基于RWEQ模型的疏勒河流域防风固沙功能价值评估

疏勒河流域地处西北内陆,是“一带一路”的关键节点。近年来随着全球变化与经济社会活动强度增加,导致建设用地快速扩张、土地沙化等问题,影响区域生态与经济社会的可持续发展。疏勒河流域处于北方防沙带中心,开展其防风固沙价值评估对于构建区域生态安全格局和保障流域可持续发展具有重要生态意义。基于修正风蚀方程模型(RWEQ)对2008—2018年疏勒河流域防风固沙功能及其价值进行评估。结果表明:(1)2008—2018年疏勒河流域防风固沙总量为43.927×10^(4)~129.530×10^(4)t·km^(-2),防风固沙量呈上升趋势。(2)2008—2018年疏勒河流域防风固沙价值快速增加,其多年平均价值占比由高到低依次为减少土地损失价值(99.46%)、保持土壤肥力价值(0.47%)、保持土壤有机质价值(0.04%)、减少交通运输经济损失价值(0.03%)。(3)流域防风固沙功能与土地利用密切相关,防风固沙能力较强的区域主要分布在草地、耕地等植被覆盖率较高区域;低值区主要分布在流域土地利用类型为未利用地区域。(4)相较社会因素,自然指标因子对流域防风固沙功能价值影响更大。研究结果可为确定流域生态补偿主客体及补偿标准提供依据。

多时序卫星遥感数据在麦盖提县防风固沙成效分析中的应用

为了守住家园,打造宜人、宜居、宜业、宜游的社会发展环境,多年来,麦盖提县各族群众奋力与沙相争,使黄沙退去,绿色重建。本文利用国产卫星影像作为数据源,提取麦盖提县百万亩防风固沙生态林建设工程历年变化信息,数字重建变化过程,从分布、面积、健康状况等指标方面分析变化特征,对2013年以来防风固沙工程开展遥感监测,通过卫星影像分析和展现防风固沙实际成效,为麦盖提县经济社会发展和生态环境保护提供科学依据。

吐鲁番市高昌区不同固沙植物的防风固沙效益

为了解不同防风固沙林对风速、输沙通量和土壤蚀积程度的影响,以期为荒漠化地区植物选择和配置提供技术支持,以吐鲁番市高昌区恰特喀勒乡公相村为实验地,利用气象站、风速仪、集沙仪等监测不同高度下梭梭林、柽柳林以及梭梭-柽柳混交林的风速、地表粗糙度、输沙通量等指标,分析比较不同固沙林的风速廓线、风速增加率、地表蚀积量及风沙堆积物变化规律。结果表明:随着风速的增加,输沙通量逐渐增加,地表粗糙度和蚀积深度呈现降低趋势;不同固沙林不同高度(h)的风速增加率均表现为中层(50 cm<h≤100 cm)最大,低层(10 cm<h≤50 cm)最小,说明固沙植物对低层风速有显著降低作用,增强了中层风速;不同固沙林输沙通量随着高度增加逐渐减小;柽柳林、梭梭-柽柳混交林后出现堆积现象,梭梭林前后为侵蚀现象。梭梭林、柽柳林以及梭梭-柽柳混交林均降低了近地表风速,有效拦截了风沙流,改变了表层风沙堆积物物质组成,梭梭-柽柳混交林防风固沙效果较好。

武威东沙窝防风固沙植物适宜性评价

为科学营建防风固沙植被并持续发挥生态功能,需要对沙旱生植物进行适宜性评价。通过对地处腾格里沙漠西南缘的武威东沙窝的13种沙旱生植物调查,采用层次分析法(AHP),将生态适应性、防风固沙能效和管理成本作为准则层,种群存活率、植株枝条成活率等11个因子为因子层,对防风固沙植物进行了适宜性评价。结果表明:白刺、梭梭等8种沙旱生植物在生态适应性、防风固沙能效和管理成本3方面表现良好,具有良好的防风固沙作用;枸杞等5种植物表现较差,不适宜防风固沙;白刺、梭梭等8种沙旱生植物须大力加以保护。

2000—2018年新疆阿克苏地区防风固沙服务功能时空变化特征

土壤风蚀是干旱半干旱地区的主要生态问题,防风固沙功能评价作为定量评估区域土壤风蚀量的方法,是评估区域生态安全程度的重要指标。基于修正风蚀方程与GIS技术,分析2000—2018年新疆阿克苏地区防风固沙服务功能时空变化特征。结果表明,2000—2018年研究区土壤实际风蚀量整体呈增长趋势,2000年、2010年、2018年皆以轻度侵蚀、剧烈侵蚀为主,高值主要在南部,低值主要分布于塔克拉玛干沙漠北部;2000—2018年研究区单位面积防风固沙量和防风固沙总量呈增长趋势,防风固沙功能北部、南部较低,中部绿洲区较高。空间分布以低等级为主;研究区防风固沙主要受风速、土壤湿度、植被覆盖率、土地利用类型变化影响。

无定河流域防风固沙服务流动模拟

无定河流域包括毛乌素沙漠部分区域,土壤风蚀显著,研究防风固沙服务有利于保持土壤、保护生态环境与维持良好的人地关系。利用RWEQ(Revised Wind Erosion Equation)模型与HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Langrangian Integrated Trajectory Model)模型模拟无定河流域2000年、2005年、2010年、2015年以及2018年的土壤风蚀量以及防风固沙服务流的时空变化,并分析受益人口与real GDP。结果表明:(1)2000年至2018年无定河流域风蚀总量与防风固沙量呈“降低-增加-降低”的波动变化整体下降的趋势,在空间分布上,无定河流域西部及西北部沙地土壤风蚀较为剧烈,东部及东南部的旱地土壤风蚀较为缓和;(2)2000年至2018年防风固沙服务流动路径模拟总数分别为494条、504条、537条、482条与437条,整体上呈降低的趋势,受益区主要分布于我国的中部及东部地区以及俄罗斯、韩国等周边国家;(3)2000年至2018年防风固沙服务全国受益人口与受益real GDP均占据总数一定比例;(4)无定河流域防风固沙服务物质流以陕西北部、山西西部地区为中心呈圈层状递减,影响范围扩散到了东亚和东南亚等国家和地区。结果模拟了无定河流域土壤风蚀以及防风固沙服务流,为服务供给区和受益区之间的生态补偿提供科学依据,对植被恢复与防风固沙具有一定的参考作用,可为其他流域的防风固沙服务流动模拟和整个三北地区的防风固沙生态工程的规划、建设、评估提供重要的科学参考。

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。

鄂尔多斯黄河流域荒漠生态系统防风固沙的功能价值评估

为定量估算黄河流域荒漠生态系统防风固沙功能价值,以位于鄂尔多斯黄河流域的库布其荒漠生态系统流动沙地、半固定沙地与固定沙地为研究对象,针对其荒漠生态系统防风固沙量开展研究,对库布其荒漠生态系统的防风固沙功能价值进行评估核算。经核算,库布其荒漠生态系统2021年防风固沙量为5.02×10^(8)t,防风固沙服务价值量为753×108元/a,减少农田经济损失价值为16.06×108元/a,减少草地经济损失价值为0.27×10^(8)元/a,土壤营养元素保持价值为38.05×10^(8)元/a,减少泥沙淤积灾害价值为3.01×10^(8)元/a,减少交通运输经济损失价值为7.53×10^(8)元/a。库布其荒漠生态系统具有极大的生态经济价值,其防风固沙功能对于鄂尔多斯黄河流域生态环境保护具有及其重要的作用。

丰宁县林业生态工程建设及在防风固沙中的应用

河北省丰宁满族自治县是我国北方的一个重点生态县,近年来致力于林业生态工程建设,以应对该地区日益加剧的风沙侵蚀问题。为给推动丰宁县林业生态工程建设高质量发展提供理论依据,探讨了丰宁县林业生态工程建设现状,分析其在防风固沙方面的应用与实际效果,并指出林业生态工程建设中仍存在的问题,并提出相应对策。

基于SolidWorks的防风固沙种植一体化机器结构设计

【目的】提升植树造林效率和质量,减少人力物力成本,防止土地荒漠化问题进一步加重。【方法】设计了一种防风固沙种植一体化机器,包括机械结构设计、控制系统设计、作业流程设计、环境适应性设计;利用SolidWorks软件对防风固沙种植一体化机器进行了三维建模,并对其进行了干涉检查、有限元分析、运动仿真。【结果】在钻土装置、存储装置、运输装置、灌溉装置、覆土装置等各部件的紧密配合下,该防风固沙种植一体化机器能够在沙土上自动钻坑、栽植、灌溉、覆土,并提高种植成活率和效率,从而改善土壤质量,促进生态恢复。【结论】该防风固沙种植一体化机器在防风固沙、生态恢复、经济发展等方面都具有重要的作用,是推动沙漠治理工作的重要装备之一,应用前景广阔且社会效益显著。

内蒙古干旱地区林业防风固沙建设面临的问题及优化对策

内蒙古是我国沙漠化非常严重的地区之一,长时间受到风沙的侵蚀,生态环境问题非常突出,引发了非常多的社会和经济问题,直接阻碍内蒙古社会经济的发展。基于这种情况,应当发挥林业的防风固沙功能,结合内蒙古干旱地区的具体情况,采取针对性的措施,既可以降低风沙侵蚀速度,也可以逐步让生态环境质量提升。本文通过对林业在内蒙古干旱地区林业防风固沙建设中的价值阐述,分析了内蒙古干旱地区林业防风固沙建设面临的问题,提出了内蒙古干旱地区林业防风固沙建设的优化对策,以此为内蒙古干旱地区林业防风固沙建设工作提供参考。

防风固沙型重点生态功能区防风固沙服务的评估与受益区识别

防风固沙型重点生态功能区是我国主要的防沙屏障带,对保障全国的生态环境安全具有重要意义。基于RWEQ模型评估了防风固沙型重点生态功能区防风固沙服务的空间格局,利用HYSPLIT模型模拟了防风固沙型重点生态功能区防风固沙服务的空间流动路径,从生态系统服务流动的角度建立了防风固沙型重点生态功能区及其防风固沙服务受益区之间的时空联系。研究表明,2010年防风固沙型重点生态功能区的防风固沙总量为5.55×1012 kg,受益区总面积为32.16×106 km2,涉及防风固沙服务流动路径755条。受益区主要位于中国的西北、华北、东北的广大区域,朝鲜半岛,日本,俄罗斯远东地区和北太平洋的广大海域,其中中国境内的受益区占比24.12%,受益草地面积最大,受益建设用地占中国建设用地总面积的比例最高,受益效益更为明显。在空间分布上,防风固沙服务流动效益以各防风固沙型重点生态功能区为中心呈现明显的圈层式递减特征。防风固沙型重点生态功能区的防风固沙服务流动对下风向受益区的生产生活具有重要的保障作用,研究能够为防风固沙型重点生态功能区的区域间生态补偿政策制定提供科学的参考依据,从而进一步提升防风固沙型重点生态功能区的屏障作用,保障国家生态安全。

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。

3种机械沙障防风固沙功能的时效性

对设置在民勤治沙综合试验站固定沙丘地带的3种机械沙障(麦草沙障、粘土沙障、塑料网格沙障)在不同时期进行破损率、输沙率、风速等指标的测定,研究经过不同时间后各类沙障的防风固沙效益。试验结果表明:各类沙障设置初期(2002-2004年)均具有良好的防风固沙效果,但是随着时间的推移,各类沙障破损率均有所增加,6年后麦草沙障的破损率最大,平均为53%,塑料沙障最小,为11%,粘土沙障介于二者之间;沙障破损导致地表粗糙度均发生明显的变化,麦草沙障由设置初期粗糙度最大降到了最低,其近地表层0～20cm处的输沙率由2003年占裸地(CK)的0.11%上升为2009年的44.47%;粘土沙障顶部掏蚀严重,其输沙率也随时间的延长呈增加趋势,由19.32%上升为30.87%,这两类沙障表面由固定向流动沙丘发展的趋势明显。塑料沙障中下部沙面稳定而顶部很少被掩埋,平均粗糙度最大,其输沙率随时间的延长呈减少趋势,由2003年占裸地(CK)的2.73%下降为2009年的0.64%,表明沙障内沙面稳定,沙丘基本固定住,沙障仍具有固沙效应。从设置成本和实际的防护效益等方面综合考虑,塑料沙障相比其他机械沙障具有长期、稳定的生态和经济效益。

低覆盖度沙蒿群丛的水平配置结构与防风固沙效果研究

针对覆盖度小于28%的沙蒿群丛,通过野外测试和风洞模拟实验,研究了行带式、等株行距和随机不均匀等3种水平配置格局的防风固沙效果及其流场特征。结果表明:①行带式配置格局具有非常显著的阻碍和降低风速的作用,流场结构稳定规则;等株行距次之;随机不均匀配置格局内局部有风速抬升现象流场结构复杂多变。②行带式配置格局带间形成“凹月”形稳定沙面并能出现结皮,流沙被完全固定,而随机不均匀分布的沙蒿群丛内有明显的风蚀现象。③行带式配置格局在带的背风侧和迎风侧分别形成4.0m和0.5m的一个风速显著降低区,成为提高防风固沙效果的核心。

科尔沁沙地流动沙丘沙米群落生物量特征及其防风固沙作用

沙米(Agriophyllumsquarrosum)是流动沙丘上的先锋植物群落,沙米群落的建立是群落演替和植被恢复的起点。对科尔沁沙地流动沙丘上沙米群落的研究表明,初次建立的沙米群落具有较高的生物量47.5g/m2,以及较高的空间变异程度,变异系数为1.201,反映出群落在空间分布上的斑块化程度较高。在随后的演替中,群落的活生物量迅速下降,而先前沙米群落生物量则以立枯的形式存在,沙米立枯生物量占群落总生物量的54.93%。沙米茎杆粗硬,具有较强的机械强度和抗风蚀能力,其立枯生物量可以存留2～3个生长季。保护沙米群落及其立枯生物量不受人畜破坏,对维持群落演替早期沙面环境的稳定,促进其它物种侵入和定居,从而促进群落演替并加速植被发育进程具有重要作用。

带状沙柳沙障的防风固沙效益研究

研究测定了不同高度、不同规格的9种带状沙柳沙障对风速、地表粗糙度和近地表输沙率的影响。结果表明:带状沙柳沙障的防护效益与沙障的高度和规格有直接关系。行数越多、带距越小,防护效果越好,但是成本也越大。发挥最大成本效益的带状沙柳沙障规格为三行一带,带高1.5 m,行距1.5 m,带距10.5 m;其次为两行一带,带高1.5 m,行距1.5 m,带距7.5 m;再次为三行一带,带高1 m,行距1 m,带距7 m。一行一带的沙障,不管高度如何,成本效益都不理想。

敦煌莫高窟崖顶灌木林带防风固沙效应

敦煌莫高窟的风沙防治必须要建立一个完整的防护体系 ,灌木林带的建立是这一综合防护体系中不可缺少的重要组成部分。通过对已建立的两条灌木林带防护效应的观测分析 ,结果表明 :灌木林带使其周围的气流场重新分布 ,改变了近地表风沙流结构 ,0 .5、2 m高处的风速梯度发生显著变化。在林带高 2 0～ 30倍的有效防护范围内风速降低 6 8.1%～ 4 0 .7% ,两条林带后2 m处的输沙率分别是林带前缘 30 m对照处的 1/ 38和 1/ 138,3a时间灌木林带内积沙厚度达 0 .7m。沙地浅层 (0～ 2 0 cm )细沙(0 .2 5～ 0 .1m m)和微沙 (0 .1～ 0 .0 5 mm)含量分别增加了 2 0 .6 %、5 .5 % ,有机质含量在植物根系分布范围内成倍增加。灌木带对区域小气候的改善效应明显。流沙地 0 .5、1和 1.5 m高处日平均气温比灌木带内分别高出 0 .5、0 .9和 0 .2℃ ,而相对湿度灌木林带内比流沙地平均高 0 .4、0 .3和 0 .1%。浅层土壤 (0～ 2 0 cm)温度昼夜变程与地表温度变化基本呈正弦态分布 ,并以垂直方向向下传递 ,但变幅较地表为小。灌木林带内 0～ 2 0 cm土壤平均温度比流沙地高 0 .

内蒙古土地利用变化对生态系统防风固沙功能的影响

土壤风蚀是内蒙古的严重环境问题之一。在对内蒙古2000年到2010年的土地利用变化特征进行分析的基础上,分析了内蒙古土地利用变化的主要特征,以RWEQ模型估算了内蒙古2000年和2010年的固沙物质量,采用空间统计分析评估了固沙功能对土地利用变化的响应,结果表明:(1)2000—2010年土地利用变化以城镇高速发展、草地和湿地面积锐减、林地灌丛有所恢复以及荒漠环境改善为主要特征。(2)2000—2010的十年间内蒙古固沙物质总量增长了17.75%,草地总面积虽有所降低,但是部分区域草地覆盖度的上升增强了草地固沙能力,而林地的固沙物质量则由于农田、草地改为林地的短期内地表保护力的下降而有所降低。(3)十年间农田退耕还草、荒漠环境的改善、草地质量提高等土地利用变化方式有益于生态环境质量的提高,使生态防风固沙功能得以增强,造成固沙物质量提高了约0.25亿t。(4)农田开垦、城镇发展、荒漠化发展、湿地萎缩以及草地的退化等土地利用变化会使生态环境质量降低,生态系统防风固沙功能下降,累计造成的固沙物质量的减少总量约为0.19亿t。从十年间综合来看,内蒙古的土地利用变化对区域固沙功能有一定的增强作用,但是尚存在城镇发展过快、草地湿地转化压力过大、草地退化、荒漠化对固沙功能的弱化问题,需要在今后的土地利用规划和管理工作中予以改进以进一步增强区域固沙功能,构建北方地区生态安全屏障。

大豆脲酶诱导碳酸钙沉积与黄原胶联合防风固沙室内试验研究

大豆脲酶诱导碳酸钙沉积技术(SICP)是一种新型环保生物加固土体技术,黄原胶是一种新型环境友好型土体改良材料,将大豆脲酶诱导碳酸钙沉积技术与黄原胶相结合,对前者进行优化改进。通过表面强度试验发现,黄原胶能提高SICP固土所得表面强度,且表面强度随着大豆脲酶胶结液浓度和黄原胶浓度上升而上升。通过风沙吹蚀试验,测定试样在不同强度不含沙风蚀和含沙风蚀下的质量损失率并观测表面硬壳破损情况,发现仅用SICP技术处理的试样具有较好的抵抗风沙侵蚀能力,黄原胶的加入进一步优化了其抵抗能力,降低了试样质量损失率,且表面硬壳层保存更加完好。此外,试验考虑风夹带沙侵蚀作用,由于沙颗粒的冲击和磨蚀,含沙风蚀破坏作用强于净风吹蚀,处理所得强度最低的试样在15 m/s不含沙风蚀1 h工况下,质量损失率仅为3.8%,而在同等含沙风蚀工况下,质量损失率达66.7%,说明考虑风沙吹蚀是必要的。同时发现,经过处理的土体,其抗风能力和表面强度之间有较强的正相关性。通过SEM扫描电镜试验观察其微观结构,发现胶体的包裹黏结和持续硬化,可能使得碳酸钙与土颗粒之间的胶结更为紧密。