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。     

沙柳沙障的防风固沙效益研究

研究测定了1m×1m,1m×2m,2m×2m,2m×3m,2m×4m,2m×5m,3m×3m,3m×4m,4m×4m,4m×5m,3m×6m等11种规格沙柳沙障内的风沙活动过程和分布规律。结果说明,不同规格沙障内输沙率随着风速的变化其变化趋势不同,小规格沙障内输沙率与风速呈对数曲线关系,大规格沙障内输沙率与风速之间呈指数曲线关系。沙柳沙障中近地表0～4cm范围内,风沙流中的相对含沙量沙丘下部明显大于沙丘中部和上部,说明沙障导致了近地表风沙流结构发生变化。面积等于或小于1m2的沙障可以完全控制地表风蚀,当沙障面积增加到一定程度后,风蚀深度增加很快。不同规格沙障的防护效益,在大风条件下,小规格沙障的成本效益高于大规格的沙障;在小风情况下,大规格沙障的成本效益大于小规格沙障。     

聚乳酸（PLA）沙障凹曲面及沉积物粒度特征研究

在乌兰布和沙漠平坦沙地布设1 m×1 m 、1.5 m×1.5 m和2 m×2 m规格的聚乳酸(PLA)沙袋格状沙障,在风季后利用插钎法和激光衍射法分别测量障格内部凹曲面形态、测定表面0~3 cm沉积物粒度组成,分析不同规格沙障内部凹曲面形态特征、蚀积效应,计算平均粒径、标准偏差等粒度参数。结果表明：3种规格PLA沙障内部均能发育成稳定凹曲面,凹曲面深度随着规格的增大而逐渐增加,蚀积系数则逐渐减小,保持在1/12~1/10之间;障格内不同方位蚀积剖面曲线基本符合二次函数,但蚀积强度差异较大;1 m×1 m和1.5 m×1.5 m规格沙障处于堆积状态,堆积强度分别是侵蚀强度的50.1倍和5.6倍,易发生沙埋;2 m×2 m 规格障内单位体积蚀积量为0.02 g·cm^-3,接近蚀积平衡状态,有利于长期发挥沙障防护效益;各规格障内沉积物均以极细沙和细沙为主,除1 m×1 m规格外,PLA沙障的阻滞作用使得极细颗粒含量百分比迅速下降。综合考虑沙障铺设成本和防护效果,得出在平坦沙地或者弱风区域内适合布设2 m×2 m 规格PLA沙障,研究结果可为PLA沙障在防沙工程中的合理应用提供科学参考。     

两种形状镁水泥板沙障防风积沙效益的风洞试验

对一种镁水泥新型材料制作的沙障的防风固沙效益进行了风洞模拟试验,对蜂巢形与正方形的镁水泥板沙障的流场结构、输沙量和蚀积情况进行对比。结果表明：（1）正方形和蜂巢形镁水泥板沙障均形成减速区,蜂巢形沙障减速区范围更小,沙障上方形成加速射流,蜂巢形沙障内部更容易形成气旋。（2）最明显的减速发生在第1个障格内,第2个障格内风速降低幅度减弱,第3个障格内风速降低幅度增强,在第3个障格后,风速降低幅度继续增强,直至到达一定距离,风速降低幅度开始减弱,随着距离增加趋于稳定。随着风速增加,沙障的减速区域并无明显减少。（3）布设镁水泥板沙障后,蜂巢形沙障总输沙量减少率低于正方形,风速≥12 m·s-1时,沙面上方输沙量分布规律归纳为2个部分：低于沙障高度时,输沙量分布遵循指数衰减函数分布;高于沙障高度时,输沙量分布遵循高斯分布。（4）蜂巢形沙障障格内沙面较正方形更为平稳,结合野外观测和材料成本方面,蜂巢形镁水泥板沙障在防风固沙领域有广泛的应用前景。     

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。     

生物基可降解聚乳酸(PLA)沙障对沙丘表层沉积物粒度特征的影响

以吉兰泰盐湖北部流沙区铺设8 a的不同规格聚乳酸（PLA）沙障内沉积物为研究对象,利用激光衍射技术分析了沙丘表层0~3 cm沉积物粒度组成,计算并分析平均粒径、标准偏差等粒度参数,探讨了影响障内沉积物相对粗细的关键组分,分析PLA沙障的防沙效益。结果表明：PLA沙障内沉积物以细沙、中沙、极细沙为主。中沙、极细沙、细沙是障内沉积物的关键组分。PLA沙障的阻滞作用使得中沙、粗沙含量百分比升高,细颗粒含量百分比降低,障内沙粒分选性逐渐变差,峰态偏离正态分布,向负偏方向发展,频率分布曲线分布范围变宽,累积频率曲线变缓,表层颗粒组成趋于粗化。1 m×1 m规格PLA沙障内均以积沙为主;沙丘迎风坡和背风坡的2 m×2 m、3 m×3 m沙障内均为积沙状态,丘顶则为风蚀状态。综合考虑沙障铺设成本和防护效果,得出研究区域内2 m×2 m规格PLA沙障整体防沙效益最佳。     

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。     

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。     

青海湖沙地麦草方格沙障的蚀积效应与规格选取

根据青海湖克土沙地6种不同规格麦草方格沙障的全年插钎蚀积监测和风季后凹曲面形态测量,各规格凹曲面的形成主要受控于冬春季节西风和西北风的控制。东西向1 m间距的小规格堆积沙埋严重,蚀积强度大于15 g/cm2,且全年处于不断堆积状态;2 m间距的大规格中心偏南部位侵蚀严重,蚀积强度小于10 g/cm2;1.5 m间距的规格蚀积强度适中,容易形成稳定凹曲面,且蚀积年变化较小。综合分析,1.5 m×1.5 m规格的综合防护指数最大为0.64,为高寒沙区最为适宜的规格,其余规格可视地形和风况环境适当采用。     

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。     

浑善达克沙地黄柳更新特点与规律研究

黄柳作为浑善达克沙地重要的固沙先锋灌木,对沙地生态环境的改善起着十分重要的作用,从天然更新和人工更新两个方面对其特点与规律进行了调查研究。结果表明,黄柳的种子萌发和幼苗生长受多种自然因子的影响,属于r型对策者,但由于种子发芽和幼苗的形成受温度、水分及沙埋情况等多项因子的综合影响,幼苗萌发到第二年的相对保存率只有18.3％,天然更新困难;黄柳长势老化衰退后,可采取人工平茬措施,达到复壮更新的目的。研究表明:平茬灌丛新生枝条长度比未平茬灌丛约长150 cm,最长当年生新枝达277 cm;平茬灌丛新生枝基径也比未平茬的约粗0.5 cm,最粗的为1.32 cm;平茬黄柳灌丛叶片长平均约为8 cm,叶宽平均约为0.6 cm,而未平茬灌丛叶片平均长为5.3 cm,叶片宽平均为 0.4 cm。可见,平茬不但增加了黄柳灌丛的生物量,亦提高了家畜可食部分（叶+嫩茎）的比例,同时增大了郁闭度,增强了防风固沙效果。     

浑善达克沙地黄柳人工林根系分布及生物量研究

 对浑善达克沙地一年生、二年生、三年生黄柳人工林根系分布及生物量进行了调查、测定。结果表明:①在流动沙丘上人工栽植的黄柳,其根系主要由直径小于2.0 mm的中根和细根构成,其数目占剖面根系总数的90%以上,其中又以直径小于0.5 mm细根所占比例最高,其数目占剖面根系总数的50%以上。②根系主要分布在10～30 cm的土层中,可见其根系主要吸收10～30 cm土层内的水分和养分。③根系重量在各土层中呈随土层深度加深而降低的分布趋势。④根系主要呈水平分布,水平根非常发达,随着植株的不断生长,这一特征越来越明显。     

科尔沁沙地两种典型灌木独生和混交的根系分布规律

对比研究了科尔沁沙地黄柳、差不嘎蒿这两种典型灌木在独生和混交情况下的根系分布和根量变化。结果表明,独生情况下,黄柳根量要显著的高于差不嘎蒿。在整个剖面,黄柳总根量为30.84 kg.m-3,是差不嘎蒿的5.47倍。差不嘎蒿根系主要分布在0—20 cm的表层,黄柳根系主要分布在20—50 cm的深层土壤中。混交条件下,黄柳总根量为9.94 kg.m-3,相比于独生根量明显减少,差不嘎蒿为5.45 kg.m-3,并没有多大变化,但在距冠丛50 cm、100 cm处根量要大于独生(P<0.05),尤其是细根生物量有了显著增加。同独生相比,黄柳根系在深层和水平方向上扩展,但其总根、粗根、细根生物量均未有显著增加(P>0.05);差不嘎蒿的根系由主要在表层分布变化为在各层均匀分布。混交条件下两种植物之间的竞争是导致根系发生上述变化的原因之一。     

科尔沁沙地3种灌木凋落物分解速率及其与关键气象因子的关系

选取科尔沁沙地3种代表性灌木（差不嘎蒿、黄柳、小叶锦鸡儿）作为研究对象,采用网袋法对其凋落物进行研究,每月取样测试,结合试验期间当地气象资料,对凋落物在不同类型沙丘、不同深度的分解率进行相关分析。结果表明,生长季节内,放置在地表的凋落物在固定沙丘上的分解率大于其在流动沙丘上的分解率,而在冬春季节却相反;凋落物在地下10 cm深处的分解普遍快于地表;经过一年的分解,差不嘎蒿的分解率大于另两种植物,以固定沙丘地表放置为例,其最终分解率为53.6%,大于小叶锦鸡儿的28.5%及黄柳的21%;降水对凋落物的分解影响较地温更大。     

青海湖周边地区沙丘移动监测及其气候驱动力分析

根据青海湖周边地区3个定点沙丘监测点近5 a沙丘移动监测资料,结合邻近气象局气象资料,分析了青海湖周边地区沙丘移动距离、方向和高度变化规律及其气候驱动力。结果显示,近年来青海湖湖东地区沙丘主要向ENE方向移动,移动速度减慢,沙丘高度降低;龙羊峡水库西北部的两个沙丘主要向偏SW方向移动,移动速度东部快西部慢,沙丘高度均有所降低。沙丘移动速度及方位主要受4～8 m·s-1风速级风向出现频率的影响。近年来兴海、海晏水热条件向暖湿化方向发展,兴海风速自1996年以来变化平稳,海晏近几年虽有所增加,但在2004年前经历了16 a较平稳的低风速阶段,气候条件对沙丘发展有一定的抑制作用;共和降水增幅较小,气温持续升高,且在2004年以前经历了13 a的高风速阶段,对沙漠化具有加剧作用。     

复膜沙袋阻沙体与芦苇高立式方格沙障防沙机理风洞模拟实验

模型按1:10比例尺设计,在u_∞=7.0 m·s^-1、u_∞=10.0 m·s^-1和u_∞=15.0 m·s^-1实验风速下,先在纯气流作用下测定流场结构,然后在风沙流作用下测定蚀积状况。实验结果表明:紧密型、疏透型和通风型3种不同结构的复膜沙袋阻沙体前近处分布有拐角阻滞绕流区、阻沙体顶下方抬升加速区、阻沙体后回流区、阻沙体后贴地层低速回流区等流场特征结构,紧密型、疏透型两种类型复膜沙袋阻沙体防风阻沙效果显著;2.5 m×2.5 m、5 m×5 m和10 m×10 m的高立式芦苇方格前沿流速逐渐增大,最大值出现于迎风第一格上空,而后逐渐阻滞减速,至15~20 m处趋于稳定,区内积沙均匀。复膜沙袋阻沙体与原状芦苇高立式方格沙障适宜于流动性沙漠地区各种设施的沙害防治工程。     

高寒沙地乌柳(Salix cheilophila)林根系分布特征

对青海共和高寒沙地植被恢复区不同林龄(6年、11年、16年和21年)乌柳(Salix cheilophila)人工防护林根系分布及根量进行了调查、测定,同时测定了土壤有机质含量的垂向变化。结果表明:①不同林龄乌柳林根系主要由中根和细根构成,其数目占土壤剖面根系总数的90%以上,其中又以直径小于2.0mm细根所占比例最高,细根占剖面根系总数的50%以上;②各林龄乌柳根系在0~50cm土层分布较为集中,在30cm以下土层,根量随深度的增加逐渐减少,6年生乌柳林根系垂直分布在0~130cm,20年生乌柳可达200cm,随植被恢复时间的增长,各林龄根量显著增加(p0.05);③各林龄乌柳林有明显发达的垂直主根,属典型的垂直状根系,随植株不断生长,根系表现出深根性;④以不同深度根系重量作为解释变量,以土壤有机质含量作为响应变量,回归结果显示不同林龄乌柳林根系重量显著影响土壤有机质含量(p0.001),这也为评价沙地植被改良土壤功能提供了依据。     

浑善达克沙地榆树种群结构、格局及动态研究

以浑善达克沙地榆疏林为研究对象,研究了沙地榆疏林种群结构、分布格局与动态特征。结果显示：①丘间低地沙地榆种群呈衰退型种群。固定沙丘沙地榆种群呈增长型种群;②沙地榆种群总体分布格局呈聚集分布,都随着尺度的增大,聚集强度呈减小的趋势;③种群空间分布动态分析表明,丘间低地沙地榆种群,幼、中树随着立木级增大其聚集强度逐渐减弱,大树则在5 m×5 m尺度上呈现出随机分布;固定沙丘沙地榆种群,小、中树随着立木级的增大其聚集强度呈现逐渐增强的趋势,而大树则在10 m×10 m的尺度上呈现出随机分布。物种分布格局主要与物种本身的生物生态学特性和生境有关,育林作业面积应不低于25 m²。     

灌丛对流动沙地土壤特性和草本植物的影响

通过对流动沙地灌丛内外土壤特性、土壤养分含量、土壤种子库和草本植物群落特征的差异性调查,分析了灌丛对沙地土壤特性和林下草本植被的影响。结果表明,在流动沙地0—20 cm土壤中细沙、极细沙、粘粉粒、有机质、总氮和总磷、有效磷和土壤水分含量,小叶锦鸡儿灌丛下分别较灌丛外高17.3%、4.4%、 49.5%、43.8%、40.0%、23.1%、16.3%和10.8%,黄柳灌丛下较灌丛外分别高3.5%、21.3%、0.0%、20.0%、16.7%、8.3%、10.6%和28.1%。小叶锦鸡儿、差不嘎蒿和黄柳灌丛下凋落物蓄积量要比灌丛外分别高18.3倍、365.2倍和15.5倍。差不嘎蒿灌丛下土壤种子库密度较灌丛外高10.9倍。原为半固定、半流动沙地优势种的多年生草本植物白草,不仅能在流动沙地灌丛下存活,而且具有较高的密度、高度、盖度和地上生物量。结果还表明,从灌丛中心到灌丛边缘,凋落物产量、土壤种子库密度、草本植物密度、盖度、生物量均存在明显的递减梯度,在灌丛外不远处消失。这些结果说明,在流动沙地,灌丛具有明显的“肥岛”效应和“保种”作用。