碳中和背景下光伏阵列对沙漠地区微气候的影响

【目的】为更好地掌握沙漠地区光伏阵列对局地微气候的影响。【方法】选取宁夏中卫沙漠光伏产业园作为研究区域,采用自动气象站实地观测,对比分析光伏电站内与流动沙丘(对照点)气象要素和土壤温湿度的变化特征及差异。【结果】与流动沙丘(对照点)相比,光伏电站内2 m高度空气温度增加了0.13℃,空气湿度提高了0.85%,太阳辐射量降低了11.87 W/m^(2),平均风速减少了1.35 m/s;站内偏南北方向的风明显减少,主风向由原来的东北风转变为东风,风向更加单一;光伏电站内空气温度日较差显著高于站外,空气湿度日较差大于站外,夜间差异明显。电站内土壤温度分别为22.76℃(10 cm)、23.13℃(20 cm)、22.94℃(30 cm),较流动沙丘(对照点)分别降低1.5℃、1.11℃、0.74℃;电站内土壤含水量分别为7.35%(20 cm)、8.58%(30 cm),较流动沙丘(对照点)分别增加了1.2%、0.73%;与流动沙丘(对照点)相比,夜间(8时前和21时后)光伏电站内土壤温度(10 cm)上升,4时至9时光伏电站内土壤温度(20 cm)上升;不同时刻光伏电站内不同深度土壤含水量均高于流动沙丘(对照点)。【结论】光伏阵列对近地表气象要素和土壤温湿度影响明显,站内空气温湿度具有复杂的昼夜变化特征;光伏阵列的布设可改善沙漠地区的环境因子,增加空气湿度、土壤含水量,降低太阳辐射和风速,发挥着防风固沙的作用。本研究结果可为沙漠地带未来光伏电站的可持续发展提供理论支撑,对荒漠区风光电建设的生态保护与修复具有重要的指导意义。

腾格里沙漠光伏阵列对气流场和风沙流的扰动作用

[目的]研究腾格里沙漠光伏(PV)阵列扰动下的近地层气流场与风沙流结构特征,评估光伏阵列的防风固沙效果,为沙漠地区风沙灾害治理和生态环境可持续发展提供理论支撑。[方法]采用梯度风速观测设备,实地观测光伏阵列(电板前沿、电板后沿和阵列间中线)和对照点的风速垂直分布、风速流场和风沙流结构,对比分析电站内外不同位置的气流场与输沙特征。[结果](1)电站内整体风速呈现降低特点,阵列间与电板后沿平均风速随高度上升而增加,电板前沿平均风速随着高度增加呈先降低后增加的趋势。(2)(1)草方格观测断面。电板前沿出风口处的风速明显增加,电板后沿进风口和阵列间中线100 cm以下的风速降低;(2)风蚀坑观测断面。光伏电板150 cm以下的风速降低,阵列间的风速脉动变化明显;(3)砾石观测断面。风速相对变化率与风速流场格局稳定,电板后沿150 cm以上部分风速增加。平均防风效果:砾石>草方格。(3)输沙量表现为:电板前沿>电板后沿>阵列间中线;流动沙丘参照点(上风向)与电板前沿λ(风沙流结构特征值)呈饱和状态,电板后沿和阵列间λ呈非饱和状态。[结论]与流动沙丘相比,光伏阵列扰动了风速流场格局,风速脉动和湍流度发生变化,输沙量明显下降,固沙效益明显。

毛乌素沙地西南缘不同土地利用类型土壤颗粒分形特征

为揭示毛乌素沙地西南缘农田、荒地、草地、灌丛沙堆和林地等土地利用类型的土壤分形特征与防风固沙效果的关系,采用野外取样与室内粒度分析相结合的方法,分析了该区5种土地利用类型的土壤颗粒粒径分布、分形维数以及土层深度与分形维数间关系。结果表明:(1)草地、灌丛沙堆以及林地的土壤粒度组成以极细沙、细沙和中砂为主,耕地和荒地则以粉粒和细砂为主;(2)研究区不同土地利用方式的土壤粒径分布和分形维数差异明显,荒地>农田>灌丛沙堆>草地>林地,随土层深度增加,林地分形维数值减小,草地分形维数值增大,荒地、农田和灌丛沙堆分形维数值变化不大;(3)分形维数与<100μm和>100μm粒径含量分别呈显著正相关和负相关,其大小由<100μm的极细砂粒和粉粒含量决定。研究区内5种土地利用类型土壤颗粒粒径分布与分形维数差异显著,这综合反映出在不同植被效应与人为耕作后,土壤的颗粒组成会发生明显变化。研究结果可为毛乌素沙地西南缘防沙治沙以及土壤恢复提供理论依据。

宁夏河东沙地生物土壤结皮对土壤性质及入渗过程的影响

为了揭示沙漠化治理过程中生物土壤结皮覆盖对土壤入渗过程的影响规律,以宁夏河东沙地人工沙漠治理区4种典型地表覆盖类型:裸沙(BS)、藻类结皮(AC)、藓类结皮(MC)、草本-藓类结皮(H-MC)为研究对象,基于野外双环入渗试验与室内模拟,分析了3种生物土壤结皮覆盖下土壤性质的变化与土壤入渗特征。结果表明:(1)与BS相比,3种结皮覆盖下表层土壤砂粒含量减少2.0%—5.1%,粉粒含量增加3.6%—5.8%,有机质含量增加了5—6倍,AC和MC覆盖下土壤总孔隙度与饱和含水量降低,而H-MC与之相反;(2)平均入渗速率表现为BS>H-MC>AC>MC,1h累计入渗量表现为H-MC>BS>AC>MC,与BS相比,AC、MC和H-MC的初渗速率依次减少了14.3%、37.2%、11.8%,AC、MC的稳渗速率分别降低了14.4%和18.3%,H-MC的稳渗速率增加了4.5%;(3)三种模型中,Kostiakov模型最适用于模拟生物土壤结皮覆盖下土壤水分入渗过程。综上,研究区内不同发育程度生物土壤结皮改变了下层土壤的性质以及土壤的入渗特征,MC与AC阻碍水分入渗,H-MC促进水分入渗。

宁夏河东沙地生物土壤结皮及其下伏土壤养分的空间分布特征

为了揭示沙地生物土壤结皮的生长发育情况及其下伏土壤养分的空间分布特征,选择宁夏河东沙地为研究区,通过野外采样和室内实验,应用经典统计学、地学统计学和地理系统预测,分析了藻类和藓类结皮及其下伏0-5、5-10 cm土层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量以及结皮层厚度的空间分布特征。结果表明:(1)SOC、TN、TP质量分数的变异系数(CV)呈中等变异,CV_(TN )(57.1%)>CV_(SOC )(48.7%)>CV_(TP )(30.5%),生物土壤结皮对下伏土壤养分影响显著,其中藓类结皮对SOC和TN的影响更显著,藻类结皮则对TP的影响更显著;(2)藻类结皮下5-10 cm土层TN质量分数呈现强烈空间自相关性,块金系数(N/S)为20.3%,其余土层的SOC、TN、TP质量分数空间自相关性中等,TP质量分数空间变异由随机因素主导,SOC和TN则由结构因素主导;(3)在区域尺度和剖面尺度上,生物土壤结皮及下伏土壤的养分空间分布特征差异显著,结皮层土壤SOC质量分数中部和北部高、南部低,TN质量分数中南部高、西北部低,TP质量分数中东部高、西北部低,均呈条带状分布,0-5、5-10 cm土层SOC和TP质量分数呈中部高四周低的分布特征,TN质量分数呈南部和东部高、西部和中部低的分布特征,SOC与TP形成了典型的“肥岛”,而TN则形成了典型的“水岛”;研究区内TN的空间分布与SOC和TP的空间分布特征不一致,但是与藻类结皮层厚度的空间分布有较高的相似性。这表明,生物土壤结皮能够影响其下伏土壤的养分空间分布。此结果可以为研究旱区荒漠生态系统中生物土壤结皮的生态功能提供数据参考。

宁夏盐池县防沙治沙区土壤粒度、SOC及TN的空间异质性

为了探究宁夏盐池县实施防沙治沙措施后风沙土粒度特征变化对其防沙治沙区生态环境恢复的指示作用,以该区王乐井乡作为研究对象,通过野外采样及室内试验,分析了沙漠化治理区土壤粒度、土壤有机碳(SOC)及土壤全氮(TN)的空间分异特征及其相关性。结果表明:该区域风沙土优势粒级是细沙,各粒级均表现为中等变异,中沙和粉沙体积分数较低,变异性最高,细沙和极细沙变异系数较低;极细沙、粉沙、中沙和SOC、TN均表现出强烈的空间自相关,主要受结构性因素影响,而细沙具有明显的空间自相关,受结构性因素和随机性因素共同影响;粉沙体积分数空间分布表现为从北向南逐渐增加,极细沙体积分数表现为从北向南减少,细沙体积分数最高,空间特征呈明显带状分布,从北向南减少;SOC在空间上分布与TN有较高的相似性,受地形影响较明显,总体表现为西北角较低,东南角较高。随着粉沙增加,TN表现出上升趋势,粒度组成对SOC的影响特征与TN相似,但是变化趋势较缓慢。该区域风沙土粒度、SOC、TN具有明显的空间分布特征,粉沙体积分数对SOC和TN影响较为显著。