双排高立式尼龙网阻沙障与草方格固沙障的优化配置及防沙效益

[目的]针对双排高立式尼龙网阻沙障与草方格固沙障联合应用,开展风洞试验研究,以优化联合沙障中尼龙网阻沙障孔隙度配置及探究各孔隙度下联合沙障的防沙效益。[方法]基于风洞模拟试验数据,开展不同孔隙度(40%,45%,55%)联合沙障,在不同风速下的风速流场、空气动力学粗糙度、摩阻风速、输沙率随高度和阻沙率方面的变化特征研究。[结果](1)相同风速下尼龙网阻沙障孔隙度40%时,联合沙障弱风区面积最大;(2)随着尼龙网阻沙障孔隙度的增大,空气动力学粗糙度和摩阻风速减小,相同风速和相同位置时,40%孔隙度下联合沙障空气动力学粗糙度和摩阻风速值最大;(3)风速增加地表输沙率也增加,联合沙障内部与背风侧输沙率随高度增加呈指数型递减,输沙主要集中在0～12 cm高度内;(4)风速大小与沙障阻沙率呈现负相关变化;阻沙率与孔隙度之间也呈负相关关系,孔隙度为40%的联合沙障具有较高阻沙率;双排高立式尼龙网阻沙措施与草方格固沙措施联合之间还存在阻沙率叠加。[结论] 40%孔隙度的双排高立式尼龙网和草方格的阻固联合可以实现较优的配置与防沙效益。     

埋土防寒区葡萄冬剪后挂枝的防风效果

为了改善葡萄传统栽培方式冬春季地表裸露导致的风蚀状况,该文研究了"爬地龙"栽培模式下,葡萄冬剪后枝条悬挂在铁丝上形成风障的防风阻沙效果。结果表明:此防护措施的透光疏透度值75.6%分布在0.48~0.68,均值0.58,确定为通风结构;分析风速与防护长度的关系,得到1 m高度处风速在途经风障时变化过程:遇风障减弱、集流加速、迅速减弱、恢复和背风侧消减;在风障中距迎风侧边缘34 m处风速达到最低值,较旷野风速值减小84.20%,防风效能达80.72%;从背风侧风障边缘到距离边缘34 m处,均属于相对有效防护距离以内,防风效能均值达40.94%;该研究中葡萄园的输沙量沿高度分布遵循幂函数,输沙量均集中在近地面。挂枝的距地表5~150 cm高度的总输沙量比对照高39.0%。该研究可为中国葡萄埋土防寒区的防风阻沙工作提供参考。     

冀北坝上地区3种人工灌木林地防风蚀效果的比较

选取冀北坝上地区防风固沙林为研究对象,通过观测风速、地表粗糙度、临界起沙风速、输沙量、风沙流结构等指标,对比分析3种人工灌木林地(沙棘林地、柠条林地、沙柳林地)防风蚀效果。结果表明:人工植被能够增加地表粗糙度,改变近地表风场和风沙流结构,降低风速,减少输沙量,有效防治土壤风蚀。不同人工灌木林地防风蚀效果存在较大差异。从主要观测指标来看,粗糙度和临界起沙风速为柠条林地>沙棘林地>沙柳林地;输沙量为柠条林地<沙棘林地<沙柳林地;防风效应为沙棘林地>沙柳林地>柠条林地;固沙效应为柠条林地>沙棘林地>沙柳林地。冀北坝上地区应充分发挥林木防风固沙、保持水土的特性,采用生物治沙技术与措施,合理配置人工植被开展生态建设,防治土壤风蚀,改善生态环境。     

吉兰泰盐湖防护体系的防风阻沙效应

[目的] 定量描述防护体系防风阻沙能力及地表蚀积变化,揭示盐湖防护体系的防风阻沙作用规律,为吉兰泰盐湖防护体系防护效果评估提供数据支撑,为中国西北风沙区及荒漠盐湖沙害治理提供理论依据。[方法] 选择吉兰泰盐湖防护体系为研究对象,通过野外原位监测,对3,10月两场典型强风沙尘天气下不同下垫面0—30 cm高度内输沙以及逐月地表蚀积情况进行观测。[结果] ①2 m高度处风速由流动沙垄到盐湖湖心表现为衰减—急剧衰减—恢复阶段,到盐湖湖心时风速恢复至旷野风速。从白刺灌丛至盐碱滩地风速均较流动沙垄降低了70%～90%。②从白刺灌丛至盐湖湖心输沙量呈现为急剧降低—降低—缓慢增加的状态,整体较流动沙垄降低了83.89%～94.90%。③防护体系对两种主害风的防风阻沙效果明显,其风速及输沙量分别较流动沙垄降低了98.71%,91.79%,且西北风向下的防风阻沙效果优于西南风向。④6—9月白刺灌丛至盐湖湖心地表呈现为风积状态,且净蚀积强度较流动沙垄最高可降低157.04%。[结论] 虽然受季节和风向影响,但防护体系防风阻沙效果仍保持较好状态,它对风沙流的阻滞作用使地表由风蚀转为堆积,并使风速及输沙量均降低了90%以上,从而有效避免盐湖湖面积沙。     

乌珠穆沁沙地生物基可降解聚乳酸(PLA)沙障防风固沙效益

为了探究PLA沙障对乌珠穆沁沙地沙化治理的效果,以方格状铺设不同规格(方格边长0.5 m×0.5 m, 1 m×1 m, 2 m×2 m和3 m×3 m)PLA沙障,以不同规格沙障影响的风蚀特征为研究对象,裸沙地设置对照(CK),采用美国HOBO便携式风速采集仪观测距地表10,20,50,100,200 cm高度的风速,同时使用自动旋转集沙仪收集近地表0—30 cm高度输沙量,分析了防风效能、固沙效益和风沙流挟沙粒径的变化特征。结果表明：(1) PLA沙障规格小于3 m×3 m时,风速廓线呈“S”型变化趋势;PLA沙障平均的地表粗糙度为0.64 cm, CK的平均粗糙度为0.51 cm,粗糙度提高了25.48%。(2)铺设PLA沙障后输沙量降低了38.72%～75.69%;PLA沙障输沙率随高度呈现良好的指数关系(R²>0.77);1 m×1 m和2 m×2 m沙障的固沙效益高于其他2种规格沙障,3 m×3 m规格的固沙效益最低,基本接近CK。(3)乌珠穆沁沙地风蚀物颗粒大小介于2～500μm,且大部分颗粒为100～250μm的细沙;铺设PLA沙障后,障格内...     

乌兰布和沙漠东北缘人工梭梭林防风效能分析

[目的]测定乌兰布和沙漠东北缘不同林龄各坡位的风速,揭示梭梭林防风效能随林龄的变化规律以及与梭梭空间构型的关系。[方法]以乌兰布和沙漠东北缘种植3,5和8a的人工梭梭林为研究对象,通过测定林内及CK不同坡位距地表10,20,50,100,200cm高度处风速,对比不同年限梭梭林的防风效能。[结果]随着林龄的增加,梭梭林对近地表风速减弱作用增强;同一坡位下,3a梭梭林防风效能主要作用在0—100cm高度内,防风效能为48.19%,100—200cm高度内风速迅速恢复。5,8a梭梭林对0—200cm高度范围均有很好的防护作用,防风效能分别为69.72%,71.93%,二者间减弱效果差异不明显。相关分析显示梭梭林空间构型与防风效能显著相关,梭梭盖度、高度、冠幅与防风效能的相关性分别达到0.935,0.930,0.942。[结论]3a梭梭林迎风坡底、背风坡的防风效能优于迎风坡中、迎风坡顶,5,8a梭梭林与之相反。     

不同配置参数下立式葵花秆沙障防护效果研究

[目的]揭示障高(H)、孔隙度(P)与行距(R)3个沙障参数对立式葵花秆沙障防护效果的影响,为优化立式葵花秆沙障的参数配置及立式沙障防风治沙工程的开展提供理论依据。[方法]基于风速与输沙的野外观测数据,开展不同梯度参数配置下沙障的粗糙度、防风效果、阻沙效果变动特征研究。[结果](1)0—50 cm高度内是沙障的主要防风区,相比裸沙丘沙障样地内的粗糙度提高了7.70～214.45倍,各规格沙障的防风效果在11.74%～59.45%范围内,阻沙效果在33.06%～92.23%范围内。(2)沙障的防风阻沙效果随障高增加而增加,随孔隙度和行距增加而降低,其障高对防风效果的影响大于孔隙度,孔隙度对阻沙效果的影响大于障高。(3)H(30 cm)-P(40%)-R(2 m),H(30 cm)-P(50%)-R(1 m),H(40 cm)-P(40%)-R(2 m),H(40 cm)-P(50%)-R(2 m)这4种规格沙障的防风效果与阻沙效果达到了35%与75%以上。[结论]立式葵花秆沙障能有效降低风速和输沙量,沙障参数是影响其防护效果的关键,其中影响沙障防风效果和阻沙效果的最主要参数分别是障高和孔...     

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。     

不同形状沙袋沙障稳定性及防风效益

沙袋沙障为一种新型沙障,同时具备防风阻沙、抑制风蚀的功能。区别于其他沙袋沙障,试验采用的沙袋外层包装为涤棉布。为了解不同形状沙袋沙障对近地表气流的影响,并探寻具有较好防护效果的沙障形状,研究通过对正半圆形、倒半圆形和一字形沙袋沙障的移动距离、周围地表蚀积程度及近地表风速进行测定,对比研究了3种形状沙袋沙障自身稳定性及其防风效益差异。结果表明:3种形状沙袋沙障相比,正半圆形沙袋沙障最稳定,倒半圆形最差。沙袋整体移动距离大小顺序为倒半圆形一字形正半圆形,分别为33.02cm,16.90cm和14.00cm。不同形状蚀积深度相比,正半圆形的4个区域蚀积程度均为最小,在背风侧区域、迎风侧区域、左翼区域、右翼区域内风蚀深度分别比未设置沙障区减小了102.07%,86.17%,25.93%,66.56%。3种形状沙袋沙障防风效能相比,正半圆形沙袋沙障最大,倒半圆形比正半圆形低10.16%。3种形状沙袋沙障中正半圆形周围风速等值线密度要明显大于一字形和倒半圆形,在不同位置上,风速等值线密度大小顺序为背风侧0~20cm迎风侧0~20cm背风侧20~100cm;在不同高度上,沙袋对风速影响最大范围约在30cm以下,在此之上,对风速影响逐渐变小。     

库布齐沙漠含水率对风沙运动影响的风洞模拟

采用室内分析和风洞模拟试验的方法,研究了不同风速下库布齐沙漠沙丘沙含水率对粗糙度、风速廓线和风沙流结构变化的影响。根据风洞实际动力情况,确定试验进口风速为6,8,10,12,14,16m/s;除干沙外,人工配制了含水率为0.25%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%6组不同湿度的沙样,分别开展了风洞模拟试验。结果表明,地表粗糙度随着风速的增加而增大,但随湿度的增加整体呈减小趋势;试验所包含的湿度范围内,其风速廓线均随高度呈对数分布,随风速的增大,风速廓线的对数规律越好,风速梯度逐渐减小;湿度越大输沙率随风速增加的绝对量变小,但相对量有所增加;随着湿度的增加输沙率呈整体下降趋势;不同湿度输沙率都出现随高度增加而减少的趋势,当湿度达到2.5%时,不管任何高度风蚀过程几乎停止;干沙输沙量80%集中于近地表5cm内,但随着湿度增加,5cm以上输沙率所占比重呈增加趋势,当湿度介于0.25%~1.5%时,地表5~8cm之间输沙量占总输沙率的30%以上。说明在地表含水率较高的库布齐沙漠,采用格状沙障等增加地表粗糙度的机械防沙措施能收到比西部沙漠和戈壁地区更为理想的效果,而且采用固沙措施的高度也应高于干沙地区。     

古尔班通古特沙漠南缘梭梭固沙林土壤粒度的分异规律

[目的]分析梭梭林地的防风固沙效果,为当地的沙漠化防治提供基本的资料,为生态建设提供可靠的依据。[方法]以古尔班通古特沙漠南缘莫索湾地区的梭梭(Haloxylon ammodendron)林地为研究区,按照距离沙源远近,分别选取了4种典型的梭梭样地,进行土壤样品采集,分析其粒径分布特征。[结果]位于沙源处的梭梭林由于沙尘来自古尔班通古特沙漠,沙源均一性以及分选性良好。土壤粒径主要受植被盖度的影响,使得沙地表层细粒成分增加;在一定的植被覆盖下,随着沙源距离的增大,表层土壤平均粒径依次减小,主要是因为植被拦截沙尘物质,使得表层土壤粒径产生差异;表层土壤平均粒径相对于下层呈增大趋势,且距离沙源越近变化幅度越大,但是土壤粒径峰度、偏度差异不大。[结论]表层土壤粒度特征存在差异反映了各梭梭林在不同的植被覆盖下风沙活动强度对其的影响,自然植被带与人工梭梭林能够有效拦截和固定大量的风蚀物质,但由于自然植被生长状况不如人工林,在植被大量衰退和强风蚀作用下对风沙的拦截作用较弱,因此,在自然植被带外围人工造林对当地风沙的阻挡作用起到至关重要的作用。     

沙障对不同林龄雨养梭梭林冠下浅层土壤含水量的影响

[目的]分析不同林龄雨养梭梭林冠下浅层土壤含水量在布设沙障后的变化,为沙障生态功能的评价及梭梭生长发育状况的预测提供理论依据。[方法]对5年生幼年林和25年生中年林在布设沙障后冠下0—50cm的土壤含水量、表层结皮厚度、近地表风速等因子进行测定分析。[结果]沙障通过降低近地表气流流速,加速结皮形成等方式提高了梭梭冠下0—50cm的浅层土壤含水量。沙障对5年生梭梭冠下土壤含水量的空间分布格局影响不大,但使25年生梭梭冠下土壤含水量随着与主干距离的增加而单调增加,表现为"干岛效应"。在垂直分布上,25年生梭梭冠下土壤含水量在塑料网沙障区与对照区间呈显著相关(p0.05),而在麦草沙障区与对照区间相关性不显著,其最大土壤含水量的出现深度下降至30—40cm处。[结论]布设机械沙障对退化梭梭林的恢复将起到一定的促进作用,且对中年林梭梭土壤水分的影响大于对幼年林。     

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。     

土壤因子对莫索湾梭梭林林下植被分布和多样性的影响

[目的]研究土壤因子对古尔班通古特沙漠西南缘莫索湾地区天然梭梭林、天然—人工梭梭林、人工梭梭林林下植被分布和物种多样性的影响,为该区物种多样性保护提供理论依据。[方法]采用典范对应分析法(canonical correspondence analysis,CCA)和广义加型模型(generalized additive model,GAM)分析了6个土壤因子(共8个指标)与物种分布和多样性之间的关系。[结果](1)土壤水分、电导率、pH值和生物结皮的发育是影响植物分布的主要土壤因子。刺沙蓬和狭果鹤虱主要分布在土壤水分和电导率较高的林地,细裂补血草分布在高pH值环境中,虫实分布在土壤水分和电导率较低,同时生物结皮发育较好的林地,甘新念珠芥和滨藜对环境的适应能力较强,各生境均有分布,自然更新的梭梭幼苗分布随着土壤水分、电导率降低和生物结皮增加相对重要值逐渐增大;(2)土壤水分、电导率、pH值和土壤质地是影响物种多样性的主要因素。物种多样性指数与土壤水分和粉粒含量呈极显著正相关(p0.01),与电导率和pH值呈极显著负相关(p0.01),在土壤水分较低的环境条件下(2.19%~6.28%),土壤水分是影响多样性指数的最主要因子,当土壤水分8.0%时,多样性指数趋于稳定,同时,土壤pH值9.0时,多样性指数有明显下降趋势。[结论]梭梭林林下植被的分布和物种多样性是由土壤水分、电导率和土壤质地为主的多种土壤因子综合作用的结果。     

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。     

流动沙地建植人工固沙梭梭林的土壤演变过程

梭梭是西北干旱区人工固沙植被建设的主要树种,人工固沙梭梭林建植后植被系统的演变受土壤发育的影响。在河西走廊中段临泽平川绿洲边缘选择0、3、6、9、16和40 a时间序列的固沙梭梭林地,研究人工固沙植被建植后的土壤发育过程,探讨梭梭植物与土壤反馈作用及其对植被系统演变的影响。结果表明,随着梭梭种植年限的增加,土壤黏粉粒、有机碳(SOC)和全氮(TN)含量逐渐增加,但显著变化发生在种植9 a以后的0~20 cm表层土壤,而盐分的积累发生在0~100 cm整个土层,20~80 cm土层的盐分积累量高于表层0~20 cm;盐分组成中,24 SO-、Ca2+和Na+含量随着梭梭种植年限的增加而增加,在16 a和40 a梭梭林土壤剖面中有显著积累。梭梭种植16 a和40 a后,0~10 cm土层SOC含量较未造林沙地分别增加3.3倍和5.7倍、0~100 cm土壤剖面盐分含量分别增加5.4倍和6.5倍,表明梭梭生长发育过程中土壤盐分积累较SOC和养分积累更为显著。盐分的积累可能对草本植物的生长发育产生负效应,进而影响人工植被系统的稳定性。在流动沙地建植人工梭梭林40 a的时间序列上,土壤从干旱砂质新成土向干旱正常新成土发育;随着盐分的进一步积累和干旱区钙化过程,最终可能演变为钙积正常干旱土,但需更长时间尺度的观测研究。     

荷兰Groasis保水节水造林技术在民勤荒漠区的应用

[目的]研究荷兰Groasis(水盒子)在民勤荒漠区保水节水造林的初步应用,为荒漠区困难立地条件下进行大规模的节水造林和农业推广提供参考数据。[方法]选择了11种荒漠植物造林树种,在民勤沙区的退耕地、丘间地、引种圃3种类型的田间进行试验,测定成活率、土壤水分等。[结果](1)11种抗风沙树种在退耕地的土壤含水率的高低顺序为:沙拐枣花棒毛条柽柳沙地云杉樟子松胡杨蒙古扁桃沙棘榆树沙枣。(2)各种抗风沙树种在典型的3种土壤类型中,利用水盒子栽培的土壤含水率明显高于普通栽培的土壤,要高出2~5倍。(3)不同抗风沙树种和蔬菜利用水盒子在3种典型土壤类型中成活率比对照不同程度提高25%~70%左右。[结论]利用水盒子可以有效地提高抗风沙树种的成活率。     

塔河流域天然胡杨林不同林龄地上生物量及碳储量

[目的]探讨不同林龄单株胡杨地上部分生物量、林分的生物量及碳储量的分布特征,为进一步开展胡杨天然林生态系统碳循环、碳储量、固碳速率和潜力研究提供基础。[方法]以新疆维吾尔自治区轮台县天然胡杨林为研究对象,利用不同林龄下不同径阶的标准解析木样本数据,构建胡杨地上部分各器官的生物量回归模型,探讨不同林龄胡杨地上部分的生物量组成、分配以及各器官生物量随年龄的变化规律。[结果]随着林龄的增加,单株胡杨地上部分各器官生物量呈上升趋势,其中树干占主导地位。幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林的林分地上生物量分别为:4.91,7.95,19.47,61.95,47.64t/hm2,且随林龄的增加胡杨林地上部分生物量先增加后稍有降低;胡杨林地上部分不同器官平均含碳率从大到小依次为:树干(48.17%)树枝(47.75%)树皮(46.13%)树叶(44.90%),且随林龄的增加不同器官含碳率先增加后降低,但各器官之间含碳率差异不显著;塔河流域胡杨林碳储量随林龄先增加后降低,大小顺序为成熟林(30.38t/hm2)过熟林(23.26t/hm2)近熟林(9.30t/hm2)中龄林(3.69t/hm2)幼龄林(2.20t/hm2)。[结论]地上部分各器官碳储量按依次排列为:树干树枝树皮树叶,树干是胡杨林地上部分碳储量的主要器官。