北京南郊沙地风蚀物理特征及防护对策研究--以大兴区为例

目前风沙危害是北京南郊地区面临的最为严重的生态环境问题之一．该区域的风蚀治理迫在眉睫。本文选择耕地、荒草地、流动沙地等永定河沙地典型的土地利用类型．通过定位实验观测与数学定量分析．进行沙地地表风沙活动的原理特征与风蚀防护措施的研究。研究结果认为：近地层风速随高度服从对数分布;下垫面性质不同导致对应的摩阻速度大小不同;不同利用类型下垫面对应的起沙风速明显不同;0～20cm高度范围内各层的输沙率百分含量随着高度的增加而减少,两者呈负指数函数;输沙率与风速呈正指数函数;风蚀地表组成物质明显粗化。基于该沙地的风蚀特点．提出了适合本沙地特点的综合治理技术措施。     

植被对土壤风蚀影响的风洞实验研究

利用风洞模拟实验,系统研究了植被覆盖对土壤风蚀的影响。结果表明,临界侵蚀风速与植被盖度之间、风速与土壤风蚀发生的临界植被盖度之间均为非线性正相关关系;植被盖度与空气动力学粗糙度、摩阻速率之间具有良好的相关性;植被覆盖条件下空气动力学粗糙度和摩阻速率的增大对土壤风蚀具有显著的影响。     

不同植被覆盖防治土壤风蚀对比研究

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0.2 m高度平均风速比流动沙地降低45%,侵蚀风的持续时数降低83%,临界起沙风速提高70%,地表粗糙度提高190倍;当风沙流速度相同时,20%覆盖度的半固定沙地较流动沙地可平均降低输沙79.4%;而植被盖度为40%的固定沙地较流动沙地可平均降低输沙95.6%。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0.5 m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%。     

策勒绿洲-沙漠过渡带风沙活动强度的空间分布特征

通过对策勒绿洲-沙漠过渡带及绿洲内部4个不同下垫面2010年11月-2011年10月1年内2m及10m高度的风况及输沙势对比分析,结合过渡带地表实际风沙蚀积变化情况得出结论:沿主风向从流沙前沿到半固定沙地、固定沙地、绿洲内部2m高合成输沙势依次为26.21,1.91,3.44,0.007 4VU,10m高合成输沙势分别为54.37,31.53,28.65,2.40VU,从流沙前沿经半固定沙地、固定沙地到绿洲内部随着地表植被覆盖度的增加及绿洲内部防护林网的防护作用增强,各下垫面风力、输沙势及合成输沙势逐渐减弱,流沙地地表表现为强烈的风蚀,并伴随流动沙丘前移,半固定沙地由于高密度的高大柽柳沙堆影响整体呈现大量的风沙堆积,绿洲边缘固定平沙地由于天然植被覆盖度较好,地表整体呈现轻微的蚀积变化,而在绿洲内部由于多条防护林网防护作用及地表较好的土壤水分条件,绿洲内部很少发生地表风蚀。2m高的输沙势自流沙前沿至绿洲内部较10m高的输沙势降低明显,说明了过渡带近地表的天然植被及绿洲防护林网对近地表风力削弱程度远远大于10m高的地表旷野空间,其具有良好的防风阻沙作用,更能代表近地表的风沙活动强度变化。     

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％。     

乌兰布和沙漠不同下垫面风沙流结构与变异特征

对乌兰布和沙漠流动、半固定、固定沙丘3种不同下垫面0—40 cm气流层内的风沙流结构的研究表明:（1）0—40 cm高度层,输沙量随风速的增加而增加;在不同的风速下,流动沙丘的总输沙量大于半固定沙丘,半固定沙丘的输沙量大于固定沙丘,且呈指数函数关系。（2）在同一风速下,0—40 cm高度层,三种不同下垫面的相对输沙量随高度的增加呈幂函数递减趋势。（3）随高度的增加,中沙粒基本呈递减趋势,细沙粒呈现递增趋势,但增幅因下垫面的不同而异。（4）三种不同下垫面近地表0—10 cm层风沙流结构特征数S值均小于3.8,而特征值λ均大于1,表明三种下垫面均处于风蚀或搬运状态。     

双排高立式尼龙网阻沙障与草方格固沙障的优化配置及防沙效益

[目的]针对双排高立式尼龙网阻沙障与草方格固沙障联合应用,开展风洞试验研究,以优化联合沙障中尼龙网阻沙障孔隙度配置及探究各孔隙度下联合沙障的防沙效益。[方法]基于风洞模拟试验数据,开展不同孔隙度(40%,45%,55%)联合沙障,在不同风速下的风速流场、空气动力学粗糙度、摩阻风速、输沙率随高度和阻沙率方面的变化特征研究。[结果](1)相同风速下尼龙网阻沙障孔隙度40%时,联合沙障弱风区面积最大;(2)随着尼龙网阻沙障孔隙度的增大,空气动力学粗糙度和摩阻风速减小,相同风速和相同位置时,40%孔隙度下联合沙障空气动力学粗糙度和摩阻风速值最大;(3)风速增加地表输沙率也增加,联合沙障内部与背风侧输沙率随高度增加呈指数型递减,输沙主要集中在0～12 cm高度内;(4)风速大小与沙障阻沙率呈现负相关变化;阻沙率与孔隙度之间也呈负相关关系,孔隙度为40%的联合沙障具有较高阻沙率;双排高立式尼龙网阻沙措施与草方格固沙措施联合之间还存在阻沙率叠加。[结论] 40%孔隙度的双排高立式尼龙网和草方格的阻固联合可以实现较优的配置与防沙效益。     

北京市永定河河滩流动沙地风沙活动分析

风蚀是塑造地貌景观格局的基本过程之一,也是土地荒漠化的一个过程。在永定河河滩流动沙地风沙活动季节进行试验观测,选择河滩流动沙地以及周边稀疏草地为研究材料,通过对试验样地的风沙流活动、粗糙度、沙丘运移等进行了定位与半定位试验观测,并对流动沙地以及周边稀疏荒草地的风沙流活动特点和影响因子进行了分析。     

固定裸沙地粗糙度动力学特性的分析与研究

主要利用曲线拟合的方法,结合野外实测数据计算固定裸沙地的粗糙度,对计算出的粗糙度和风速进行回归分析和方差分析,由此对粗糙度的动力学特性进行分析与研究,结果表明:在下垫面不发生改变的情况下,空气动力学粗糙度与风速的增长呈负相关关系,即粗糙度具有动力学特性。但是由于两者相关程度并不显著,因此在实际工作中可以忽略风速对粗糙度的影响。     

新疆策勒县固定沙地骆驼刺带状平茬对地表蚀积变化的影响

[目的]在对新疆策勒绿洲—沙漠过渡带绿洲边缘的固定沙地风蚀风积变化研究基础上,结合地表风速变化分析,探讨骆驼刺带状平茬和地形等对地表蚀积变化影响及其规律。[方法]采用插钎法、地形测量法、风速野外观测等方法。[结果]春季骆驼刺平茬初期,由于地表植被覆盖度大量减少,平茬带和保留带内地表主要以风蚀为主。夏季随着植被覆盖度的增加,地表主要以风积为主,地势较低、植被稀疏地表以轻微风蚀为主,秋季地表植被盖度基本保持最大和稳定,同时风力的减弱明显地减少了地表的风蚀量和风积量,地表主要以风积为主。[结论]春季骆驼刺带状平茬4m保留3m宽度利用方式不能有效地抵御地表风蚀危害,而夏秋季具有较好的防护效益。     

Estimation of Sand Transportation Rate for Fixed and Semi- Fixed Dunes Using Meteorological Wind Data

Taibus County, Inner Mongolia, China, lies in a farming-pastoral ecotone, where severe wind erosion and various aeolian sand hazards are prevalent and fixed and semi-fixed sand dunes occur frequently. This study was conducted to investigate the relationships between sand transportation rate and wind speed for the fixed and semi-fixed sand dunes based on field measurements. The annual quantity of soil erosion by wind was estimated using meteorological wind data. The results indicated that the sand transportation rate in Taibus County in 2000 was 57.38 kg cm-1 year-1 for the semi-fixed dunes and 4.56 kg cm-1 year-1 for the fixed dunes. The total duration of erosive winds covered 12.5% of the time of the year, and spring posed the highest potential of sand transportation. Wind with low speed (≤ 17 m s-1) and high frequency plays a dominant role in sand transportation, while strong wind (≥ 17 m s-1) with low frequency significantly enhanced the sand transportation. Erosive wind speed, directions, and frequency were three crucial dynamic factors influencing sand hazards in the farming-pastoral ecotone. The dominant factors intensifying sand and dust storms in Taibus County might be related to the favorable wind condition in combination with the durable drought, which led to land desertification and vegetation degradation.     

用气象数据估算固定和半固定沙地的起沙速率

Taibus County, Inner Mongolia, China, lies in a farming-pastoral ecotone, where severe wind erosion and various aeolian sand hazards are prevalent and fixed and semi-fixed sand dunes occur frequently. This study was conducted to investigate the relationships between sand transportation rate and wind speed for the fixed and semi-fixed sand dunes based on field measurements. The annual quantity of soil erosion by wind was estimated using meteorological wind data. The results indicated that the sand transportation rate in Taibus County in 2000 was 57.38 kg cm-1 year-1 for the semi-fixed dunes and 4.56 kg cm-1 year-1 for the fixed dunes. The total duration of erosive winds covered 12.5% of the time of the year, and spring posed the highest potential of sand transportation. Wind with low speed (≤17 m s-1) and high frequency plays a dominant role in sand transportation, while strong wind (≥17 m s-1) with low frequency significantly enhanced the sand transportation. Erosive wind speed, directions, and frequency were three crucial dynamic factors influencing sand hazards in the farming-pastoral ecotone. The dominant factors intensifying sand and dust storms in Taibus County might be related to the favorable wind condition in combination with the durable drought, which led to land desertification and vegetation degradation.     

新疆策勒不同类型流动和半流动沙丘运移规律

通过对新疆策勒流动沙丘地、半流动沙丘地、砾质戈壁不同类型流动沙丘进行观测,研究了不同下垫面不同类型流动沙丘年运移速度、方向及其规律,为沙丘运移规律及保护绿洲生态安全提供理论依据。结果表明:沙漠—绿洲过渡带流动和半流动沙丘年平均前移距离为4.76~12.92m,半流动沙丘比流动沙丘前移速度明显减小,沙丘移动方向为东南东(99.82°—115.48°)。砾质戈壁2 m高新月形流动沙丘年移动距离为9.37 m,年移动方向为东南东(105.1°)。0.9m高盾状沙丘年运移距离19.15m,移动方向为东南东(93.77°),流动沙丘移动方向与年合成输沙势方向东南东(108°)基本一致,沙丘高度与运移速度呈二次函数反比关系。如果不采取有效的防沙措施,流动沙丘将会对策勒绿洲产生潜在的入侵威胁。     

中国陕西省北部地区沙丘运动评估

对中国陕西省北部地区的榆林和靖边地区沙丘运动进行了评估。结果表明榆林和靖边地区总移动沙堆分别达24．433和21．147t。平均沙丘移动速率分别为4．61m和3．99m，而每月沙丘在榆林和靖边分别前进1．152m和0．997m。受影响最大的月份是6月份，接下来的是7—9月份。沙丘运动依赖于风速、沙丘高度、沙丘长度以及坡度。研究表明开垦地与沙丘方向相交时，受到极大影响，而与沙丘平行时，不受影响。     

沙地固定过程不同阶段优势植物种生态特性的比较研究

流动沙地、半固定沙地、固定沙地是沙地固定过程几个明显的阶段，每一阶段发育着典型的群落类型，沙米(Agriophyllum squarrosum)、差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)、隐子草(Cleistogenes squarrosa)分别是流动沙地、半固定沙地、固定沙地上群落的优势种。沙米种子圆而扁平的形态．种子萌发后胚根的快速伸长。是其适应流动沙地风沙环境的主要特征。沙埋促进生长，生长对水分条件的快速反应以及全季生长型特征是差巴嘎蒿在半固定沙地繁茂生长的主要原因。而隐子草则以增加根系生物量投入比例、须根系形态及其分布的浅表化来适应固定沙地的旱化土壤水分条件。     

Application of an electronic micropenetrometer to assess mechanical stability of biological soil crusts

An in situ determination of biological soil‐crust stability was carried out in two study sites along a sharp rainfall gradient. Penetration resistance (PR) of the crusts was measured using a newly developed light‐weight needle‐type electronic micropenetrometer. The depth‐related PR data revealed two sections possessing different structures and stability. The topcrust (0–2 mm) had significantly higher amounts of N, organic C, carbonates, and salts as compared to the underlain subcrust. The mean PR of the topcrust was 0.68 MPa for the southern study site, Nizzana‐South (≈ 100 mm annual rainfall), and it increased significantly for the northern study site, Nizzana‐69 (≈ 170 mm annual rainfall), with a mean of 1.11 MPa. A subcrust (2–30 mm) was identified that was characterized by a high amount of carbonates and a PR > 2 MPa. The electronic micropenetrometer system is a promising device for identifying areas of changing crust stability in relation to biological soil‐crust properties. The overall stability of biological soil crusts depends on the topcrust and subcrust structure. This structure is linked to abiotic and biotic factors and likely in relation to the amount of annual precipitation.     

土壤生物结皮在干旱半干旱地区退化生态系统恢复中的作用(英文)

 土壤生物结皮是由细菌、真菌、藻类、地衣和苔藓等形成的一种混合体,作为干旱半干旱地区生态系统的组成部分,它对生态系统镶嵌格局和生态过程有不可忽视的影响;同时,土壤生物结皮通过影响局部水分条件,可以起到稳定土壤表层、减少土壤侵蚀、增加土壤氮养分的作用:因此,土壤生物结皮能够为土壤表层提供一种天然保护的作用,对干旱半干旱地区退化生态系统的恢复具有非常重要的作用。     

青海湖沙地人工治理沙丘的风速廓线变化特征

对青海湖湖东沙地麦草方格沙障结合沙棘实生苗的人工治理沙丘进行风速廓线及其风沙防护效益研究,结果表明,人工治理措施明显降低了沙丘各部位的近地层风速,增强了高层风速。与流动沙丘相比,垂向风速增加率的差异使人工治理沙丘不同部位的超越高度值出现“坡脚 > 坡中 > 丘顶”的规律。风速垂向气流的变异导致不同高度层的防风固沙效果不同,低层风沙防护效益显著高于中、高层。同时结合坡度,植被盖度等因子,分析了影响风速廓线的变化原因,从而为青海湖沙地人工治理效果进行评估与初步指导。     

风力机运行对稀相颗粒输运特性的影响

风力机的运行环境复杂多样,海上盐雾、雨滴、沙尘等(体积分数小于10-6)的稀相颗粒流场是当前海、陆风力机经常面临的工作环境,然而风力机运行对稀相颗粒输运特性的影响尚不明晰.该研究采用风洞试验的方法,研究风力机对稀相颗粒输运特性的影响规律.该试验中,风为载流体,沙粒作为惯性颗粒,分别测量了0～100、>100～200、>...     

唐山市迁安三里河流域沙丘区风蚀因子研究

就河北省迁安市三里河流域大魏庄与白沙坡之间沙化土地,确定与研究该区风蚀气候因子和侵蚀性风能,提出相应治理对策,它将有利于该区的土壤改良、涵养水源、防止沙化扩张,以及对减轻春季沙尘暴的危害具有实际指导意义。