防护林降解近地表沙尘的风洞模拟研究

在总结前人研究的基本理论基础上,依据相似性理论,采用风洞模拟实验的方法,研究不同结构类型防护林降解近地表沙尘的基本规律及特征。研究结果表明:防护林内不同位置降尘量分布规律是第二条林带后或第二网格内降尘量最多,然后依次减少。在同一网格内风速低时,从网格的前端到后端降尘量在逐渐增加;风速高时,网格中间降尘量少,两端降尘量多。从每一点的绝对降尘量来看,网格的前端是高风速降尘量大于低风速,中间往后是低风速的降尘量大于高风速降尘量。

近地表风沙流结构对不同植被覆盖度的响应

在不同植被覆盖度条件下,通过对风速与输沙率之间对应函数关系的比较,揭示了风沙流结构与植被覆盖度之间的数量关系,从而定量化表达风沙流结构特征。

荒漠绿洲下垫面粒度特征与供尘关系的研究

研究以野外观测为主要手段,分析了不同高度大气降尘与不同下垫面沙粒的粒度特征及二者间的关系。结果表明:近地表0.1 m处收集到的沙尘物质主要来自于近地表跃移的沙粒,随着高度的增加,降尘中细沙成分越来越少,粉沙成分越来越大。不同下垫面粒度特征与扬沙起尘关系密切,其粒度特征可反映下垫面向大气提供沙尘的程度。

沙尘暴尘源形成及分布

沙尘暴(sand-duststorm)系指强风把地表大量沙尘卷入到空中,使空气特别浑浊,水平能见度低于1000m的灾害性天气现象,是1种危害性极大的灾害性天气。它的发生和发展是加速土地荒漠化的重要过程,又是土地荒漠化发展到一定程度的具体体现。沙尘暴尘源物质的形成及分布是形成沙尘暴必不可少的物质条件。本文在查阅分析了大量关于沙尘暴研究等文献的基础上,从沙尘暴尘源形成因素、尘源种类及分布等方面,对沙尘暴尘源的研究进行了简要的总结,反映沙尘暴尘源方面的研究进展。

内蒙古干旱区沙化土地治理与沙产业技术研发与示范

1.目的意义 以阿拉善为主的内蒙古干旱荒漠区集中了巴丹吉林、腾格里、乌兰布和三大沙漠，是我国沙尘暴主要源区，是“两屏三带”生态安全战略格局“北方防沙带”重点区域；阿拉善处在丝绸之路经济带和中俄蒙经济走廊的重要通道东西向“北京-内蒙古-甘肃-新疆-中亚-西亚-欧洲”与南北向“重庆-四川-陕西-宁夏-内蒙古-蒙古-俄罗斯-欧洲”两大通道的交汇处。

采煤沉陷后风沙土理化性质变化及其评价研究

对毛乌素沙地南缘补连塔矿采煤沉陷后风沙土理化性质的变化进行了研究。与对照区相比,沉陷2a间沉陷区土壤含水量普遍显著减小(p<0·05),而在沉陷2a后,沉陷区的地表沉陷边界处风沙土孔隙度显著增大(p<0·05),而容重、硬度显著减小(p<0·05),沉陷区局部地表开裂地段全氮、全磷含量显著减小(p<0·05),全钾与有机质含量无显著变化(p>0·05)。通过主成分分析得到研究区样地前2个主成分值的散点图,用以反映沉陷后风沙土理化性质的综合变异性,对采煤沉陷后土壤质量评价进行了探索。

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。

巴丹吉林沙漠东缘天然梭梭种群空间分布异质性

梭梭(Haloxylon ammodendron(C.A.Mey.)Bunge)是生长于沙漠地区的一种特有灌木,在维持荒漠生态系统平衡和地区经济发展中发挥着不可替代的作用。为掌握天然梭梭种群空间分布规律,以巴丹吉林沙漠东缘塔木素地区的"野生肉苁蓉及梭梭产籽基地"为试验区,采用样线法测定梭梭株高、冠幅直径,统计梭梭分布密度,分析梭梭种群数量特征空间分布特征及其与生境之间的关系。结果表明:梭梭林密度、株高、冠幅直径均符合正态分布,表现为强度变异;株高、密度、冠幅直径的半方差函数理论模型均为高斯理论模型,其相应的变程为1249、909、1035 m;空间自相关比例均超过70%,受随机因素影响较小,保持着较好的天然分布和生长状态。梭梭种群数量特征的分形维数均大于1.5,空间依赖性强,空间结构性好。长期风蚀作用,小地形海拔高度体现为不同沙层厚度,梭梭株高、冠幅直径和密度在空间上的分布呈西高东低,北高南低的趋势,与海拔高度存在极显著相关;梭梭群落的空间异质性表现出一定的适度沙埋效应。

基于判别、因子分析的采煤沉陷风沙区土壤质量评价

为给沉陷风沙区土地利用规划、治理提供理论参考,主要应用典型判别分析与因子分析对内蒙古鄂尔多斯市毛乌素沙地南缘补连塔矿区沉陷于2004、2005年的2个沉陷区沉陷2～3a后的土壤质量进行了分析。结果表明,2个沉陷区的土壤含水率、硬度、全氮与全磷显著低于对照区(p<0.05);部分沉陷区内地表扰动严重的坡位体积质量显著降低(p<0.05),孔隙度显著升高(p<0.05);各沉陷区全钾与有机质无显著变化(p>0.05),速效养分整体上有活化趋势。由典型判别分析得到一个主要反映土壤养分扰动程度的判别函数,可将对照区与2004、2005年沉陷区样点分别划分入无影响、有影响与严重影响3个等级。通过因子分析将11个土壤指标概括为5个意义明显的综合因子,并以雷达图与散点图形式对沉陷区样点各综合土壤质量因子得分进行了直观表达。

采煤塌陷裂缝对降雨后坡面土壤水分的影响

为探究采煤塌陷裂缝对坡面储蓄降水的影响，本文对降雨后不同坡向上裂缝两侧的不同土层水分动态变化特征进行了研究。结果表明：降雨主要补充坡面地表0～20cm土层土壤水分，且在雨后0～20cm土层土壤水分散失也较为严重；雨后阴坡土壤含水率最高，O—10cm、10～20cm和20～40cm土层土壤水分差异显著（P〈0．05）。降雨结束8d后，裂缝附近的土壤水分变化幅度较大，尤以坡面裂缝上部边缘处最为明显，裂缝处与远离裂缝的土壤水分之间差异显著（P〈0．05）；阳坡土壤水分损失最高，阳坡裂缝周边土壤水分平均损失量高达3．31％。可见，裂缝的出现会在一定程度上打破坡面储蓄降水的格局，加剧坡面局部土壤水分散失，这～点在植被恢复与建设过程中不容忽视。

土工格栅沙障防风积沙效应风洞模拟实验

模型按1∶10比例设计,在71、5和20m/s的实验风速下,对不同规格和孔隙度的土工格栅沙障模型进行风洞模拟实验,测定其防风与积沙效应。结果表明:不同规格格栅沙障的风速流场趋势相同,在障前、障中和障后形成4个减速区和3个加速区。障前、障后风速降低是土工格栅沙障防沙的主要机制;障中的增速区是引起沙障中部不积沙或少积沙的诱因。格栅沙障因障间互相连接而增强了防护功能,使得流沙被有效地控制在体系内部。同一规格的沙障,障内积沙厚度随着风速的增大而增大,随着距沙源距离的增加而减小。不同规格的沙障,障内积沙厚度随着规格的增大而减小,随着孔隙度的增大而减小。不同风速下,不同规格沙障间积沙厚度差异显著。从积沙厚度和防沙目的分析,10cm×10cm规格的沙障积沙效应最好,10cm×20cm次之,20cm×20cm最差。在设计与设置沙障时需要考虑成本、防护目的和沙源等多方面的因素。

采煤沉陷对风沙区土壤非饱和水分入渗的影响

为研究采煤沉陷后风沙区土壤水分入渗变化规律,通过定水头注水结合入渗湿润峰测定的方法,对毛乌素沙地南缘补连塔矿区沉陷于2004、2005年的2个沉陷区土壤水分非饱和入渗变化进行研究,结果表明,垂直入渗观测时段(入渗开始后0～175 min)后期,与坡面剖面相比,丘间低地较多剖面垂直湿润峰的间距明显较大,垂直入渗持续能力较强。2004年沉陷区坡面未裂处平均垂直入渗速率、第175 min垂直入渗深度显著超过对照区坡面(P<0.05),2005年沉陷区坡面未裂处平均侧渗速率显著超过对照区坡面(P<0.05)。沉陷区丘间低地垂直入渗速率在入渗10 min左右前期升高后期降低,侧渗速率在入渗10～12 min的前期升高后期降低;沉陷区坡面垂直入渗速率、侧渗速率在大部分观测时段内升高。因子分析表明沉陷区入渗特征是丘间低地垂直入渗偏强,坡面侧渗偏强。

3种滨藜属牧草苗期叶片解剖结构及生理特性对干旱的响应

通过盆栽控水试验,设置5个干旱胁迫水平,分别为最大田间持水量的80%(CK)、60%(轻度胁迫)、45%(中度胁迫)、30%(重度胁迫)、20%(极重度胁迫),并同步设计充足灌水后自然干旱实验,测定干旱胁迫对3种滨藜属牧草叶片形态解剖结构、叶片相对含水量、叶绿素含量、净光合速率、可溶性糖含量、质膜相对透性和丙二醛含量等生理生化指标的影响,以明确3种滨藜属牧草的抗旱特性,并探索其抗旱机理。结果表明:(1)3种滨藜属牧草均具有适应旱生环境的典型叶片结构特征,即在干旱胁迫条件下叶片组织结构形态表现为叶片栅栏组织逐渐变薄,而海绵组织在胁迫早期先变薄后增厚的现象,叶肉组织结构紧密度也出现了先降低后增高的规律。(2)随着干旱胁迫的加剧,叶片的可溶性糖含量增加,而其相对含水量减少,3种滨藜属牧草在土壤含水量很低的情况下叶片仍能保持高于52%的相对含水量。(3)在干旱胁迫下,3种滨藜属牧草叶片的叶绿素含量、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率都发生显著变化,细胞膜受到的伤害程度有明显差异。(4)3种滨藜属牧草抗旱能力均较强,在干旱胁迫下其抗旱性综合表现为灰白滨藜变种1>灰白滨藜变种2>四翅滨藜。

砒砂岩沟坡沙棘根系分布特征及其对林下土壤的改良作用

沙棘是砒砂岩地区植被恢复的先锋树种,沙棘根系形态不但影响植物本身的生长,还影响其保土效果及改土效果。采用根系追踪法,研究砒砂岩地区同一坡面不同坡位、不同林龄沙棘根系的分布形态,测定沙棘林下土壤的理化性质,以裸坡地作为对照,分析沙棘林对土壤的改良作用。结果表明:1)砒砂岩沟坡沙棘根系在垂直方向上集中分布在0～40 cm深的土壤中,在水平方向分布可达137 cm。2)沙棘一级侧根的数量与小环境有密切关系,土壤水分条件越好,侧根数量越多,根长越短;沙棘根系的径粗与埋深呈反比,并且与距植株中心距离也呈反比。3)人工沙棘林在砒砂岩沟坡上,其根系分布表现为坡顶根系由于土层薄受到砒砂岩的限制,水平分布较发达,在坡底由于土壤厚度及肥力的充足,沙棘在垂直分布上明显深于坡顶。4)种植沙棘可增加土壤含水量和土壤孔隙度,同时还可以提高土壤中的速效N、P、K及有机质质量含量。

希拉穆仁草原近自然恢复状态下植被-土壤响应特征

通过对内蒙古阴山北麓围封区域草原近自然状态下植被群落特征及其土壤颗粒物理特性的研究,探讨草地群落与土壤颗粒物理特性在自然风蚀条件下的特征。结果表明:(1)草地全覆盖时以羊草、赖草为优势种,当草地盖度下降为40%以下时以指示草地退化的冷蒿为优势种;且随着植被盖度的降低,草地植物群落生物量呈降低趋势,Shannon-Wiener指数、Simpson指数均呈现出先升高后降低的趋势;(2)草地植被覆盖度对地表土壤颗粒分形维数有显著影响(P<0.05),随着盖度的降低,其地表土壤颗粒分形维数呈显著降低趋势,地表土壤颗粒粗化明显;(3)在近自然状态下,草地植被覆盖较低时,地表0—1 cm土壤颗粒粗粒化现象尤为显著,粒度累计差异达到1 mm,垂直结构上表现为由3—5 cm、1—3 cm土层至0—1 cm土层,土壤颗粒粗粒化程度加重,粗颗粒粒度累积差异分别出现在0.1、0.25、1 mm;(4)在近自然状态下,随着草地植被盖度增加,表层土壤受植物遮蔽,得到有效保护,土壤颗粒逐渐细化,容重也缓慢下降。在近自然状态下,草地及土壤环境发生有层次且多样性的变化,草地植被的斑块状变化使得希拉穆仁围封区草原在近原始状态下出现自然风蚀现象成为可能。

水肥调控对无芒雀麦品质的影响

为了提高无芒雀麦(Bromus inermis)对水分和养分的利用效率,采用正交试验设计,研究了灌水量、氮肥、磷肥和钾肥施用量对科尔沁沙地无芒雀麦品质的影响。结果表明,1)氮肥对干物质含量和粗纤维含量有极显著影响(P<0.01),对粗脂肪含量和粗灰分含量有显著影响(P<0.05);水分对干物质含量和粗纤维含量也有极显著影响(P<0.01),但是对粗脂肪和粗灰分含量影响不显著(P>0.05);磷肥和钾肥的作用相似,对干物质和粗纤维含量有显著影响(P<0.05),但是对粗脂肪和粗灰分含量影响不显著(P>0.05)。4个因子对无芒雀麦品质的独立效应表现为氮肥>灌水量>磷肥>钾肥。2)采用多指标综合评分法对各项品质指标的综合效应进行分析得出,提高无芒雀麦品质最优水肥使用量组合为:氮肥450kg·hm-2+灌水量1 000 m3·hm-2+磷肥200kg·hm-2+钾肥75kg·hm-2。

沙袋沙障对流动沙丘地表风沙及植被恢复的影响

为了解沙袋沙障对风沙及植被生长的影响,通过野外观测和样方调查法对铺设沙袋沙障沙丘风速、植物种数、植株密度、高度和盖度进行了调查,测定了对0—30cm输沙量。对1m×1m,2m×2m,3m×3m方格沙袋沙障防风效能、地表粗糙度、输沙特征值及植被生长情况进行了研究。结果表明,沙袋沙障能够有效地提高防风效能和增加地表粗糙度,且随着规格的增大防风效能与地表粗糙度均减小;1m×1m,2m×2m和3m×3m规格沙袋沙障地表粗糙度为5.79,2.38和2.12cm,分别比对照高91.31%,78.88%和76.26%;沙袋沙障能够有效降低输沙量,使0—30cm各层输沙率均显著小于对照,3种规格沙袋沙障对输沙率的影响顺序为:1m×1m>2m×2m>3m×3m;沙袋沙障铺设1a后,植物种类比对照多出一种,平均高度、密度和盖度分别比对照高91.5%,71.1%和125.4%,并且随着沙袋沙障规格的增大,植被平均高度、密度和盖度均呈现逐渐增大的趋势。

矿区复垦地土壤碳氮含量变化特征

为阐明矿区复垦对土壤碳氮含量的影响,以神府东胜矿区马家塔露天矿区复垦地为研究对象,比较了复垦区与原状土壤有机质、全氮、碱解氮含量以及碳氮比变化,同时分析了有机质和氮之间的相关性。结果表明:(1)复垦区表层(0—20cm)土壤有机质含量显著高于下层(20—40cm),且有机质分布不均衡。和原状土壤相比,复垦地土壤的有机质含量显著增加,C/N比减小。(2)复垦土壤的全氮和碱解氮含量显著高于原状土壤,碱解氮含量表层显著高于下层,说明复垦后氮素的供应潜力提高。(3)相关分析表明,有机质和全氮之间、有机质与碱解氮之间以及全氮与碱解氮之间均存在显著的线性正相关关系。该研究结果对于评估复垦效应,指导复垦的实践具有重要作用。

希拉穆仁草原退化评价及地表风蚀颗粒表征

经过对希拉穆仁草原围封、自由放牧草地及旅游区进行实地调查,结合内蒙古自治区第5次荒漠化和沙化监测实施细则,根据植被盖度和生物量等指标对草原进行了退化诊断与评价,并在此基础上研究了不同退化程度的地表粗粒组成。结果表明：希拉穆仁草原围封草地以轻度退化为主,自由放牧区以中度退化为主,但在坡顶出现重度退化,旅游区退化程度最为严重,均为重度退化区;可以以土壤颗粒〉0.84mm的百分比含量作为草原退化的判别标准,当其含量在82.22%～89.04%范围内为重度退化,含量在74.01%～79.53%为中度退化,含量在56.05%～66.11%为轻度退化。该指标能够直观、实时地反映草原的退化状况,且具有简便、快速诊断的生产应用性。

沙棘经济林碳汇计量研究

根据《中国绿色碳基金造林项目碳汇计量与监测指南》的有关规定,对内蒙古自治区鄂尔多斯地区营造的沙棘经济林进行了碳汇计量研究。结果表明,沙棘各器官含碳率为:叶子54.72%,根45.26%,枝条54.58%。20a后的碳储量约为81 911.53t。在造林和培育过程中,由于苗木、果实运输、浇水、施肥等活动引起的CO2排放量为834.60t,因此可计算出在造林20a后的沙棘经济林的净碳汇量为81 077t。