荒漠草原风蚀地表颗粒空间异质特征

[目的]研究希拉穆仁荒漠草原地区风蚀地表颗粒的空间异质特征,对研判风蚀地表退化程度,进而合理保护与利用该区草地资源提供支持。[方法]利用数字图像处理技术,获取了希拉穆仁荒漠草原坡面表层土壤颗粒组成信息,结合经典统计学和地统计方法,研究易风蚀颗粒(0.42mm)、中等颗粒(0.42~0.84mm)、不易风蚀颗粒(0.84mm)的空间分布格局。[结果]荒漠草原地表颗粒含量组成表现为:不易风蚀颗粒中等颗粒易风蚀颗粒;颗粒变异系数变化范围为11.23%~38.17%,属中等程度变异。3种颗粒最优半方差函数模型分别为指数、球状、球状模型;Kriging插值结果显示坡顶土壤颗粒组成最粗,自坡顶向下表现出变细的趋势;南坡与西南坡土壤粗化最严重,粗化程度由重到轻依次为:南(S)西南(SW)西北(NW)西(W)东南(SE)北(N)东北(NE)东(E)。[结论]研究区土壤颗粒具有强烈的空间自相关性,土壤颗粒组成空间变异性主要由结构性因素引起,人为干扰也产生了一定影响。     

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。     

沙尘暴期间和田地区主要地表类型土壤风蚀量研究

为明确和田地区沙尘来源,本试验于2004年对和田主要地表类型起尘量进行了测定。结果表明：①不同地表类型的输沙量从大到小总趋势为：弃耕地、荒漠与农区过渡带、沙漠边缘活动沙丘输沙量最多,乡村道路次之,而覆膜棉田与苜蓿地输沙量较少;②从塔克拉玛干沙漠到各地表类型,随着与沙漠间距扩大,输沙量满足于指数曲线形势下降,到400 m处输沙量已从原来的30 g/cm^2下降到1 g/cm^2,400 m之后各地表类型输沙量变化不大;③在有植被覆盖条件下,覆膜棉田和苜蓿地上风口处输沙量多于下风口,随着采样器高度增加输沙量呈增加趋势;而弃耕地、荒漠与农区过渡带、乡村道路和沙漠边缘活动沙丘在近地表20 cm处输沙量较大,随高度增加而减少。弃耕地、荒漠与农区过渡带、活动沙丘以及乡村道路的风蚀危害程度严重是和田地区沙尘天气的主要尘源。建议通过恢复弃耕地;有计划的对荒漠与农区过渡带采取保护和封育措施,保护天然沙生植被,禁止放牧及合理开垦;在农田扩大冬小麦、多年生牧草等冬春绿色覆盖作物种植,实行保护性耕作制;对乡村道路实现硬化等措施来减少土壤风蚀及沙尘暴的危害。     

北京南郊沙地风蚀物理特征及防护对策研究--以大兴区为例

目前风沙危害是北京南郊地区面临的最为严重的生态环境问题之一．该区域的风蚀治理迫在眉睫。本文选择耕地、荒草地、流动沙地等永定河沙地典型的土地利用类型．通过定位实验观测与数学定量分析．进行沙地地表风沙活动的原理特征与风蚀防护措施的研究。研究结果认为：近地层风速随高度服从对数分布;下垫面性质不同导致对应的摩阻速度大小不同;不同利用类型下垫面对应的起沙风速明显不同;0～20cm高度范围内各层的输沙率百分含量随着高度的增加而减少,两者呈负指数函数;输沙率与风速呈正指数函数;风蚀地表组成物质明显粗化。基于该沙地的风蚀特点．提出了适合本沙地特点的综合治理技术措施。     

地表覆被因子对华北寒旱区土壤抗风蚀力的影响

为了明晰不同类型土壤的抗风蚀力特征与华北寒旱区农田地表覆被因子减降土壤风蚀的效果,采用国家发明专利"土壤风蚀测定装置",通过室内模拟与田间实证研究,分析砂砾、垡片覆被以及耕作措施、残茬存留等地表覆被因子对不同类型农田土壤抗风蚀力的影响。结果表明,砂质栗钙土抗风蚀能力高于壤质草甸栗钙土,在连续吹蚀下地表土壤吹蚀量呈"L"形下降特征;砂砾与垡片覆被可显著增强土壤抗风蚀能力,随覆被度增加土壤吹蚀量呈近线性指数型下降特征。华北寒旱区多年免耕的燕麦留茬农田,地表土壤吹蚀量较传统翻耕田降低70.28%～88.42%,多年免耕的地表砂砾覆被对增强砂质栗钙土农田的抗风蚀力起重要作用;而留茬覆被的粗糙度效应对增强壤质草甸栗钙土农田抗风蚀力更为重要。壤质草甸栗钙土秋耕立垡覆被,较传统翻耕田地表土壤吹蚀量降低92.21%。研究表明,生物性残茬覆被、非生物性砂砾与垡片覆被具有显著提高土壤抗风蚀力效应;在华北寒旱区农田,燕麦留茬免耕覆被可显著降低土壤吹蚀量;对无植被存留条件的壤质草甸栗钙土农田,秋耕立垡覆被同样具有显著提高土壤抗风蚀力效果。     

典型薄层黑土区前期坡面水蚀对土壤风蚀的影响

为了探究东北黑土区水力风力叠加作用的多营力复合侵蚀机理,该研究利用直流吹气式风洞对有、无前期降雨的地表进行风蚀试验,对比分析前期坡面水蚀作用对黑土区坡耕地土壤风蚀的影响。结果显示:不同降雨强度下前期坡面水蚀作用使土壤风蚀量明显减小,即前期坡面水蚀作用对地表产生了明显抗风蚀效应。在9、12和15 m/s风速作用下,50和100 mm/h降雨强度的前期坡面水蚀作用产生的抗风蚀效率分别为68.4%～96.2%和77.2%～97.6%,且随降雨强度增加,其抗风蚀效率增大。土壤风蚀强度受前期坡面水蚀作用中降雨强度和风蚀作用风速的综合影响,降雨强度的增加对土壤风蚀的抑制效果明显。前期坡面水蚀作用降低了土壤风蚀输沙量和输沙高度,且风蚀输沙量随前期坡面水蚀作用中降雨强度的增大而减小。前期坡面水蚀作用对地表产生抗风蚀效应的主要原因一方面是前期降雨径流侵蚀作用对土壤的压实过程改变了土壤性质和地表形态,使地表土壤抗剪强度和土壤紧实度增加,从而提高了土壤结构的稳定性和抗风蚀能力;另一方面前期降雨侵蚀作用使地表土壤颗粒分散并随径流流失,减少了后期土壤风蚀的物质来源,抑制了土壤风蚀的发生。该研究结果不仅揭示了前期坡面水蚀作用对黑土区土壤风蚀的影响机制,也为针对性防治黑土坡面复合侵蚀和黑土资源的可持续利用提供了理论依据。     

基于GIS技术的拉萨市城关区荒漠分类研究

[目的] 尝试在青藏高原县级尺度上对荒漠化区域进行划分,并分析不同荒漠类型的分布特征,为荒漠区划及荒漠化防治工作提供科学依据。[方法] 以西藏自治区拉萨市城关区为例,利用2018年的TM遥感影像,2000—2018年的MODIS影像数据,结合GIS制图技术,通过长期野外调查,探讨高寒区荒漠分类系统。[结果] 在分析荒漠形成主要影响因素的基础上,提出荒漠分类的主要原则和划分指标。利用气候区划、地表物质组成、地貌形态及成因、植被盖度等指标,将拉萨市城关区荒漠划分为2个Ⅰ级类型,7个Ⅱ级类型,18个Ⅲ级类型,31个Ⅳ级类型,并确定各级各类荒漠的面积及空间分布范围。[结论] 确定了高寒区荒漠分类的指标,对城关区的荒漠区域进行分级分类。初步建立了西藏高寒地区的荒漠分类体系,奠定了青藏高原高寒区荒漠分类研究的基础。     

荒漠沙化土壤开发利用研究

乌兰布和沙漠综合治理开发区地处荒漠－沙漠地带,生态环境极其脆弱,土壤类型主要有灰漠土（盐积正常干旱土）和风沙土（干旱砂质新成土）。其肥力水平较低,特别是有风蚀,沙化等问题,但这里有光热充足,人为破坏少,植被覆盖度高,以及可以引黄河水灌溉的优势,针对上述特点,提出了合理利用荒漠－沙漠土壤资源的意见,以可持纽发展方针做指导,加强预防和保护意识,按照一水、二林、三农牧渔工副的顺序进行综合开发利用。     

黄河流域的土壤风力侵蚀

黄河流域土壤风蚀面积约10.3万km~2,占流域总面积的13.7％。主要发生在阴山山脉以南和长城以北地区。本文根据遥感制图和面积测算,介绍了风蚀区地貌、气候、植被概况,论述了土壤风蚀的基本因素及向沙漠化、砾漠化、岩漠化方向发展的三种途径,最后对土壤风蚀进行了分级,探讨了风蚀对河流产沙的影响。     

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。     

运用风蚀仪进行风力侵蚀特征研究的实践

在10 m/s试验风速下,运用风蚀仪、降尘缸等风蚀测量仪器,对裸露、10%砾石覆盖、20%砾石覆盖3种地表状态的风力侵蚀进行了人工模拟试验,对比分析水土保持措施防风蚀的效果。结果表明:无论是累积输沙量、输沙率还是沉积量,3种地表状态均为裸露地表>10%砾石覆盖>20%砾石覆盖,尤其是20%砾石覆盖状态下远远小于裸地。因此,砾石覆盖对防止风力侵蚀的效果是明显的,并且覆盖度越大,防风蚀效果越显著。     

玛纳斯河流域近50年植被格局变化

以玛纳斯河流域47个残遗荒漠植被样方数据为基础,发现研究区植被与土壤理化性状存在着非常明显的分异规律,白梭梭群落、梭梭群落、琵琶柴-梭梭群落、梭梭-柽柳群落、柽柳群落、盐化灌木群落对应土壤的总盐含量、总有机碳含量依次递增,而土壤中砂含量却依次递减,这充分说明荒漠植被类型和对应的土壤类型之间有较好的指示关系。基于上述分析,利用玛纳斯河流域的土壤图复原研究区大规模开垦前植被格局,并将复原的植被图和基于TM影像解译的研究区现状植被图比较分析,发现近50年来玛纳斯河流域大约有20.37万hm²的荒漠被开垦为农田,主要分布在灰漠土上。利用荒漠植被和土壤之间较好的指示关系复原玛纳斯河流域未开垦前的原生植被有助于指导干旱区绿洲土地利用。     

拉萨河流域不同植被类型坡面砾石形态与分布特征

坡面砾石的分布特征显著影响着地表土壤侵蚀及水文过程,而目前针对高寒区坡面砾石形态与分布特征的研究较为薄弱。为此,在西藏拉萨河流域选择9个典型坡面的山坡及其下堆积坡,将其按山坡—堆积坡的植被类型分为草—草坡面(A)、灌草—草坡面(B)和灌草—灌草坡面(C)3类,并对各坡面样点进行现场拍照采样,利用ImageJ软件获取砾石粒径、圆度、形状比率以及覆盖度,分析不同类型坡面砾石的粒度组成、形态特征以及覆盖度,研究坡面砾石的形态与分布特征。结果表明：(1) A类坡面山坡砾石平均粒径显著大于堆积坡,B类坡面山坡和堆积坡砾石平均粒径无显著性差异,C类坡面山坡砾石平均粒径显著小于堆积坡;同一类坡面之间的砾石粒度组成存在差异。(2)整体上A,B,C这3类坡面的山坡和堆积坡砾石圆度和形状比率无显著性差异。(3) A类坡面山坡砾石覆盖度大于堆积坡,B类坡面山坡和堆积坡砾石覆盖度相差不大,C类坡面山坡砾石覆盖度小于堆积坡;同一类坡面之间的砾石覆盖度大小存在差异。(4)同一坡面山坡和堆积坡砾石平均粒径及覆盖度主要受坡度的影响,而同一类坡面之间的砾石粒度组成及覆盖度大小因受植被、气候、岩性、海拔等的影响也存在差异...     

延怀盆地葡萄种植区不同土地利用方式表土风蚀特征分析

研究延怀盆地葡萄种植区不同土地利用方式下土壤风蚀特征,可为区域土地利用布局调整、生态环境建设提供数据支撑。以怀来县为研究对象,采用野外调查和室内分析相结合的方法,分析了葡萄、果桑、欧李、玉米留茬免耕、玉米翻耕5种土地利用方式的2018年11月—2019年3月土壤含水量、粒径及风蚀量月变化特征。结果表明:(1)未出现降水事件之前,5种土地利用方式土壤含水量均呈现随时间增加而下降的趋势,3种林果用地中土壤水分下降幅度表现为葡萄欧李果桑。(2)研究区5种土地利用方式表层土壤粒度主要为砂砾,含量达47%～63%。0.05～0.002 mm的粉粒是该区域风蚀过程中损失的主要颗粒。(3)5种土地利用方式中地表风蚀量表现为玉米翻耕地葡萄玉米留茬免耕欧李果桑。在该区域土壤风蚀防治过程中可以通过在小尺度上合理调整果桑等林果用地与葡萄、粮食用地土地利用布局的方式,达到降低近地表风速、拦截风沙、降低风蚀的作用。     

西北干旱荒漠区典型露天煤矿不同下垫面风沙流特征

为揭示西北干旱荒漠区露天煤矿风蚀特征，选取该区域内具备代表性的典型露天矿区，对其不同场地下垫面进行分析，通过野外实地监测，分析了矿区不同下垫面风沙流特征。研究结果显示：随高度增加，块石植被低覆盖干燥（RLd）下垫面风沙流输沙量垂向特征表现为先依次递减后增加，其余下垫面则总体表现为随高度增加而减少；0.2 m为风沙流的主要输移层，砾石覆盖度、植被覆盖度与地表湿润度的增加，会有效降低风沙流水平通量。近地表土壤结构受大型机械循环作业活动变的疏松、风蚀物质粒径减小，同时因自身地表干燥，研究区近地表土壤风蚀可蚀性增加；水平通量在风季时期因人为干扰作用，沙尘加快了运移。在车工机械的影响下，矿内生产活跃区下垫面风沙流空间结构特征较其他下垫面出现向高层偏移的现象，主要开采区域风蚀程度严重，且人为干扰程度越强，偏移现象越明显。矿区周边沙地下垫面水平通量较大，地表可风蚀性质较强，受研究区盛行风及人为采矿导致地表凹陷等因素影响，该区域是矿区大粒径风蚀物质的主要来源地。因地表湿润度与植被覆盖度的增加，部分下垫面风沙流结构最优关系式为指数函数的形式，表现为随高度增加输沙量变化较急剧，其余下垫面风沙流结构最优关系式函数类型为幂函数。矿内主要开采活跃区下垫面的输移物质主要为极细粉沙，且主要粒径组风蚀物影响范围超过1.5 m，是造成露天矿区能见度下降的主要原因。研究成果可为西北干旱荒漠区露天矿区沙害防治提供理论依据和科技支撑。     

太阳能集热器的热流气体对砾石的蓄放热特性研究

太阳能的蓄放热特性的研究对清洁能源太阳能的开发和利用具有重要意义。该文利用冬季太阳能集热器的热流气体,对砾石的蓄放热特性进行了研究。以居民居住的标准房间（4 m×2.7 m）为依据进行了模拟;利用太阳能集热器的热能与直径为50～100 mm的砾石铺设成150 mm厚度的地下蓄热系统进行蓄热和放热试验,研究昼夜之间室内砾石的蓄热和放热特性;通过测试太阳能集热器的内部温度、砾石层内部及室内地表面的温度,研究了太阳能集热器的蓄热效率和转换效率,同时分析了蓄热层及室内地表面的热传递特性;为进一步开拓针对冬季寒冷地区太阳能蓄热型居民建筑物内部热环境方面的基础研究提供了科学的依据。     

湖北省坡耕地现状分析及宜耕性评价

坡耕地是耕地资源的重要组成部分,也是土壤侵蚀的策源地和水土保持的重点区域。为探究湖北省坡耕地资源现状及其宜耕性,利用GIS技术,构建了湖北省坡耕地的坡度、土壤侵蚀、土壤剖面构型和理化特性等数据库,筛选耕地坡度、土层厚度、土壤质地、土壤pH值和土壤侵蚀程度5个代表性指标,采用“限制因子法”对湖北省全域坡耕地进行了宜耕性评价。结果表明：湖北省坡耕地总面积为9 438.64 km²,占总耕地面积的18.87%,不宜耕坡耕地总面积为2 178.36 km²,占现有坡耕地面积的23.08%;砾石含量和坡度过高是造成坡耕地不宜耕的主要因素,其中砾石含量>15%的坡耕地总面积为1 205.72 km²,坡度≥25°的坡耕地总面积为1 097.32 km²;其次不宜耕主导因素是土壤过酸,pH值≤4.5造成坡耕地不宜耕的面积为669.60 km²,土壤侵蚀严重(极强烈以上侵蚀强度)和土层浅薄(土层厚度<30 cm)造成的不宜耕坡耕地面积分别为336.48 km²...     

压砂地土壤盐分空间变异规律

[目的]研究不同种植年限压砂地及裸地不同土层土壤盐分的空间变异特征,为西北干旱地区土壤盐渍化改良和利用提供理论依据。[方法]以甘肃省景泰县压砂地及裸地不同土层土壤盐分数据为基础,运用经典统计学和地统计学相结合的方法,分析土壤盐分统计特征值,半方差模拟模型及其拟合参数和等值线分布图。[结果]压砂地土壤盐分均值明显低于裸地,且裸地老砂地新砂地中砂地,裸地与压砂地各层土壤盐分的均值差异较大,且土层Ⅳ(30—50cm)土层Ⅲ(20—30cm)土层Ⅱ(10—20cm)土层Ⅰ(0—10cm);裸地Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ层,中砂地各层土壤盐分属于弱变异性,其他各地型各土层土壤盐分都属于中等变异性。裸地Ⅰ,Ⅲ层,新砂地第Ⅲ层,中砂地第Ⅰ层,老砂地Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ层土壤盐分半方差函数最佳理论模型为指数模型,裸地第Ⅱ层为线性模型,其他各地型各土层均为球状模型。裸地第Ⅱ层土壤盐分具有弱空间相关性,其余各土层土壤盐分均具有强相关性。试验区土壤盐分北部高于南部,且各土层土壤盐分在一定范围内存在空间上的变异性和相关性。[结论]土壤表层压砂能有效减小土壤盐分表聚,抑制土壤次生盐渍化,不同种植年限压砂地不同土层土壤盐分在一定范围内存在空间上的变异性和相关性。