3种沙障防风固沙效益比较的风洞实验研究

通过风洞实验,研究了土工格室、石方格、不同盖度植被3种不同沙障的防沙机理,分析了各种沙障下的风速廓线、风速流场及风沙流结构特征,比较了3种不同沙障的防沙效果。结果表明:植被具有显著的防风作用,随着盖度的增加其防风作用逐渐增强,同时,风速的变化还与植株的茂密程度有关。对于石方格沙障,由于构成石方格的石块不规则,计算结果与总体变化规律有一定差异。总的来讲,植被沙障的防护效果远较土工格室和石方格沙障为优,对于低风速地区,采用土工格室和石方格沙障治沙是有效的,而对于高风速地区,只能采用植被沙障防护才有良好效果。相比较土工格室和石方格沙障,石方格沙障的防护效率又略优于土工格室。     

沙柳沙障对沙丘土壤颗粒粒径及分形维数的影响

统计分析了库布齐沙漠流动沙丘、设置沙柳活沙障和死沙障沙丘的土壤颗粒粒径分布、分形维数及其与土壤砂粒(>0.05 mm)、粉粒(0.05~0.002 mm)和黏粒(<0.002 mm)含量的关系。结果表明:与流动沙丘相比,设置沙障沙丘的粉粒和黏粒含量增加,且随着土层的加深而表现为下降趋势,不同部位则均呈沙丘下部>上部>中部的趋势。土壤颗粒分形维数因设置沙障而呈增大趋势,且表现为活沙障沙丘>死沙障沙丘>流动沙丘;垂直分布上,设置沙障沙丘的土壤分形维数随土层加深而逐渐减小,而流动沙丘表现为表层与下层大而中层小的特征,沙丘不同部位的分形维数则均表现为沙丘下部>上部>中部。土壤颗粒分形维数大小与土壤质地的细粒化有一致的变化趋势,且与砂粒含量呈极显著负相关关系,而与黏粒含量、粉粒含量呈极显著正相关关系。<0.05 mm粒径物质含量的增加和>0.05 mm粒径物质含量的降低共同导致了土壤颗粒分形维数在设置沙障后的增大。     

不同规格可降解沙障铺设5年后土壤粒度及有机质特征

为了探究可降解沙障铺设5 a后土壤粒度及有机质含量特征,采集库布齐沙漠东南缘铺设5 a后不同规格(0.5 m×0.5 m,1 m×1 m和2 m×2 m)、不同坡位(坡底、坡中、坡顶)的PLA沙障内近地表层(0—3 cm)土壤样品,通过激光粒度仪测试并分析了土壤粒度、有机质含量的变化情况及二者的相关性。结果表明:(1)PLA沙障内主要以细砂和粗砂为主,随着铺设规格的增加细砂含量逐渐增加,2 m×2 m(80.66%)>1 m×1 m(75.8%)>0.5 m×0.5 m(45.15%),每种规格坡顶处细砂含量最高分别为23.39%,31.73%,41.17%,坡中粗砂含量最高分别为44.91%,36.42%,42.88%。(2)障格内分选性均变差,峰态偏离正态分布,沉积物颗粒频率分布曲线部分波段变窄,表层颗粒逐渐细粒化。(3)土壤有机质含量表现出1 m×1 m>0.5 m×0.5 m>CK>2 m×2 m的规律; 3种规格有机质含量均表现为坡底>坡中>坡顶; 且极细砂与有机质含量呈现显著正相关,与中砂呈现显著负相关。上述结果说明,对于本研究区内,铺设5 a后1m×1m规格PLA沙障防护效益更优,且1 m×1 m规格和坡底处有利于有机质的积累,极细砂和中砂是有机质积累的关键粒级。     

PLA沙障对沙丘土壤粒径的影响分析

PLA可降解纤维是一种新型的固沙材料,用它灌沙形成的筒状沙袋铺设于沙丘上,可有效改变近地表风沙流结构及地表粗糙度等。PLA沙袋沙障通过对地表风速影响,进而影响沙丘表层土壤粒径的重新分布。本次试验通过对不同铺设规格沙障沙丘0—11 cm深土壤粒径的测定,分析不同铺设规格和坡位等对土壤粒径的影响。结果表明:2 m×2 m铺设规格沙障对土壤粒径影响较大,土壤平均粒径比未铺设沙障沙丘的大16%,1 m×1 m规格影响最小;同种规格沙障在坡顶处土壤粒径变化最大,比未铺设沙障沙丘的大21%,迎风坡、背风坡分别比对照大3.9%,2.4%;土壤深度不同,粒径变化也不同,地表0—1 cm土壤粒径变化最大,比未铺设沙障沙丘的大16%。因此可知,沙障铺设后,使得沙丘表层的土壤粒径增大。     

尼龙网方格沙障的风沙流颗粒分布特征

为了探讨塔克拉玛干沙漠腹地风沙流结构特征及尼龙网方格沙障对风沙流颗粒的分异作用,于2015年4月—2015年6月,选取裸沙地和沙障2种下垫面,利用集沙仪对地表风沙流进行观测,分析了尼龙网沙障对风沙流结构和沙粒粒径分布的分异过程。结果表明:(1)风沙流结构在裸沙地符合指数分布(y=321.025e-10.16x,R2=0.94),在沙障前部和中部分别表现出象鼻效应特征和近似于倒置的象鼻;沙障的设置,明显减少了近地面(0~42cm)的输沙量。(2)在裸沙地,极细沙和粗粉沙输沙量在垂向分布上符合指数递减规律;极细粉沙、细粉沙和中粉沙的输沙量在下段呈指数递增分布,在上段呈指数递减分布,经过沙障后,近地面约0~32cm高度范围内沙粒的输沙量垂向分布特征发生了显著变化。(3)沙障的设置不仅改变了风沙流的水平分布,也改变了不同粒径沙粒的水平分布,其中细沙的水平分布变化最显著。     

南方水蚀区不同侵蚀程度土壤粒径分形研究

土壤粒径分布是土壤和环境要素综合作用的结果,因而可藉以指示环境要素的某种性状。对南方水蚀区不同侵蚀程度下土壤粒径的分布特征进行研究,计算土壤粒径分布分形维数值,并分析其与土壤质地和土壤侵蚀程度的关系。结果表明,研究区土壤质地主要为砾石土,其2 mm以下的体积分形维数和重量分形维数分别介于2.52～2.99和2.48~2.73之间,粒径重量累积百分比在2 mm处产生显著变化,粒径域的重量分形维数在2 mm以上和2 mm以下分别为1.79~2.81和2.52~2.79。2 mm以上粒径域的重量分形维数与土壤质地和土壤侵蚀程度呈显著的相关性。土壤质地越细,或土壤侵蚀越轻微,2 mm以上粒径域的重量分形维数越大,反之亦然。故土壤2 mm以上粒径域的重量分形维数可综合表征研究区土壤质地和土壤侵蚀程度。     

伊犁河谷不同森林模式下土壤的养分特征和粒径组成

[目的]对伊犁河谷不同森林模式下土壤粒径组成和养分空间特征进行研究,为科学栽培和可持续经营提供理论依据。[方法]通过野外采样与室内试验,分析伊犁河谷不同模式下土壤粒径分布特征及其与土壤理化性质的关系。[结果]7个模式林地土壤基本集中在细粉粒和粗粉粒两个粒级。主要由细粉粒—粗粉粒—黏粒、细粉粒—粗粉粒—极细砂粒和粗粉粒—细粉粒—极细砂粒为主的质地组成,其中细粉粒—粗粉粒—黏粒土壤养分较佳,相比之下含有砂粒的土壤养分较低。土壤有机质和土壤碱解氮与黏粒和细粉粒含量的关系非常密切,尤其是细粉粒;速效磷与砂粒、黏粒和细粉粒呈正相关;速效钾与黏粒和细粉粒含量的关系密切,随着其含量增加而增加,跟砂粒呈显著负相关,砂粒含量高,速效钾含量降低。[结论]伊犁河谷7个模式林分土壤养分状况各异,养分各项指标含量不同,可根据养分状况进行抚育管理。各模式土壤中粉粒含量占绝对优势。根据各养分含量与各粒径组成之间的相关性分析表明,土壤颗粒越细,与土壤养分的关系越密切。     

土壤及泥沙颗粒组成与养分流失的研究

利用自然降雨影响下的农田为试验样地,分析了降雨前后土壤颗粒组成与养分含量的变化,探讨了流失泥沙颗粒组成与养分的变化特征。结果表明,在降雨后,西瓜地与油菜地表土颗粒组成呈现粘粒与粉粒含量减少,砂粒含量相对增加的趋势;土壤养分含量都有不同程度的下降,其中水解氮与速效磷下降的幅度很大,西瓜地与油菜地水解氮降雨后降幅分别为9.67%和7.99%,速效磷的降幅分别为9.20%和8.76%;全氮养分降幅很小,西瓜地与油菜地分别为2.17%和1.54%;流失泥沙细小颗粒含量与养分含量随时间基本都呈降低的变化趋势,并且细小颗粒含量与携带流失的养分含量有显著甚至极显著的正相关性;流失泥沙具有富集粘粒和富集养分的特性,油菜地与西瓜地粘粒富集率分别为1.23和1.20,两样地全氮与速效磷的富集率都在1.3以上,而全磷和水解氮富集率基本处在1.1-1.3之间。     

祁连山南坡不同植被类型土壤粒度特征

[目的]对祁连山南坡不同植被类型土壤粒度特征进行分析,为区域土壤资源可持续利用和生态环境保护提供科学依据。[方法]对祁连山南坡不同植被类型下土壤进行标准化土壤样品采集,利用Mastersizer 2000型激光粒度仪测定75件样品,通过福克和沃德公式计算粒度参数,最后进行单因素方差分析。[结果]①青海云杉、祁连圆柏、高寒草甸为粉砂—黏粒级(63μm),混合灌丛和高山草地为砂粒级(63μm),粒级组成上林地质地最细,高寒草甸次之,混合灌丛和高山草地土壤质地粗颗粒成分较多,有退化趋势;②平均粒径(M_z)表现为:青海云杉(6.15Ф)祁连圆柏(5.81Ф)高寒草甸(5.22Ф)混合灌丛(5.07Ф)高山草地(5.04Ф);分选系数(σ)表现为:高山草地(2.65)高寒草甸(2.45)混合灌丛(2.33)青海云杉(2.17)祁连圆柏(2.11);偏度(SK)高寒草甸(0.19)高山草地(0.12)混合灌丛(0.035)青海云杉(0.032)祁连圆柏(-0.05);峰度(K_G)表现为:青海云杉(0.968)混合灌丛(0.966)祁连圆柏(0.929)高寒草甸(0.887)高山草地(0.867);③各植被类型频率曲线存在异同,其中林地和灌丛为近对称单峰态,高寒草甸和高山草地粒度频率曲线呈多峰态,说明草地类型受外界因素干扰较大,物源混杂。[结论]在自然环境影响和人类活动强度大的情况下,高寒草甸和高山草地粒径将进一步粗化,荒漠化风险程度最大,是该区相对来说亟需保育的植被类型。     

激光衍射法测定土壤粒径分布的研究进展

常见的土壤粒径分布测试手段有筛分法、沉降法(包括吸管法和密度计法)、激光衍射法等。近年来,由于激光衍射法分析土壤粒径分布具有操作简单、效率高、测试样品用量小、适合批量样品测定的特点,其在土壤粒径分布的测定中得到越来越广泛的应用。本文介绍了激光衍射法测定土壤粒径分布的基本原理和分析方法,综述了该技术在测定土壤粒径分析方面的国内外研究进展,重点分析了激光衍射法测定土壤粒径分布的影响因素,并对激光衍射法测定土壤粒径分布的应用前景进行了展望。研究表明,激光衍射法通过转换方程可以获得精确的结果。在保证足够大的样本量、土壤样本包含多种质地类型,且完善的前处理条件下,可以建立稳定的、适用于大范围预测的模型。激光衍射法测定土壤粒径分布虽然受到一些因素的影响,例如前处理方法、仪器设置以及样品用量等,但是激光粒度仪为粒度测定提供了高效快速的技术手段,为精准农业和数字农业的发展提供了先进的技术支撑。     

2种扰动土壤工程堆积体坡面泥沙运移特征比对研究

为探究不同土壤类型对工程堆积体坡面侵蚀泥沙搬运的影响,选取构筑堆积体的2种扰动土壤,设定4个放水梯度(8,12,16,20 L/min)在32°条件下进行野外冲刷试验。结果表明:2种坡面产流产沙率均随冲刷延时呈多峰多谷变化;较扰动风沙土堆积体,扰动红壤堆积体产流产沙率均随流量增加上升速率较缓;流量20 L/min时,重力在扰动风沙土堆积体坡面侵蚀中发挥主导作用;各放水梯度下2种堆积体坡面累积产沙量与累积径流量均呈极显著线性关系(P0.01,R~20.99);随流量增大,搬运泥沙颗粒组成均接近原状土,扰动风沙土坡面径流搬运泥沙颗粒以砂粒为主( 60%),扰动红壤坡面径流搬运泥沙颗粒各组分比例相对均匀(各组分含量为24%～41%)。该研究结果可为不同土壤类型堆积体坡面水土流失防控措施科学配置提供理论依据。