风蚀坑土壤风蚀控制与植被恢复技术

针对浑善达克沙地固定沙丘活化形成的风蚀坑问题,采取工程固沙和植物治沙技术,重建风蚀坑植被。结果表明:采用不同材料、不同规格沙障,当年风蚀坑风蚀得到控制,植被盖度平均达到14.7%;3年后风蚀坑内植被覆盖率平均为35%～65%,并且植物种组成和物种丰富度随治理年限的延长而增加,促进风蚀坑植物种趋于正向演替过程,巩固了治沙成果。     

乌兰布和沙区不同下垫面的土壤风蚀特征

【目的】研究荒漠生态系统典型植被群落对近地层风沙活动的影响,揭示荒漠生态系统中不同下垫面条件的土壤风蚀特征。【方法】在乌兰布和沙区东北缘荒漠-绿洲过渡带内,选取油蒿半固定沙丘(盖度约20%)、白刺半固定沙丘(盖度约30%)、油蒿固定沙丘(盖度约40%)、白刺固定沙丘(盖度约40%)、流动沙丘(CK)5种典型下垫面,运用风蚀钎和风沙流采集系统,实时监测5种下垫面的风蚀动态,定量分析不同下垫面条件下的土壤风蚀量、风蚀物的垂向分布及粒度组成的差异性。【结果】乌兰布和沙区不同下垫面同期土壤风蚀深度为:流动沙丘油蒿半固定沙丘白刺半固定沙丘油蒿固定沙丘白刺固定沙丘,当风速达到4.1 m·s~(-1)时,流动沙丘即可观察到沙粒蠕动,当风速达5.1 m·s~(-1)时积沙仪可收集到风蚀物。油蒿半固定沙丘、白刺半固定沙丘、油蒿固定沙丘、白刺固定沙丘的风速分别达到6.3,6.5,6.8,7.9 m·s~(-1)时方可发生风蚀;5种下垫面0~100 cm垂直断面上,67.6%~90.0%的风蚀输沙均分布于30 cm高度范围之内,挟沙气流中输沙率随高度增加呈幂函数规律递减,随风速增大呈幂函数规律递增,各高度层风蚀物粒度组成呈单峰态分布,峰值处在250~100μm之间,0~20 cm高度层峰值与其余各层的峰值范围差异明显且偏向粒径趋大的方向;自下而上,极细沙的粒度构成比例呈递增趋势,中沙的粒度构成比例呈递减趋势。【结论】随着植被盖度的增加,土壤风蚀程度显著减轻,流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘年风蚀深度依次降低。盖度为40%的油蒿、白刺群落,其地表风蚀深度仅为流动沙丘同期风蚀深度的1.73%~1.52%,0~100 cm高度范围内的输沙率仅为流动沙丘输沙率的6.6%~5.1%。在荒漠生态系统中,植物群落主要通过覆盖地表、提高下垫面的粗糙度和拦截沙粒的运动来缓解气流对地表的侵蚀作用。因此,在防沙治沙工程实施过程中,要充分考虑和利用植被防风抗蚀的生态效应。     

天然樟子松林内沙地风蚀区直播生物沙障治沙效果

在呼伦贝尔鄂温克旗锡尼河东苏木境内天然樟子松林内风蚀区,采用雨季直播杨柴生物复合沙障固沙,2年后植被取得良好恢复,并促进了沙地樟子松的天然更新,风蚀坑内杨柴高度达到46.3 cm,植被盖度为27%;平缓流动沙地杨柴高度达到62.7 cm,植被盖度为37%。另外,在风蚀坑内,不论是杨柴还是天然草本植物,都是坡中部的密度最大,长势最好;风蚀坑阳坡植被恢复好于阴坡。     

直压立式PE纱网沙障土壤种子库特征研究

流动沙地铺设沙障后土壤种子库变化对自然植被恢复评价和有效预测生态恢复进程具有重要作用。采用野外取样和温室内发芽测定方法,研究了浑善达克沙地固定沙丘活化风蚀坑铺设不同规格纱网沙障后,0～5 cm土层深度内土壤种子库的变化特征。结果表明,4 m×4 m网格沙障内土壤种子库为每平方米547.20粒,分别比4 m带状和6 m带状沙障增加143.00粒和288.90粒。网格沙障内积沙部位土壤种子库为每平方米718.75粒,风蚀部位为每平方米350.00粒。在4 m带状沙障前段位置土壤种子库为每平方米412.50粒,中段位置土壤种子库为每平方米645.80粒,沙障后段位置土壤种子库每平方米只有154.20粒。铺设沙障后,沙化草地土壤种子库为每平方米675.00粒,比平缓风蚀坑内土壤种子库高70.00%。直压立式PE纱网沙障对土壤种子具有明显的拦截作用,其中4 m×4 m网格沙障对土壤种子的拦截效果最好。     

呼伦贝尔沙地风蚀坑综合治理技术研究

在呼伦贝尔沙地鄂温克旗锡泥河东苏木亚日盖嘎查草原风蚀坑,根据本地区沙障材料成本实际情况,结合风蚀坑面积大、坡度大、治理难度大的特点,采用草方格沙障的1m×1m网格设计,6月初雨季期间,沿着沙障边缘人工点播杨柴和沙打旺,播种量4kg/667m2,混播比例杨柴∶沙打旺为3∶1。采用草方格沙障与灌草混播综合治理技术治理风蚀坑能够取得明显固沙效果。造林2a后,植被盖度明显增加,土壤理化性质明显改善,土壤风蚀减少。     

纱网沙障对植被恢复的影响

既降低沙障成本又能有效控制风蚀过程是流动沙丘治理中急需解决的问题。本文利用PE抗老化纱网材料沙障并进行造林取得了预期效果。调查结果表明,纱网沙障设置区风蚀深度为6.52 cm,对照区为14.24 cm。不同规格的纱网沙障均在纱网两侧5.20~5.50 cm范围内积沙5.42 cm。沙障背风侧30 cm范围内栽植杨树平均成活率为95.35%、黄柳为96.62%,且没有风蚀危害。纱网沙障设置2年后,草本植被盖度平均提高到40%左右,风沙危害得到明显控制。     

浑善达克沙地固定沙丘活化风蚀坑治理技术

针对浑善达克沙地固定沙丘活化风蚀坑风沙危害特征,结合风蚀坑不同部位或立地条件,采取沙障+植物固沙技术、植苗造林和灌木直播、人工植被和天然植被恢复等"三结合"技术措施综合治理风蚀坑流动沙地。结果表明:采用带状或网格状PE纱网沙障、黄柳沙障、PLA沙障以及黄柳+PE纱网复合沙障,对风蚀积沙控制、植物种和植被盖度增加以及植被恢复具有良好效果。和未设置沙障相比,黄柳+PE纱网复合沙障减少风蚀效果最大,其次分别为纱网沙障、黄柳沙障、PLA沙障,且网格沙障好于带状沙障。黄柳+PE纱网复合沙障植被覆盖度由设置前的4. 67%平均增加到54. 61%,带状或网格黄柳沙障植被覆盖度分别增加到15. 88%或20. 09%,带状或网格纱网沙障植被覆盖度分别增加到15. 16%或26. 64%,带状或网格PLA沙障植被覆盖度分别增加到8. 1%或9. 62%。采用沙障+植物固沙技术,人工促进和天然植被恢复相结合能够在2～3年内控制风蚀坑风沙危害,重建固沙植被。     

青海湖湖东人工治理沙丘风沙流结构特征

采用SPSS软件定量分析青海湖湖东沙地人工治理沙丘风沙流结构中总输沙率与风速、不同高度处的输沙率与风速及不同风速下的输沙率与高度的关系,并比较人工治理沙丘和流动沙丘在风速相同和输沙率相近时的风沙流结构.结果表明:人工治理沙丘上总输沙率随风速的增大而增加,当风速大于11 m·s-1时,增加显著;0～2 cm高度层输沙率随风速增大变化规律不明显,有一定的偶然性及随机性,2～60 cm的29个高度层输沙率随风速增大而变大,但是简单的曲线拟合无法反映其变化规律;2种沙丘输沙率随高度的变化均呈指数规律递减,当风速相等时人工治理沙丘的输沙率较小,当输沙率相近时人工治理沙丘的风速大于流动沙丘且风沙流结构同流动沙丘有明显不同.     

活化风蚀坑沙障固沙技术及植被恢复

风蚀坑活化形成的流动沙地直接危害草场,使土地逐渐丧失生产力。结合风蚀坑内风速变化特征,采取风蚀坑及边坡、风蚀坑积沙区沙障固沙技术,恢复风蚀坑植被。结果表明:风蚀坑及边坡设置黄柳沙障3 a,植被覆盖率达到27.0%,植物种为7种;PE纱网沙障植被覆盖率为31.0%,植物种为11种;PLA沙障植被覆盖率达到15.6%,植物种为4种;黄柳+PE复合沙障植被覆盖率达到75.3%,植物种为6种,而对照植被覆盖率为1.6%,植物种2种。在风蚀坑积沙区,设置沙障3 a后,PE纱网沙障植物种达到10种,黄柳+PE沙障为8种,PLA沙障为4种,黄柳沙障6种,而对照为1种;植被覆盖率分别达到50.3%、50.7%、22.7%、40.0%,而对照为4.0%。采取网格或带状PE沙障,带状黄柳+带状PE沙障对风蚀坑植被恢复具有良好效果。     

不同几何形状纱网沙障输沙量风洞模拟实验研究

风蚀危害是影响流动沙丘造林成效的关键因素。我们在跟踪调查纱网沙障野外固沙造林良好成效的基础上,进行了不同几何形状纱网沙障输沙量风洞模拟实验研究。结果表明:不同几何形状及其开口方向的纱网沙障改变了地表风沙流结构,拦沙效果显著;当沙障开口朝背风方向时,输沙量随着距离地面高度增加而减少,而沙障开口朝迎风方向时,拦截地表风沙流效果较好,且输沙量随着距离地面高度增加而呈抛物线形变化规律,迎风半圆型沙障最大输沙量在距离地面26~28 cm高度,迎风月牙型沙障在距离地面20~22 cm高度,而未设置沙障最大输沙量在距离地面0~2 cm;在沙障迎风侧0.5H和背风侧0.5H~2H范围内均处于积沙状态,并且距离沙障越近积沙越厚,而在沙障迎风侧1.5H~2.5H范围则以风蚀状态为主,这种风蚀积沙变化为在纱网沙障背风侧3H范围内植树固沙造林提供了理论依据。     

黄河乌兰布和沙漠段巨菌草的固沙效果研究

巨菌草种植于黄河乌兰布和段低矮沙丘的迎风坡上,通过HOBO气象站和100 cm以及30 cm的集沙仪研究不同配置、不同风蚀年限巨菌草样地的风沙输移特征,结果表明:(1)巨菌草植株样地的输沙率在不同风速下为裸沙丘的0.38%~0.79%之间,留茬样地的输沙率在裸沙丘的1.8%~7.7%之间。近地表30 cm以下,植株风蚀1年样地和留茬风蚀1年、2年样地在不同风速下,输沙率随高度的变化分布符合幂函数(R~20.58)。当风速大于6.32 m/s时,植株风蚀2年样地的输沙率随高度符合二次函数变化规律(R~20.60)。(2)通过比较植株风蚀样地的风沙流结构,植株风蚀2年样地在沙丘表面4 cm高度以下的防护效果优于植株风蚀1年样地,在4~30 cm低于植株风蚀1年样地。4种不同配置的巨菌草在近地表0~30 cm高度内的平均固沙效果均保持在80%以上,固沙效果顺序为:植株风蚀1年样地植株风蚀2年样地留茬风蚀1年样地留茬风蚀2年样地。     

黑龙江省西部土壤风蚀风洞试验研究

针对黑龙江省西部地区2种主要易蚀土壤风沙土和黑钙土,对其风蚀过程中的主导因子对风沙流结构特征及风蚀量的影响特征进行风洞试验。结果表明:土壤风沙流多分布在30cm的高度范围内,风沙土与黑钙土风蚀量分别占总风沙量的99.80%和96.89%;在70cm高度范围内,风沙土风蚀量与高度的关系遵循多项式规律,黑钙土风蚀量与高度关系遵循对数函数规律关系;风沙土风蚀临界土壤含水量为2%,黑钙土风蚀临界含水量为6%,土壤含水量大于临界含水量时土壤风蚀会得到有效控制;相同风速下,2种土样的风蚀量均随含水量的增加而减小,风沙土呈负指函数关系,黑钙土呈二次函数关系。     

直压立式纱网沙障风洞试验研究

风蚀危害是影响流动沙丘造林成效的关键因素。在跟踪调查纱网沙障野外固沙造林良好成效的基础上,进行了纱网沙障固沙成效的风洞模拟试验。结果表明:设置带状纱网沙障后改变了地表风沙流结构,并对拦截地表风沙流具有显著的效果。在距离地表0~40cm高度范围内,沙障高度10、15和20cm时,其总输沙量分别为0.9、1.11和0.56g·cm~(-2)·min~(-1),而无沙障对照为4.47g·cm~(-2)·min~(-1)。在纱网沙障迎风侧2 H、1.5 H和1 H处的平均风蚀深度分别为0.47、0.4和0.2cm,在背风侧0.5H、1H、1.5 H、2 H和3 H处的平均积沙厚度分别为1.7、1.1、1.0、1.3和1.4cm。此外,由于沙障高度不同,沙障迎风及背风侧风速流场的变化特征不同,并在沙障背风侧近地表形成弱风区。其中,沙障高度10cm时,在设置沙障位置的上空10cm高度范围形成1个高风速涡旋;沙障高度15cm时,在沙障及沙障背风侧上空10cm高度范围形成3~4个高风速涡旋;沙障高度20cm时,在沙障位置及沙障背风侧上空10cm高度范围形成8~9个高风速涡旋,反映出纱网沙障具有随风摆动的特点,对空中气流的扰动作用强烈。     

北京市永定河沙地不同土地利用类型风蚀规律研究

选取北京市永定河沙地4种不同土地利用类型(耕地、林地、荒草地、河滩地)作为试验地,对不同下垫面的起沙风速、下垫粗糙度、输沙量、风沙流结构、土壤机械组成、土壤风蚀量进行研究。结果表明:1)不同利用类型起沙风速及粗糙度大小顺序为:林地>荒草地>耕地>稀疏荒草地>河滩地;2)不同下垫面在相同风速时的输沙量明显不同,近地面0～20cm随高度增加输沙率逐渐减少,不同下垫面的风沙流结构垂直分布明显不同;3)河滩地和稀疏荒草地的机械组成主要以细沙为主;耕地、林地、荒草地主要由细沙、极细沙以及粉沙组成。4)不同利用类型在相同时间内风蚀量与风积量不同;5)建议对区域风沙治理主要从两个方面进行:提高未利用地的植被覆盖度;改变农业耕作技术措施。     

免耕留茬控制风蚀机理

通过对四种不同高度、不同密度的向日葵留茬地的观测,发现:留茬高度越大、密度越大,对地表风速的降低和粗糙度的增大作用越明显,反之则越弱;茬高、密度大的留茬,控制风蚀作用也十分显著,反之,其作用弱,而在没有留茬时,风蚀加重,地表收集到的风蚀物含量增加。     

桉树人工林不同林冠高度小气候特征研究

对比分析了桉树人工林内不同高度位置的大气温度、空气湿度、水汽压、风速的变化特征,结果表明:林冠层以下日平均气温存在随高度增加而增加的辐射逆温现象;与林冠上方相比,空气相对湿度日均值雨季前(2—4月)较小,雨季(5月)以后较大,但变化幅度均较小;林冠层以下水汽压日均值较林冠上方大但变动幅度相对较小;林冠下风速明显小于林冠层以上风速,且林冠下风速层差异微小,风速相对林冠层以上较稳定,对风力有显著的削弱作用。     

黄柳杨柴混交林固定高大沙丘成效研究

从黄柳和杨柴生长状况、风蚀积沙特征、植物多样性和流动沙丘表面硬度变化等方面研究了生物机械复合沙障保护营造的黄柳杨柴混交林对高大流动沙丘生态修复作用的影响.结果表明:生物机械复合沙障材料黄柳和人工栽植的杨柴生长状况良好,生物机械复合沙障材料黄柳平均成活率为60.35％,沙障内栽植杨柴平均成活率为65.85％,4年生黄柳平均高度132.0 cm,杨柴平均高度99.2 cm;群落中植物种类由4～5种增加到7种,并且出现了多年生物种;混交林迎风面后积沙宽和林内地表风蚀深度都明显增大;沙面硬度值显著增大,还呈现出沿主风方向波浪型变化趋势.     

乌兰布和沙漠黄河段不同治理措施固沙效果研究

以乌兰布和沙漠沿黄段为研究区,研究了麦草沙障、沙柳沙障和梭梭林3种治理措施下风速廓线、粗糙度、风沙流结构及输沙率等指标的变化,以期筛选不同治理措施下防风固沙效果的优劣性,为进一步完善当地防沙护岸和防沙治沙工程提供一定理论依据。结果表明:梭梭林地和设置沙障后的近地表(0~30 cm)粗糙度较流动沙丘明显增加,风速明显降低,且沙障的风速廓线随高度均遵循对数分布规律。铺设沙障后或营造梭梭固沙林,输沙率相比流沙均有明显降低,相同风速下铺设沙柳沙障后输沙率为流沙的2.2%~38.2%,铺设麦草沙障后输沙率为流沙的13.3%~35.8%,梭梭林地输沙率为流沙的4.2%~27.6%。随风速的增加,流动沙丘风沙流结构特征值λ逐渐减小,麦草沙障风沙流结构特征值λ逐渐增大,沙柳沙障和梭梭林风沙流结构特征值λ呈现先减小后增加的规律。采取措施后下垫面均能很好地控制近地表的流沙活动。     

灌木林对地表风况及空气动力学参数影响的野外调查研究——以丰宁满族自治县小坝子乡为例

通过野外实地调查和定位观测,系统研究了灌木林盖度和高度对地表风况及空气动力学参数的影响。结果表明:风速轮廓线受灌木林覆盖度和高度的影响显著;风蚀率随灌木林覆盖度的减少呈指数增加,灌木林高度对土壤风蚀影响相对较小。空气动力学粗糙度及零风速平面位移高度均与灌木林覆盖度之间呈幂函数关系。灌木林高度对空气动力学粗糙度的影响不明显。     

低郁闭度乔灌混交林防风效果风洞试验研究

通过对均匀分布和行带式分布模式的风洞试验研究,得出2种分布的水平和垂直空间风速的变化存在差异。主要表现在：（1）2种分布模式形成风影区和风速加速区相互组合的复杂水平风速流场结构。均匀分布模式中产生＂狭管增速效益＂,出现了较大面积的三角形风速加速区,而行带式分布模式未形成风速加速区。（2）2种分布模式对风速的影响高度低于20 cm,20 cm以上的风速均为层流运动。均匀分布模式0.4-6cm高度的风速有一定变化,但风速运动方式仍为层流运动;行带式分布模式0.4-6 cm高度的风速变化较大,风速为湍流运动。2种模式末端的风速,行带式分布要低于均匀分布。因而,行带式分布模式乔灌混交林的防风效果高于均匀分布模式。