变化差异不大,林带内风速变化差异显著,均匀和丛状2种配置模式降低风速的效果优于两行一带和单行一带,其中丛状配置在近地面防风效果最好;2）4种固沙林配置在林带内阻固沙效果明显,林带前、后均出现不同程度的风蚀,风蚀和积沙量随着风速的增加而增加,积沙总量:丛状>均匀>单行一带>两行一带。研究结果表明,丛状固沙林配置模式在综合防风、阻沙效果方面优于其他3种模式,此结果可为干旱沙区固沙林建设提供新的造林模式。     

新型生物可降解PLA沙障与传统草方格沙障防风效益

为了解新型材料生物可降解聚乳酸纤维(PLA)沙障防风效益,通过测定PLA沙障样地内不同高度风速,分别研究1 m×1 m、2 m×2 m、3 m×3 m规格PLA沙障防风效能、地表粗糙度与风速廓线特征,同时以相同坡位同种规格的传统半隐蔽式麦草沙障样地和流动沙丘为对照,对比研究了PLA沙障与传统麦草沙障的防风效益。结果表明,新型生物可降解PLA沙障防风效能显著大于麦草沙障,2种类型沙障最大差值可达10.3%,2种材料沙障不同规格防护效果为1 m×1 m规格较其他2种规格更好;2种材料沙障增加地表粗糙度表现为PLA沙障麦草沙障流动沙丘,且均随规格增大呈逐渐下降趋势,在相同地形条件下,PLA沙障地表粗糙度均值为麦草沙障的1.4倍;2种材料沙障在迎风坡坡底、坡中、坡顶及背风坡4种地形下地表粗糙度差异不明显,其地表粗糙度均值为0.7 cm;1 m×1 m规格的PLA方格沙障和麦草沙障内的风速廓线曲线呈现“S”型曲线特征,而在2 m×2 m和3 m×3 m规格的2种材料沙障内,风速廓线与对照裸沙丘相似,其风速廓线均呈指数函数分布。随着沙障规格的增大,降低风速作用减弱,其风速廓线逐渐由“S”型趋向于指数函数曲线。      

2个生长时期5种植物单根抗拉力学特性比较

以黑岱沟露天矿排土场内5种4龄人工植物紫花苜蓿(Medicago sativa)、沙打旺(Astragalusadsurgens)、杨柴(Hedysarummongolicum),沙棘(Hippophaerhamnoides)、柠条(Caragana Korshinskii)的单根为研究对象,采用室内单根瞬时极限拉伸试验方法,研究生长初期、生长旺盛期及直径对5种植物单根的抗拉力学特性的影响。研究结果表明:在测试根径级0~6 mm之间,生长季初期和生长旺盛期5种植物单根平均极限抗拉力均随着直径的增大而增大;单根平均极限抗拉强度均随着直径的增大而减小。相同植物种在2个不同生长时期各自代表根径级下的单根平均极限抗拉力、极限抗拉强度值相比,均为生长季初期大于生长旺盛期。5种植物在生长季初期和旺盛期各自代表根径级下的单根平均极限抗拉力、极限抗拉强度大小顺序均为柠条沙棘杨柴沙打旺紫花苜蓿。从植物生活型的角度分析为:灌木优于半灌木、半灌木优于草本植物。     

5种植物侧根分支处的抗拉力学特性研究

【目的】探讨3~4年生柠条(Caragana microphylla Lam.)、沙地柏(Sabina valgaris Ant.)、沙柳(Salix psammophila C.wang et Ch Y.Yang)、白沙蒿(Artemisia sphaerocephala Krasch.)和沙棘(Hippophae rhamnoides Linn.)侧根分支处的抗拉力学特性,为植物固土护坡提供理论基础。【方法】在鄂尔多斯准格尔旗境内和林格尔县境内采集5种植物根系,每种植物采3株标准株,对直径0.5~4mm的根系按0.5mm分级,采用织物强力机(加载速度为200mm/min)测定5种植物各径级根系的室内轴向抗拉力并计算抗拉强度,同时分析根型(鲱骨型、二分枝型)、生长时期(生长季初期(5月)、生长旺盛期(8月))、土壤含水量(0%,6.8%,18.8%,26.6%)对侧根分支处抗拉强度的影响。【结果】5种植物侧根分支处断裂比例均在60%以上,侧根分支处抗拉能力明显不及相邻的直段根;无论是鲱骨型还是二分枝型,5种植物侧根分支处的抗拉力均低于相邻直段根的抗拉力,柠条、沙柳、沙地柏、白沙蒿和沙棘直段根的抗拉力分别是相邻侧根分支处抗拉力的1.39倍、1.33倍、1.46倍、1.63倍和1.91倍;5种植物2种根型侧根分支处抗拉力和抗拉强度的种间差异相同,均表现为柠条沙柳沙地柏沙棘白沙蒿,根型对其影响不显著;生长旺盛期柠条、沙柳、沙地柏、白沙蒿、沙棘侧根分支处抗拉强度均值分别为30.57,18.19,9.52,8.54和5.34MPa,生长季初期分别为26.79,15.25,10.17,6.76和6.10 MPa,生长时期对5种植物侧根分支处抗拉强度的影响均在α=0.01水平下差异显著;5种植物侧根分支处的抗拉强度均随周边土壤含水量的增大而减小,土壤含水量对其影响显著。【结论】5种植物侧根分支处是根系抗拉的薄弱点,其抗拉力是正确评价植物根系抗拉力学特性的关键。     

不同灌木覆盖状态下防风机理研究

.通过野外观测,定量研究毛乌素沙地西南缘不同灌木覆盖状态下的防风机理。以沙蒿灌木林地和沙柳灌木 林地为研究对象,裸沙地作为对照,用多剖面自计式遥测风速仪连续观测、记录距离地面0.1、0.5、1.0、2.0、3.0、 4.0、5.0 和6.0 m 8 个不同垂直高度位置的风速变化。通过对风速测定结果的统计分析,绘制3 种状态下的风速廓 线图,并计算风速廓线方程、边界层位移厚度、边界层动量损失厚度和空气动力学粗糙度。结果表明:沙蒿灌木林 和沙柳灌木林在近地层较裸露沙地有明显的降低风速作用,随着风速增大这种作用逐渐减弱。不同地表覆盖的空 气动力学粗糙度随着风速的增大而呈对数减小。当风速较大时,边界层位移厚度比空气动力学粗糙度能更实际地 反映整体观测高度范围内风速降低的状况。从空气动量的角度分析,有植被覆盖的地表空气动量损失比较稳定, 裸沙地的空气动量损失则随风速增大而减小。      

行带式沙蒿灌丛的防风阻沙效益模拟研究

[目的]研究不同配置人工模拟行带式黑沙蒿防风阻沙效益的差异,为沙区人工植被建设以及荒漠生态系统的生态恢复提供理论依据。[方法]采用模拟试验的方法,模拟了3种不同配置的沙蒿灌丛,对其剖面风场以及输沙率进行观测。[结果]单行配置防风效能较低,双行和3行配置防风效能较高,且随着风速的增大,3种配置林带的防风效能都呈递减趋势。林带能有效增加粗糙度,在林带后的粗糙度呈递减趋势。从输沙率来看,双行和3行配置也优于单行。单行矮林在其背风面7日内都能减少风蚀,而双行和3行矮林在其背风面10H处都能有效减少输沙率,防控风蚀。[结论]在沙区沙蒿林营造中,生产配置上侧重双行一带的行带式配置,使其疏透度在45％左右,带距在7日～10H为宜。     

宁夏中部干旱带不同柠条种植模式对土壤水分的影响

柠条是宁夏中部干旱带主要的防风固沙树种,在减少风蚀、保持水土等方面起着重要作用。本试验选择林龄15 a的不同种植密度的柠条林地,利用TDR时域反射仪对不同密度柠条林地的植株间、林带行距间0~2.0 m深度的土壤水分进行了为期1 a的动态监测。综合分析表明,土壤水分主要受季节影响。在光照较强、相对干旱的4—7月,柠条林土壤水分相对较高,降雨丰富的7—9月土壤水分却相对较低,土壤水分相对自然降雨具有明显的滞后性;土壤水分从表层到深层大多数呈现出先增加后逐渐递减的趋势;柠条地植株间土壤水分一般均低于林带间,且土壤水分随着种植密度增大显著减少,土壤旱化现象严重;单行种植、林带间距为4 m或者6 m的低密度种植模式更适合宁夏中部干旱带,在防风固沙的同时能有效减缓土壤旱化。     

燕麦不同留茬高度对土壤风蚀的影响

以位于内蒙古阴山北麓武川地区耕地为试验地点,对燕麦不同留茬高度进行粗糙度、风蚀量和吹蚀量的监测,比较燕麦不同留茬高度对土壤风蚀的影响.结果表明,与传统耕作相比,燕麦田留茬能有效增大地表粗糙度和降低近地风速;随着燕麦留茬高度的增加,地表粗糙度增大、风蚀量和吹蚀量降低.     

残茬覆盖对土壤风蚀影响的试验研究

在黑龙江省安达牧场建立土壤风蚀试验区，采用风蚀采样器测试不同处理形式的土壤风蚀损失，试验结果表明：通过残茬覆盖可明显减少风蚀损失，其中，80％覆盖相对于无覆盖减少总风蚀63．9％，50％覆盖相对于无覆盖减少57．7％，30％覆盖相对于无覆盖减少46．9％，因此，当覆盖量增加到一定程度对风蚀量的影响越来越小。在100cm以下高度，随覆盖程度的增加，各不同高度记录到的风蚀量迅速减少；超过100cm以后，风蚀量虽然也随着覆盖量的增加在逐渐减少，但下降幅度降低。     

秸秆、地膜覆盖控制农田土壤风蚀机理

野外风速测定证实,不同地表覆盖措施均可减少土壤风蚀,其防风降蚀作用由大到小为玉米秸秆平铺覆盖＞玉米秸秆堆状覆盖＞地膜覆盖.     

保护性耕作对农田土壤风蚀影响的研究

研究在保护性耕作条件下不同的覆盖模式对农田土壤风蚀损失量的防治效果,并确定其最佳覆盖模式.结果表明:保护性耕作与传统耕作相比,地表粗糙度大,表层含水率高,不同的覆盖模式可以不同程度的减小土壤的风蚀损失量,损失量由大到小依次为:传统耕作＞留茬5cm不覆盖＞浅松秸秆覆盖＞留茬5cm条带覆盖＞压实秸秆覆盖＞留茬5cm全覆盖,其中,留茬5cm不覆盖的风蚀量仅次于传统耕作,其风蚀量对比传统耕作降低了30.8％,可见,保护性耕作对减小土壤风蚀量的重要性,留茬5cm全覆盖的抗风蚀效果最佳.     

保护性耕作下农田土壤风蚀量及其影响因子的研究初报

本研究采用移动式风洞仪对北京市保护性耕作下农田土壤风蚀影响进行研究,并得出以下初步结论：（1）六种地块下土壤风蚀量以裸露翻旋地最高,种植越冬覆盖作物能显著降低土壤风蚀量;不同免耕播种机和秸秆处理方式下,风蚀量区别主要在于播种机,以迪尔风蚀量最低,农哈哈机型最高;四种耕作方式下土壤风蚀量以旋耕地最高,翻耕地比旋耕地降低80.81%,重耙和免耕地风蚀量分别比旋耕地降低95.35%和97.71%;冬小麦五种不同播期下土壤风蚀量随着播期的推后逐渐增大。（2）四种作物中小麦田的覆盖率最高,其次为紫花苜蓿和小黑麦,油菜覆盖率最低;四种耕作方式下耙耕小麦田覆盖率最高为84.00%,旋耕最低为55.33%;五个播期下9月27日播种的小麦田覆盖率显著高于其他播期,10月7日和10月12日最低。（3）将土壤风蚀量作为依变量,覆盖率、作物株高和土壤容重作为自变量进行多元回归分析,并建立多元回归方程：Y=173.186-0.449x1-0.485x2-72.699x3。     

国内外风蚀研究现状及其对宁夏中部干旱带风蚀防治的启示

从宁夏中部干旱带严峻的风蚀现状出发,结合已有研究基础,回顾和分析了国内外风蚀研究历史、现状、发展动态等。分析指出对沙尘源探讨、工程干预对风蚀防治效果、风蚀机理等理论与基础性研究仍是今后风蚀研究的主导方向。同时,因地制宜地提出农田压砂、放牧与风蚀防治相关性、主辅结合的固沙灌木林网布设等问题和建议,为科学指导当地风蚀防治提供理论支撑。     

保护性耕作残茬覆盖防治农田土壤风蚀的试验研究

以覆盖农田地表的春小麦秸秆残茬为试验材料，通过风洞试验研究了作物秸秆残茬的高度、覆盖度(密度)对防治农田土壤风蚀的效应；进一步分析了作物秸秆残茬的高度、覆盖度与农田地表粗糙度的关系。结果表明：随着作物秸秆残茬高度和覆盖度的增加，作用在作物秸秆残茬上的剪切力增加，而作用在裸露地表上的剪切力减少。作物秸秆残茬的高度和覆盖度与农田地表粗糙度的相关系数分别为0．929，0．910，这说明作物秸秆残茬的高度和覆盖度对农田地表粗糙度均有影响，但程度不同。粗糙度与秸秆残茬高度和密度拟合的幂函数方程指数为1．59(均值)，e的均值为1．17，可见相对于秸秆残茬的覆盖度而言，高度对粗糙度的影响更大。     

土壤风蚀影响因子分布规律研究的最大熵方法

土壤风蚀是一个综合的自然地理过程,包括气候、植被、土壤、地形地貌等多种因子。作为随机变量的风蚀因子,其分布规律直接或间接地影响着风沙的运动规律,一方面导致土壤风蚀程度及方向的变化,另一方面变量之间的非线性相互作用的结果导致风沙流的混沌特性。为此把影响风沙运动规律的各因子作为研究对象,应用最大熵原理与遗传算法相结合的方法,建立了风蚀影响因子概率密度函数模型,采用Matlab语言编制了相应的计算程序,并以阴山北部农牧交错带为例对所建模型的合理性和可行性进行了验证。结果表明,风蚀影响因子的熵概率密度函数不仅合理可行而且具有较高的精度。     

彰武县保护性耕作防治土壤风蚀效果监测

在彰武县中部和北部土壤沙化程度不同的5个乡镇建立农田土壤风蚀试验区,利用自制的被动型沙尘采集器测定不同耕作方式下农田土壤风蚀情况。结果表明:在风蚀过程中,不同耕作方式下土壤输沙量随着高度的增加呈下降趋势,变化规律符合幂函数关系。风蚀土壤颗粒粒度组成随高度增加所含的沙粒粒级越来越小。输沙量最大的耕作方式是花生茬深翻,其损失的主要是土壤中的粗沙粒和细沙粒,运动形式主要为跃移运动。秋翻地、秋浅旋灭茬、春浅旋灭茬、旋耕覆盖损失主要是土壤中的细沙粒和粗粉粒,其运动形式主要为悬浮运动。     

不同治理措施下的农田土壤风蚀控制机理研究

通过对黄羊滩沙地风速、粗糙度、防风效能、输沙量的野外观测,分析了不同治理措施下的农田土壤风蚀控制机理,研究结果表明:小网窄带防风效能高,是风沙区农田防护林合理的配置方式;此外,不同覆盖方式和不同留茬方式的地表粗糙度与秋翻裸地均是数量级的差别。在覆盖物和留茬密度基本相同的情况下,地表粗糙度和防风蚀效果均随覆盖度和留茬高度的增加而增加;在覆盖度基本相同的情况下,地表粗糙度和防风蚀效果均随覆盖物和留茬高度的增加而增加。