浑善达克沙地固定沙丘活化风蚀坑治理技术

针对浑善达克沙地固定沙丘活化风蚀坑风沙危害特征,结合风蚀坑不同部位或立地条件,采取沙障+植物固沙技术、植苗造林和灌木直播、人工植被和天然植被恢复等"三结合"技术措施综合治理风蚀坑流动沙地。结果表明:采用带状或网格状PE纱网沙障、黄柳沙障、PLA沙障以及黄柳+PE纱网复合沙障,对风蚀积沙控制、植物种和植被盖度增加以及植被恢复具有良好效果。和未设置沙障相比,黄柳+PE纱网复合沙障减少风蚀效果最大,其次分别为纱网沙障、黄柳沙障、PLA沙障,且网格沙障好于带状沙障。黄柳+PE纱网复合沙障植被覆盖度由设置前的4. 67%平均增加到54. 61%,带状或网格黄柳沙障植被覆盖度分别增加到15. 88%或20. 09%,带状或网格纱网沙障植被覆盖度分别增加到15. 16%或26. 64%,带状或网格PLA沙障植被覆盖度分别增加到8. 1%或9. 62%。采用沙障+植物固沙技术,人工促进和天然植被恢复相结合能够在2～3年内控制风蚀坑风沙危害,重建固沙植被。     

纱网沙障输沙量风洞模拟实验研究

风蚀危害是影响流动沙丘造林成效的关键因素。为此,我们在跟踪调查纱网沙障野外固沙造林良好成效的基础上,进行了纱网沙障输沙量风洞模拟实验研究。结果表明:设置带状纱网沙障后改变了地表风沙流结构,当沙障高出地面20 cm、10 cm和15 cm时,其最大输沙量分别在距地面6~10 cm、10~14 cm和14~18 cm高度范围,而无沙障时其最大输沙量在距地面0~2 cm高度范围,并且,与带状沙障相比,网格沙障拦截地表风沙流的效果更好,如在距地面0~14 cm高度范围,其输沙量为1.89 g/4 cm2·3 min,而带状沙障为4.96 g/4 cm2·3 min。在纱网沙障迎风侧2H、1.5H和1H处的风蚀深度分别为0.47 cm、0.4 cm和0.2 cm,在背风侧0.5H、1H、1.5H、2H和3H处的平均积沙厚度分别为1.7 cm、1.1 cm、1.0 cm、1.3 cm和1.4 cm,这种风蚀积沙变化为在纱网沙障背风侧3H范围内植树固沙造林提供了理论依据。     

沙障对流动沙丘植被重建作用的研究

从流动沙丘表面硬度、植物多样性变化等方面研究了沙障对流动沙丘生态修复作用的影响,结果表明：在沙障不同位置、不同植被盖度下,沙面硬度值变化呈现出波浪型变化趋势,并随着植被覆盖度的增加沙面硬度值也增大。不同沙障设置年限（3～7年）内植物种逐渐增加,分别为2、5、4、5、5种,土壤种子库种子密度分别为28粒/m2、133粒/m2、305粒/m2、277粒/m2和694粒/m2。沙障铺设方式或沙障类型（即高立式或矮立式）不同对生物多样性指数的影响不同,但沙障对天然植物种的入侵和定居起到了积极的作用。     

沙障对风蚀坑种子库特征的影响研究

以浑善达克沙地东南缘的风蚀坑为研究对象,通过野外取样与室内萌发试验相结合的方法,测定了风蚀坑不同类型沙障内土壤种子库种类、数量,对比分析了不同类型沙障防护风蚀坑土壤种子库特征。结果表明:沙障能够有效提高风蚀坑内土壤种子库种类与数量;透风型沙障防护的风蚀坑土壤种子库数量显著高于对照,直播沙障的最高,而不透风型沙障与对照无显著差异;风蚀坑内上部、中部土壤种子库数量最多,下部最少。     

活化风蚀坑沙障固沙技术及植被恢复

风蚀坑活化形成的流动沙地直接危害草场,使土地逐渐丧失生产力。结合风蚀坑内风速变化特征,采取风蚀坑及边坡、风蚀坑积沙区沙障固沙技术,恢复风蚀坑植被。结果表明:风蚀坑及边坡设置黄柳沙障3 a,植被覆盖率达到27.0%,植物种为7种;PE纱网沙障植被覆盖率为31.0%,植物种为11种;PLA沙障植被覆盖率达到15.6%,植物种为4种;黄柳+PE复合沙障植被覆盖率达到75.3%,植物种为6种,而对照植被覆盖率为1.6%,植物种2种。在风蚀坑积沙区,设置沙障3 a后,PE纱网沙障植物种达到10种,黄柳+PE沙障为8种,PLA沙障为4种,黄柳沙障6种,而对照为1种;植被覆盖率分别达到50.3%、50.7%、22.7%、40.0%,而对照为4.0%。采取网格或带状PE沙障,带状黄柳+带状PE沙障对风蚀坑植被恢复具有良好效果。     

直压立式纱网沙障风洞试验研究

风蚀危害是影响流动沙丘造林成效的关键因素。在跟踪调查纱网沙障野外固沙造林良好成效的基础上,进行了纱网沙障固沙成效的风洞模拟试验。结果表明:设置带状纱网沙障后改变了地表风沙流结构,并对拦截地表风沙流具有显著的效果。在距离地表0~40cm高度范围内,沙障高度10、15和20cm时,其总输沙量分别为0.9、1.11和0.56g·cm~(-2)·min~(-1),而无沙障对照为4.47g·cm~(-2)·min~(-1)。在纱网沙障迎风侧2 H、1.5 H和1 H处的平均风蚀深度分别为0.47、0.4和0.2cm,在背风侧0.5H、1H、1.5 H、2 H和3 H处的平均积沙厚度分别为1.7、1.1、1.0、1.3和1.4cm。此外,由于沙障高度不同,沙障迎风及背风侧风速流场的变化特征不同,并在沙障背风侧近地表形成弱风区。其中,沙障高度10cm时,在设置沙障位置的上空10cm高度范围形成1个高风速涡旋;沙障高度15cm时,在沙障及沙障背风侧上空10cm高度范围形成3~4个高风速涡旋;沙障高度20cm时,在沙障位置及沙障背风侧上空10cm高度范围形成8~9个高风速涡旋,反映出纱网沙障具有随风摆动的特点,对空中气流的扰动作用强烈。     

呼伦贝尔沙地风蚀坑综合治理技术研究

在呼伦贝尔沙地鄂温克旗锡泥河东苏木亚日盖嘎查草原风蚀坑,根据本地区沙障材料成本实际情况,结合风蚀坑面积大、坡度大、治理难度大的特点,采用草方格沙障的1m×1m网格设计,6月初雨季期间,沿着沙障边缘人工点播杨柴和沙打旺,播种量4kg/667m2,混播比例杨柴∶沙打旺为3∶1。采用草方格沙障与灌草混播综合治理技术治理风蚀坑能够取得明显固沙效果。造林2a后,植被盖度明显增加,土壤理化性质明显改善,土壤风蚀减少。     

浑善达克沙地黄柳活沙障防风固沙效益的研究

本文研究了浑善达克沙地流动沙地上黄柳活沙障的防风固沙效益,通过对设置3年后的不同类型的活沙障进行测定和分析,得出如下结论：沙障设置3年后,沙地趋于固定,障内植物种类明显增多;设置黄柳活沙障的区域内下垫面粗糙度显著增大,风速明显减弱,其顺序为：4 m×4 m黄柳网格沙障〉6 m×6 m黄柳网格沙障〉间距4 m的黄柳带状沙障〉间距6 m的黄柳带状沙障〉流沙,而且黄柳网格沙障降低风速的能力较带状沙障强;当旷野平均风速为7.86 m/s时,只有流沙和间距6 m的黄柳带状沙障起沙,其他几类活沙障内均不起沙。     

肠式沙障固沙作用及其结构稳定性研究

通过对肠式沙障沙埋程度、积沙宽度、位移程度及沙障控制区域植被盖度等指标进行调查,分别研究了不同规格、不同类型的肠式沙障稳定性及其所在沙丘植被恢复程度。研究结果表明:品字沙障位移距离最大,移动平均距离达到了58.72 cm,方格沙障移动距离最小,仅为36.11 cm。4 m品字形沙障的移动距离最大,达到了70.67 cm,2 m带状沙障的次之,移动距离为52.33 cm,说明规格越大,移动程度也越大。方格沙障铺设沙丘的植被盖度较大,其中4 m×4 m方格沙障铺设沙丘植被盖度达到最大。     

不同材料沙障对流动沙丘水分含量的影响

为了探明不同材料沙障对流动沙丘土壤含水量的影响,在乌兰布和沙漠刘拐子沙头设置了不同材料沙障,采用土钻取土,烘干法测定了土壤水分含量。结果表明:纱网沙障沙层含水量比对照样地提高1. 80%,粘土沙障沙层含水量比对照提高3. 77%～8. 65%,但粘土沙障严重阻碍降雨入渗过程和入渗深度,导致粘土沙障下存在5～10 cm厚干沙层,而纱网沙障不影响降雨入渗过程,并随土层深度增加,土壤含水量逐渐升高,且4 m×4 m纱网沙障对土壤水分的保持作用尤为明显。     

纱网沙障对植被恢复的影响

既降低沙障成本又能有效控制风蚀过程是流动沙丘治理中急需解决的问题。本文利用PE抗老化纱网材料沙障并进行造林取得了预期效果。调查结果表明,纱网沙障设置区风蚀深度为6.52 cm,对照区为14.24 cm。不同规格的纱网沙障均在纱网两侧5.20~5.50 cm范围内积沙5.42 cm。沙障背风侧30 cm范围内栽植杨树平均成活率为95.35%、黄柳为96.62%,且没有风蚀危害。纱网沙障设置2年后,草本植被盖度平均提高到40%左右,风沙危害得到明显控制。     

不同几何形状纱网沙障输沙量风洞模拟实验研究

风蚀危害是影响流动沙丘造林成效的关键因素。我们在跟踪调查纱网沙障野外固沙造林良好成效的基础上,进行了不同几何形状纱网沙障输沙量风洞模拟实验研究。结果表明:不同几何形状及其开口方向的纱网沙障改变了地表风沙流结构,拦沙效果显著;当沙障开口朝背风方向时,输沙量随着距离地面高度增加而减少,而沙障开口朝迎风方向时,拦截地表风沙流效果较好,且输沙量随着距离地面高度增加而呈抛物线形变化规律,迎风半圆型沙障最大输沙量在距离地面26~28 cm高度,迎风月牙型沙障在距离地面20~22 cm高度,而未设置沙障最大输沙量在距离地面0~2 cm;在沙障迎风侧0.5H和背风侧0.5H~2H范围内均处于积沙状态,并且距离沙障越近积沙越厚,而在沙障迎风侧1.5H~2.5H范围则以风蚀状态为主,这种风蚀积沙变化为在纱网沙障背风侧3H范围内植树固沙造林提供了理论依据。     

纱网材料沙障铺设机研究设计

在前期纱网材料沙障铺设机研究的基础上,针对其整机结构中的核心部件及智能控制方面进行了优化改进设计,实现了在流动沙丘上铺设纱网沙障机械化作业,创新性解决了纱网材料沙障铺设中核心部件和人工智能控制作业方面的不足,为国内首创。新研制纱网材料沙障铺设机工作结构装置,集机械、液压、智能控制为一体,沙障铺设效率高、性能可靠,市场前景广阔。     

穿沙公路沙柳防护带平茬恢复期辅助沙障设置模式优选

为防止穿沙公路路侧地表和路面在沙柳防护带平茬恢复期内被风蚀和沙埋,设置纱网沙障予以防护,并探究其发挥阻、输沙能力的最优设置模式。在沙柳防护带迎风侧,设置不同距离和角度的纱网沙障,对各模式下的风速和输沙率进行观测,计算粗糙度并分析。研究结果表明:设置距沙柳防护带不同距离的纱网沙障,风速流场等值线分布不同,其中距离为3倍障高时风速降低和恢复的速率较其他两个距离更快,且风速衰减幅度最大点所对应位置在沙柳防护带范围内;沙柳防护带内地表粗糙度均大于旷野(7.33倍以上),设置角以45°为最优;减少输沙率随纱网沙障设置角度的增加而减小,且均大于88.08%,距离为3倍障高时各角度减少输沙率均值为89.14%,对近地表风沙流控制效果最为明显。综合对比分析,纱网沙障最优设置模式为:沙柳防护带迎风侧3倍障高处,与地面夹角45°。     

沙袋沙障对沙丘表层粒径影响的研究

PLA纤维是一种新兴固沙材料,用它灌沙形成的筒状沙袋铺设于沙丘上形成沙障,可以改变近地表风沙流结构和地表粗糙度等因子。为了解该PLA沙障对沙丘地表土壤粒径的影响情况,在铺设沙障沙丘及对照沙丘分别取0～11 cm土样,用Rise-2008型激光粒度分析仪测定土样平均粒径,对比研究不同规格、不同部位PLA沙障与对照沙丘表层平均粒径的差异。结果表明：1 m×1 m、2 m×2 m、3 m×3 m PLA沙障3种规格相比,规格越大其平均粒径反而越小,但是均显著高于对照沙丘（P〈0.005）;铺设沙障沙丘的迎风坡、坡顶和背风坡平均粒径分别比对照沙丘高11.4%、26.8%和1.8%;并且坡顶平均粒径最大,迎风坡次之,背风坡最小,对照出现相同的变化趋势。     

PLA沙障对毛乌素沙地新月形沙丘土壤水分的影响

以毛乌素沙地铺设PLA沙障的新月形沙丘不同部位0-60 cm的土壤水分为研究对象,通过野外实地观测、采样和室内实验分析相结合的方法,对各个采样点的土壤含水量进行测量和分析。结果表明：土壤含水量受地形影响明显,从丘间低地、沙丘底部、沙丘中部到沙丘顶部土壤含水量依次降低;PLA沙障增强了沙丘土壤保持水分的能力,障格内土壤含水量明显高于裸沙丘上的土壤含水量,并且障格内土壤含水量变化趋势稳定,规律明显;PLA沙障对沙丘0-40 cm的土壤含水量影响较大。综合分析认为PLA沙障的配置在本研究区内对沙丘土壤水分保持有一定作用,能为后期的植被恢复提供有利的水分条件。     

季风常绿阔叶林土壤种子库的恢复动态

通过对云南普洱地区季风常绿阔叶林原始林、恢复15年及30年群落的野外调查及土壤种子库的萌发试验,探讨其土壤种子库的基本特征、变化规律及与地上植被的关系。结果表明:试验中共有1667粒种子萌发,分属30科65属76种;恢复15年群落土壤种子库密度最高,每m2达(361±69.87)粒,原始林次之,为(142.5±27.5)粒,恢复30年群落最低,为(108.33±30.01)粒;恢复30年群落土壤种子库多样性最高。种子生存策略与群落结构是土壤种子库物种组成变化的主要原因,3种群落类型土壤种子库生活型主要由草本植物组成,恢复15年群落中1年生草本植物种子密度要显著高于恢复30年群落。恢复15年与30年群落土壤种子库与地上植被相似性系数要高于原始林群落;草本层对土壤种子库物种组成的影响要高于乔木层,幼苗库物种组成则与乔木层联系更加紧密。     

民勤绿洲外围人工梭梭林种子库研究

通过对石羊河下游民勤绿洲外围人工梭梭林土壤种子库特征调查分析,结果表明：种子分布在时间上,4月份158．0粒／m2,8月份86．6粒／m2,8月份的种子量只是4月份的54．8％;在种子水平分布上,种子分布规律是沙丘背风坡〉丘间滩地〉沙丘迎风坡〉沙滩地;在垂直分布上,0—2cm土层中分布植物种子总量的87．8％,2—5cm土层中分布植物种子总量的11．6％,5cm以下的土层中只分布植物种子总量的0．06％。梭梭林土壤种子库平均储种量为122．3粒／m2,其中,梭梭种子的平均储量为28．9粒／m2,最小储量为1．6粒／m2,最大储种量为56．1粒/m2。梭梭林土壤种子库中约80％的梭梭完整种子的生活力极低,但林中仍有梭梭幼苗分布,说明土壤种子库的梭梭种子具有一定的萌发能力。梭梭林土壤种子库储量为中等水平,并具有一定的萌发能力,能够为开展封沙育林草提供基本条件。     

科尔沁沙地活沙障对土壤种子库的影响

选取科尔沁沙地不同生长年限活沙障,调查并测定了土壤种子库的种类组成、密度以及物种多样性等特征。结果表明:(1)仅有封育措施时,流动沙丘没有物种存在。建活沙障后,7年和5年样地的行间和行下物种种类比生长3年样地多,1年生植物逐年增多。(2)随沙障生长年限延长,土壤种子库中种子密度表现出逐年增多的趋势。(3)在物种多样性和相似性方面,建活沙障的样地变化趋势不明显。封育3年后的流动沙丘无物种多样性,与其他样地相比相似性系数为零。(4)建活沙障后,各样地在物种种类和种子数方面逐年增多,认为建黄柳和羊柴网格状活沙障可以达到治理沙丘的目的。     

生物基可降解沙障对毛乌素沙地表层土壤水分空间异质性研究

采用经典统计学与野外实地调查相结合的方法,对毛乌素沙地铺设的生物基可降解(PLA)沙障内和对照裸沙丘土壤含水量空间异质性对比分析,研究结果表明:铺设PLA沙障后沙丘土壤含水量较对照裸沙丘有明显增加的趋势,土壤含水量在不同深度土层间差异显著;铺设PLA沙障后沙丘土壤含水量变异系数较裸沙丘升高了6%左右,其基台值显著高于裸沙丘,变程由8. 91减少到3. 25,其土壤含水量空间异质性增强,使得土壤水分空间分布趋于离散状态,但两者均属中等程度变异。PLA沙障的铺设对沙丘表面土壤水分保持具有一定固持作用,可为后期天然植被恢复提供有利的先决条件。