内蒙古砒砂岩不同类型区土壤有机质与速效钾特征

选择内蒙古鄂尔多斯准格尔旗不同类型砒砂岩区,通过野外采样和室内分析试验,研究了土壤有机质和速效钾特征,并探讨不同土层、坡位和坡向以及植被丰富度等因子对其影响。结果表明:(1)整体上看,覆土区、覆沙区和裸露区有机质含量介于6.65～7.41 g/kg,处于低水平,速效钾含量介于74.61～137.38 mg/kg,处于中高水平。(2)覆土区地形因子对土壤有机质和速效钾的影响最明显,根据3个不同类型区坡向、坡位及坡向与坡位的交互作用对土壤有机质、速效钾呈现的显著或者极显著关系出现频数,初步判断其影响程度大小为坡位(6次)坡向(4次)坡向×坡位(2次)。(3)3个类型区植被丰富度指数与土壤有机质、速效钾含量相关性较高,是进行土壤养分研究应考虑的重要因素。     

砒砂岩区沙棘人工林地表土的抗蚀性能研究

对沙棘种植后的砒砂岩区表土抗蚀性进行研究,调查29块沙棘人工林地表土层,分析计算12个抗蚀性指标,并归纳为3个主成分,表明团聚度、黏粒含量、水稳性团粒含量和有机质等是目前反映砒砂岩区沙棘林地主成分的重要指标。从第一主成分(伴以无机黏粒的团聚类)来看,沙棘林地比裸岩团聚度高19.00个百分点;从第二主成分(水稳性团粒类)来看,沙棘林地比裸岩高出7.40个百分点(>0.25mm水稳性团粒含量)、15.40个百分点(>0.50 mm水稳性团粒含量);从第三主成分(有机胶结类)来看,有机质含量也以沙棘林地为高。总体来看,沙棘在砒砂岩区种植后,有效提高了栽植区表土的抗蚀性能。     

砒砂岩区种植沙棘后景观生态格局综合评价

通过对晋陕蒙砒砂岩区沙棘生态工程实施前一年（1998年）、中期（2003年）、最后一年（2008年）3个控制年份斑块特征的分析,发现作为景观主要组成部分的稀疏植被、草地、灌丛、沙棘和林地陆续增加,而未利用地和盖沙地面积继续下降。景观生态整体继续向植被面积更大、分布更为合理的方向发展,这也是实施沙棘生态工程的主要目的所在。     

水溶性聚氨酯改良砒砂岩的水理性能试验研究

[目的]研究水溶性聚氨酯(W-OH)对砒砂岩水理性能的影响,为砒砂岩高边坡防护提供指导。[方法]通过W-OH改良砒砂岩水稳定性和抗冲刷性的室内试验,初步分析其改良砒砂岩机理。[结果]W-OH在低浓度下即可明显提高砒砂岩团聚体的水稳定性和抗蚀能力,且团聚体水稳定性K值随团聚体粒径的减小而增大;W-OH喷洒在砒砂岩表面后,明显降低了坡面的产沙速率和产沙量。[结论]通过胶结沙粒,W-OH在砒砂岩表面形成固结层,减少了水土流失,对砒砂岩的坡面稳定起到了明显防护效果。     

多因素影响下砒砂岩的融沉特性试验研究

[目的]探究融沉作用对砒砂岩结构改变,揭示砒砂岩冻融侵蚀机理。[方法]使用高低温交变湿热试验箱H/GDWJS-100L对砒砂岩进行不同含水率、不同冻结温度、不同干密度下的冻融试验。[结果]含水率低于11%的砒砂岩,冻胀量随着含水率的变化较小,含水率大于11%后冻胀量随着含水率的增加变化显著;在融化的过程中,砒砂岩存在起始融沉含水率在13%附近,当含水率大于起始融沉含水率发生融沉,否则发生融胀;砒砂岩融化时最大位移变化量与干密度有关,干密度1.80g/cm3对应试件的最大位移变化量最小;相同含水率、干密度条件下的砒砂岩融化时的最大位移变化量,随着冻结温度的降低而增大。[结论]冻融过程中砒砂岩的位移变化引起颗粒间的重新排列,使其孔隙特征发生变化,从而导致砒砂岩结构的改变。     

添加砒砂岩对风沙土性质的改良及时间效应

试验利用砒砂岩和风沙土性质上的互补性,采用田间试验,将两者按不同的比例（1:1,1:2,1:5）复配,并以黄土与风沙土1:2复配作为对照,以期为将砒砂岩与沙复配成土技术大规模推广应用于毛乌素沙地进行农业种植提供科学依据。结果表明,随着砒砂岩加入比例的增加,复配土壤砂粒含量减少,粉粒含量明显增加,砒砂岩的加入促使风沙土土壤质地由砂土向粉壤土逐渐转变。而且随着作物种植年限的增加,复配土壤砂粒含量也在明显减少,粉粒和黏粒含量增加且有逐渐下移的趋势,这种变化在0-40 cm土层尤为突出。各处理>0.25 mm水稳性团聚体含量（WR_0.25）,平均重量直径（MWD）,几何平均直径（GMD）均随砒砂岩加入比例和作物种植年限的增加而显著增加,>0.25 mm各级别土壤团聚体含量也基本随砒砂岩加入比例和作物种植年限的增加而增加,且增加最明显的是0.25~0.5 mm级别土壤团聚体含量。各处理0-30 cm土层土壤有机质含量随作物种植年限的增加而显著增加。综上,砒砂岩与沙复配比例为1:1~1:5均可不同程度的改善土壤质地和结构,增加土壤有机质,且复配比例在1:1~1:2时效果最佳。     

基于SHPB的砒砂岩地聚物水泥复合土动态力学特性

为探究砒砂岩地聚物水泥复合土在冲击载荷作用下的力学性能,实现大量松散砒砂岩在农业工程的有效利用,该研究通过分离式霍普金森压杆冲击试验,探究了不同应变率下砒砂岩地聚物水泥复合土的力学特性。通过破碎颗粒筛分统计,得到了砒砂岩地聚物水泥复合土在冲击荷载作用下的破碎特征,从能量的角度建立了不同冲击荷载作用与砒砂岩碎块平均块径及分形维数的相关关系。结果表明：砒砂岩地聚物水泥复合土动力增大系数与应变率密切相关,当应变率小于64.67 s-1时,动力增大系数与应变率对数呈线性关系,当应变率大于等于64.67 s-1时,动力增大系数与应变率对数呈非线性关系。随着能量吸收通量密度的增大,试块破碎平均块径呈幂函数减小,分形维数先减小后增大;在能量吸收通量密度为29.08 J/(s·m2)时出现分界点,此时分形维数最小,破碎块体粒径最不均匀;当小于该分界点时,分形维数随能量吸收通量密度的增大不断减小,当大于等于该分界点时,分形维数呈幂函数上升。该研究可为砒砂岩地聚物水泥复合土在农业水利中用作田间排水或输水工程材料及农村道路铺设路基材料等提供参考。     

基于Landsat 8 OLI数据的砒砂岩区生物量遥感估算

为了评价砒砂岩区植被生长状况和地上生物量的空间分布特征,采用Landsat 8 OLI和同期实测生物量数据对砒砂岩区生物量估算方法进行了研究。结果表明:(1)NDVI,RVI,SAVI,MSAVI与地上生物量(Above ground biomass,AGB)的相关性显著,其中MSAVI和AGB的相关性最高(R²=0.4416),SAVI次之(R²=0.3923),NDVI(R²=0.1375)和RVI(R²=0.1306)相对最低,NDVI和RVI在荒漠生态系统生物量遥感估算中并不是效果最佳的植被指数;(2)高斯低通3×3滤波核滤波的MSAVI与AGB的相关性(R²=0.4757)高于未滤波处理图像,滤波后建立的AGB-MSAVI_GLPF3估算模型平均相对误差MRE为13.41%,模型具有较高的估算精度;(3)遥感估算2019年砒砂岩研究区总AGB为9.2×10⁵t,其中AGB低值区的面积占比为13.03%,AGB中值区面积占比为47.56%,AGB高值区面积占比为39.41%。荒漠生态系统AGB与MSAVI的相关性显著,基于高斯低通滤波建立起的AGB-MSAVI_GLPF3模型可以较好地实现砒砂岩区AGB遥感估算。     

自然降雨条件下坡面侵蚀地表粗糙度的空间异质性

地表粗糙度是影响地表侵蚀的重要参数之一,也是土壤侵蚀研究的热点问题之一,研究自然降雨过程中砒砂岩区地表粗糙度的空间异质性,对其探索土壤侵蚀响应规律具有重要意义。以裸露砒砂岩为研究对象,采用地统计学和ArcGIS空间分析相结合的方法研究了坡面尺度次降雨过程下的地表粗糙度空间异质性特征。结果表明:地表粗糙度在次降雨过程中表现出中等变异性;地表粗糙度在次降雨过程中都具有较强的空间自相关性;由空间分布特征分析得出,地表粗糙度的增加量或者减少量在坡面下坡的数值变化较为明显,说明坡面的变化是坡顶被冲刷,坡底被填充;砂粒和粉粒含量均在坡下减小,而黏粒含量增大,地表粗糙度在坡下数值变化较明显,因此,地表粗糙度的变化随着土壤黏粒的变化而变化;降雨前后土壤黏粒与地表粗糙度表现出正相关,雨后的相关性更强烈,粉粒与其关系不显著,砂粒与其呈现负相关。     

腐殖酸和植物促生芽孢杆菌对黑麦草抗逆性及砒砂岩土壤性状的影响

[目的] 探究微生物在砒砂岩土壤修复工程中的作用,为微生物强化植物改良砒砂岩土壤的科学设想提供新思路。[方法] 以黑麦草作为供试作物,通过室内盆栽模拟试验的方法,研究接种植物促生芽孢杆菌Bacillus halotolerans P75,施用腐殖酸肥料以及不同的菌肥搭配对水土流失严重的砒砂岩土壤理化性质及黑麦草生长和抗逆性指标的影响。[结果] 与对照相比,Bacillus hallotolerans P75发酵液与腐殖酸协同处理显著提高了黑麦草叶片中SOD活性（229.7%）、POD活性（83.6%）和脯氨酸含量（119.3%）,显著增加砒砂岩土壤中多糖、有机质、速效磷和速效钾含量,且土壤渗水率明显降低。[结论] 植物促生芽孢杆菌Bacillus hallotolerans P75发酵液与腐殖酸肥料协同作用能够显著改善砒砂岩土壤的水分、养分流失问题,提高黑麦草的抗逆性,强化植物对砒砂岩土壤的改良和修复。