施用PAM防治松散土风蚀的机理及其抵御风沙流能力研究

采用室内风洞试验方法,研究了内蒙古西部干旱半干旱地区荒漠沙地松散土风蚀规律、风沙流对风蚀量的影响和施用PAM防治松散土壤风蚀的机理及其抗风沙流的能力。风沙流对风蚀量的影响试验,采用试样接续放置的方法,前一试样为后一试样提供风沙流;施用PAM试样抗风沙流的能力试验,采用PAM使用量为1g/m2,2 g/m2和4 g/m2等3个处理水平和0,17.6%,36.4%,7.7%等4个吹角水平。试验结果表明,相同的风速条件下风沙流对土壤的侵蚀程度比净风侵蚀程度高得多,侵蚀量显著不同;PAM用量为1 g/m2时,在7~8m/s风速的风沙流作用下只能经历5~10 min的吹蚀试样即破坏;PAM用量为2 g/m2时可以抵御8~10 m/s风速的风沙流历时30 min的吹蚀;PAM用量达4 g/m2时,可以抵御10 m/s风速的风沙流历时30 min的吹蚀试样仍未破坏,几乎可以防止自然界99%的各级风速所引起的土壤风蚀。从经济方面考虑,推荐PAM用量为2g/m2可以防止自然界中大部分风力(约97%~99%)造成的风蚀,经济上是可行的。经PAM处理的试样破坏过程和切片分析得出,在松散土表面喷施PAM之所以能够有效地防止风蚀,最根本的原因是施用PAM溶液后松散土表面可形成较厚的结皮。     

高分子多肽衍生物防治风蚀的风洞试验

利用高分子化学材料改善地表结构进行化学固沙,是防治风蚀的重要措施之一。为寻找有效的高分子化学材料防治黄土高原北部水蚀风蚀交错区风积沙及沙黄土风蚀,将不同剂量(0(喷清水为对照)、0.4、0.6及1.2 g/m~2)的4种高分子化学材料聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)、阳离子羟丙基多糖(cationic hydroxypropyl quito sugar,Jag C162)、羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose,CMC)及羟丙基化多糖(hydroxypropyl polysaccharide,HP-120)喷施于沙黄土及风积沙表面,进行室内风洞试验,测定其风蚀率及表面固积层硬度。结果表明:喷施不同剂量的高分子化学材料PAM、Jag C162、CMC及HP-120于沙黄土及风积沙表面均能显著降低松散扰动沙黄土及风积沙的风蚀率(P0.05)。总体而言,在相同条件下,与其他3种材料相比,PAM防治沙黄土表面风蚀的效果最好,而CMC在防治风积沙风蚀效果最好。喷施4种化学材料于沙黄土和风积沙表面均能显著增加固结层的硬度(0.4 g/m~2 Jag C162除外),且PAM对提高沙黄土表面硬度效果较好,Jag C162、CMC及HP-120对提高风积沙结皮硬度效果较好,其中CMC效果最显著;使用4种高分子化学材料防治风积沙和沙黄土风蚀时,当施用剂量控制在1.2 g/m~2时,几乎可以抵御14 m/s的大风,历时20 min的吹蚀而不产生风蚀。     

聚丙烯酰胺对地表氮素流失的影响研究

地表侵蚀条件下氮素的流失致使表层土壤退化及养分供给能力降低。在室内模拟降雨条件下,重点研究了高分子有机化合物聚丙烯酰胺(PAM)施用对泥沙氮素吸附能力及氮素流失水平的影响。试验施氮用肥为尿素,施氮水平设定为270kg/hm²,试验设定3个PAM施用水平(0,1和2g/m²),并设置不施氮也不施PAM作为对照处理,每个处理3次重复。试验分别在2个降雨强度(50和80mm/h)下进行。结果表明,PAM可以很好地维持土壤结构的稳定性,抑制地表细沟侵蚀的产生,从而有效地降低侵蚀产沙的水平。PAM的施用增强了泥沙对氮素的吸附水平,所以施用PAM的处理地表氮素流失仍明显减少,且氮素流失过程表现出与产沙过程很好的一致性,这说明PAM减少氮素流失的原因在于控制侵蚀产沙的水平。PAM的施用可以有效抑制地表泥沙和氮素的流失。     

PAM喷施量与施用方式对风沙土风蚀的影响

固定流沙和减少风蚀是一个世界性的难题。PAM(聚丙烯酰胺,polyacrylamide)作为一种线性高分子聚合物,喷洒在土壤表层能形成结皮,能有效抵御风蚀,但喷施PAM溶液的结皮状况及抗风蚀能力与PAM的喷施量及土壤特性等密切相关,且PAM溶液的浓度越大则黏性越强,越不易喷洒。为了探寻PAM防风固沙的适宜喷施量及简便施用方法,该研究以乌兰布和沙漠流动沙丘的风沙土为试验材料,以风沙土的风干土及饱和湿土为对照,首先探讨PAM不同喷施量对风干土(风沙土)表层结皮状况、土壤含水率及土壤风蚀量的影响,以寻求PAM的适宜喷施量,然后再将适量的PAM干撒、干撒后喷水和喷施于风干土表层,探寻PAM的简便施用方法。结果表明:1)PAM不同喷施量的结皮覆盖度、结皮厚度、结皮抗剪强度均随PAM喷施量的增加而增加,均显著高于风干土和饱和湿土;PAM不同喷施量的土壤含水率均高于风干土,且随时间的延续均显著高于饱和湿土;喷施1、2、3和4g/m2的PAM风蚀量分别为风干土的26.83%、14.10%、13.01%和13.00%,为饱和湿土的28.78%、15.12%、14.02%和13.94%,当PAM喷施量达到2 g/m2时,PAM能有效降低风沙土的风蚀量。2)将2g/m2的PAM干撒、干撒后喷水和喷施于风干土表层,干撒PAM后喷水和喷施PAM溶液的土壤结皮覆盖度、结皮厚度、结皮抗剪强度均高于风干土、饱和湿土和干撒PAM,干撒PAM的土壤表层结皮覆盖度低于饱和湿土但高于风干土,结皮厚度和结皮抗剪强度高于风干土及饱和湿土,干撒PAM后喷水及喷施PAM溶液的土壤含水率高于风干土、饱和湿土及干撒PAM,干撒PAM的土壤含水率与风干土基本一致。干撒PAM、干撒PAM后喷水和喷施PAM溶液的风蚀量分别为风干土的53.13%、11.17%和6.35%,为饱和湿土的76.34%、16.05%和9.12%,干撒PAM后喷水的抗风蚀能力接近于风沙土表层喷施PAM溶液。3)由于喷施PAM溶液需消耗大量的水分及人力,建议风沙区可在降雨前将2 g/m2的PAM干撒于土壤表层或干撒后向土壤喷水,可有效减少风蚀量。     

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%。     

粉煤灰和聚丙烯酰胺固沙效果的风洞试验

寻找经济高效的固沙措施对于防治风沙危害具有重要意义。该文采用室内风洞试验,研究了不同粉煤灰施用率(10%,20%和30%)的固沙效果及在粉煤灰最佳施用率的基础上不同聚丙烯酰胺(PAM)施用率(0.05%和0.1%)对其的强化作用。试验研究结果表明,沙土施加粉煤灰后起动风速显著提高,施加PAM进一步小幅提高其起动风速;粉煤灰施用率为20%的沙土可以最有效地抵御8m/s净风和风沙流历时10min的吹蚀;施加粉煤灰的沙土在14m/s净风和风沙流历时10min的吹蚀条件下发生中度风蚀,其风蚀率随着粉煤灰施用率的增大而呈逐步降低的趋势;施加粉煤灰和PAM的沙土可以有效地抵御14m/s风沙流历时30min的吹蚀;从经济意义上考虑,推荐粉煤灰施用率为20%和PAM施用率为0.05%的用量水平处理用于风蚀防治。     

喷杆式喷雾机雾流方向角对药液沉积影响的试验研究

为了研究喷杆式喷雾机的雾流方向角对靶标上药液沉积量的影响,设置±40°、±30°、±20°、±10°、0° 9个雾流方向角,选用标准扇形雾喷头ST120-015,喷雾压力0.25 MPa,分别以1.18 m/s、0.59 m/s的前进速度,按照150 L/hm²和300 L/hm²的喷量针对水平靶标和垂直靶标进行喷雾试验。试验结果表明,改变雾流方向角会增加药液在水平靶标上的沉积量,药液在中部和下部靶标沉积量的增加程度比上部显著,喷量150 L/hm²和300 L/hm²的最佳喷雾雾流方向角分别为20°和30°;对于垂直靶标,喷量150 L/hm²时改变雾流方向角只会增加上部和下部靶标的药液沉积量,而喷量300 L/hm²时改变雾流方向角会使上、中、下三部分靶标的沉积量都增加,且增加程度一致。当喷量150 L/hm²时垂直靶标的最佳雾流方向角为20°～40°,喷量300 L/hm²时的最佳雾流方向角为30°。试验结果表明喷杆前进速度会对最佳雾流方向角产生影响。     

辽沈Ⅰ型日光温室环境及保温性能试验研究

东北型节能日光温室——辽沈I型日光温室在采光设计、保温设计、结构设计等方面性能优越,具有较齐备的配套设施。该文通过试验对沈阳农业大学工厂化中心9#日光温室的温、光、湿等环境及保温性能进行了综合分析。测试分析表明,测试期间,室内最低温度8.2℃、最高温度32.3℃,室内平均温度15.0℃,室外平均温度-17.3℃,室内外平均温差32.3℃;土壤1、3.5、50 cm的平均温度基本相同,分别为14.2、14.2、14.8℃。墙体的平均蓄热为8.35 MJ/(m²·d),夜间向室内放热1.69 MJ/(m²·d),通过墙体向外散失的热量2.61 MJ/(m²·d);后坡平均蓄热3.45 MJ/m²·d,夜间向室内释放的热量较小,仅为0.07 MJ/(m²·d),后坡的热损失较大,平均2.04 MJ/(m²·d);通过地下5 cm处土壤热流量分析,土壤的平均蓄热0.75 MJ/(m²·d),夜间平均释放热量0.48MJ/(m²·d);前坡的平均散热量为7.55 MJ/(m²·d),散热量较大。     

秸秆过滤养猪废水UASB厌氧发酵及微生物群落分析

养猪废水成分复杂,所含悬浮性固体对其生物发酵过程影响显著;利用经过粉碎压实后的玉米秸秆对养猪废水进行负压抽滤,吸附截留废水中的悬浮性固体。再利用上流式厌氧污泥床（UASB,up-flow anaerobic sludge bed/blanket）反应器对过滤后的养猪废水进厌氧发酵,探究发酵过程中随着有机负荷的增加,化学需氧量（COD,chemical oxygen demand）去除率、pH值、产气量的变化规律,并采用高通量测序技术分析最优负荷时厌氧消化污泥中的细菌与古菌群落组成。过滤试验表明,在过滤压差为40kPa、滤层厚度为15cm、滤料压实度为1.6倍密度（148.8kg/m³）时有较好的过滤效果,此时总固体（TS,total solid）、挥发性固体（VS,volatile solid）、COD的去除率分别为33.08%、28.05%、23.01%。厌氧发酵试验结果表明,在温度为(35±1)℃时反应器稳定运行的最高负荷为11 kg/(m³·d);反应器处理效果最优的负荷为10 kg/(m³·d）,此时进水COD浓度为5 000 mg/L、COD去除率为76.46%、容积产气率为1.51m³/(m³·d)。高通量测序结果表明,厌氧发酵过程由多种微生物菌群协同作用,主要的细菌群类是Firmicutes、Bacteroidota,主要古菌群类为Halobacterota,且高效产甲烷菌分布丰富。试验结果为利用作物秸秆过滤养猪废水进行以废治废的技术应用提供了依据。     

施用沼肥对茄子田节肢动物群落结构与茄子产量的影响

在等氮、等磷、等钾施肥条件下, 对茄子田分别施用化肥、沼肥加化肥减半、沼肥加饼肥, 研究施用沼肥对茄田节肢动物群落结构及茄子产量的影响。结果表明: 在节肢动物种类与数量上, 沼肥加饼肥处理茄子田的害虫种类为3.67±0.88 种·4m^-2, 显著低于化肥处理和沼肥加化肥减半处理, 且沼肥加化肥减半处理显著低于化肥处理; 害虫个体数量为64.67±4.06 头·4m^-2, 目标害虫桃蚜的数量为31.67±0.56 头·4m^-2、二十八星瓢虫个体数量为8.00±0.15 头·4m^-2, 显著低于化肥处理, 且与沼肥加化肥减半处理差异不显著; 蜘蛛类的个体数量为12.67±1.76 头·4m^-2, 优势种天敌大腹园蛛的个体数量为7.67±0.67 头·4m^-2, 显著高于化肥处理, 且与沼肥加化肥减半处理差异不显著。在节肢动物群落多样性上, 沼肥加饼肥处理茄子田的节肢动物群落多样性指数为1.68±0.04, 均匀度指数为0.53±0.003, 显著高于化肥处理和沼肥加化肥减半处理; 优势集中性指数为0.33±0.02, 显著低于化肥处理, 且与沼肥加化肥减半处理差异不显著。在节肢动物群落稳定性上, 沼肥加饼肥处理Ss/Si 指数为0.112 5±0.001 1, 显著高于化肥处理, 且与沼肥加化肥减半处理差异不显著; Sn/Sp 指数为1.650 0±0.005 5, 显著高于化肥处理和沼肥加化肥减半处理。沼肥加化肥减半、沼肥加饼肥处理的茄子产量与化肥处理相比无显著差异。     

科尔沁沙地不同风沙土的风蚀特征

通过风洞实验，研究了科尔沁沙地两种典型风沙土的风蚀特征。流动沙丘土样和农田土样的风蚀率随风速的增加均呈幂函数关系增长。风干的农田土样在风速3．7m／s时开始出现风蚀现象，但流沙土样的临界起沙风速是4．3m／s。在低风速段．农田土样的风蚀率大于流沙土样，但当风速增加到大约5．7m／s以上时，流沙土样的风蚀率开始大于农田土样，并且差值随风速的增加而加大。两种土样的风蚀率随土样含水率的增加呈负幂函数关系迅速减小。但流沙土样风蚀率的减小要比农田土样更迅速。流沙土样的临界起沙风速随含水量的增加呈线性关系增长，而农田土样的临界起沙风速随含水量的增加呈二次幂函数关系增长。两种风沙土在风蚀特征方面的差异，主要是由质地不同引起的。增加土壤含水量，是本地区风季减小风蚀的有效方法。     

聚丙烯酰胺(PAM)对三峡库区紫色土坡面片蚀的影响

设置不同PAM施加量(0,0.4,0.8,1.6 g/m²),在不同坡度(15°,20°,25°)条件下开展不同雨强(60,90,120 mm/h)的模拟降雨试验。研究不同PAM施加量紫色土坡面片蚀产流产沙过程及其对产流产沙量的影响程度和主要因素,并分析了PAM对坡面片蚀可蚀性的影响。结果表明：坡面产流过程呈现先持续增加后趋于波动稳定的变化趋势,产沙过程则呈现先迅速减少并趋于稳定的变化趋势,PAM对片蚀的产流产沙过程变化趋势没有影响。和空白对照组相比,PAM施加量为0.4,0.8,1.6 g/m²的产流总量平均分别减小7.71%,35.16%,21.12%,产沙总量平均分别减小35.80%,49.39%,17.85%,PAM施加量为0.8 g/m²时产流总量和产沙总量最小。同种雨强下,不同施加量减流效益的大小顺序为0.8 g/m²>1.6 g/m²>0.4 g/m²,而减沙效益则受到坡度影响,在15°坡面减沙效益大小顺序是0.8 g/m     

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.     

Effects of vegetation pattern and of biochar and powdery soil amendments on soil loss by wind in a semi-arid region

Dust emission from wind erosion is a widespread phenomenon in arid and semi-arid areas having considerable implications for ecosystems and human well-being. However, few studies have examined the efficiency of biochar amended to soil on wind erosion control. Aimed at studying the effect of biochar on resistance of soils against wind erosion, a wind tunnel experiment was conducted. We tested (a) soils amended with hard waste walnut wood biochar and soft maize cob biochar, and (b) soils amended with powdery waste wood and powdery maize cob, and compared them with (c) non-treated soil, in their susceptibility to wind erosion and also the additional effect of various patterns of vegetation cover. Amending soil with biochar and powdery material did significantly increase their resilience to wind erosion because of increased soil aggregation. In comparison with the non-treated control, the mass flux of un-vegetated soil reduced from 4.42 to 1.86 g m⁻² s⁻¹ for the waste walnut wood biochar, from 4.28 to 1.50 g m⁻² s⁻¹ for maize cob biochar, from 4.11 to 1.44 g m⁻² s⁻¹ for powdery maize cob and from 3.97 to 1.14 g m⁻² s⁻¹ for powdery waste walnut wood. When combining amendments with vegetation, there was still a substantial improvement, though the soil treatments responded differently in terms of soil loss to different vegetation patterns. A single row vegetation pattern had the highest mass flux, while a zigzag vegetation pattern had the lowest. In conclusion, waste wood or maize cobs, whether applied as biochar or as powdery material, are able to fix soil and reduce wind erosion.     

A wind tunnel experiment to investigate the effect of polyvinyl acetate,biochar, and bentonite on wind erosion control

Due to the heavy costs of wind erosion control measures, the correct selection of technical methods is indispensable for a sustainable land management in arid and semiarid regions. Thus, the main goal of this research was to investigate the feasibility of using the clay minerals (i.e., bentonite), polyvinyl acetate and palm biochar for reducing the wind erosion in deserts surrounding the cities. The treatments were sprayed uniformly onto the containers (5 × 35 × 105 cm, 0.37 m²) with sand (collected from sand dunes surrounding Isfahan city, central Iran) in 3 replicates. The experiments were conducted in a wind tunnel with sequential repetitions after 1, 10, and 20 weeks. Among the studied treatments, the bentonite planters demonstrated to be the most effective soil erosion control measure by reducing soil loss and improving sand ablation. On the contrary, the palm biochar had less influence on the soil erosion control and only a slight effect on the threshold speed. For the future, further studies are required to select the best and most relevant soil erosion control measures under field conditions considering all the environmental aspects in arid regions of Iran.