不同喷洒浓度沙蒿胶固沙效果试验

为了探究沙蒿胶的固沙效果,采用不同质量分数(0、0.02%、0.05%、0.10%、0.20%和0.50%)的沙蒿胶喷洒试验,对固沙试样的固结层厚度、抗压强度、抗风蚀能力、团聚体水稳定性、渗透性、保水性和沙蒿胶对植物种子萌发及幼苗生长的影响进行测定。结果表明:1)喷洒沙蒿胶后,固沙试样的固结层厚度和抗压强度显著增加,抗风蚀能力明显增强,质量分数0.10%的沙蒿胶处理,其起沙风速均在20 m/s以上;2)沙粒在沙蒿胶的作用下相互胶结,微团聚体质量百分数显著降低,大团聚体百分数显著增加;3)团聚体平均质量直径显著增加,表明沙蒿胶提高了沙样的水稳定性;4)沙面形成的固结层具有良好的渗透性,利于水分的入渗,沙蒿胶良好的吸水性和保水性,能够促进虫实(Corispermum puberulum)和沙蒿(Artemisia sphaerocephala Krasch.)2种固沙先锋植物种子的萌发及幼苗的生长。可见,沙蒿胶具有良好的固沙效果,且固沙成本低,可以作为一种环境友好型固沙剂,与生物固沙结合用于治沙,沙蒿胶喷洒质量分数以0.20%为宜。研究可为沙蒿胶的固沙应用提供理论依据。     

玉米芯热解催化转化制备呋喃类化合物工艺优化

为探索木质生物质气固非均相催化热解制备呋喃类化合物新途径,该文以玉米芯为原料,采用MCM-41、活性炭(AC)、Al_2O_3、HZSM-5(Si/Al=38,46,80)、TiO_2和ZrO_2为催化剂,在玉米芯催化热解催化剂筛选的基础上,采用响应曲面法对MCM-41、AC和TiO_2催化热解玉米芯工艺条件进行优化,研究催化剂对热解产物组成和呋喃产率的影响。结果表明,较高比表面积的MCM-41、AC和TiO_2催化剂可明显促进呋喃类化合物的生成,呋喃类产率可分别达到31.43%、28.78%和30.44%,而HZSM-5系列催化剂最低;单个因素影响顺序为催化剂催化热解温度原料与催化剂质量比;催化剂类型和催化热解温度具有明显的交互作用;当催化热解温度为550℃、玉米芯与催化剂质量比为1∶1,采用活性炭为催化剂时,呋喃类化合物产率最高可达35.30%。研究结果可以为基于气固催化反应的木质生物质催化热解制呋喃类化学品提供依据。     

两种仿真固沙灌木防风效应的野外观测

仿照沙旱生灌木构型制成无叶和有叶两种仿真固沙灌木,在野外观测了这两种仿真固沙灌木对风速变化的影响。结果表明,当风速为2.2~5.5m/s时,40cm高度的仿真固沙灌木削弱风速率随风速增大而增加。仿真固沙灌木平均风速削减率小于沙蒿,但统计分析差异不显著。无叶仿真固沙灌木平均降低风速率小于有叶仿真固沙灌木。仿真固沙灌木是结合多种植物优势组合而成,是对植物治沙措施的优化,具有显著的防风效应。     

小球藻粉水热催化液化制备生物油

为探索新型生物质燃油的开发,该文以小球藻粉为原料,采用水热催化液化方法制备生物油。研究了液化温度,液化时间,催化剂等因素对液化率的影响,在此基础上采用正交试验,以液化率为指标,探讨了生物油优化的制备工艺;利用傅里叶红外光谱(FTIR)和气相色谱-质谱联用(GC/MS)技术分析了小球藻粉生物油的基团结构与组成。结果表明,小球藻粉优化的液化反应条件为:采用质量分数5%的Ce/HZSM-5为催化剂,在300°C水热条件下催化液化20min,小球藻粉和溶剂料液比为1:10g/mL,液化率达39.87%。在此条件下制备的小球藻粉生物油的主要成分为醇类,酯类以及部分碳氢化合物,热值达26.09MJ/kg。和传统木质纤维素类生物质相比,小球藻粉制备的生物油成分更接近传统化石燃油且热值更高,显示了良好的应用前景,为微藻生物质液体燃料的制备提供参考。     

超声波辅助碱分离毛竹半纤维素

该文以高效分离毛竹半纤维素为出发点,采用超声辅助碱分离法分离毛竹半纤维素。在固定固液比1∶20g/mL、总浸提时间120min的条件下,分析了KOH溶液质量分数,浸提温度及超声时间对毛竹半纤维素得率的影响。在单因素试验的基础上,采用Box-Behnken试验设计和通过响应面分析对分离工艺进行了优化。结果表明,超声辅助碱分离毛竹半纤维素的最佳分离工艺参数为KOH溶液质量分数3.1%、浸提温度54℃、超声时间56min,此时半纤维素实际总得率为19.28%。浸提温度和KOH溶液质量分数对半纤维素总得率影响显著,超声波作用时间对总得率影响不显著。在相同条件下超声辅助碱分离时半纤维素提取率比无超声辅助时提高4.06%。结果可为毛竹半纤维素分离的工业化提供参考。     

基于风洞模拟试验的典型机械防沙工程防护效益对比

为探究3种典型机械防沙工程措施实施后所体现的防护效益，通过风洞模拟试验，以敦煌黑山嘴地区的典型机械防沙工程为参考，对草方格与尼龙网格状沙障及阻沙栅栏的防风、固阻沙效益进行系统的对比分析。结果表明：草方格与尼龙网格状沙障的布设均能有效降低风速，当指示风速为20 m/s时，1.5 cm高度的风速降低率分别达到82.5%与80.9%,同时极大地增加流沙地表粗糙度，显著影响当地的风速变化；此外，两者在不同高度对风速削弱能力差异明显；草方格与尼龙网格状沙障也深刻影响当地风沙流结构，其中草方格沙障的固沙能力主要体现在近地表；阻沙栅栏前后平均输沙率降低44.2%,同时对当地流场结构影响深刻。综合分析可知，草方格与尼龙网格状沙障防风、固沙效益良好，阻沙栅栏阻沙效益显著。研究结果可为当地机械防沙工程建设提供指导，同时对其他地区防沙工程布设予以借鉴。     

乌珠穆沁沙地生物基可降解聚乳酸(PLA)沙障防风固沙效益

为了探究PLA沙障对乌珠穆沁沙地沙化治理的效果,以方格状铺设不同规格(方格边长0.5 m×0.5 m, 1 m×1 m, 2 m×2 m和3 m×3 m)PLA沙障,以不同规格沙障影响的风蚀特征为研究对象,裸沙地设置对照(CK),采用美国HOBO便携式风速采集仪观测距地表10,20,50,100,200 cm高度的风速,同时使用自动旋转集沙仪收集近地表0—30 cm高度输沙量,分析了防风效能、固沙效益和风沙流挟沙粒径的变化特征。结果表明：(1) PLA沙障规格小于3 m×3 m时,风速廓线呈“S”型变化趋势;PLA沙障平均的地表粗糙度为0.64 cm, CK的平均粗糙度为0.51 cm,粗糙度提高了25.48%。(2)铺设PLA沙障后输沙量降低了38.72%～75.69%;PLA沙障输沙率随高度呈现良好的指数关系(R²>0.77);1 m×1 m和2 m×2 m沙障的固沙效益高于其他2种规格沙障,3 m×3 m规格的固沙效益最低,基本接近CK。(3)乌珠穆沁沙地风蚀物颗粒大小介于2～500μm,且大部分颗粒为100～250μm的细沙;铺设PLA沙障后,障格内...     

亚临界流体萃取胡麻籽低温压榨饼中油脂

为高品质提取胡麻籽低温压榨饼残油,采用D-optimum响应面设计优化亚临界丁烷萃取胡麻饼工艺,研究萃取温度、时间和液料比对油脂提取率的影响,并将所得油与粕与正已烷工艺进行品质比较。结果表明:液料比和萃取时间对油脂提取率的影响显著(P0.05);液料比与萃取温度交互作用显著(P0.05);最佳工艺参数为液料比8.4 m L/g、萃取时间40 min、萃取温度26℃,此条件下胡麻籽油的提取率为96.50%。亚临界丁烷萃取的胡麻籽油红色较浅、黄色较深,酸价与过氧化值都优于正已烷工艺,磷脂质量分数约为正已烷工艺的1/10。亚临界丁烷萃取后的胡麻籽粕,中性洗涤纤维质量分数低,蛋白中可溶性氮质量分数是正已烷工艺的3.5倍。研究结果可为胡麻籽高品质加工利用提供数据参考。     

挡沙堤—固沙砖综合型体系防风固沙效果的数值模拟

[目的] 针对河北省张家口市坝上地区风沙流对公路造成的沙埋问题,建立了挡沙堤—固沙砖综合型防风固沙体系,并对其防风固沙效果进行分析,以期为公路风沙灾害防治提供相关技术参数。[方法] 利用ANSYS软件对挡沙堤周围流场变化、沙粒运动轨迹、固沙砖沙障间距以及固沙砖沙障周围积沙情况进行数值模拟研究,评价挡沙堤—固沙砖综合体系的防风固沙效果。[结果] ①风沙流经过挡沙堤时,会在其周围形成减速区、加速区、紊流区和恢复区,通过风沙流减速区流场分析得到,边坡率为1∶1.2的挡沙堤防风固沙效果最佳。②利用离散相模型(DPM)模拟了沙粒跃移挡沙堤的运动轨迹。当风速为12～20 m/s时,沙粒落点在距挡沙堤11～21 m的位置,进而确定铺设固沙砖沙障的相对位置。③当固沙砖起始位置距离挡沙堤11 m,铺设成11排,1 m×1 m的方格形式时,固定地表流沙效果最佳。[结论] 挡沙堤—固沙砖综合体系通过“远阻近固”的方式来降低风速,阻挡地表流沙,固沙砖沙障能有效防止翻越挡沙堤沙粒的再次起动,改善公路沙埋现象,保证风沙灾害区域的行车安全。     

乌兰布和沙漠典型沿黄段格状沙障防风固沙效应

[目的] 探究乌兰布和沙漠典型沿黄段机械沙障的固沙效果,为沙区沿黄段的沙障合理配置及应用提供理论支撑和科学参考。 [方法] 以2 m×2 m规格的纱网沙障、聚乳酸(PLA)沙障、麦草沙障为研究对象,通过测定格状沙障近地表10,20,50,100和200 cm处的风速,同步收集近地表0—50 cm处的风蚀物颗粒,对3种格状沙障在形成稳定障面后的防风固沙效应进行研究。 [结果] ①纱网沙障、PLA沙障和麦草沙障均有效降低了近地表风速,尤以距地表10 cm高度处最为明显。在10.32 m/s风速下,其防风效能分别达到了49.73%,39.92%和38.33%。 ②PLA沙障的风速廓线呈现S形曲线特征,3种沙障的粗糙度均较裸沙丘有较大提升。 ③与裸沙丘相比,3种沙障降低了近地表10 cm处风的扰动度。 ④纱网沙障、PLA沙障和麦草沙障的输沙率随高度均呈指数关系,固沙效应分别为94.37%,44.80%和53.16%。3种沙障相较于裸沙丘有效抬升了沙粒的平均跃移高度,纱网沙障提升为对照的5.35倍。 [结论] 结合乌兰布和沙漠沿黄段风沙活动程度及材料获取度,沿岸向流动沙丘垂向上依次为麦草沙障固沙、PLA沙障固沙促生、纱网沙障防风固沙优化配置,可以实现3种格状沙障防风固沙效益的最大发挥。     

起沙风速的观测方式及其影响因素研究综述

起沙风速作为研究风沙运动规律、解决风沙工程问题的关键指标之一受到广泛关注。学者们根据研究目的及内容的不同总体主要采用两种研究方法:一是利用风速仪在野外进行直接测量;二是在之前学者研究的基础上,利用理论模型,通过计算临界摩擦速度等求得起沙风速。学者们在选择研究方法时会以研究内容作为参考,而起沙风速的影响因素是其中重要的一项。起沙风速受多种因素的影响,通常情况下:①起沙风速随粒径的增大而增大,但含水量变化会使这种现象发生改变;②植被覆盖度越大、植被类型越丰富、组合模式越复杂起沙风速越大;③地表结皮率、砾石覆盖度、地表粗糙度等均会对起沙风速产生影响。     

不同农垦地下垫面对风蚀起沙风速的影响分析

以新疆塔里木盆地垦区为例,研究不同地表粗糙度下垫面对风蚀起沙的临界摩擦速度和起沙风速的影响。根据Shao的方法计算不同下垫面起沙风速,结果表明:塔里木盆地垦区所选的小麦、棉花、红枣这3种地类2m高度临界摩擦速度(u*t)分别为棉花地0.40m/s,红枣地0.43m/s,小麦地1.85m/s;2m高度临界起沙风速(ut)分别为棉花地5.3m/s,红枣地5.7m/s,小麦地7.5m/s,小麦地较其他2种地类更具有抵抗风蚀的作用。     

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。     

拐子湖地区沙尘天气风蚀起沙量的估算

为研究沙尘暴中心在沙尘天气下风蚀起沙量和一些参数的具体情况,以巴丹吉林沙漠拐子湖地区一次沙尘天气过程为例,通过经验公式与野外仪器观测对比分析,对拐子湖地区风蚀起沙过程的一些参数进行了分析。结果表明:摩擦速度与风速成正相关,并影响着风蚀起沙量变化;临界摩擦速度为0.36m/s;估算了平均顺风向沙尘通量和垂直沙通量分别为1.7E-02kg/(m.s)和1.38E-07kg/(m2.s),顺风向沙尘通量要远大于垂直沙通量。这些参数的得出对防风治沙有着重要的意义。     

土工格栅沙障防风积沙效应风洞模拟实验

 模型按1∶10比例设计,在71、5和20m/s的实验风速下,对不同规格和孔隙度的土工格栅沙障模型进行风洞模拟实验,测定其防风与积沙效应。结果表明:不同规格格栅沙障的风速流场趋势相同,在障前、障中和障后形成4个减速区和3个加速区。障前、障后风速降低是土工格栅沙障防沙的主要机制;障中的增速区是引起沙障中部不积沙或少积沙的诱因。格栅沙障因障间互相连接而增强了防护功能,使得流沙被有效地控制在体系内部。同一规格的沙障,障内积沙厚度随着风速的增大而增大,随着距沙源距离的增加而减小。不同规格的沙障,障内积沙厚度随着规格的增大而减小,随着孔隙度的增大而减小。不同风速下,不同规格沙障间积沙厚度差异显著。从积沙厚度和防沙目的分析,10cm×10cm规格的沙障积沙效应最好,10cm×20cm次之,20cm×20cm最差。在设计与设置沙障时需要考虑成本、防护目的和沙源等多方面的因素。     

北方农牧交错带土壤风蚀沙化影响因子的风洞试验研究

土壤风蚀沙化是北方农牧交错带农牧业生产与发展的主要限制因子,通过室内风洞实验研究,定量分析了土壤风蚀率(风蚀强度)与风速及土壤水分的相关关系、土壤风蚀输沙量的空间分布规律以及翻耕后土壤风蚀的动态变化。结果表明:风蚀率与风速变化成正相关,随着风速增大,风蚀率相应增加,18m/s风速是风蚀由轻变重的一个转折点;土壤水分与风蚀率呈负相关,水分含量越高,风蚀率越小,6%含水量水平是土壤风蚀由重变轻的一个转折点。通过曲线拟合表明,风蚀率与风速成幂函数的关系,与土壤水分含量成对数函数关系。土壤风蚀空间不同高度输沙量呈单峰曲线的变化趋势,在距地面2～4cm范围内集沙量最多,80%左右的沙量集中在近地面10cm范围内。土地翻耕是加重土壤风蚀的重要因素,对于天然草场,翻耕后风蚀强度是未翻耕的66～306倍,对于旱作农田,留茬覆盖可以有效控制土壤风蚀,翻耕马铃薯地风蚀强度是留茬地的25～108倍。     

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。     

黄河上游宁夏-内蒙古段跃移沙粒起动风速的空间分布

黄河上游宁夏-内蒙古段穿越河东沙地、乌兰布和沙漠和库布奇沙漠,大量风沙被吹入黄河,因此,迫切需要揭示宁夏-内蒙古河段沙粒起动风速的空间分布规律,从而为该区域的风沙防治工作提供理论依据。首先,应用归一化植被指数（normalized different vegetation index,NDVI）数据集计算该河段地表植被盖度、植被迎风面积指数与粗糙度。而后,通过植被迎风面积指数计算摩阻起动风速的影响函数,研究河段摩阻起动风速的空间分布。利用实测数据检验摩阻起动风速的计算方法,表明摩阻起动风速的计算方法误差较小。研究表明,研究区内风速廓线均呈对数函数的分布规律,并利用风速廓线方程计算了研究区不同下垫面（10 m高度）处的起动风速,进而得到跃移沙粒起动风速的空间分布。结果显示研究区风蚀风险最大的几个区域大多临近黄河。最后,根据当年最大NDVI值与下一年风季（3月至5月）NDVI平均值之间的关系,提出利用当年最大NDVI值对下一年风季起动风速的预测方法,该研究为黄河宁夏-内蒙古段的风蚀预报提供理论支撑。     

天然灌草植被防治土壤风蚀机理

通过对毛乌素沙地不同下垫面上风速、地表粗糙度、临界起沙风速、风沙流结构的观测,发现植被覆盖可以有效防止地表风蚀。植被盖度为40％的固定沙地近地表0．2m高度平均风速比流动沙地降低43％,侵蚀风的持续时数降低85％,临界起沙风速提高70％,地表粗糙度提高180倍;当风沙流速度相同时,20％覆盖度的半同定沙地较流动沙地可平均降低输沙62．33％;而植被盖度为40％的同定沙地较流动沙地可平均降低输沙93．07％。实验证明,单株植物同样可以降低风速。疏透结构和透风结构的单株沙蒿分别可以使植株后0．5m高度的风速较植株前方平沙地同高度的风速下降59．4％和19．8％。     

土壤凝结剂沙障防风固沙实验研究

 在7m/s、15m/s和20m/s的实验风速下,对不同浓度土壤凝结剂处理的沙障模型进行风洞吹蚀实验。实验结果表明:抗风蚀强度以40%浓度处理最强,20%最弱,但30%浓度防风蚀效果较为实用。在乌兰布和沙漠东北缘绿洲边缘的流动沙丘,采用较为适用的30%浓度的土壤凝结剂进行1m×1m,1.5m×1.5m,2m×2m等3种不同规格沙障喷洒实验,通过对风速、粗糙度、风沙流结构特征值,以及沙障的蚀积状况进行调查,其结果表明,各种规格的沙障中,1m×1m的沙障性能最好,1.5m×15m次之,2m×2m最差。沙丘不同部位沙障的抗蚀力不同,迎风坡受损程度和风蚀率最高。