不同植被覆盖防治土壤风蚀对比研究

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0.2 m高度平均风速比流动沙地降低45%,侵蚀风的持续时数降低83%,临界起沙风速提高70%,地表粗糙度提高190倍;当风沙流速度相同时,20%覆盖度的半固定沙地较流动沙地可平均降低输沙79.4%;而植被盖度为40%的固定沙地较流动沙地可平均降低输沙95.6%。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0.5 m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%。     

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％。     

新疆托克逊县不同配置防护林的防风蚀效能

[目的] 对比分析不同配置防护林迎风林缘与背风林缘的防风蚀效能,为干旱区绿洲城市防护林建设、防沙治沙以及生态环境改善工作提供理论依据。[方法] 以新疆托克逊县城郊区不同配置防护林为研究对象,通过观测近地表风速、起沙风速、近地表粗糙度、输沙量、风沙流结构等指标,对比研究混交林1（胡杨68%+柽柳32%）、混交林2（柽柳65%+胡杨35%）、梭梭林迎背风林缘的防风蚀效能。[结果] 不同配置防护林的地表粗糙度、起沙风速、风速廓线、防风阻沙效能都有差异。不同配置防护林地面粗糙度从高到底依次为：混交林2（0.569 cm）>混交林1（0.378 cm）>梭梭林（0.123 cm）。起沙风速从高到低依次为：混交林2（6.17 m/s）>梭梭林（6.02 m/s）>混交林1（5.98 m/s）。防风效能从强到弱依次为：混交林2>混交林1>梭梭林。阻沙效能依次为：梭梭林（48.2%）>混交林2（45.6%）>混交林1（37.1%）,各林地0—10 cm,10—20 cm垂直高度上的集沙量所占比例较高。[结论] 混交林2有效降低不同垂直高度的风速及输沙量,混交林2的防风蚀效能较高。     

保护性耕作农田和柠条带状配置草地防风蚀效果的风洞测试

为比较分析保护性耕作农田与柠条带状配置修复退化草地的防风蚀机理和防风蚀效果,利用移动式风蚀风洞及相关配套设备对内蒙古乌兰察布寒旱区的保护性耕作农田、传统旱作农田和退化草地、柠条带状配置草地进行风蚀风洞原位测试,研究其风速廓线、输沙通量等风沙运动规律,分析保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀情况。结果表明:保护性耕作农田、柠条带状配置修复草地的输沙通量随地表高度的变化呈"C"字形分布,有别于传统耕作农田和退化草地的输沙通量随地表高度的增加按指数规律迅速衰减;保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀机理,主要在于保护性耕作农田的直立残茬和柠条带状配置可对近地表风速产生阻挡、分解、疏散作用,从而使近地表风速造成不同程度削弱;当风洞中心风速为11 m/s时,在距地表50 mm处保护性耕作农田相比传统耕作农田的风速降低率达86.44%,柠条带状配置草地相比退化草地的风速降低率为70.69%,近地表风速的降低是保护性耕作农田和柠条带状配置草地有效防治土壤风蚀的根本原因;保护性耕作农田和柠条带状配置草地的风沙流主要活动在距地表40 cm高度以下,占总输沙量的90%左右,而对照传统耕作农田和退化草地的风沙流则主要活动在距地表20 cm以下,占总输沙量的85%以上。     

库布齐沙漠光伏电站内芦苇沙障的防风固沙效益

[目的] 研究光伏电站内芦苇沙障对风沙流的风速、输沙量及其沙粒分布的影响，为中国北方风沙区光伏电站沙害防治提供理论依据。[方法] 通过野外观测库布齐沙漠200 MWp光伏电站铺设芦苇沙障后的风速（20，50，100，200，310 cm）和近地表0—30 cm高度输沙量，分析风速廓线、地表粗糙度、摩阻风速、平均跃移高度、防风作用、固沙效益等指标的变化规律。[结果] ①芦苇沙障风速廓线呈对数函数分布，相关系数在0.99以上，芦苇沙障相对于裸沙地表粗糙度提高了3.47~3.79倍，摩阻风速增加了1.39~1.54倍，防风作用最大值出现在20 cm高度处，为21.72%。②总输沙量芦苇沙障仅为裸沙的6.95%，总体固沙效益为93.05%，裸沙90%以上的输沙量集中于0—8 cm范围，而芦苇沙障在此高度范围内输沙量占总输沙量的51.39%，芦苇沙障的风沙流结构有向上层移动的趋势。[结论] 铺设芦苇沙障降低了近地表风速，有效拦截了风沙流，达到了防风固沙目的，是沙区光伏电站有效的防护措施。     

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     

均匀式沙蒿防风阻沙效益模拟试验研究

沙蒿广泛分布在半固定沙地、固定沙地,是固沙造林的理想植物,研究沙蒿的防风阻沙效益对沙区人工植被建设和土壤风蚀防控具有十分重要的理论指导意义。利用HOBO多剖面自计式遥测风速廓线仪和组合式多通道通风集沙仪,对盖度分别为20%、30%、40%、50%、60%、70%的人工模拟均匀式沙蒿林内风速、粗糙度、近地表输沙率等进行了观测。结果表明,盖度50%是均匀式沙蒿的一个临界点,当植被盖度不大于50%时,随着植被盖度的增大,林内近地表风速逐渐降低,粗糙度逐渐增大,近地表输沙率逐渐减小;当植被盖度大于50%时,随着盖度增加,林内的近地表风速、粗糙度、近地表输沙率并无明显变化。     

植被盖度对典型草原区地表风沙流结构及风蚀量影响

选择内蒙古锡林郭勒盟典型草原为研究区域,通过风洞模拟试验开展典型草原植被盖度对土壤风蚀的定量化分析研究,旨在探明不同植被盖度下起动风速、地表风沙流结构及风蚀量影响的规律,从而为该地区制定合理的防风固沙技术提供理论依据。结果表明:起动风速随植被盖度的增加而增大;受植被的影响风沙流结构呈跳跃式分布,近地层的输沙率随植被盖度的增加而减小,最大输沙率的高度层随植被盖度的增加不断上移;不同植被盖度下,风速与总输沙量之间均呈幂函数关系,各风速下总输沙量随着植被盖度的增加而减少。     

坝上地区退耕还林地土壤水文生态特征

 为明确退耕林地不同植被类型土壤层的水文生态效应及其水源涵养功能,通过野外取样与室内测试的方法,以封育草地为对照,定量研究坝上地区典型区域张北县沙棘林、柠条林和榆树林等退耕林地的土壤颗粒粒径分布、水分物理性质和入渗性能等水文生态特征。结果表明:不同植被类型同一土层间土壤密度、孔隙度与持水性能差异显著,同一植被类型内不同土层间各指标差异不明显;与草地相比,林地能较好地改善土壤结构,土壤水文生态效应好于草地;4种植被类型的土壤颗粒粒径分布主要集中在1～0.05 mm范围内,约占64.08%～71.13%;林地土壤密度小于草地,榆树林、沙棘林和柠条林的土壤密度分别比草地的减小25.26%、24.98%、16.49%;土壤孔隙度以及土壤饱和持水量、有效持水量表现为沙棘林>榆树林>柠条林>草地;入渗速率与入渗时间遵从f=at-b的幂函数关系,柠条林、沙棘林和榆树林的稳渗速率分别为草地的4.96、3.18和2.88倍。研究结果可为坝上地区退耕林地生态效应的评价提供理论依据。     

沙袋沙障对流动沙丘地表风沙及植被恢复的影响

为了解沙袋沙障对风沙及植被生长的影响,通过野外观测和样方调查法对铺设沙袋沙障沙丘风速、植物种数、植株密度、高度和盖度进行了调查,测定了对0—30cm输沙量。对1m×1m,2m×2m,3m×3m方格沙袋沙障防风效能、地表粗糙度、输沙特征值及植被生长情况进行了研究。结果表明,沙袋沙障能够有效地提高防风效能和增加地表粗糙度,且随着规格的增大防风效能与地表粗糙度均减小;1m×1m,2m×2m和3m×3m规格沙袋沙障地表粗糙度为5.79,2.38和2.12cm,分别比对照高91.31%,78.88%和76.26%;沙袋沙障能够有效降低输沙量,使0—30cm各层输沙率均显著小于对照,3种规格沙袋沙障对输沙率的影响顺序为:1m×1m2m×2m3m×3m;沙袋沙障铺设1a后,植物种类比对照多出一种,平均高度、密度和盖度分别比对照高91.5%,71.1%和125.4%,并且随着沙袋沙障规格的增大,植被平均高度、密度和盖度均呈现逐渐增大的趋势。     

神东矿区不同治理分区相同治理年限典型灌木群落特征分析

为评估神东矿区典型灌木群落对矿区不同治理分区的适生性,探索其最佳配置模式,选取治理年限为10 a的沙棘群落、15 a的北沙柳群落和柠条锦鸡儿群落,对其群落基本特征进行了分析。从分析结果来看,沙棘群落在风积沙区长势最好,在硬梁地长势最差,不同治理分区适生性排序为风积沙区>黄土丘陵区>黄土丘陵和风沙交错区>硬梁地;北沙柳群落在黄土丘陵和风沙交错区长势最好,在硬梁地长势最差,不同治理分区适生性排序为黄土丘陵和风沙交错区>风积沙区>硬梁地;柠条锦鸡儿群落在黄土丘陵和风沙交错区长势最好,在硬梁地长势最差,不同治理分区适生性排序为黄土丘陵和风沙交错区>风积沙区>黄土丘陵区>硬梁地。在植物配置模式上,沙棘、北沙柳和柠条锦鸡儿在不同治理分区的配置选择顺序和其适生性保持一致。     

内蒙古中西部3种典型乡土植物根系抗折力学特性

为固土抗蚀优良树种的选择提供生物力学方面的参考依据,也为揭示植物根系持续固土抗蚀力学特性。以内蒙古中西部风水复合侵蚀区的3年生人工柠条(Caragana korshinskii)、沙棘(Hippophae rhamnoides)、紫花苜蓿(Medicago sativa)3种典型乡土植物根系为对象,相同立地条件下使用HG100数显式推拉力计和自制便携式实验平台,在测试直径0.5~4 mm范围内,对单根进行70%极限折力受损,待自修复3个月后,研究3种植物根系抗折力及抗折强度的变化、比较不同植物种之间的差异性。结果表明,3种植物愈伤后单根平均抗折强度大小为:柠条(15.504 MPa)>沙棘(12.342 MPa)>紫花苜蓿(6.584 MPa),说明柠条根系受折受损愈伤自修复后的抗折能力优于沙棘和紫花苜蓿,沙棘又优于紫花苜蓿。3植物根系总体呈现平行对照组单根抗折力(强度)>愈伤后单根抗折力(强度),只有紫花苜蓿平行对照组单根抗折强度与其愈伤后的值无显著差异。柠条平均抗折力下降64%,沙棘平均抗折力下降28%,紫花苜蓿平均抗折力下降27%;柠条平均抗折强度下降40%,沙棘平均抗折强度下降22%,紫花苜蓿平均抗折强度下降12%,说明植物种不同则生物学特性不同,受损愈伤后恢复抗侵蚀能力不同。     

毛乌素沙地3种主要植物群落的阻沙效益

[目的]对毛乌素沙地天然沙蒿、沙柳和锦鸡儿这3种主要植物群落的阻沙效益进行分析,为毛乌素沙地沙漠化防治及生态建设提供理论依据。[方法]通过测定标杆风蚀沙埋程度,分析各植物群落的风蚀量与阻沙量,从而对其阻沙效益进行比较分析。[结果](1)植被盖度越大,各植物群落的防风阻沙效果越明显;(2)地形条件相似,风速相同的情况下,3种植物群落在风蚀季节的临界防风蚀盖度不同。沙蒿群落的临界防风蚀盖度最小,约为60%,沙柳群落与锦鸡儿群落的临界防风蚀盖度相对较大,均大于60%,但锦鸡儿群落相对沙柳群落的临界防风蚀盖度小;(3)相同盖度下,3种植物群落的风蚀量与阻沙量之和大小顺序为:沙柳锦鸡儿沙蒿。[结论]在毛乌素沙地固定、半固定沙地上,沙蒿群落的防风阻沙效益突出,可作为主要固沙植物进行推广。     

植被恢复对黑岱沟矿区排土场土壤性质的影响

[目的]以内蒙古准格尔旗黑岱沟露天煤矿北排土场为研究对象,为矿区的植被恢复和治理提供依据。[方法]通过野外土壤剖面调查和采集土壤样品,对9种植被恢复模式及对照区土壤理化性质进行测定和分析,并通过土壤质量指数计算,对不同植被恢复模式下土壤质量进行评价。[结果]各种植被类型均能有效地改良土壤。其中沙棘的容重最小,为1.35g/cm3;油松+沙棘+锦鸡儿的含水量最大,为13.32%;油松+杨树+柳有机质最高,为9.42g/kg;油松+沙棘+锦鸡儿土壤速效N和速效K含量均为最高,分别为21.32和90.21mg/kg;锦鸡儿土壤速效P含量最高,为6.47mg/kg;沙棘和锦鸡儿作为灌木的乔灌混交模式下土壤质量综合评价值最高,单一种植沙棘以及锦鸡儿的土壤质量综合评价值也较高。[结论]种植沙棘、锦鸡儿以及乔木、沙棘和锦鸡儿的乔灌混交类型对该地区土壤复垦有重要作用。     

内蒙古中西部3种乡土植物根系抗拉力学特性的对比研究

[目的]研究内蒙古中西部地区3种乡土植物种根系的抗拉机理,为该区水土保持的树种选择提供依据。[方法]以内蒙古中西部地区3种常见植物柠条、沙棘和紫花苜蓿根系为对象,进行室内单根瞬时极限拉伸试验研究。[结果](1)3种植物单根极限抗拉力随着直径的增加而增大,单根极限抗拉强度随直径的增加均呈幂函数递减。(2)当直径在0.19mm~2.89mm范围内相同径级时,3种植物单根极限抗拉强度和弹性模量均值大小顺序相同,依次为:柠条沙棘紫花苜蓿,3种植物根径≤0.5mm的细根具有较大的极限抗拉强度和弹性模量;(3)同一树种当根系直径相同时,土壤含水率高则其单根平均极限抗拉强度小。[结论]根系的力学特性与形态结构特征的结合,是选择适宜的水土保持树种非常重要的因素。从根系抗拉性能方面评价3种植物根系固土抗蚀能力大小则柠条优于沙棘和紫花苜蓿。     

植被恢复措施对不同排土年限煤矿排土场边坡细沟侵蚀的影响

为研究排土场边坡细沟侵蚀特征,采用野外调查方法,以内蒙古永利煤矿为研究对象,测定不同排土年限（1、3、5 a）和植被措施（裸地、沙柳方格+沙棘+油菜/沙打旺、沙柳方格+沙打旺）的排土场边坡物理指标和细沟形态指标。结果表明：1）排土年限为5 a时,同一措施下分形维数和土壤容重较1 a增大3.60%～7.20%和7.26%～20.00%,含植被措施土壤颗粒分形维数较裸地小0.40%～3.80%。2）以排土年限1 a为基准,裸地和沙柳方格+沙棘+油菜/沙打旺措施的细沟总长、细沟密度、平均沟深、平均沟宽和细沟割裂度随排土年限增加而加大97.65%～349.76%、10.34%～277.59%、80.51%～205.11%、28.69%～83.50%、50%～625%和86.37%～129.30%、12.96%～175.93%、1.81%～21.32%、60.61%～67.63%、75%～275%。3）排土年限为3和5 a时裸地细沟侵蚀模数较1a增加4.11%和581.28%,沙柳方格+沙棘+油菜/沙打旺减小27.27%和50.65%。4）细沟总长、平均和最大沟深是评价细沟侵蚀和细沟形态的优选指标。研究结果可为矿区生态恢复重建提供参考。     

高寒沙区人工沙棘对风沙危害的生态响应

[目的]沙棘(Hippophae rhamnoides)是高寒沙区典型的优良治沙物种,其风沙危害的抗逆性研究对沙棘生态适应性机理及高寒沙区生物治沙工作具有重大的探究与指导意义。[方法]对不同类型沙丘不同林龄的人工沙棘林进行了样方调查和风沙活动监测。[结果]沙棘群落特征与地表风蚀强度变化具有时空同步性。轻度风蚀与中轻度沙埋现象有助于沙棘的生长与群落的发展,固定与半固定沙丘人工沙棘的株高冠幅均为流动型沙丘沙棘的3~6倍;沙棘各生长指标与株下蚀积深度具有显著的二次函数拟合关系,8年生沙棘生长的最佳沙埋深度在30—40cm。2008—2016年,各沙丘沙棘群落特征与局地输沙率、粗糙度、蚀积深度等风沙活动特征分别表现出显著的指数递减、多函数递增和二次函数先增后加减的变化规律。[结论]高寒沙区沙棘对风沙危害的响应特征反映了沙棘良好的风沙适应能力,也指示沙棘造林技术需要注重立地条件选取、造林结构改进与多物种配置,保障沙棘的稳定生长势态与良好的生态修复效益。     

黄泛风沙区耕地土壤风蚀影响因子的通径分析

[目的]研究黄泛风沙区影响耕地土壤风蚀量的主要因子及其相互作用关系,为土壤风蚀的防治及改善耕作措施提供依据。[方法]通过影响因子的的野外定位观测,及对风蚀数据进行收集整理,在逐步回归分析的前提下,对风蚀量主要影响因子进行通径分析。[结果]风速累计时间、作物盖度、粗糙度是影响耕地土壤风蚀的主要因素;风蚀量的直接影响因素作用大小的排序为风速累计时间粗糙度作物盖度;风蚀量间接影响因素作用大小的排序为粗糙度作物盖度风速累计时间;风蚀量决定系数排序为d_(风速累计时间·风速累计时间)d_(风速累计时间·作物盖度)d_(风速累计时间·粗糙度)d_(作物盖度·粗糙度)d_(作物盖度·作物盖度)d_(粗糙度·粗糙度);风速累计时间与作物盖度主要通过其本身直接影响风蚀量,粗糙度主要通过间接作用减少风蚀量。[结论]可适当地增加作物种植密度,提高粗糙度、作物盖度,减少风蚀危害。