砾石覆盖沙床防风蚀效果风洞实验

利用风洞实验测量不同风速、不同砾石覆盖度、不同砾石粒径等条件下砾石覆盖流沙床面的防风蚀效果。研究结果表明:裸露沙床的风蚀速率随风速的增大呈指数规律变化;当覆盖度大于15%时,砾石覆盖对沙床能起到很好的防风蚀效果,在26m/s风速下,不同粒径砾石的风蚀防护率均超过60%;随着覆盖度的增加风蚀防护率逐渐增加,当覆盖度大于55%时,风蚀防护率基本稳定;同一覆盖度和砾石粒径条件下,风蚀防护率随风速的增加而降低,当风速超过18m/s时,变化幅度比较明显;同一覆盖度和风速条件下,风蚀防护率随着砾石粒径的增加而逐渐降低。     

干枯植被覆盖对公路沿线地表风沙流结构的影响

[目的] 以内蒙古S105草原公路沿线地表为研究对象，探讨挟沙风作用下干枯植被覆盖度对风沙流结构的影响，旨在为防治公路两侧土壤风蚀提供理论参考依据。[方法] 采用风洞模拟试验，在0%，20%，40%和50%覆盖度水平下测定输沙率。[结果] 在挟沙风作用下，输沙率随干枯植被覆盖度的增大而递减，最大输沙率点的高度层不断上升。覆盖度为0%时，输沙率随高度的增加呈指数函数规律降低；覆盖度为20%，40%和50%时，输沙率随高度的增加呈递减→递增→递减→趋于平缓的变化规律；在85 mm高度以下符合多项式函数关系，85 mm高度以上符合指数函数关系。随覆盖度的增大总输沙量递减，最大抗风蚀效率达65.73%。[结论] 干枯植被覆盖显著影响地表风沙流结构，可削弱挟沙风侵蚀力，是抑制公路沿线地表土壤风蚀沙化的有效措施。     

宁夏中部干旱带砂田抗风蚀性能研究

利用风洞模拟实验,研究了净风和挟沙风对砂田土壤风蚀的影响.结果表明:在净风吹蚀下,原状砂田的风蚀速率(0.37 gm-2 min-1)分别是农田和荒地的1/4和1/5,风蚀速率随风速的增加呈指数函数递增,其中砂田的递增速度低于农田或荒地;翻耕后的砂田在常见风速下的风蚀速率与农田和荒地相近(分别为1.67 g m-2 min-1、1.75 gm-2 min-1和1.83 gm-2 min-1),但在大风日则低于农田和荒地(分别为3.61 gm-2 min-1、58.83 g m-2 min-1和13.92 gm-2 min-1).挟砂田沙的风沙流吹蚀导致农田和翻耕砂田的风蚀速率增加,原状砂田则出现轻微的风积现象;挟农田土的风沙流吹蚀使原状砂田、翻耕砂田和荒地产生显著的风积,农田则出现更强烈的风蚀;挟沙风吹蚀下的风蚀(积)速率与风速的关系呈二次曲线函数.砂田的粗糙度明显高于农田(分别为0.023 cm和0.002 cm),且随着风速的增加,其间的差值越大;砂田和农田在不同风速条件下的风速廓线均可用指数函数表述.农田和荒地在压砂利用后,其抗风蚀和减尘性能显著增强.     

醋酸乙烯酯类固沙剂固沙效果的风洞实验

通过室内风洞模拟实验,研究了不同净风、挟沙风风速和沙面坡度条件下3种醋酸乙烯酯类固沙剂(WGS-3、WGS-4和CS-204)不同喷洒浓度时的土壤风蚀控制效果。研究结果表明:3种固沙剂均具有较好的抗风蚀能力,相同条件下,固沙剂CS-204的抗风蚀性能稍强于WGS-4,WGS-3的抗风蚀性能相对较差;与净风相比,挟沙风更易使喷施固沙剂后的沙面产生风蚀;挟沙风条件下,沙面累积风蚀量随固沙剂使用量的增加而减小,随沙面坡度的增加而增大;从经济意义上考虑,建议固沙剂WGS-3喷洒浓度稍高于3.0%,WGS-4和CS-204使用浓度为2.0%~3.0%,且喷洒量为1L/m2,能有效固沙。     

PAM对土壤抗风蚀能力的影响

利用室内风洞试验装置模拟了不同地面坡度、不同地表风速、不同PAM处理的土样在净风和挟沙风作用下的风蚀情况。研究发现,PAM施用量为0.2 g/m2和6 g/m2时可分别抵御18 m/s的净风和挟沙风而使土壤不发生风蚀,施用量为0.1 g/m2时可使净风风蚀率降低90%~98%,施用量为4 g/m2且地面坡度不超过10°时可以抑制18 m/s的挟沙风而使土壤不发生风蚀,施用量为2 g/m2时可使挟沙风风蚀率降低23%~99%。     

植被盖度和残茬高度对保护性耕作农田防风蚀效果的影响

为定量评价植被盖度、残茬高度对保护性耕作农田的防风蚀效果，以空气动力学粗糙度和抗风蚀效率为评价指标，利用移动式风蚀风洞对内蒙古武川县保护性耕作农田和对照秋翻地进行了原位测试。结果表明，随植被盖度和残茬高度的增加，空气动力学粗糙度和抗风蚀效率均增加，抑制风蚀效果加强；在30 cm残茬高度、50%植被盖度下保护性耕作农田的平均抗风蚀效率可达80.55%，具备了很好的防风蚀效果。因此，要有效防治农田土壤风蚀，保护性耕作农田应具有50%以上的植被盖度和30 cm以上的留茬高度。     

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。     

砾石覆盖固沙措施水土保持作用研究——以库布齐沙漠北缘为例

库布齐沙漠发展沙产业,风沙防护是必要举措。通过风洞试验与野外观测探讨了砾石覆盖固沙措施的风沙防护效益及其对土壤温湿度的影响,旨在为砾石覆盖在库布齐沙漠防风固沙中的应用提供科学依据。研究表明:3cm粒径砾石床面具有显著的防风固沙效应:10~16m/s试验风速下,10%~90%覆盖度砾石床面风蚀防护效应介于49.4%~100%,其中,50%覆盖度砾石床面空气动力学粗糙度达到最大值,风蚀防护效应在96%以上,已达到理想的防风固沙效果。鉴于库布齐沙漠风况特征,从工程防护角度讲,40%覆盖度砾石覆盖固沙措施能够达到防风蚀的目的,风蚀防护效应在93%以上,且能起到白天降温、夜间保温的作用,减少极端气温对作物的伤害,还能提高土壤含水量。本研究可为砾石覆盖固沙措施在干旱区风蚀防护中的应用提供借鉴作用。     

保护性措施对农田土壤风蚀影响的室内风洞模拟

为寻求合理的保护性耕作措施,试验设计了砾石覆盖、秸秆覆盖、覆盖与留茬组合的措施和4个风速等变量,研究风速、覆盖物和覆盖度与风蚀量、抗风蚀效率、风沙流结构的关系,比较多种措施之间的抗风蚀效果优劣.结果表明:1)4个设定风速下30％ ～ 90％覆盖度的秸秆覆盖的抗风蚀效率在54％ ～ 92％之间,砾石覆盖为26％～72％,30％的砾石覆盖或30％的秸秆覆盖与3种留茬高度的组合措施下,平均抗风蚀效率均在70％ ～ 78％之间;2)随着覆盖度的增加,砾石覆盖措施最小可抑制的有效风速值从8.0 m/s逐渐增大到12.5 m/s,秸秆覆盖措施从10.1m/s增加到了14.3 m/s;3)覆盖处理下0～62 cm高度内的输沙量大部分集中在0～26 cm;4)覆盖与留茬组合措施的输沙量多集中在60 cm以内.     

保护性耕作对农田土壤风蚀影响的试验研究

在河北省北部的丰宁县坝上地区建立农田土壤风蚀试验区，采用美国BSNE采样器观测不同耕作处理条件下的农田风蚀土壤损失情况。试验结果表明：在风蚀过程中，土壤颗粒主要集中在近地表层运动，悬浮在空气中的土壤颗粒随着高度的增加逐渐减少，且与高度之间符合幂函数关系；风蚀土壤颗粒粒度组成随高度增加，砂粒级颗粒含量减少，而粉砂及粘土含量增加；免耕覆盖(NTC)、免耕覆盖＋耙(NTCH)和免耕无覆盖(NTN)三种处理分别比传统翻耕减少风蚀量73.75%、75.31%和14.17%，由秸秆覆盖和少免耕相结合的保护性耕作可明显地减少农田土壤损失；在覆盖和耕作两因素中，覆盖对减小风蚀的作用最大，地表耕作的作用次之；另外，保护性耕作地能够减少农田土壤养分损失。     

保护性耕作农田地表风沙流特性

土壤风蚀是中国北方干旱半干旱地区农田土地退化的重要原因。该文利用移动式风蚀风洞对保护性耕作农田和传统翻耕农田进行原位测试，对比分析保护性耕作农田地表风沙流特性，探讨保护性耕作对土壤风蚀的影响机理，为防治农田土壤风蚀提供理论依据。研究表明，与对照秋翻地相比，由于直立残茬的作用，保护性耕作农田能迅速降低近地表风速，特别是在残茬高度内改变了风速随高度变化的对数规律，风速随高度的降低而急剧减小。其风沙流结构也发生了明显变异，风沙活动层主要集中在180～400 mm高度范围内，占总输沙量的67.94%～69.28%，最大输沙率出现在距地表240 mm高度上，风沙流结构呈现出类似象鼻形状的“象鼻效应”。风沙流总输沙率也明显小于对照秋翻地，保护性耕作是一种防治农田风蚀沙化的有效耕作措施。     

阴山北麓干旱半干旱区地表土壤风蚀测试与分析

为定量评价阴山北麓干旱半干旱区不同地表土壤的抗风蚀效果，采用野外风洞原位测试方法进行试验研究。结果表明：风速一定时，退化草地、传统耕作农田的风蚀模数明显高于相应的无退化草地和保护性耕作农田；无退化草地和保护性耕作农田的风蚀模数曲线随风速变化平缓且不存在转变临界点。风速为18m／s时，无退化草地、保护性耕作农田的抗风蚀效率分别可达85．1％和90．8％，对8级大风具有较好的抗风蚀效果。     

乌兰布和沙漠绿洲农田不同土地利用方式地表风蚀特征研究

土壤风蚀是干旱地区绿洲农田开发的一个突出生态问题,如何针对不同的立地单元采取保护性措施是人们长久以来关注的重点。本文选择乌兰布和沙漠绿洲农田流沙地、沙质耕地、黏质耕地、撂荒耕地及留茬地5种典型土地利用方式,对其风速特征、地表蚀积量进行野外原位测定,并分析了不同下垫面的地表粗糙度和沉积土壤粒径特征。结果表明:研究区土壤颗粒组成以细砂含量占主导地位,粉粒、中砂与粗砂含量相对较低。与对照相比,各土地利用方式均能有效增加地表粗糙度,表现为:留茬地(0.32 cm)撂荒耕地(0.29 cm)沙质耕地(0.25 cm)黏质耕地(0.19cm)流沙地(0.02 cm)。土壤风蚀深度整体表现为流沙地沙质耕地撂荒耕地黏质耕地留茬地,5种利用方式下,留茬地风蚀程度最轻,风蚀深度仅为0.04 cm/d,分别较流沙地、沙质耕地、黏质耕地及撂荒耕地降低了99.03%、96.83%、94.29%与90.24%。因而,留茬地具有较好的防风蚀效益,是一种值得推广的土壤风蚀防治措施。     

基于土壤粒度和大风日数的风蚀风险预报

为寻求一种较为简便、广泛适用的土壤潜在风蚀风险评价方法体系,选取内蒙古中西部的吉兰太戈壁、乌兰布和半固定沙地、毛乌素沙地、武川农田和希拉穆仁草原5种典型风蚀试验区,基于数字图像技术,获取地表不可蚀颗粒含量,结合地区大风日数资料,建立土壤潜在风蚀风险指数方程,并进行实地验证。结果表明:吉兰太戈壁、灌丛地表已经处于粗化过程后期,抗风蚀能力较强,平均抗风蚀指数分别为91.40%和81.40%。由于灌丛群落的存在,乌兰布和沙漠半固定沙地土壤颗粒空间分布差异明显,导致土壤抗风蚀能力呈现不同程度的差异。毛乌素沙地风成沙物质颗粒较细,抗风蚀指数仅为13.40%,极易起沙。应用土壤潜在风蚀风险方程实地表征所得结果与实际情况吻合,与人类活动关系最为密切的农田、草原土壤潜在风蚀风险最高。研究结果可实现科学、有效地预测地表潜在风蚀风险,为干旱、半干旱地区风蚀荒漠化监测提供理论依据和技术支撑。     

半干旱草原潜在土壤风力侵蚀空间格局研究

中国绝大多数的干旱半干旱地区遭受着严重的风力侵蚀。风蚀可导致土壤流失、肥力下降,最终导致土地荒漠化。半干旱草原区的荒漠化问题日益突出,由此带来的沙尘暴等灾害天气增多,给人们的生产生活带来诸多不便。从影响土壤风力侵蚀的风速、干燥度、植被盖度、地形起伏度、土壤可蚀性以及放牧压力6个方面出发,借助GIS技术,通过主成分分析研究半干旱草原区达茂旗土壤风力侵蚀的空间分布格局。结果表明:达茂旗潜在土壤风力侵蚀指数由南向北呈高—低—高趋势。达茂旗北部地区土壤风蚀主要受风速、干燥度和植被指数影响;中部地区风力侵蚀主要受地形起伏度的影响,地形起伏对风的消减作用增强,使得风力降低,加之该地区土壤可蚀性和干燥度相对较低,风力侵蚀指数低;南部土壤风力侵蚀主要受放牧压力影响,春季正是牧草返青季节,植被盖度低,且牲畜密度相对较大,放牧对草场的压力大,土壤风力侵蚀严重。风力侵蚀各影响因子的时空异质性是导致半干旱草原风力侵蚀空间异质性的主要原因。干旱草原风力侵蚀空间异质性的主要影响因素是风速、干燥度和植被指数,其次受地形和土壤可蚀性的影响,而放牧压力是半干旱草原区土壤风力侵蚀的主要人为因素之一。     

基于粒度对比法的坝上农田风蚀与粉尘释放量估算

为了计算当前年内的农田风蚀量,该研究利用农田耕作层土壤粒度组成较均一,风蚀使表层可蚀性颗粒减少,不可蚀颗粒含量相对增加这一特点,通过比较一个风蚀季结束后,农田耕作层表层与下层可蚀性颗粒与不可蚀颗粒相对含量的变化,提出了一种估算当前年内土壤风蚀量和粉尘释放量的方法,并给出了风蚀量与粉尘释放量的计算公式。利用此方法对河北坝上地区主要农田类型土壤风蚀量和粉尘释放量进行计算。计算结果表明,2013年研究区农田风蚀量为960～5700 g/(m2·a),平均为2852.14 g/(m2·a),平均风蚀深度为0.21 cm/a,从强度上划分属于重度风蚀。农田平均粉尘释放量为768.16 g/(m2·a),约占农田平均风蚀量的29.00%。粉尘释放量与风蚀量之间有显著的线性相关关系,翻耕耙平地的风蚀量和粉尘释放量显著大于留茬地。该方法的估算结果与前人采用其他方法得到的结果以及实地观测得到的结果基本吻合。     

民勤绿洲不同耕作方式农田表层土壤风蚀规律的风洞模拟研究

[目的]比较分析不同耕作方式下农田表层土壤防风蚀机理和效果,为区域社会经济和生态环境建设提供科学依据。[方法]利用室内风洞及相关配套设备对甘肃民勤绿洲区的免耕、少耕、秋翻和深松农田表层土壤进行风蚀测试,计算风蚀速率及输沙率,研究其风沙运动规律,分析各种耕作农田表层土壤防风蚀情况。[结果]耕作措施对土壤风蚀速率的影响与风速大小相关,风速较小时,不同耕作方式对风速的影响差异不显著,而当风速大于14 m/s后不同耕作农田表层土壤风蚀速率开始出现较明显差异;少耕、秋翻、深松等耕作方式对农田表层土壤风蚀速率和输沙率的影响差异不明显;免耕耕作方式下农田表层土壤风蚀速率和输沙率最低,风速越高,差距越大;风速、耕作以及两者交互作用对农田表层土壤风蚀速率和输沙率有极显著影响。[结论]免耕耕作能有效抵抗农田表层土壤的风蚀,大幅度减少输沙率,表现出极佳的抗风蚀效果。     

风蚀过程中翻耕农田土壤抗剪强度变化

为探究土壤风蚀过程中土壤抗剪强度的变化,以河北坝上干扰破坏地表及未干扰破坏地表的典型翻耕农田为研究对象,采用土壤抗剪强度野外原位直剪试验测定了土壤抗剪强度在风蚀事件前后及风蚀季的变化,结合室内试验分析了土壤抗剪强度与土壤干团聚体粒度的关系。结果表明：未受到干扰破坏及受到干扰破坏2种类型农田地表土壤抗剪切强度与作用在土壤表面的法向应力呈正相关关系,土壤抗剪强度随法向应力的增大而增大;土壤抗剪强度变化与风蚀事件的发生密切相关,除2021年4月27,28日风蚀事件后表层土壤受含水率影响外,其余2次风蚀事件后土壤抗剪强度均发生明显增大,整个风蚀季的土壤抗剪强度变化也呈现出先增大再减小最后略增大的趋势;在风蚀过程中,受到干扰破坏农田地表对于土壤风蚀过程的响应更为敏感,其抗剪强度变化较未受干扰破坏地表抗剪强度变化更为剧烈;土壤抗剪强度随土壤干团聚体平均重量直径增大而增大。为减少坝上地区风蚀的危害,应合理采用保护性耕作措施,在风蚀季减少对农田表层的干扰。     

保护性耕作农田抗风蚀效应多因素回归分析

为定量评价风洞中心风速、留茬高度、植被盖度及交互作用对保护性耕作农田风蚀的影响，按均匀试验设计方案，采用野外风洞原位测试方法，完成了保护性耕作农田抗风蚀效应多因素试验。用偏最小二乘回归（PLSR）理论，建立了保护性耕作农田土壤风蚀模型。分析表明：各因素对输沙率作用的主次顺序依次为：中心风速、植被盖度、留茬高度；对截留率作用的主次顺序依次为：留茬高度、植被盖度、中心风速；各因素对输沙率、截留率交互作用规律相同，由主到次为：留茬高度×植被盖度、中心风速×植被盖度、中心风速×留茬高度。结果证明，保护性耕作农田的抗风蚀机理，不仅受单因素的影响，还与中心风速、留茬高度、植被盖度间的交互作用关系密切。     

改进粒度对比法估算单次农田风蚀量

为了定量估算单次大风蚀事件的土壤风蚀量,该研究采用改进的粒度对比法对2014年春季一次大风蚀事件的农田风蚀量进行了估算。结果表明,在这次风蚀事件中,研究区农田风蚀量在0.35×106~4.11×106 kg/km2之间,平均为1.30×106 kg/km2,平均风蚀厚度0.9 mm。各采样点的风蚀量存在较大差距,翻耕耙平地的风蚀量显著大于莜麦留茬地,是莜麦留茬地风蚀量的2.85倍。这次风蚀事件使研究区2014年农田风蚀量增加了1倍,可见大风蚀事件对农田风蚀量的影响较大,一次风蚀事件产生的风蚀量可能超过多次小风蚀事件的总和。改进后的粒度对比法具有多方面的优势,取样厚度稍有变化,不可风蚀颗粒物的粒径取值范围稍有变化,都不会对公式计算结果造成显著影响。该方法方便快捷,操作简单,适用于地面平坦、不可风蚀物含量较高的农田上大风蚀事件风蚀量的估算。该研究在区域农田土壤风蚀评价和风蚀模型验证方面具有较好的应用前景。