低覆盖度羽翼袋沙障防风积沙效应的风洞试验

羽翼袋沙障是按照底袋固定流沙和袋上的羽翼片在风中波动削弱风速而设计出来的组合沙障,已获得专利授权。本试验针对羽翼袋沙障,在4种风速条件下,模拟了风速流场和阻沙固沙效果。结果表明：（1）与袋状沙障（对照）相比,羽翼袋沙障防风效果平均增加了48%,且风速越大降低风速效果越明显,说明羽翼片的波动能够显著消弱风速。（2）与对照相比,羽翼袋沙障的输沙量分别降低81.44%（翼高10 cm）、88.92%（翼高20 cm）。（3）同样是直径10 cm的袋,翼高20 cm的羽翼袋沙障风蚀量比翼高10 cm的降低风速13.6%,减少风蚀量19%。羽翼袋沙障具备固沙与削弱风速的作用,显著提高沙障的防风固沙效果,为防沙治沙开拓了新途径。     

粘土沙障及麦草沙障合理间距的调查研究

确定机械沙障障间距的基本原理是障间风蚀沙量等于积沙量。障间凹曲面面积与障间距及沙面坡度之间存在着显著的回归关系,运用这种回归关系就可以建立障间风蚀沙量等于积沙量的等式方程。在民勤沙区取样分别建立粘土沙障和麦草沙障的风蚀沙量等于积沙量的等式方程,计算出沙面坡度0°~8°和0°~10°的粘土沙障和麦草沙障间距分别是253.1~185.9 cm和261.4~155.0 cm;粘土沙障高度应为适宜高度范围内的最小值;粘土沙障在障高为15 cm、沙面坡度>8°时障间没有风蚀。麦草沙障在坡度>10°时障间没有风蚀;15 cm高的粘土沙障和固沙有效高度13 cm的麦草沙障的最小间距分别是185.9 cm和155.0 cm;若需要在固定就地沙面的基础上接纳外来流沙或者需要风蚀部分就地沙粒时,可将接纳沙量或风蚀沙量的平均厚度作为参数之一计算障间距;按照风蚀沙量≤积沙量的障间距设置的沙障,其方格形式只适合在害风方向多变的地段设置。     

浑善达克沙地黄柳活沙障防风固沙效益的研究

通过研究浑善达克沙地流动沙地上黄柳活沙障的防风固沙效益,对设置3 a后的不同类型的活沙障进行测定和分析,得出如下结论:沙障设置3 a后,沙地趋于固定,障内植物种类明显增多;设置黄柳活沙障的区域内下垫面粗糙度显著增大,风速明显减弱,而且黄柳网格沙障降低风速的能力较带状沙障强,其顺序为:4 m×4 m黄柳网格沙障>6 m×6 m黄柳网格沙障>间距4 m的黄柳带状沙障>间距6 m的黄柳带状沙障﹥流沙;当旷野平均风速为7.86 m·s-1时,只有流沙和间距6 m的黄柳带状沙障起沙,其他几类活沙障内均不起沙。     

半隐蔽格状沙障的综合防护效益观测研究

半隐蔽格状沙障,特别是麦草和碾压芦苇方格沙障,是近地风沙流边界层防止风沙危害的一种经济实用、功能独特、效果显著而应用最为广泛的固沙措施。它增大了下垫面的粗糙度,明显降低了底层风速,进而减弱了输沙强度,使流沙表面得以稳定。在格状边框内,由于气流的涡旋作用,使格内原始沙面充分蚀积最后达到平衡状态,即稳定的凹曲面形成。这种有规则排列的凹曲面,对不饱和风沙流具一种升力效应,而形成沙物质的非堆积搬运条件,这是格状沙障作用的关键。试验证明1m×1m,1.5m×1.5m和2m×2m草方格防沙效果都是显著的,0.5m×0.5m的方格不仅费工费料,而且防风固沙效果很不理想,并很快地被沙堤失去防护功能。同一规格的格状沙障往往由于设置的地形部位不同,其防护作用可能产生很大的差异。因此,应该根据一个地区的风沙流场性质和沙障功能综合评价半隐蔽沙障防护效益。     

附面层位移厚度对沙障防风效益评价的适用性研究——以聚乳酸（PLA）沙障为例

地表粗糙度作为风蚀防护中常用的传统指标,在防护林、沙障等工程措施的防护效益评价中发挥了重要作用。但在实际应用中发现,地表粗糙度存在不完全准确的现象。针对这一问题,引入新的参考指标附面层位移厚度,借助风洞模拟实验的方法,通过测定不同边长聚乳酸沙袋沙障中的风速频数、拟合风速流场、计算防风效能等来验证地表粗糙度和附面层位移厚度这2个指标的准确性。结果表明：随着聚乳酸沙袋沙障障格边长的增大,平均风速呈现出上升的趋势,其中障格边长为1.5 m和2.0 m沙障内的平均风速分别是1.0 m沙障的1.13和1.24倍;防风效能则呈现出下降的趋势,其中障格边长为1.0 m沙障内各处均大于0.6,1.5 m沙障内各处均大于0.5,2.0 m沙障内各处均大于0.4;风速流场高速区的面积呈现出增大的趋势。这表明随着沙障障格边长的增大,沙障的防护作用逐渐下降。与此同时,随着沙障障格边长的增大,附面层位移厚度呈现出减小的趋势,而地表粗糙度则呈现出先减小后增大的趋势。综上,附面层位移厚度在评价沙障防护作用时的准确性更高,可作为新的补充参考指标。     

直压立式纱网沙障对近地表输沙量及风速的影响

评价直压立式纱网沙障对流动沙地的固沙效果是其应用的前提。采用阶梯式集沙仪和HOBO风速仪野外测定了纱网沙障的输沙量及风速变化。结果表明:与对照相比,设置纱网沙障后,0~10 cm或0~20 cm高度范围内,带宽2、3、4、5 m带状沙障输沙量分别降低91.4%或89.7%、97.0%或96.4%、98.1%或96.7%、85.9%或84.2%;而2 m×2 m、3 m×3 m、 4 m×4 m、5 m×5 m网格沙障输沙量分别降低92.1%或91.2%、70.4%或65.6%、65.3%或65.2%、39.9%或30.0%。与对照相比,10、30、50 cm高度,带宽2、3、4 m带状沙障平均降低风速分别为26.7%、17.3%、11.8%,2 m×2 m、3 m×3 m、4 m×4 m、5 m×5 m网格沙障平均降低风速分别为55.3%、30.4%、23.0%。综合考虑,设置带宽3~4 m带状或网格纱网沙障能够满足工程固沙减少风沙危害的需求。     

沙障对流沙地植被和土壤养分的影响

机械沙障是风沙防治的重要工程措施。以设置在腾格里沙漠东南缘的沙坡头和吊坡梁不同年份的高密度聚乙烯(HDPE)沙障和麦草沙障为研究对象,分析沙障对植被生长和土壤养分的影响。结果表明:2012年和2010年布设的HDPE沙障中植被的物种数大于同期草方格沙障中的物种数;两种沙障内植被的物种多样性指数较低,且随沙障布设时间增加而增高,同期布设的HDPE沙障比草方格沙障的多样性指数高。沙障使土壤pH值总体呈降低的趋势,草方格沙障内的土壤pH值低于HDPE沙障内的土壤pH值;沙障内表层土壤(0~5 cm)的全氮、有机碳、速效钾、速效磷含量高于裸沙表层,呈增加的趋势,两种沙障间的表层土壤养分含量差异不显著。     

高密度聚乙烯(HDPE)蜂巢式沙障对土壤水分的影响

先以机械沙障固沙、再进行生物固沙,是常见的治沙模式。近年来传统材料沙障与新型材料沙障的固沙效果差异一直引人关注。用中子水分仪分别测定流沙、高密度聚乙烯（HDPE）蜂巢式沙障和半隐蔽草方格沙障内的土壤含水量,通过对比流沙和两种机械沙障铺设下的土壤含水量、土壤蓄水量对降雨的响应关系以及在植物不同生长时期下的不同土层土壤含水量变化,评价其固沙效果。结果表明：（1）两种机械沙障对土壤水分都有较好的蓄积效果,且HDPE蜂巢式沙障蓄水量高于草方格沙障（P < 0.001）;（2）在较长的干旱时间里,草方格沙障的土壤蓄水量变化比新型HDPE蜂巢式沙障滞后;（3） HDPE蜂巢式沙障和草方格沙障都有较好的保水效果,但HDPE蜂巢式沙障因高度持久的优势,保水效果更高;（4） HDPE蜂巢式沙障60~110 cm土层的土壤含水量明显高于草方格沙障土壤含水量且固沙时间越长效果越明显,从铺设中期开始HDPE蜂巢式沙障60~110 cm土层土壤含水量为7%的情况连续出现,有时部分土层会出现土壤含水量在8%以上的情况;（5） HDPE蜂巢式沙障对植物个体生长的间接作用比草方格沙障大。     

机械沙障组合对土壤含水量及温度的影响

工程治沙技术的应用日益广泛,机械沙障是最早应用于防治风沙危害的工程措施之一,然而对于机械沙障如何影响沙土物理性质的研究较少。利用中子水分仪和温度计,对宁夏沙坡头地区两种机械沙障组合（直立式沙障+平铺式沙障）下不同土层的土壤含水量和温度进行测定分析,以未铺设沙障的裸沙为对照,为揭示工程固沙措施间接防风固沙机理提供科学依据。结果表明：机械沙障布设初期,直立式沙障加平铺式双层网明显提高了土壤温度,但随着布设时间的推移逐渐趋于稳定;机械沙障直接影响着土壤水分的再分配,不同机械沙障组合对土壤水分的再分配有着不同的影响,且有一定的蓄水保水作用。     

沙障成林的固沙工程及生态效益研究

温带亚湿润地区的流动沙地具有特殊的水分状况。某些风口地段的流动沙丘，植树难以成活，但利用活体杨树枝条扦插沙障，可以成活为林，是一项机械固沙与生物固沙相统一的治沙工程。沙障成林后，生态效益明显：春季大风日，林内风速削减１５％～４１．５％，夏季林内温度降低１～３℃，空气湿度增加１１％～２２％；林下土壤稳定发育，表土层粘粒增加５％～１０％，土壤有机质增加１％，土壤结构形成；沙丘植被逐渐演替，由裸沙地→沙蒿（Ａｒｔｅｍｉｓｉａｄｅｓｅｒｔｏｒｕｍ）＋沙蓬（Ａｇｒｉｏ－ｐｈｙｌｕｍｅｒｅｎａｒｉｕｍ）→沙地萎陵菜（ｐｏｔｅｎｔｉｌａｆｉｌｉｐｅｎｄｕｌａ）＋燕麦芨芨草（Ａｃｈｎａｔｈｅｒｕｍａｖｉｎｏｉｄｅｓ）→贝加尔针茅（Ｓｔｉｐａｂａｉｃａｌｅｎｓｉｓ）＋沙地萎陵菜、苔藓，使整个沙丘形成稳定的林草系统，并成为风口地段的防风屏障，改善了周边的生态环境     

塔克拉玛干沙漠中部地区两类半隐蔽格状沙障内部沉积粒度特征浅析

选取塔克拉玛干沙漠石油公路K286处尼龙网方格和塔中作业区气井附近水泥方格两种不同材料的半隐蔽格状沙障沙样进行粒度组成分析,分析内容包括平均粒径、标准偏差、偏度、峰度、平均粒径与标准偏差散点图和代表性样品累积概率曲线图。结果表明,尼龙网方格中心沉积颗粒未必最细,水泥方格中心部位沉积颗粒最细,其原因与方格内的流场有关。散点图显示,水泥方格中心处沉积粒度区间与方格其他位置差别最大。累积概率曲线表明,跃移组分与蠕移组分之间的截点差别最大,即动力作用复杂,同时说明风力对粗沙粒沉积过程作用不明显;悬移组分与跃移组分之间截点在不同位置差别最小,表明在一定粒径范围内的粒径大小对动力作用的响应是非常明显的。     

生物模块沙障对流动沙丘土壤微生物分布的影响

生物模块沙障是一种新型沙袋沙障,同时具备防风固沙、局部土壤改良和植被建植功能.区别于其他沙袋沙障,生物模块沙障外包装为黄麻纤维,内部除填充风沙土外,还添加了玉米芯和羊粪.为了解生物模块沙障的局部土壤改良功能,从土壤微生物角度出发,测定和研究了生物模块沙障内部及周围土壤空间内细菌、真菌、放线菌数量分布情况.结果表明:生物模块沙障内部土壤细菌、真菌、放线菌数量及三者总数量分别达到了2.41×10⁷ cfu·g^-1、4.51×10⁷ cfu·g^-1、1.19×10⁷ cfu·g^-1及8.11×10⁷ cfu·g^-1,而对照仅分别为1.56×10⁶ cfu·g^-1、3.01×10⁶ cfu·g^-1、1.26×10⁶ cfu·g^-1及5.83×10⁶ cfu·g^-1;生物模块沙障内部3种微生物及三者总数量均高于其覆盖的下方土层,下方各土层3种微生物数量均显著高于未设置沙障区;在生物模块沙障迎风侧50 cm至背风侧50 cm区域,3种微生物总数量大小顺序为沙障放置处 > 沙障背风侧20 cm处 > 沙障迎风侧20 cm处 > 沙障背风侧50 cm处 > 沙障迎风侧50 cm处,在此防护区内土壤细菌、真菌及放线菌数量平均值分别是流动沙丘的19.56、24.47、8.39倍.生物模块沙障设置5年后,其内部3种微生物数量显著高于周围土壤,说明生物模块沙障对周围土壤微生物的影响依然存在潜力.     

污泥沙障对流动沙区植被恢复的作用

利用城市生活污水处理厂脱水污泥制成成本低、吸水保湿性强和环境友好的污泥方格沙障、沙面上污泥平板沙障和沙面下污泥平板沙障,用于帮助恢复生态极端恶劣的流动沙区植被。调查撒播黄蒿（Artemisia scopara ）种子后试验区沙丘植物的种类、覆盖度、生长状况等植被恢复指标。结果表明：污泥沙障处理下,人工播种的黄蒿、天然的沙米（Agriophyllum squarrosum ）盖度、高度（除沙米）和生物量均显著高于裸沙区（对照）（p <0.05）,雾滨藜（Bassia dasyphylla ）、碱蓬（Suaeda glauca ）和猪毛菜（Salsola ollina ）的盖度、高度、多度、生物量（除雾滨藜）均高于对照;污泥方格沙障区的植物物种丰富度最高,沙面上污泥平板沙障区次之,沙面下污泥平板沙障及对照区较小;Shannon-Wiener多样性指数和Simpson多样性指数均为污泥方格沙障>沙面上污泥平板沙障>沙面下污泥平板沙障>对照;Pielou均匀度指数为污泥方格沙障>沙面下污泥平板沙障>沙面上污泥平板沙障>对照。综合考虑混合污泥成本、用量、植被恢复效果等诸因素,我们推荐采取污泥方格沙障治沙措施,使其在沙地植被恢复工作中发挥作用。     

包兰线中甘段麦草沙障固沙区沙结皮的研究

包兰铁路中卫至甘塘段麦草沙障与植物固沙结合治理区的沙地地表结皮起到稳定沙面, 减弱风沙流作用。本文对沙结皮形成条件, 理化性质进行调查和分析。     

塔里木沙漠公路不同地貌部位的高立式沙障阻沙特征

对塔里木沙漠公路不同地貌部位的高立式沙障的阻沙效果分析表明:垄间平地路段高立式沙障可以在2～3年内有效阻止防沙体系外的沙子进入体系内,不但能有效阻止体系外风沙流进入体系内,而且降低了体系外沙丘移入体系内的速度;垄体、垭口和过渡区路段的高立式沙障,仅在短时间内有效阻止体系外风沙流进入体系内,不能使体系外沙丘移入体系内的速度降低;垄间新月型沙丘(链)路段的高立式沙障能明显降低体系外沙丘移入体系内的速度,使体系外沙丘遇高立式沙障后顺高立式沙障方向移动,但最终能越过高立式沙障进入体系内;在垄间线形沙丘分布路段,丘体附近的高立式沙障在2～3年内既被埋没,其他地段的高立式沙障设置4～5年后才能被埋没.     

尼龙网方格沙障风沙流携沙粒度的空间分异特征

为了探究塔克拉玛干沙漠腹地尼龙网方格沙障对风沙流携沙粒度的空间分异作用,于2015年4-6月,选取裸沙地和尼龙网2种下垫面,利用方口集沙仪和全方位集沙仪分别收集风沙流中垂直高度层中2~100 cm和16个方位的输沙量,利用BT-2001激光粒度分布仪对沙样进行粒度组成分析。结果表明：沙粒的粒度频率曲线形态表现为单峰分布特征,与下垫面沙粒组成有关。在垂直方向上,沙粒的平均粒径在L1（裸沙地）、L2（沙障前部）处随着高度的增加沙粒平均粒径减小,L3（沙障中部）处平均粒径先增加后趋于稳定;风沙流进入沙障后,分选性变差,偏度增大,峰度减小;L1和L2处沙粒随平均粒径的减小,分选性变差、细尾越来越明显、沙粒粒径分布范围变窄,且L1处分选系数、峰度和偏度与沙粒平均粒径在双变量图上的变化率大于L2处。在水平方位上,沙粒的平均粒径在T1（裸沙地）-T2（沙障前部）-T3（沙障中部）的过程中先增后减,在T2处,分选性最好,偏度系数和峰度最小;3个观测点的粒度参数与平均粒径没有明显的相关关系。     

库布齐沙漠北缘不同作物秸秆平铺式沙障的防风效能

本研究以七星湖沙漠风景区沙丘上的芦苇秸秆、向日葵秸秆和玉米秸秆平铺式沙障为研究对象,通过测定各沙障障格内以及裸沙丘近地表不同高度处的风速,对比研究了各沙障的防风效益。结果表明,①3种沙障在10 cm高度处均具有明显的防风效能,且随着高度的增加,防风效能减小,从10 cm到100 cm高度,3种沙障的防风效能平均降幅达63%。②在沙丘迎风坡,芦苇秸秆沙障的防风效能和地表粗糙度分别是向日葵秸秆沙障的1.36倍和2.34倍,是玉米秸秆沙障的1.76倍和1.88倍;在沙丘坡顶和背风坡,玉米秸秆沙障的防风效能及地表粗糙度均显著高于另外两者（P<0.01）。③3种沙障的风速廓线均呈现出一种类似于“S”型的变化特征,而作为对照的裸沙丘风速廓线则服从典型指数函数分布。     

毛乌素沙地沙障环境下的沙丘迎风坡植被及土壤养分变化

沙障在固定流沙、促进植被恢复和改良土壤等生态建设方面起着重要作用。对毛乌素沙地设置沙柳（Salix psammophila）沙障6、8、10、11、12年的沙丘迎风坡（裸露沙丘地作为对照）开展了植被调查和土壤养分测试分析。结果显示：设障8年后的沙丘迎风坡0—30 cm深度内的土壤有机质、全氮含量显著（P<0.05）高于流动沙丘,且设障10—11年沙丘迎风坡植被盖度、0—80 cm深度内土壤有机质和全氮含量达到最大,但全磷和全钾含量无明显的变化,所有样地间和3个深度层间的全磷、全钾含量均无显著性差异;植被总盖度、0—80 cm深度内土壤有机质含量及全氮含量相互之间存在极显著线性正相关关系（P<0.01）,而且土壤pH值随有机质含量增加而线性降低。沙柳沙障固沙地的植被盖度、土壤有机质和全氮相互之间存在趋同性,且布设10年的沙障土壤改良和植被恢复成效达到最大,之后表现出下降趋势。据此建议活体沙柳沙障在维持其固沙功效的前提下以10年为限需进行平茬处理。     

中国沙障研究进展与热点分析：基于Vosviewer和Citespace的图谱量化分析

基于Vosviewer和Citespace的图谱量化分析,选取1980—2020年以中国知网（CNKI）、万方数据、维普资讯为数据源的1 462篇关于中国沙障研究的文献,以及2000年后发表在外文期刊上的关于沙障的高被引文章50篇为样本,统计并绘制文献产出量变化、关键词共现、作者合作共现、机构合作以及突变和时区变化图谱等,厘清中国沙障研究的现状及挖掘热点问题。结果表明：中国沙障研究文献产出量可分为4个阶段：1980—1990年处于起步阶段、1990—2000年处于发展阶段、2000—2010年处于迅猛发展趋势、2010—2020年处于高平稳发展趋势;关键词共现主要在沙漠治理、植物固沙、乌兰布和沙漠和库布齐沙漠、风洞和数值模拟、沙障自动铺设机;作者和机构之间的合作表现为整体分散、部分集中的形式,缺乏成员、组织之间的相互交流和合作;突变分析表明,2013年后,中国沙障的研究热点为水土保持、植被恢复、数值模拟、风速流场、输沙量、防沙治沙措施以及防沙治沙政策的制定,以上热点也必将是未来一段时间的热点问题。展望未来,尽管中国荒漠化总体趋势有所遏制,但荒漠化治理依然任重道远。