新疆策勒县沙漠-绿洲过渡带风沙流结构及输沙粒度特征

[目的]为了分析3个不同下垫面近地表风沙流结构差异及输沙粒度特征,为输沙模型的建立提供理论依据。[方法]对策勒绿洲—沙漠过渡带风速梯度和输沙率进行野外观测,采用拟合函数回归方法分析。[结果]在0—200cm高度范围内,流沙地近地表输沙率或输沙通量与高度服从指数函数或对数函数关系,且拟合程度较高;半固定沙地近地表输沙率或输沙通量随高度服从指数函数关系,拟合程度中上等,稍差于流沙地;固定沙地输沙率随高度变化服从多项式函数关系,拟合程度中等—差。[结论]平均风速较大时,流沙地、半固定沙地地表输沙率或输沙通量随高度变化多服从指数关系,且拟合程度好于平均风速较小的输沙阶段;近地表跃移、蠕移沙粒无论在垂向还是在水平方向上,离地表越高或离绿洲越近其各高度输沙率和沙粒平均粒径都有变小和变细趋势,在水平方向上流沙地输沙沙粒分选性依次好于半固定沙地、固定沙地,分选性多属于中等或中等偏上;所有输沙沙粒的偏度值分布在-0.06~0.05之间,越靠近绿洲输沙沙粒越细;所有跃移、蠕移沙粒峰态值分布在0.92~1.05之间,属于中等峰态。     

民勤绿洲外围不同下垫面条件下风沙流结构的观测研究

对民勤绿洲外围特定环境背景条件下不同下垫面的风沙流结构进行了实地观测和对比研究.结果表明:相同条件下无盖度流动沙丘输沙率顶部>中部>底部,白刺平坦砾质沙地上输沙率的大小与地表粗糙度成反比,与沙丘盖度成反比.且这两种下垫面风沙流结构(0～30 cm)都遵循负指数曲线(Q=aebh);白刺沙包不同部位风沙流结构遵循幂函数规律(Q=ahb)变化;不论梭梭疏透度如何变化,风沙流结构都遵循幂函数规律(Q=ahb);从防风固沙的效果来看.尼龙网沙障的防沙能力最好,麦草沙障次之,粘土沙障最弱;而从整个研究时段总的输沙率来看,流动沙丘＞丘间砾质沙地＞梭梭林＞白刺包＞黏土沙障＞麦草沙障＞尼龙网沙障.     

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。     

近地表风沙流结构对过渡带不同下垫面的响应

在塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲—沙漠过渡上选取流动沙地、半流动沙地和固定沙地3个典型下垫面,利用梯度集沙仪测定其近地表10cm的风沙流结构。结果表明,流动沙地地表0~1cm的沙粒百分含量随着风速的增大而减小;2~10cm的沙通量随着风速的增大其百分含量增加,1~2cm的沙通量存在一个稳定层,幂函数、指数函数和对数函数均能较好地反映其沙通量垂直分布特征,并可以利用风沙流结构来判定地表的蚀积状况;半固定和固定沙地地表由于受到植被盖度影响,其风沙流结构特征表现为近地表0~1cm沙通量较流动沙地少,2~10cm的沙通量百分含量较多,且每层沙通量与风速的相关性较差,稳定层在植被盖度的扰动下抬高或者消失,对数函数能较好地反映其风沙流结构特征,地表蚀积状况不可用现存风沙流结构地表蚀积公式来判定。     

尼龙网方格沙障的风沙流颗粒分布特征

为了探讨塔克拉玛干沙漠腹地风沙流结构特征及尼龙网方格沙障对风沙流颗粒的分异作用,于2015年4月—2015年6月,选取裸沙地和沙障2种下垫面,利用集沙仪对地表风沙流进行观测,分析了尼龙网沙障对风沙流结构和沙粒粒径分布的分异过程。结果表明:(1)风沙流结构在裸沙地符合指数分布(y=321.025e-10.16x,R2=0.94),在沙障前部和中部分别表现出"象鼻"效应特征和近似于倒置的"象鼻";沙障的设置,明显减少了近地面(0~42cm)的输沙量。(2)在裸沙地,极细沙和粗粉沙输沙量在垂向分布上符合指数递减规律;极细粉沙、细粉沙和中粉沙的输沙量在下段呈指数递增分布,在上段呈指数递减分布,经过沙障后,近地面约0~32cm高度范围内沙粒的输沙量垂向分布特征发生了显著变化。(3)沙障的设置不仅改变了风沙流的水平分布,也改变了不同粒径沙粒的水平分布,其中细沙的水平分布变化最显著。     

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％。     

塔中地区近地层风沙流的结构特征

[目的]分析特定高度的风沙流结构,阐明其风沙流运动规律,为防沙治沙提供理论依据。[方法]采用全方位微梯度集沙仪和风速仪,收集2014年7月至2014年8月风沙流输沙样,通过对近地层0—85mm风沙流输沙率、风速进行分析。[结果]输沙率与风速的最佳拟合关系为幂函数,相关系数为0.968 7。随风速的增大,风沙流输沙率主要集中在0—35mm,0—5和15—35mm百分含量基本呈上升的趋势,5—15和35—85mm百分含量基本呈下降的趋势。[结论]风沙流运动是一种贴近地面沙物质的搬运过程,随风速的增大,输沙量越来越集中在0—35mm范围内。因此,采取各种措施改变近地表层的风状况及风沙流结构就能有效地削弱风沙活动的强度。     

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。     

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。     

两种仿真固沙灌木防风效应的野外观测

仿照沙旱生灌木构型制成无叶和有叶两种仿真固沙灌木,在野外观测了这两种仿真固沙灌木对风速变化的影响。结果表明,当风速为2.2~5.5m/s时,40cm高度的仿真固沙灌木削弱风速率随风速增大而增加。仿真固沙灌木平均风速削减率小于沙蒿,但统计分析差异不显著。无叶仿真固沙灌木平均降低风速率小于有叶仿真固沙灌木。仿真固沙灌木是结合多种植物优势组合而成,是对植物治沙措施的优化,具有显著的防风效应。     

直压立式纱网沙障不同取样季节输沙量变化特征

[目的] 对不同规格纱网沙障春季、夏秋季的输沙量变化特征进行定位连续测定,为进一步评价纱网沙障的固沙效果提供科学依据。[方法] 采用野外定位、定期观测方法,研究不同季节纱网沙障的输沙量变化特征。[结果] 无论是春季,还是夏秋季,设置2 m×2 m,3 m×3 m,3 m×4 m和4 m×4 m的纱网沙障对风沙流的拦截效果随着网格变小而增加,且输沙量随高度变化趋势线均呈现指数关系。来自西北风方向的输沙量大于东南风方向的输沙量,且春季输沙量大于夏秋季输沙量。和对照相比,春季3 m×4 m纱网沙障0—60 cm高度拦截的净输沙量降低了85.98%,而夏秋季降低了79.56%。[结论] 纱网沙障输沙量主要集中在地表20 cm及以下高度范围,并随着纱网沙障规格增加其降低输沙量能力减少。设置纱网沙障能有效减少风沙流危害。     

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...     

毛乌素沙地新垦地土壤风蚀特征

为了理解近期沙地农业开发的土壤风蚀风险及其对区域沙漠化的影响。该文对毛乌素沙地灌丛沙堆地、沙质草地以及耕地不同位置进行了多组风沙同步观测,并对所收集的沙物质进行粒度分析。结果表明:草地与灌丛地被开垦为耕地后,土壤风蚀强度成倍数增长。在可蚀性颗粒充足的耕地,输沙率顺风向趋于增加的同时,随高度的增加,输沙率在0~10 cm高度内以指数函数规律递减,在10~20 cm高度内以幂函数规律递减;总输沙率与风速呈较好的幂函数关系,侵蚀模数约为9 657 t/(km^2·a)。该文认为,新垦地的出现对区域沙漠化具有重要影响,其面积应作为评价区域沙漠化的重要指标;减小裸露耕地面积,建立防风固沙林,保留一定高度的留茬,可有效控制新垦地的土壤风蚀问题。     

和田地区绿洲外围农田防护林带的防护效益

在和田地区新垦农地外围的流动沙地种植新疆杨乔木+沙拐枣灌木复合防护林,通过布设风速风向观测仪、沙尘通量梯度仪、温湿度和辐射等测定仪于林带前后,研究防护林网的防护效益,为营建绿洲外围防护林和合理开发利用荒漠区的土地资源提供理论依据。结果表明,防护林带的防风效能随着高度的增加而减弱,大于起沙风速(6m/s)时,新疆杨林带、沙拐枣林带在0.5m处的防风效能分别为67.2%和94.5%,在3m处的防风效能分别为31.3%和33.7%。随着风速的增大,沙拐枣林带和新疆杨林带的防风效能均减弱,新疆杨林带的减弱更为明显。防护林带有效地降低了地表风速,减轻地表风蚀。林带内的输沙量仅为外围的10%左右。此外,林带内的太阳辐射强度下降,温度降低,湿度显著增加。由此可见,防护林可以有效地起到防风固沙,改善区域小气候的作用。     

陕北沙区煤矸石山适宜的覆沙厚度试验研究

[目的]解决陕北沙区煤矸石废弃地占地面积大,植被恢复困难和治理造价高的问题。[方法]利用野外试验,设计半隐蔽沙蒿沙障(2m×2m)下的3种覆沙厚度(30,50和70cm)共3种类型的处理。4种乡土灌木树种沙地柏(Sabina chinensis)、长柄扁桃(Amygdalus pedunculata)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)和蒙古莸(Caryopteris mongholica)进行对比试验。[结果]成活率、保存率、新稍生长量和地径变化随着覆沙厚度的增加,其指标均有所提高;多因素方差分析表明种间存在极显著差异,在0.05的显著水平下,紫穗槐与其它植物种均存在显著差异,蒙古莸与沙地柏间存在显著差异;在0.01显著水平下,蒙古莸、长柄扁桃和沙地柏间差异性不显著;覆沙30cm与覆沙50cm,覆沙70cm间均存在显著差异,覆沙50cm和覆沙70cm间差异性均达不到显著水平。[结论]综合因素条件下,覆沙50cm是该区域煤矸石山土地复垦及生态恢复植被需要基质的最佳选择。     

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。     

人工与自然恢复方式对流动沙地土壤与植被特征的影响

[目的]分析不同固沙措施对土壤—植被系统恢复的生态效应,为该地区沙化草地选取合理的固沙措施、草场管理与利用以及沙漠化治理提供依据。[方法]以宁夏地区盐池沙地围封自然恢复草地和灌丛人工固沙林地为研究对象,以周围流动沙地为对照,对不同处理措施样地土壤性质和地表植被特征进行调查。[结果](1)两种恢复措施均能够显著增加土壤黏粉粒含量、土壤有机碳和全氮含量(p0.001),降低土壤温度、容重和含水量(p0.05),并显著提高草本植物丰富度、个体数和平均高度(p0.05)。(2)自然围封草地土壤黏粉粒含量、草本植物个体数和丰度分别是人工灌丛林地的2.1,2.8,1.4倍;而其土壤含水量下降幅度是人工灌丛固沙林地的1.7倍。人工灌丛固沙林地土壤有机碳、全氮含量以及草本植物平均高度分别是自然恢复草地的2.1,2.0,2.2倍;而其土壤容重下降幅度是自然恢复草地的2.5倍。(3)随着流动沙地固定和草本植被恢复,植物群落以一年生草本植物为特征逐渐演替到以一年生草本植物为主且伴生有多年生植物的草地生态系统。但一年生和多年生植物个体数和物种数自然恢复草地均明显高于人工灌丛固沙林地。[结论]围封自然恢复对于宁夏地区盐池沙地土壤质地与植被系统稳定性的恢复质量优于灌丛人工恢复措施,人工灌丛固沙因其能够有效改良土壤营养条件亦可作为重要辅助恢复手段。     

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。