新型生物可降解PLA沙袋沙障降解特性及其影响因子探究

为了延长新型生物可降解聚乳酸（PLA）纤维材料在防沙治沙中的使用寿命,通过对野外铺设5 a的PLA沙袋沙障材料采样测试,结合室内控制温度、湿度单因子试验分析了PLA沙袋沙障的降解特性及影响因子。结果表明:高温高湿条件能够促使PLA沙障材料在短时间内降解。在沙区迎风坡中部的PLA纤维机械性能损失最大;沙障暴露面PLA纤维的机械性能损失率比贴地面大,相差可达12.29%,沙障障体迎风面机械性能损失率最大。夏季雨后高温及频繁剧烈地风沙活动是影响PLA沙障材料降解的主要因子。     

聚乳酸纤维沙障对表层土壤含水量的影响

在乌兰布和沙漠西南缘选择大小、走向相近的裸沙丘分别铺设聚乳酸纤维( PLA)沙障与麦草沙障,设计规格为1m×1m、2m×2m、3m×3m.从2008年开始连续3年对2种沙障不同规格、不同坡位表层土壤含水量进行测定,同时以未铺设任何沙障的裸沙丘作为对照,比较新型材料PLA沙障与传统沙障麦草沙障对表层土壤含水量的长时间影响.结果表明:1)PLA沙障与麦草沙障以及裸沙丘含水量都随年份的增加而增加,2类沙障含水量增长幅度明显优于裸沙丘;2)就沙障规格而言,长时间保持土壤水分,效果最好的是PLA沙障2m×2m规格:3)在0～10 cm深度,PLA沙障土壤含水量表现为迎风坡＞背风坡＞坡顶,麦草沙障与PLA沙障相反;4)在10～20 cm深度,PLA沙障土壤含水量表现为坡顶＞迎风坡＞背风坡,麦草沙障同样与PLA沙障相反.     

PLA沙障对沙丘土壤粒径的影响分析

PLA可降解纤维是一种新型的固沙材料,用它灌沙形成的筒状沙袋铺设于沙丘上,可有效改变近地表风沙流结构及地表粗糙度等。PLA沙袋沙障通过对地表风速影响,进而影响沙丘表层土壤粒径的重新分布。本次试验通过对不同铺设规格沙障沙丘0—11 cm深土壤粒径的测定,分析不同铺设规格和坡位等对土壤粒径的影响。结果表明:2 m×2 m铺设规格沙障对土壤粒径影响较大,土壤平均粒径比未铺设沙障沙丘的大16%,1 m×1 m规格影响最小;同种规格沙障在坡顶处土壤粒径变化最大,比未铺设沙障沙丘的大21%,迎风坡、背风坡分别比对照大3.9%,2.4%;土壤深度不同,粒径变化也不同,地表0—1 cm土壤粒径变化最大,比未铺设沙障沙丘的大16%。因此可知,沙障铺设后,使得沙丘表层的土壤粒径增大。     

PLA沙障对土壤硬度的影响

 为了解新材料聚酯纤维(PLA)沙障对沙丘土壤硬度的影响,通过测定铺设PLA沙障沙丘表层的土壤硬度,并以铺设麦草沙障沙丘及裸沙丘为对照,对比研究各种规格、迎风坡、坡顶及背风坡土壤硬度的差异。结果表明:铺设PLA沙障沙丘表层土壤硬度显著高于麦草沙障沙丘(P<0.001),且2者土壤硬度均显著高于未铺设沙障的裸沙丘(P<0.001);2 m×2 m和1 m×1 m PLA沙障土壤硬度比较接近,均显著小于3 m×3m规格的(P<0.01),而麦草沙障3种规格的土壤硬度差异较小;2种沙障所在沙丘不同部位土壤硬度变化趋势相似,均是迎风坡的最大,坡顶次之,背风坡的最小;PLA沙障及麦草沙障单个障格内的土壤硬度分布都是不均匀的,并且二者的土壤硬度分布规律存在差异。     

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...     

库布齐沙漠北缘机械沙障对地表土壤可蚀性的影响

[目的] 明确机械沙障铺设对风沙区地表可蚀性特征的影响,为防沙工程中沙障的合理应用提供理论依据。[方法] 采取库布齐沙漠北缘迎风坡不同年限铺设的生物基可降解聚乳酸（PLA）沙袋沙障、沙柳沙障和芦苇沙障不同坡位的土壤样品,分析了地表0—20 cm深度土壤有机质含量、土壤粒径组成和土壤可蚀性K值。[结果] ①沙障铺设后利于土壤有机质含量增加,其中2 m×2 m沙柳沙障对土壤有机质的积累效果最好,且迎风坡上部土壤有机质含量相对较少。②沙障铺设使得障格内黏粒、粉粒和细砂含量增加,随设障年限的增加其呈增加趋势;土壤0—20 cm范围内均以细砂为主。③铺设机械沙障可降低土壤可蚀性,各立地条件下沙丘下部障格内土壤抗蚀性最好;3种机械沙障中沙柳沙障抗蚀性较高;随设障年限增加障格内土壤抗蚀性增强,设障4 a后,2 m×2 m铺设规格障格内的土壤受侵蚀风险较小;土壤可蚀性K值与土壤有机质含量呈极显著（p<0.01）负相关。[结论] 沙障铺设使土壤有机质含量增加,利于细粒物质的积累,增强土壤抗蚀性,是治理流动沙丘有效的风蚀防治措施。建议在库布齐沙漠北缘铺设机械沙障时,可采用迎风坡上部铺设1 m×1 m的生物基可降解聚乳酸（PLA）沙袋沙障,中部铺设2 m×2 m的沙柳沙障,下部铺设2 m×2 m的生物基可降解聚乳酸（PLA）沙袋沙障的模式。     

沙袋沙障凹曲面特性研究

按不同规格,不同坡位,对设置一年后、总面积近25 000 m2的沙袋沙障内凹曲面特性进行了调查研究.结果表明,沙障规格和设置部位对沙障凹曲面的特征均有显著影响.通过3种规格的对比,1 m×1m规格沙袋沙障更利于稳定凹曲面的形成;3个坡位相比,坡顶处形成的凹曲面较为稳定.不同规格及不同坡位沙障凹曲面的N-S和W-E两个走向垂直剖面轮廓曲线都基本符合一元二次函数,且N-S剖面较W-E剖面陡,表明凹曲面特性受风力及风向影响较大.沙袋沙障稳定凹曲面的障间蚀积系数在1/10左右.障内植物对凹曲面形态特征影响较大,植物具有明显的灌丛堆效应,可进一步增强沙丘的稳定性.大规格的沙障若一定时间内无植被生长,会导致沙障很快失去防护作用.     

不同规格可降解沙障铺设5年后土壤粒度及有机质特征

为了探究可降解沙障铺设5 a后土壤粒度及有机质含量特征,采集库布齐沙漠东南缘铺设5 a后不同规格(0.5 m×0.5 m,1 m×1 m和2 m×2 m)、不同坡位(坡底、坡中、坡顶)的PLA沙障内近地表层(0—3 cm)土壤样品,通过激光粒度仪测试并分析了土壤粒度、有机质含量的变化情况及二者的相关性。结果表明:(1)PLA沙障内主要以细砂和粗砂为主,随着铺设规格的增加细砂含量逐渐增加,2 m×2 m(80.66%)>1 m×1 m(75.8%)>0.5 m×0.5 m(45.15%),每种规格坡顶处细砂含量最高分别为23.39%,31.73%,41.17%,坡中粗砂含量最高分别为44.91%,36.42%,42.88%。(2)障格内分选性均变差,峰态偏离正态分布,沉积物颗粒频率分布曲线部分波段变窄,表层颗粒逐渐细粒化。(3)土壤有机质含量表现出1 m×1 m>0.5 m×0.5 m>CK>2 m×2 m的规律; 3种规格有机质含量均表现为坡底>坡中>坡顶; 且极细砂与有机质含量呈现显著正相关,与中砂呈现显著负相关。上述结果说明,对于本研究区内,铺设5 a后1m×1m规格PLA沙障防护效益更优,且1 m×1 m规格和坡底处有利于有机质的积累,极细砂和中砂是有机质积累的关键粒级。     

沙柳沙障内植被恢复影响因子探究

以神东矿区宝勒高水库保护区为研究区域,通过野外调查和统计分析,对不同规格、不同坡位沙柳沙障内植被恢复情况、沙障破损情况、植被生长与沙障关系进行了详细调查,以研究影响沙柳沙障植被恢复的几个主要因子。结果表明:2 m×2 m规格的沙柳沙障最利于植被恢复;沙丘背风坡在降水较好的条件下利于先锋植物种生长,而迎风坡则表现为更利于植被的恢复及演替;背风坡沙障破损较迎风坡严重,每一障格四条边破损度依次为迎下>迎上>顺左>顺右;植被生长对沙障有明显的依附作用,障格中间不利于种子停留和植株生长,在沙丘迎风坡,顺风边植株数量和高度均略高于迎风边,而到了沙丘背风坡,迎风边植株数量和高度都高于顺风边;风力是影响迎风坡植被恢复的主要因子,坡度则是背风坡植被恢复的主要影响因子。     

塑料网方格沙障对新月形沙丘迎风坡的风沙流影响

位于干旱区的甘肃省民勤县水资源缺乏,沙障为该地区防风固沙的措施之一,对于区域风沙灾害防治具有重要意义。在流动的新月形沙丘迎风坡设置塑料网方格沙障,观测沙丘迎风坡下部、中部和上部的沙障内不同高度风速、输沙量、沙面形态变化和风蚀深度以及沙障破损量。分析结果表明：设置塑料网方格沙障降低了风速,沙丘下部是沙障内同一高度的风速降低幅度最大部位;在沙障内,高度20cm以下的风速为对照的75%以下;风蚀深度和积沙量最大的部位也是沙丘下部。沙障内风速随高度变化呈对数分布,40cm高度处为风速变化拐点;沙丘中部和上部的风速相对沙丘下部的较大,沙丘中上部的风速为沙丘下部的1.18～2.01倍。在沙障内,10～20cm高度范围的输沙率较大,在沙丘下部占总输沙率的60.57%,沙丘中部占69.11%,而沙丘上部则达91.20%。沙障内的沙面稳定后形成了凹曲面,但形成过程与麦草方格沙障不同。塑料网方格沙障是一种积沙型沙障。沙丘中上部的沙障破损率相对较大,在设置沙障时应注意加强。     

沙柳方格沙障对土壤种子库的影响

以流动沙丘上设置7年的沙柳方格沙障为研究对象,对不同部位沙障内不同点位的土壤种子库进行研究。结果表明:沙障具有拦截植物种子和补充土壤种子库的作用,不同沙丘部位沙障内植物种组成与种子库密度不同,水平分布表现为迎风坡下部>中上部>中部>顶部,背风坡密度为0,垂直分布则随土层深度的增加而明显减少;不同部位沙障内种子库的生物多样性指数均呈迎风坡中上部>下部>中部>顶部的变化趋势,其土壤种子库种类组成中等相似,且相邻部位沙障内种子库组成的相似性较高,间隔部位的相似性系数较小;沙障内不同点位的种子库组成及密度分布不同,种子库密度的空间分布在沿风向方向(沙障西北角到东南角对角线上的A、B、C、D、E 5个点位)与垂直于风向方向(沙障障格内部北边中心F与南边中心G)的大小顺序为沙障西北角(A)>距西北角1/4处(B)>障格内部北边中点(F)>沙障东南角(E)>障格内部南边中点(G)>距东南角1/4处(D)>对角线的中点(C),且在障格内形成2个密度分布较大区和2个密度分布较小区;不同点位除Margalet丰富度指数外,其余指标均表现为障格内部南边中点(G)>沙障西北角(A)>距西北角1/4处(B)>对角线中点(C)>沙障东南角(E)>距东南角1/4处(D)>障格内部北边中点(F),各点位种子库组成的相似性系数变化较大。研究结果可为沙障条件下的植被恢复评价提供理论依据。     

生物基可降解聚乳酸沙障的蚀积特征

[目的]分析不同铺设规格生物基可降解聚乳酸(PLA)沙障障格内风蚀稳定凹曲面形态特征、断面轮廓及蚀积效应等指标,为聚乳酸沙袋沙障规格优选提供理论依据。[方法]以内蒙古自治区吉兰泰盐湖周边流动沙垄铺设的0.5 m×0.5 m,1 m×1 m,1.5 m×1.5 m和2 m×2 m规格的聚乳酸沙袋沙障为研究对象,待风季后测量障格内稳定凹曲面蚀积形态,绘制凹曲面形态图并计算蚀积参数等。[结果] 4种规格沙障障格内均能形成稳定的凹曲面,且呈四周高中间低的整体格局。0.5 m×0.5 m,1 m×1 m,1.5 m×1.5 m和2 m×2 m障格内的净堆积强度分别为17.29,7.09,0.61,-8.2 g/cm~2。[结论]障格内稳定的凹曲面形成前,0.5 m×0.5 m和1 m×1 m障格内以堆积为主;1.5 m×1.5 m障格内风蚀堆积近乎平衡;2 m×2 m障格内部在布设初期呈风蚀状态,但稳定凹曲面形成后,仍可控制地表风蚀。     

黄土丘陵区红豆草和苜蓿植物篱对土壤颗粒组成的影响

以苜蓿、红豆草两种植物篱为研究对象,对黄土丘陵沟壑区坡耕地布设植物篱后不同坡位土壤颗粒含量的变化、土壤分形维数进行研究,分析了植物篱对土壤颗粒组成的影响。结果表明:（1）同坡面相比,中坡及下坡土壤极细沙粒与粗粉粒含量增加,细粉粒与黏粒含量减少,出现相对于上坡的土壤机械组成粗化现象,且下坡粗化程度大于中坡;（2）相对于对照坡面,植物篱坡面各坡位粗化现象均得到缓解,红豆草对土壤颗粒的影响在上坡表现明显,苜蓿的影响在下坡表现明显;（3）坡面土壤分形维数呈现上部 > 中部 > 下部,苜蓿 > 红豆草 > 对照样地;（4）土壤颗粒与土壤分形维数的相关性分析显示,土壤分形维数与极细沙粒、粗粉粒呈极显著（P < 0.01）负相关,与黏粒呈显著（P < 0.05）正相关。     

河北坝上低山区坡地灌丛沙堆表面土壤理化性质

[目的]揭示河北省坝上地区低山坡地不同坡向和坡位小叶锦鸡灌丛沙堆土壤理化性质变化规律,为坡地草地生态环境稳定提供理论依据。[方法]基于对山坡638个灌丛沙堆野外测量和86个室内土样分析的数据,运用地统计学和样品室内分析的方法。[结果](1)从低山坡脚到坡顶,灌丛沙堆pH值、粗砂、中砂和细砂总含量逐渐减少,粉砂、极细砂逐渐增加;有机质、全氮和全磷含量逐渐增加。(2)迎风坡不同坡位上灌丛沙堆表面颗粒中粗砂、中砂、细砂总含量大于背风坡相同坡位,极细砂和粉砂小于背风坡相同坡位。表面的土壤养分(有机质、全氮和全磷)为迎风坡坡脚大于背风坡坡脚,迎风坡坡中和坡顶的灌丛沙堆土壤养分含量小于背风坡坡中和坡顶灌丛沙堆,但是pH值变化与灌丛沙堆养分变化趋势相反。[结论]受坡位和坡向的影响,灌丛沙堆土壤理化性质空间分布具有一定的差异性。