内蒙古砒砂岩地区水土流失规律研究

内蒙古砒砂岩地区是黄河重要的粗沙来源区,该地区具有水蚀、风蚀及重力侵蚀交互的特点。利用三个试验流域1983～1997年的天然观测资料,分析得到了砒砂岩侵蚀交互作用的时空分布规律;通过对砒砂岩的理化及侵蚀产沙特性的分析表明,砒砂岩的产流和产沙能力均高于当地的黄土和风沙土。本研究建立了砒砂岩地区的水蚀模型,并对水力侵蚀过程进行了模拟。     

内蒙古砒砂岩地区风蚀、水蚀及重力侵蚀交互作用研究

内蒙古砒砂岩地区是黄河重要的粗沙来源区 ,具有水蚀、风蚀及重力侵蚀交互的特点。利用 3个试验流域1983～ 1997年的天然观测资料 ,分析得到了砒砂岩侵蚀交互作用的时空分布规律 ;通过对砒砂岩的理化性质及侵蚀产沙特性的分析表明 ,砒砂岩的产流和产沙能力均高于当地的黄土和风沙土。建立了砒砂岩地区的水蚀模型 ,并对水力侵蚀过程进行了模拟     

砒砂岩分布范围界定与类型区划分

 以TM影像为主要信息源,采用“路线调查”和“典型小流域调查”相结合的方法,建立不同类型砒砂岩影像解译标志,在地理信息系统支持下,采用计算机辅助下的人工解译,对以晋陕蒙接壤地区为中心的砒砂岩分布范围进行全面界定,并将其划分为裸露砒砂岩区、盖土砒砂岩区和盖沙砒砂岩区3个类型区,确定每一类型区的分布范围及面积大小。结果表明:砒砂岩区总面积1.67万km2,其中,裸露砒砂岩区面积4543.89km2,盖沙砒砂岩区面积3709.18km2,盖土砒砂岩区面积8432.41km2,分别占砒砂岩区总面积的27.2%、22.2%、50.6%。准确划分砒砂岩区,为其全面治理及黄河粗泥沙来源区治理提供科学依据。     

砒砂岩地区公路建设水土流失预测与分析

通过分析砒砂岩地区水土流失严重的机理,采用USLE数学模型法和类比法,对大饭铺至东胜公路砒砂岩路段在施工和运营过程中可能产生的水土流失量进行预测。根据预测结果,总结砒砂岩地区建设项目水土流失的特点是工程区水土流失背景值大;主体工程单位长度产生的水土流失量大;植被恢复期水土流失量大幅度减少。     

砒砂岩沟坡沙棘根系分布特征及其对林下土壤的改良作用

沙棘是砒砂岩地区植被恢复的先锋树种,沙棘根系形态不但影响植物本身的生长,还影响其保土效果及改土效果。采用根系追踪法,研究砒砂岩地区同一坡面不同坡位、不同林龄沙棘根系的分布形态,测定沙棘林下土壤的理化性质,以裸坡地作为对照,分析沙棘林对土壤的改良作用。结果表明:1)砒砂岩沟坡沙棘根系在垂直方向上集中分布在0～40 cm深的土壤中,在水平方向分布可达137 cm。2)沙棘一级侧根的数量与小环境有密切关系,土壤水分条件越好,侧根数量越多,根长越短;沙棘根系的径粗与埋深呈反比,并且与距植株中心距离也呈反比。3)人工沙棘林在砒砂岩沟坡上,其根系分布表现为坡顶根系由于土层薄受到砒砂岩的限制,水平分布较发达,在坡底由于土壤厚度及肥力的充足,沙棘在垂直分布上明显深于坡顶。4)种植沙棘可增加土壤含水量和土壤孔隙度,同时还可以提高土壤中的速效N、P、K及有机质质量含量。     

砒砂岩的矿物成分及其抗蚀性

砒砂岩是一种特殊的泥岩、泥沙岩,是黄河中下游粗泥沙的主要来源。通过试验,观测了砒砂岩的耐水性,测试了砒砂岩的抗压强度、颗粒粒径分布、最大干密度等物理性能指标,利用X射线衍射测试了砒砂岩的矿物成分和化学成分,并通过光学电镜和扫描电镜观察了砒砂岩的微观结构。结果表明,砒砂岩力学强度在0.4~2.8 MPa之间,主要矿物成分为石英、长石和赤铁矿,氧化物成分为氧化硅、氧化铝和氧化钙。微观结构分析表明,砒砂岩结构疏松,孔隙较多,胶结物质主要为碳酸盐和黏土物质。     

黄河中游砒砂岩区抗蚀促生技术研究

砒砂岩区是黄土高原生态环境极度脆弱、土壤侵蚀最为剧烈的区域,同时又是黄河粗泥沙集中来源区,研究砒砂岩区抗蚀促生技术具有重要意义。在对以往有关砒砂岩区水土流失治理技术研究成果综述的基础上,重点介绍了近年来的抗蚀促生技术,包括研发的适合于黄河中游砒砂岩地区的抗蚀促生材料、砒砂岩改性筑坝材料,以及砒砂岩地区抗蚀促生措施二元立体配置模式。据野外试验观测,抗蚀促生试验小区径流量减少70%以上、产沙量减少91%以上,表明研发的抗蚀促生材料和创建的二元立体配置模式达到了防治砒砂岩区水土流失和快速修复生态的目的。     

植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分及养分的影响

[目的]研究植被恢复对砒砂岩区土壤水分和养分的影响状况,明确对于砒砂岩地区土壤保水保肥效果最佳的植被恢复类型,为砒砂岩区的生态修复和区域水土流失治理提供理论依据。[方法]选取准格尔旗暖水乡裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域,以黄土—砒砂岩交界带不同人工恢复植被和自然恢复草地的土壤为研究对象,测定土壤水分和养分含量,分析不同植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分和养分特征的影响(其中天然草地作为对照)。[结果](1)裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域土壤水分含量主要受黄土厚度影响,黄土的持水性能优于砒砂岩土壤,养分含量主要受植被恢复类型影响;(2)研究区土壤各指标均属于中等变异程度,其中土壤水分、碳、氮含量自北向南随覆土厚度增加逐渐增加,磷素分布则相反;(3)对比天然草地,沙棘和油松恢复对砒砂岩区土壤碳、氮含量的提升效果最好,土壤有机质含量分别提高了43.12%和34.27%,全氮提高了78.95%和42.11%,铵态氮提高25.64%和46.15%,硝态氮提高69.44%和42.22%。其中油松恢复下土壤水分含量高于天然草地54.55%,但人工植被恢复后的土壤磷素水平并没有提升。[结论]黄土较砒...     

反复剪切作用下砒砂岩土壤力学性能试验

为分析砒砂岩土壤的力学性能,该文根据砒砂岩土壤的粒径分布特点,对比分析3种不同粒径（≥0.5～1 mm、≥0.25～0.5 mm、＜0.25 mm）,4种不同含水率（5%、8%、11%、14%）土壤试样在法向压力50~300 kPa作用下反复直剪的力学性能,得出以下结论：1）不同粒径的砒砂岩在第1次剪切中剪应力出现峰值,第2、3、4次的剪应力与剪切位移关系曲线呈微硬化型。粒径范围为≥0.25～0.5 mm的砒砂岩峰值强度和残余强度均最低;2）砒砂岩随含水率增加,峰值强度和残余强度均有所降低。粒径范围为≥0.5～1 mm的峰值强度和残余强度受含水率影响最显著;3）进一步拟合得到了砒砂岩法向位移和剪切位移的函数关系,可以较好地反应砒砂岩剪切过程的剪胀规律。该研究为砒砂岩区水土流失及边坡稳定问题的防治提供力学依据。     

砒砂岩与风沙土复配后的粒度组成变化

从粒度组成变化情况上探索砒砂岩作为一种固沙新材料的可能性,可为毛乌素沙化治理、保持水土、发展农业种植提供科学支撑。将砒砂岩与风沙土分别按1∶0、1∶1、1∶2、1∶5和0∶1质量比复配,用激光粒度分析仪对其粒度组成及级配特性进行分析研究。结果表明:砒砂岩与风沙土复配后,改变了风沙土以砂粒为主、结构松散、易风蚀的特点,随着砒砂岩质量的增加,<0.05 mm粒径的质量分数增加,质地呈现砂土-砂壤-壤土-粉壤的转变;且风沙土的粒度分布范围小、均质性强等特点得到一定程度改善,砒砂岩与风沙土复配后,其粒度分布范围变广,当砒砂岩与风沙土复配的质量比为1∶5(不均匀系数为54.71,曲率系数为2.54)或1∶2(不均匀系数为76.21,曲率系数为1.12)时,其颗粒级配连续,且级配特性良好。因此,从粒度组成上看,砒砂岩具有固沙的可能,质地条件随砒砂岩质量的增加而变好,级配特性以砒砂岩∶风沙土按1∶2或1∶5质量比进行复配为宜。     

毛乌素沙地生态治理的复合土保水特性研究

为促进砒砂岩与沙复合成土高效节水技术在毛乌素沙地治理中的合理应用,开展了砂岩与沙不同配比、不同颗粒级配下的理化特性以及砒砂岩、沙及砒砂岩与沙复合土壤持水保水性能效果的实验研究。结果表明：1)砒砂岩与沙不同配比混合后,随砒砂岩比例增加,砂粒含量降低,粉粒含量增加,黏粒含量增加幅度较小,且黏粒在配比1∶1时达到最大值。从土壤质地变化角度,砒砂岩与沙混合的适宜比例为1∶5≤砒砂岩与沙混合比例≤1∶1;2)砒砂岩与沙配比为1∶2时是有效含水量与重力水大小关系的转折点,随着砒砂岩混合比例的增大,有效水含量开始增大,混合土壤的持水性能逐渐增强;3)砒砂岩与沙混合后,同时具有水分吸收和保水的作用,且沙中混合粒径2～4 cm砒砂岩岩块为最佳粒径范围;4)砒砂岩持水能力最强,砒砂岩与沙混合(1∶2比例)次之,沙最差,砒砂岩与沙混合后砒砂岩自身保持的水分向环境中释放,提高土壤保水能力,延长持水时间。总之,砒砂岩与沙混合后弥补了各自不利特性,防止了土壤水分的流失和无效蒸发,提高了土壤持水保水能力,为毛乌素沙地的治理和农业发展提供了有利条件。     

内蒙古砒砂岩的性能及其对水泥力学性能影响的研究

砒砂岩地区是黄河泥沙的主要来源地之一。为了实现对砒砂岩的资源化利用,对砒砂岩基本物理化学性质进行了研究,并探讨了其作为混凝土掺合料的可行性。通过X射线荧光光谱分析(XRF)、X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)研究发现,红色、白色砒砂岩的矿物成分差别不大,主要包含石英、长石、蒙脱石、高岭土、方解石等,还含有一定量活性的Si O2、Al2O3和Ca O(能够促进水泥水化)。砒砂岩作为水泥掺合料对水泥胶砂性能影响的研究试验结果表明,掺入砒砂岩会缩短水泥的初凝时间,掺量30%时初凝时间会缩短69%;当砒砂岩掺量不多于20%时水泥胶砂的28 d抗压强度和抗冻性能会提高,当掺量大于20%时水泥胶砂的抗压强度和抗冻性能(冻融循环后抗压强度)会显著降低。同时,研究还发现掺入砒砂岩会显著提高水泥胶砂28 d抗折强度。     

砒砂岩侵蚀区水土流失治理新模式探讨

为了探索砒砂岩侵蚀区治理模式,以神木县锦界镇公草湾土地综合整治项目为例,在基于砒砂岩和沙复配成土技术基础上,综合运用工程和耕作管理措施,形成一套兼顾生态和经济效益的开发性治理新模式。实践证明:经开发整理为农耕地的砒砂岩水土流失区,雨季经过农业种植的方式保持水土、减少泥沙侵蚀,风季通过形成地表冰冻层减弱了风力对耕作层的侵蚀。此治理模式是砒砂岩改性研究的突破口,为砒砂岩资源化利用提供了可能。尽管如此,砒砂岩地区水土流失问题依然严峻,仍然是今后治理研究的重点区域之一。     

基于最小数据集的砒砂岩区人工林地土壤质量评价指标体系构建

砒砂岩区是黄土高原区水土流失最为严重的地区之一,提升土壤质量是砒砂岩区生态修复工作的关键内容。研究砒砂岩区人工林地土壤质量指标的筛选及评价体系的构建,对于科学指导植被建设,减轻入黄泥沙有重要意义。本文针对砒砂岩4种典型人工林地土壤,运用敏感性分析、最小数据集法和主成分分析法,对人工林的土壤养分、质地、孔隙、酸碱度4类17项土壤属性指标进行了筛选。结果表明,砒砂岩区人工林土层厚度、速效磷、土壤粉粒、含水率、毛管孔隙度、全磷含量、有机质、碱解氮属中度敏感指标,土壤总孔隙度、全氮、速效钾、电导率、全钾含量属低度敏感指标,土壤砂粒、容重、pH属不敏感指标;砒砂岩区人工林地土壤质量的评价指标为毛管孔隙度、土层厚度、粉粒含量、有机质含量、全氮含量、电导率、含水率和速效磷含量8个指标;砒砂岩区人工林地土壤质量评价结果显示,沙棘林相比其他林地其土壤质量良好,油松林土壤质量最差。     

晋陕蒙地区土壤质地重构对土壤水力性质的影响

[目的] 探究晋陕蒙地区土壤质地重构对土壤水力性质的影响,评价砒砂岩不同添加量对砂黄土的改良效果,为该区沙化土地修复工作提供理论依据。[方法] 将砒砂岩与砂黄土按照不同配比进行重构,研究其饱和导水率、土壤水分特征曲线、土壤有效持水量等指标。[结果] ①随着砒砂岩比例的增加(0%～100%),重构土中砂粒(0.05～2 mm)含量下降8.1%～33.5%,粉粒(0.002～0.05 mm)和黏粒(＜0.002 mm)含量分别增加5.2%～21.0%,2.9%～12.5%。当砒砂岩与砂黄土比例达到75∶25时,重构土壤质地由砂壤土转变为壤土;当砒砂岩与砂黄土按照25∶75比例混合时,该处理在10 ℃时的K_s为4.07×10^-6 m/s,与黄土高原地区典型的黄绵土田间自然状态下的K_s值相近; ②砒砂岩添加量对土壤水分特征曲线的影响主要在高吸力段,当砒砂岩与砂黄土的比例为25∶75时,土壤水分有效性相对较高; ③随着砒砂岩含量增加土壤保水性能呈现上升趋势,砒砂岩的添加比例越高,重构土壤饱和含水量(θ_s)和残余含水量(θ_r)越大。[结论] 砒砂岩与砂黄土按25∶75比例重构(土壤容重1.41 g/cm³)土壤有效持水量显著高于其他处理,是晋陕蒙地区土壤改良的有效方法。     

补强砒砂岩区治理短板筑牢黄河流域生态安全屏障

砒砂岩区是黄河流域最难治理且治理又相当薄弱的地区之一,其生态环境问题为构筑黄河流域生态安全屏障带来极大挑战。通过剖析砒砂岩区治理存在的水土流失依然严重,脆弱生态环境未能得到根本改变,砒砂岩区水土保持的深入发展遭遇制度性瓶颈制约,治理砒砂岩区的新技术新模式推广力度弱,水土流失监测体系不完善、监管不力等问题,提出了加强砒砂岩区治理工作的对策与建议,比如:建议尽快研究解决加快砒砂岩区治理的堵点、难点和短板所在,从流域整体性出发确立砒砂岩区生态治理在黄河流域生态保护和高质量发展中的战略定位,创设砒砂岩区生态-经济-社会-文化多位一体协同发展的综合治理模式,加大新技术新模式的示范推广力度,创新水土保持项目建设体制机制,加强砒砂岩区生态综合治理技术研发,建立脆弱生态区治理技术与模式国家级科技示范基地,进而筑牢黄河流域生态安全屏障。     

鄂尔多斯砒砂岩区沙棘资源及产业开发研究

沙棘是我国三北地区重要的生态经济树种之一,具有很强的开发潜力。在对鄂尔多斯砒砂岩区沙棘相关企业实地考察与调研的基础上,阐述了砒砂岩区发展沙棘产业的生态意义,并从砒砂岩区沙棘种植现状出发,综述了沙棘林修复砒砂岩区生态环境的功能和沙棘产业开发利用现状。针对砒砂岩区沙棘产业存在的瓶颈问题,提出了打造"项目法人制"与"政府+农协+企业+农户"循环增值沙棘产业链发展模式的对策与建议。     

植被覆盖对砒砂岩地区边坡侵蚀的减流减沙效益

为研究植被覆盖对砒砂岩地区自然边坡坡面侵蚀产流产沙规律的影响,阐明植被覆盖的减流减沙效益,在内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗的西召沟内选取坡度在10°左右的裸地、草地、柠条、沙棘和油松5种植被覆盖类型的砒砂岩自然边坡,在冲刷流量为200L/h时分别对各植被覆盖边坡进行野外实地放水冲刷试验,对不同植被覆盖类型的砒砂岩自然边坡坡面侵蚀的减流减沙效益进行了研究。结果表明:植被覆盖可明显增加砒砂岩自然边坡水流冲刷的稳定性。不同植被覆盖类型的砒砂岩自然边坡坡面径流强度大小排序为裸地油松草地柠条沙棘;产沙强度大小排序为裸地草地柠条油松沙棘。相对于草地、柠条和油松覆盖的坡面,沙棘覆盖的砒砂岩自然边坡减流和减沙效益均最大。     

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。     

鄂尔多斯红色砒砂岩冻融循环变形特性

砒砂岩区的产沙量是以非径流的冻融风化侵蚀为主形成的,冻融循环作为一种特殊的强风化作用,其对砒砂岩进行结构性的破坏.为揭示砒砂岩冻融破坏机制,使用LDMD-A三温冻融循环试验仪,以内蒙古自治区鄂尔多斯准格尔旗红色砒砂岩为研究对象,模拟自然条件进行单向冻融,研究分析冻融次数及含水率对原状砒砂岩冻融循环的影响规律.结果表明:冻融循环过程可以很清晰地反映砒砂岩在冻结和融化过程中,其固相、液相相互转化时内部热量的变化,以及砒砂岩冻结、融化过程的体积变化;在冻结过程中,砒砂岩冻胀率与含水率、冻融次数密切相关,含水率对冻胀率影响更显著.当含水率为8.56％和10.27％时,冻胀率随冻融次数增加而增大;但含水率为8.56％时,冻胀量很小,当含水率＞10.27％时,发生冻胀明显,试样冻胀量会随冻融次数增加而增大;当含水率≥11.53％时,冻融循环＞6次,冻胀率趋于平缓.其结果揭示了不同因素下,砒砂岩冻融循环变形规律,为砒砂岩冻融侵蚀机理的深入研究提供参考.