四子王旗草地修复试验区不同修复模式的抗风蚀试验

针对内蒙古四子王旗农牧交错区的荒漠化草地,用移动式风蚀风洞及相关配套设备对20%盖度退化草地、40%盖度带状柠条修复草地和60%盖度冰草修复草地进行原位测试,研究它们的近地表风沙运动规律,探索柠条带状配置修复和冰草喷播修复草地土壤抗风蚀的作用机理和防护效果,从而为农牧交错区荒漠化草地的风蚀防治提供技术依据。研究结果表明,在同一风速下,草地的粗糙度由大到小依次为柠条修复草地、冰草修复草地和退化草地,其中,柠条修复草地的粗糙度平均值为2.46 cm,分别是冰草修复草地和退化草地平均粗糙度的1.95和2.76倍;随着距地表高度的降低,3种草地风速均呈现减小趋势,当风洞中心风速为9 m/s时,柠条修复草地、冰草修复草地和退化草地地表在8 cm处的风速较之64 cm处的风速分别降低82.23%、66.67%和61.11%。冰草修复草地与退化草地的输沙率曲线都是随高度增加呈指数函数形式单调递减,冰草修复草地的曲线衰减更快,而柠条修复草地的输沙率最小,其输沙率在距地表约柠条带顶部的30 cm处出现极大值,在柠条带顶部以上的输沙率才会按指数规律递减。因此,带状配置柠条修复草地对风沙流的阻碍和改变作用差异显著,在低覆盖度下仍达到较好的抗风蚀效果。     

植被覆盖地表抗风蚀性能的测试与研究

为了定量评价净风吹蚀下植被覆盖地表的抗风蚀性能,利用移动式风蚀风洞对试验区地表进行原位测试.结果表明:不同风速下土壤风蚀量随植被盖度的增加呈指数规律减少,土壤防风蚀的植被盖度在30%以上较为显著;当风速为10m/s以上时,试验区的有效防风蚀植被盖度须达到40%以上,当风速为14～18m/s时,其有效植被盖度须达到60%～80%的水平.     

带状间作留茬地表农田抗风蚀效应试验研究

根据目前保护性耕作的技术规范,选择留茬高度为30cm,研究保护性耕作带状间作的抗风蚀机理。利用可移动式风蚀风洞在野外定点原位试验,研究了在不同风速、植被覆盖度分别为45%,76%和90%情况下的近地表土壤抗风蚀能力,分析了影响土壤风蚀因素,提出了具体技术措施,从而为在干旱和半干旱寒冷易沙化农牧交错区实施保护性耕作,有效抑制土壤风蚀及大风条件下的农田地表起沙扬尘提供一定技术依据。     

植被盖度和灌木带状配置对近地表风速廓线的影响

采用便携式风速廓线仪分别对不同植被覆盖度和灌木带状配置的退化草原进行实验研究,结果表明:地表植被盖度越大,其降风速和防风蚀效果越明显,地表盖度分别为85%、35%、20%和小于5%时,距离地表2 cm处的风速相较6 4 cm处的风速降低幅度分别为7 2.4%、6 7.1%、6 1.7%和4 4.9%;灌木带越高,对牧草带有效保护距离越宽,植株高度大于0.7m的灌草带状配置有效保护距离均大于6m。因此,提高地表植被盖度和增大灌木带高度对近地表的风速廓线有较大影响,具有显著的抗风蚀效果。     

阴山北麓农牧交错区农田土壤的风蚀特性试验研究

试验利用内蒙古农业大学自行研制的移动式风蚀风洞对阴山北麓的武川县保护性耕作农田地表进行了土壤风蚀测试,按照小麦和莜麦收获后的留茬高度和地表植被覆盖度的不同搭配方式,在不同风速下测量了风速变换规律、土壤风蚀率等参数;通过数据分析得出保护性耕作农田地表的抗风蚀性能力比普通农田提高最高可达47.2%。该项研究为当地农田土壤风蚀防治技术的进一步推广应用提供了参考数据。     

作物残茬覆盖农田地表土壤抗风蚀效应试验

采用野外移动式风蚀风洞原位测试方法,对阴山北麓农牧交错区不同作物残茬覆盖的农田土壤抗风蚀效应进行了试验研究.结果表明:农田地表的风蚀量随地表作物残茬盖度的增大而减小;在高风速下随残茬盖度的增大,其抑制风蚀效果愈加显著.农田土壤的风蚀模数随风速的增大而增加,在12～18 m/s风速时保护性耕作农田风蚀模数比传统耕作农田降低40.42％～77.42％.风蚀模数随地表空气动力学粗糙度的增大而减小.保护性耕作带宽度达到5.25 m以后,具有更加显著的抗风蚀效果.     

宁夏东部风沙区不同柠条带间距对植物及土壤水分的影响

柠条不同种植间距对植物群落和土壤水分影响的调查研究结果显示,随着柠条带间距的减小,营养价值高的豆科牧草、禾本科牧草明显减少,一年生草本增多;随着柠条带间距的减小,牧草覆盖度呈下降趋势;随着柠条带间距的减小,牧草平均高度明显下降,耐旱的家畜不喜食的牧草增多;带间距为15.4m时,牧草总产量和可食牧草产量高于其他带间距的产量。综合考虑各种因素,柠条带间距以15.4m为最佳。     

旋风分离式集沙仪性能试验研究

集沙仪是用于采集土壤风蚀过程中的风蚀物来测定风沙流结构的仪器。旋风分离式集沙仪在0FDY-1.2型移动式风蚀风洞内的等动力性试验和单个分离器沙尘采集试验表明:该集沙仪满足等动力性要求,单个分离器对0.3～0.076mm的土样进行收集,不同风速下其收集效率均在96.24%,土样粒径d<0.076mm时的平均收集率为92.44%。旋风分离式集沙仪可用于保护性耕作抗风蚀效果的测试,为其有效实施提供科学依据。     

风洞内近地表风速廓线模拟方法的研究

本文利用尖塔、挡板、粗糙元等边界层发生装置,在OFDY-1.2可移动式风蚀风洞中通过各种不同模拟装置的组合,对典型地表建立了近地表流场,测量了模拟流场的风速廓线。分析结果表明,所建立的近地表流场对风洞内土壤风蚀模型试验是适用的。     

砾石覆盖对抑制旱作农田土壤风蚀效果的风洞模拟

针对中国阴山北麓旱作农田风蚀比较严重的现实,将旱作农田地表铺设不同覆盖度和粒径的砾石后进行风洞试验,旨在探索砾石覆盖度和粒径在抑制旱作农田土壤风蚀效果方面的作用,为采取合理的防风蚀措施提供技术依据。利用野外风洞原位测试方法,完成了6种风速下对应净风和挟沙风时的不同砾石粒径和覆盖度下的旱作农田土壤风蚀测试。结果表明：无论净风还是挟沙风,增加砾石覆盖度,旱作农田抗风蚀效率均提高,但当砾石覆盖度超过28%后,其对提升抗风蚀效率作用不大;在相同覆盖度下,随砾石粒径的增加,输沙量、抗风蚀效率略有变化,但不明显;将耕     

带状间作留茬防风蚀效应风洞模拟实验

风洞模拟实验中模型按1:4比例设计,在5种不同风速下,测量裸地及带状间作留茬纵向风速并进行比较;在3种不同带宽下,测量带状间作留茬纵向风速并与裸地风速进行比较。实验结果表明:风速不同时风速降低率的曲线图趋势基本一致,但随着带宽的增加风速降低率越来越小,密度为4万株/亩、茬高50cm时要使风速降低率不低于30%,带宽选择不应大于5m。     

直立植被抗风蚀性能的测试与评价

借助移动式风蚀风洞,对直立植被的抗风蚀性能进行了原位测试.试验结果表明:在一定风速下,地表的空气动力学粗糙度随植被高度的增加呈指数增加,且随着植被高度的增加,作用于植被上的剪切力增加,而作用于地表的剪切力减少;一定高度的植被可有效地截留风沙流,农田地表的风蚀量随风速的增加呈指数增加.     

北京周边典型农田风蚀风洞试验与防治分析

利用可移动野外风蚀风洞对北京周边典型农田进行了农田风蚀的研究.主要考察耕作制度、地表状况、风速和作物行向4种因素对风蚀的影响规律.试验结果表明:与传统翻耕对比,一年两熟免耕覆盖地和一年一熟的玉米根茬地都可以减少土壤风蚀.地表覆盖量的增加可以减少地表土壤的风蚀,覆盖量越大,减少愈明显.一年一熟区地表以玉米根茬防治风蚀为主,风向与行向平行时风蚀量最大.垂直时最小,45°时介于两者之间;风速较大时,玉米根茬的根系有较好的固土作用.最后对防治农田风蚀提出了相关对策.     

分流对冲式与循环摩擦式农田风沙分离器性能对比试验

有效预防农田土壤风蚀,防止耕地退化,需要研究农田土壤风蚀机理。集沙仪作为研究农田土壤风蚀的关键仪器,其核心部件风沙分离器的结构设计会影响集沙仪的测试精度。针对分流对冲式与循环摩擦式风沙分离器,利用微型风洞对其等动力性、降速性能和气固分离效率进行对比试验分析,选用性能更好的风沙分离器以实现农田集沙仪的全自动采集风蚀数据功能,进一步提高其测试精度。试验结果表明:在5种风速条件下,分流对冲式与循环摩擦式风沙分离器的等动力性分别为91.99%、92.04%、92.31%、92.06%、92.14%和92.90%、92.78%、93.06%、92.99%、92.84%;在13.8m/s试验风速下,分流对冲式风沙分离器排气口风速降低83.84%,排沙口风速降低88.99%;而循环摩擦式风沙分离器排气口风速降低92.54%,排沙口风速降低90.41%。分流对冲式与循环摩擦式风沙分离器气固分离效率分别为99.8%,98.9%。     

不同作物残茬防风蚀性能风洞试验研究

本试验选取内蒙古农业科学院武川旱作试验站莜麦、油菜、草谷子三种作物残茬地表为研究对象,将三种作物土样分别放入风洞中,对不同残茬高度地表分别在不同风速下进行吹蚀。比较莜麦、油菜、草谷子留茬地表抗风蚀能力大小,试验结果表明防风蚀能力依次为草谷子大于油菜。油菜大于莜麦。     

阴山北麓农牧交错区草地土壤风蚀测试

利用移动式风蚀风洞及相关配套设备对3种不同植被盖度的草地选择3种风速进行野外原位测试,获得了不同植被盖度草地的风速廓线和输沙量.结果表明,草地风速廓线总体上呈指数规律,且随地表高度的增加迅速增大;不同植被盖度草地在0～70 cm范围内输沙量与高度的关系以指数函数拟合效果好,输沙量主要集中在近地表30 cm以下;植被盖度55％的草地对在地表10 cm及以下的近地表风速阻挡效果与植被盖度80％的草地类似,其输沙量曲线与植被盖度80％的草地输沙量曲线很近,但距盖度30％的退化草地输沙量曲线较远.因此,植被盖度约50％是阴山北麓草地有效防风蚀的最低盖度.     

喷灌系统灌水技术参数优化

为探索大尺寸半固定式喷灌系统适宜的灌水技术参数,通过田间试验研究不同工作压力、不同喷头间距以及不同风速组合条件下大尺寸半固定式喷灌灌水均匀度。试验结果表明,在推荐工作压力范围内,单喷头的喷灌均匀度系数随着工作压力的增加呈提高趋势;无风环境下,工作压力为425 k Pa时,喷头间距不大于35和39 m时,灌水均匀度可以达到90%和80%以上,喷头间距控制在35~39 m比较适宜;风速在0~1、1~3和3~5 m/s范围内,喷灌灌水均匀度达到75%以上的喷头间距组合分别为不大于39、30和20 m,说明风速在0~1和1~3 m/s范围时,喷头适宜间距分别为39和30 m,当风速超过3 m/s时,风速是影响喷灌均匀度系数的主要因子。大尺寸半固定式喷灌系统适宜的间距为30~39 m。     

旋风分离式集沙仪设计与试验研究

根据旋风分离原理,以集沙仪的关键参数(本体直径、入口截面宽度和锥体段高度)为结构参数进行了设计.为了提高集沙效率,本体直径设计为50mm,入口截面宽度和锥体段高度均按旋风分离性能指标和比例要求设计.在风蚀风洞内的沙尘采集试验表明,该集沙仪对0.3～0.076mm的土样进行收集,不同风速下其集沙效率均在83%以上.旋风分离式集沙仪可用于保护性耕作抗风蚀效果的测试,为其有效实施提供科学依据.     

基于CFD的砂石覆盖对近地表风场的影响

为了抑制由风蚀引起的土地荒漠化进程及促进农牧业生产,对西北贫瘠土地采取砂石覆盖、植被覆盖、作物留茬等多种保护措施,能够明显改善近地表风场、有效减小风蚀、保持土壤水分和减缓土地退化.针对砂石覆盖模式,基于CFD方法对砂石粒径为2.0~12.0 mm、风速为5,13 m/s的砂石覆盖近地表风场进行三维稳态模拟,并进行了现场观测.研究结果表明:距地面同一高度下,砂石覆盖对近地表风速的削弱度随粒径增大而增大,当粒径超过10.0 mm后削弱度基本不变;削弱度增幅随粒径增大而减小;同一粒径下,削弱度随地面高度的增大而减小;对比5,13 m/s这2种风速条件下,削弱度对风速的变化不敏感.通过现场观测结果发现,模拟所得削弱度较实测所得削弱度精度达89%以上.研究可为干旱区生态农业发展提供理论依据.     

旱作农田近地表风沙运动与防风蚀效果

针对农田沙害,用移动式风蚀风洞及相关配套设备对莜麦留茬、砾石覆盖和传统旱作农田地表进行原位测试,研究它们的近地表风沙运动规律,探索莜麦留茬和砾石覆盖对旱作农田土壤风蚀的作用机理和防护效果,从而为农田风蚀防治提供技术依据。研究表明,莜麦留茬、砾石覆盖近地表风沙运动与对照秋翻地明显不同;受莜麦残茬和砾石覆盖的阻挡、疏散作用,风沙活动层提升,近地表风速不同程度削弱;输沙量小于对照秋翻地并且在近地表一定高度处出现极大值。抗风蚀效率分析证明,莜麦留茬和砾石覆盖对旱作农田防治风蚀都有重要的作用,但砾石覆盖不如莜麦留茬的防风蚀效果好。