流动沙丘不同部位风蚀积沙特征研究

[目的]探究和利用流动沙丘各部位的风蚀积沙规律,为提升固沙技术措施提供依据。[方法]在典型新月型沙丘上设置3台光电子式积雪深度测定仪观测流动沙丘不同部位的风蚀和积沙规律。[结果]在特定风速下落沙坡随着起沙风速变化其积沙深度由1cm逐渐增加到12cm,并在起沙风速下降时形成一个强烈的积沙过程;迎风坡在起沙风速时处于最大的风蚀状态,并随风速变化形成一个由强风蚀到弱风蚀的转变过程;沙丘顶部在临近起沙风速时处于风蚀过程,并随起沙风速的逐渐增加又处于积沙过程。此外,流动沙丘迎风坡在12月至翌年5月间净风蚀深度月均值约为29.85cm;落沙坡在12月至翌6月间积沙深度月均值净增加139.5cm;而沙丘顶部在3—11月为风蚀发生期,平均风蚀深度变化值为27.3cm,12月至翌年3月为积沙发生期,平均积沙深度变化值为29.47cm。[结论]风速对流动沙丘不同部位风蚀积沙特征变化具有重要影响,而且不同部位风蚀积沙程度存在明显差异。     

固沙植物防蚀效应研究

对流动沙丘采取埋设机械沙障与栽培固沙植物相结合的方法进行治沙;平缓固定沙地营造防护林带,然后进行农业开发。经过5 a的围封治理,防护林带与固沙植物发挥了显著的防护作用。防护林带可降低风速10~23%,提高气温0.1~1.0℃,增加地温1.5~3.1℃。流动沙丘植物覆盖率由15%增加到45%~85%,风速降低3.9%~31.7%,地温增加0.1~1.2℃。固沙植物起到了防止土壤风蚀的作用,防护林带5~10倍树高范围内无风蚀发生,而防护林带作用以外地区,风蚀面积达10%,侵蚀深度为0.6~3.6 cm。流动沙丘经过治理以后转化为半流动沙丘,移动速度仅为0.3~0.5 m/a,而附近没有治理的流动沙丘的流动速度达20~30 m/a。     

北方农牧交错带缓坡耕地土壤风蚀特征

研究采用野外观测手段对不同坡向和坡位的土壤风蚀特征进行测定和分析。结果表明:①缓坡耕地不同地形部位,风速随地形升高而增大,主要由于微地形作用,使南坡风速略高于北坡。②土壤风蚀量随风速变化呈现出指数函数变化趋势,风速增大则风蚀量也增大。③以坡顶为对称轴,北坡和南坡的风蚀量基本呈对称分布,北坡风蚀量占南坡风蚀量的88.6%;5个地形部位的风蚀量相比,最大值并非出现在坡顶部位。④坡中和坡底在0～6cm高度范围内,坡顶在0～8cm高度范围内,随高度和风速增加,风蚀量呈线性增大;在8～60cm高度范围内,风蚀量随高度增加呈现出负指数函数递减的规律,6cm<高度<20cm递减率较大,高度>20cm递减率较小。     

植被对风及土壤风蚀影响的野外观测研究

采用野外定点观测法,主要研究植被各个特征对风力作用及土壤风蚀的影响.实验结果表明:植被对风速轮廓线的影响取决于植物总体的生态性和其本身的结构形态.植被盖度和高度均对风速轮廓线有明显影响,植被分布形式对其影响相对较小.在相同地风力条件下,植被的盖度是影响土壤风蚀的关键因子.植被高度和分布形式对土壤风蚀影响相对较小.     

挟沙风对土壤风蚀的影响研究

风沙流的危害是多方面的,不仅破坏地表结构,削弱土壤的抗风蚀性,而且影响到植物的生长,损坏工农业设施。通过在便携式风洞内模拟挟沙气流,研究了风沙流对土壤风蚀的影响。结果表明,风沙流可不同程度地降低土壤地表结构的临界起沙风速,使土壤变得更易风蚀。风沙流因子对于土壤风蚀的影响,在不同的风速段具有不同的特征。在较低风速段,风蚀量随风速增加缓慢,当风速进一步加大,风蚀量则急剧增加,其差异最多可达4倍之多;而当风速增大到10m/s以上时,风蚀量反而有所减小,说明随着风速的加大,更多的沙粒具有了更大的动能,其运行高度增加,对土壤表面的影响作用减小,但风蚀量仍大于净风时的风蚀量。由于风沙流的磨蚀和撞击作用,削弱了土壤的抗风蚀性,使土壤变得更易风蚀。因此,采取综合措施对风沙源进行彻底治理,是控制沙漠化发展,改善生态环境的关键。     

东北黑土地土壤风蚀风洞模拟试验研究

东北黑土区耕地土壤疏松,抗侵蚀能力弱,在大风天气下易产生土壤风蚀.针对东北黑土区突泉县农田黑土风蚀过程中主导因子对风沙流结构及风蚀量的影响特征进行风洞模拟试验.研究表明:黑土风沙流风速廓线呈对数函数分布,风沙流中土壤颗粒运动对风速的影响主要集中在80 mm高度以内,黑土风沙流断面风蚀物含量随高度增加呈指数递减趋势;随风速增大黑土风沙流高度呈对数递增;黑土土壤风蚀量随风速增大呈指数递增趋势.得出黑土风蚀的临界表层土壤(2 cm深度内土壤)含水量为7％,表层土壤含水量大于7％的地表难以发生风力侵蚀;风蚀量与土壤表层含水量在临界土壤含水量范围内符合对数分布;黑土土壤风蚀强度随风速增大呈幂函数递增.     

黄河源区高寒退化草地鼠丘对土壤风蚀作用的影响

为阐明高寒草地鼠丘土壤风蚀特征和规律,以青海省河南县退化草地区域内的鼠丘为研究对象,采用野外人工模拟风力侵蚀试验方法,对不同风速条件下鼠丘大小、形状、土壤含水量及含根量对土壤风蚀作用的影响进行了研究。结果表明:高寒草地鼠丘土壤的风蚀量随着风速的增加而增加,风速从6 m/s逐步增加到12 m/s时,鼠丘土壤流失量增加1.22～1.79倍,且土壤流失量与风速和鼠丘大小呈正比。同等条件下,鼠丘形状不同时其土壤风蚀量也不同,3种类型的鼠丘土壤风蚀量的大小依次为半球型>凸凹型>平缓型,其中半球型鼠丘土壤流失量比凸凹型和平缓型鼠丘分别增加了35.5%,92.6%,且侵蚀前5 min是土壤风蚀速率最敏感的时期。土壤流失量随植被根系和土壤含水量的增加而减小,说明鼠丘内的植被根系以及土壤含水量对土壤风蚀量具有抑制作用,是鼠丘土壤风蚀的重要抗蚀因子。     

东北黑土区冻融、风力、水力交互作用对坡面侵蚀的影响

多种外营力作用的复合侵蚀是东北黑土区坡耕地的主要侵蚀特征,但目前缺乏冻融、风力、水力之间相互作用对复合侵蚀影响的量化研究。基于此,采用室内冻融模拟、风洞试验和降雨模拟试验相结合的研究方法,分析了前期土壤冻融作用对土壤风蚀以及前期土壤冻融和风力叠加作用对后期坡面水蚀的影响。结果表明,前期土壤冻融作用显著增加了后期坡面的风蚀量(P<0.01),在9,15 m/s风速试验条件下,前期土壤冻融作用使土壤风蚀量分别增加1.02,1.44倍;也显著增加了距地表不同高度的风蚀输沙总量(P<0.01),在9,15 m/s风速下前期土壤冻融作用使风蚀输沙率分别增加1.71,1.04倍;前期土壤冻融作用对土壤风蚀的贡献率在2个试验风速下分别为100.0%和140.0%。前期土壤冻融与风蚀叠加作用明显增加了坡面水蚀量。其中,在3°和7°条件下,前期土壤冻融和风蚀叠加作用试验处理的坡面水蚀量较之无前期冻融也无风蚀作用的试验处理分别增加11.9%和20.6%;且在2个坡度条件下前期土壤冻融和风蚀叠加作用对坡面水蚀的贡献率分别为11.9%和20.6%。前期土壤冻融作用减弱了土壤抗侵蚀能力,其中土壤容重减小3.42%,<0.25 mm的风干团聚体增加14.1%,而>1.0 mm的风干团聚体减少15.1%;同时,前期风蚀作用使地表产生了凹痕和条纹等微地形,进一步增加坡面降雨侵蚀和径流侵蚀能力,从而导致前期冻融作用和风蚀共同作用增加坡面土壤侵蚀的严重性。研究结果可为黑土区多营力复合侵蚀防治提供重要科学依据。     

科尔沁沙地不同风沙土的风蚀特征

通过风洞实验，研究了科尔沁沙地两种典型风沙土的风蚀特征。流动沙丘土样和农田土样的风蚀率随风速的增加均呈幂函数关系增长。风干的农田土样在风速3．7m／s时开始出现风蚀现象，但流沙土样的临界起沙风速是4．3m／s。在低风速段．农田土样的风蚀率大于流沙土样，但当风速增加到大约5．7m／s以上时，流沙土样的风蚀率开始大于农田土样，并且差值随风速的增加而加大。两种土样的风蚀率随土样含水率的增加呈负幂函数关系迅速减小。但流沙土样风蚀率的减小要比农田土样更迅速。流沙土样的临界起沙风速随含水量的增加呈线性关系增长，而农田土样的临界起沙风速随含水量的增加呈二次幂函数关系增长。两种风沙土在风蚀特征方面的差异，主要是由质地不同引起的。增加土壤含水量，是本地区风季减小风蚀的有效方法。     

阴山北麓农牧交错带裸露耕地土壤风蚀物垂直分布规律

为了解阴山北麓农牧交错带的土壤风蚀特性,采用SCC-6型集沙仪在野外自然风况下对风蚀物进行实地收集试验并对其粒度组成进行分析研究,得到了阴山北麓农牧交错带裸露耕地土壤在自然风况下风蚀物沿高度的变化规律,揭示了风蚀物沿高度的变化规律和不同跃移颗粒体的粒度组成沿高度的变化特征。并利用室内风洞研究了不同风速作用下,不同风力作用时间内,风蚀物含量沿高度的变化规律和风蚀量与风速的关系。结果表明：阴山北麓农牧交错带土壤风蚀是一种近地表的风沙运动,风蚀物跃移颗粒体主要集中在7.5～43.5 cm高度,风蚀物含量沿高度呈一递减函数,对幂函数、指数函数和对数函数均具有较好的相关性;风蚀物颗粒组成与风蚀强度和地表状况关系密切;风蚀物颗粒组成以某一粒径范围、某一高度为界随高度的变化而表现出明显的规律性;风蚀量沿高度的变化与风力作用时间有关,风蚀量随风速的增大呈指数增加。为研究该区域土壤风蚀规律及提出合理防风固沙措施奠定了基础。     

东北不同黑土厚度区多营力作用的坡面土壤侵蚀试验研究

量化东北黑土区多种外营力作用的坡面复合土壤侵蚀过程,将为坡面水保措施的精确布置提供重要科学依据。基于野外模拟试验,分析了东北典型薄层黑土区(宾县)、中层黑土区(海伦市)和厚层黑土区(克山县)多营力叠加作用的坡面水蚀特征。野外模拟降雨的试验处理包括仅水蚀的试验处理(I)、冻融+水力叠加作用的试验处理(Ⅱ)和冻融+风力+水力叠加作用的试验处理(Ⅲ)。结果表明:与仅有水蚀作用的试验处理相比,冻融作用使典型薄层、中层和厚层黑土厚度区的坡面径流深度分别减小29.4%,39.3%,32.1%;而其使坡面水蚀量分别增加16.3%,36.0%,26.3%;冻融和风力叠加作用使3个黑土厚度区的坡面径流深度分别减少3.6%,4.1%,10.8%,而其坡面水蚀量分别增加38.5%,102.1%,64.1%。试验条件下,从厚层黑土区到中层黑土区再到薄层黑土区,坡面径流深度和坡面侵蚀量均呈增加趋势。冻融作用和冻融+风力叠加作用对3个黑土厚度区坡面水蚀的影响程度从大到小依次皆为海伦黑土>克山黑土>宾县黑土。冻融作用使土壤硬度和土壤抗剪强度分别减小24.4%~36.7%和21.3%~23.9%,从而使土壤可蚀性增加,导致坡面水蚀量增加。地表在风力作用下形成了不同深度和不同大小的风蚀凹痕微形态,导致坡面径流集中和流速增加12.4%~19.1%,坡面径流侵蚀能力和搬运能力增加,从而使坡面水蚀量增加。     

用气象数据估算固定和半固定沙地的起沙速率

Taibus County, Inner Mongolia, China, lies in a farming-pastoral ecotone, where severe wind erosion and various aeolian sand hazards are prevalent and fixed and semi-fixed sand dunes occur frequently. This study was conducted to investigate the relationships between sand transportation rate and wind speed for the fixed and semi-fixed sand dunes based on field measurements. The annual quantity of soil erosion by wind was estimated using meteorological wind data. The results indicated that the sand transportation rate in Taibus County in 2000 was 57.38 kg cm-1 year-1 for the semi-fixed dunes and 4.56 kg cm-1 year-1 for the fixed dunes. The total duration of erosive winds covered 12.5% of the time of the year, and spring posed the highest potential of sand transportation. Wind with low speed (≤17 m s-1) and high frequency plays a dominant role in sand transportation, while strong wind (≥17 m s-1) with low frequency significantly enhanced the sand transportation. Erosive wind speed, directions, and frequency were three crucial dynamic factors influencing sand hazards in the farming-pastoral ecotone. The dominant factors intensifying sand and dust storms in Taibus County might be related to the favorable wind condition in combination with the durable drought, which led to land desertification and vegetation degradation.     

Estimation of Sand Transportation Rate for Fixed and Semi- Fixed Dunes Using Meteorological Wind Data

Taibus County, Inner Mongolia, China, lies in a farming-pastoral ecotone, where severe wind erosion and various aeolian sand hazards are prevalent and fixed and semi-fixed sand dunes occur frequently. This study was conducted to investigate the relationships between sand transportation rate and wind speed for the fixed and semi-fixed sand dunes based on field measurements. The annual quantity of soil erosion by wind was estimated using meteorological wind data. The results indicated that the sand transportation rate in Taibus County in 2000 was 57.38 kg cm-1 year-1 for the semi-fixed dunes and 4.56 kg cm-1 year-1 for the fixed dunes. The total duration of erosive winds covered 12.5% of the time of the year, and spring posed the highest potential of sand transportation. Wind with low speed (≤ 17 m s-1) and high frequency plays a dominant role in sand transportation, while strong wind (≥ 17 m s-1) with low frequency significantly enhanced the sand transportation. Erosive wind speed, directions, and frequency were three crucial dynamic factors influencing sand hazards in the farming-pastoral ecotone. The dominant factors intensifying sand and dust storms in Taibus County might be related to the favorable wind condition in combination with the durable drought, which led to land desertification and vegetation degradation.     

沙地土壤风蚀动力因子分析

地表粗糙度反映地表对风速减弱的作用以及对风沙流的影响 ,其值大小取决于地形、植被覆盖及作物的播种方向 ,粗糙度越大风蚀强度越小。吉林省西部流动沙丘的起沙风速为 1 0 3m/s,风蚀耕地的起沙风速为 6 3～ 7.9m/s。春季侵蚀性风能为 1 72 1 8(v·u)。该区风蚀性气候因子和侵蚀性风能自东向西递增 ,西北部的通榆为最大     

天然灌草植被防治土壤风蚀机理

通过对毛乌素沙地不同下垫面上风速、地表粗糙度、临界起沙风速、风沙流结构的观测,发现植被覆盖可以有效防止地表风蚀。植被盖度为40％的固定沙地近地表0．2m高度平均风速比流动沙地降低43％,侵蚀风的持续时数降低85％,临界起沙风速提高70％,地表粗糙度提高180倍;当风沙流速度相同时,20％覆盖度的半同定沙地较流动沙地可平均降低输沙62．33％;而植被盖度为40％的同定沙地较流动沙地可平均降低输沙93．07％。实验证明,单株植物同样可以降低风速。疏透结构和透风结构的单株沙蒿分别可以使植株后0．5m高度的风速较植株前方平沙地同高度的风速下降59．4％和19．8％。     

冻融作用对典型黑土土壤风蚀的影响

东北黑土区农田晚春冻融作用通过改变土壤物理性质而对风蚀作用有重要影响。基于室内冻融模拟试验与风洞试验,分析了东北典型黑土区前期冻融作用对土壤风蚀的影响。试验处理包括3个土壤含水量(16.5%,24.8%,33.0%)、3个风速(9,12,15 m/s)、1次冻融循环。试验过程是先将装有不同含水量土壤的试验土槽进行冻融循环模拟,然后将冻融后的土壤在室温下自然风干(至其土壤含水量为6.0%～7.0%)后进行风洞试验。结果表明:前期土壤冻融作用显著增加了风蚀量和输沙量,试验条件下前期土壤冻融作用使风蚀强度增加23.5%～404.2%,使平均输沙率增加59.1%～305.3%,其增加幅度受土壤含水量和风速影响。同时有、无前期冻融作用处理下,风蚀强度和风蚀输沙率皆随风速的增加而显著增加,且风蚀强度随风速的变化遵循幂函数关系。在冻融作用下,不同土壤冻结含水量下土壤风蚀强度和输沙率的增幅排序皆为16.5%33.0%24.8%。风蚀输沙率随地表高度的增加呈指数递减,风蚀输沙主要集中在距地表40 cm的范围内,且冻融作用使风蚀输沙高度增加。     

典型薄层黑土区前期坡面水蚀对土壤风蚀的影响

为了探究东北黑土区水力风力叠加作用的多营力复合侵蚀机理,该研究利用直流吹气式风洞对有、无前期降雨的地表进行风蚀试验,对比分析前期坡面水蚀作用对黑土区坡耕地土壤风蚀的影响。结果显示:不同降雨强度下前期坡面水蚀作用使土壤风蚀量明显减小,即前期坡面水蚀作用对地表产生了明显抗风蚀效应。在9、12和15 m/s风速作用下,50和100 mm/h降雨强度的前期坡面水蚀作用产生的抗风蚀效率分别为68.4%～96.2%和77.2%～97.6%,且随降雨强度增加,其抗风蚀效率增大。土壤风蚀强度受前期坡面水蚀作用中降雨强度和风蚀作用风速的综合影响,降雨强度的增加对土壤风蚀的抑制效果明显。前期坡面水蚀作用降低了土壤风蚀输沙量和输沙高度,且风蚀输沙量随前期坡面水蚀作用中降雨强度的增大而减小。前期坡面水蚀作用对地表产生抗风蚀效应的主要原因一方面是前期降雨径流侵蚀作用对土壤的压实过程改变了土壤性质和地表形态,使地表土壤抗剪强度和土壤紧实度增加,从而提高了土壤结构的稳定性和抗风蚀能力;另一方面前期降雨侵蚀作用使地表土壤颗粒分散并随径流流失,减少了后期土壤风蚀的物质来源,抑制了土壤风蚀的发生。该研究结果不仅揭示了前期坡面水蚀作用对黑土区土壤风蚀的影响机制,也为针对性防治黑土坡面复合侵蚀和黑土资源的可持续利用提供了理论依据。     

青海湖沙地人工治理沙丘的风速廓线变化特征

对青海湖湖东沙地麦草方格沙障结合沙棘实生苗的人工治理沙丘进行风速廓线及其风沙防护效益研究,结果表明,人工治理措施明显降低了沙丘各部位的近地层风速,增强了高层风速。与流动沙丘相比,垂向风速增加率的差异使人工治理沙丘不同部位的超越高度值出现“坡脚 > 坡中 > 丘顶”的规律。风速垂向气流的变异导致不同高度层的防风固沙效果不同,低层风沙防护效益显著高于中、高层。同时结合坡度,植被盖度等因子,分析了影响风速廓线的变化原因,从而为青海湖沙地人工治理效果进行评估与初步指导。     

不同沙埋程度下带状沙障的防风固沙效果研究

沙障在防护过程中,易发生沙障沙埋现象。为了对比分析不同沙埋程度下沙障的防风固沙效果差异,该文通过风洞模拟和野外试验相结合的方法,研究了沙袋沙障在裸露、浅埋、深埋3种状态下,防护区近地层风流场、输沙通量等风沙运动规律,并以未设置沙障的流沙区作为对照,明确了沙埋过程中沙障的防风固沙效果变化规律。结果表明,沙障在经历裸露至深埋过程中:1)对过境气流的防护距离、防护高度逐渐减小,近地层风速廓线变化趋势与对照相同,并逐渐服从对数函数;2)沙障防护区输沙分布高度显著降低(P0.01),输沙分布高度由42 cm(裸露)降低至34 cm(浅埋),最终降至28 cm(深埋),而对照的输沙分布高度为24 cm;3)近地层输沙率分布曲线逐渐服从对数函数,0～50 cm高度范围输沙量也呈现递增趋势;4)3种埋设深度野外试验说明,经过两个风季后,裸露、浅埋、深埋的沙袋沙障防护区土壤风蚀呈现降低趋势,风蚀深度分别比对照降低了18.53%、72.97%、80.40%。研究可以为沙障高度优化及应用技术提升提供理论依据。