乌珠穆沁沙地生物基可降解聚乳酸(PLA)沙障防风固沙效益

为了探究PLA沙障对乌珠穆沁沙地沙化治理的效果,以方格状铺设不同规格(方格边长0.5 m×0.5 m, 1 m×1 m, 2 m×2 m和3 m×3 m)PLA沙障,以不同规格沙障影响的风蚀特征为研究对象,裸沙地设置对照(CK),采用美国HOBO便携式风速采集仪观测距地表10,20,50,100,200 cm高度的风速,同时使用自动旋转集沙仪收集近地表0—30 cm高度输沙量,分析了防风效能、固沙效益和风沙流挟沙粒径的变化特征。结果表明:(1) PLA沙障规格小于3 m×3 m时,风速廓线呈“S”型变化趋势;PLA沙障平均的地表粗糙度为0.64 cm, CK的平均粗糙度为0.51 cm,粗糙度提高了25.48%。(2)铺设PLA沙障后输沙量降低了38.72%~75.69%;PLA沙障输沙率随高度呈现良好的指数关系(R2>0.77);1 m×1 m和2 m×2 m沙障的固沙效益高于其他2种规格沙障,3 m×3 m规格的固沙效益最低,基本接近CK。(3)乌珠穆沁沙地风蚀物颗粒大小介于2~500μm,且大部分颗粒为100~250μm的细沙;铺设PLA沙障后,障格内细沙含量增加了8.70%~11.94%,中沙含量减少了10.63%~14.06%(p<0.05)。综上所述,铺设PLA沙障能有效降低乌珠穆沁沙地近地表风速,增加地表粗糙度并且能够降低近地表的输沙量,改变0—30 cm高度的风沙流结构,具有较好的治理效果。

新型生物可降解PLA沙障与传统草方格沙障防风效益

为了解新型材料生物可降解聚乳酸纤维(PLA)沙障防风效益,通过测定PLA沙障样地内不同高度风速,分别研究1 m×1 m、2 m×2 m、3 m×3 m规格PLA沙障防风效能、地表粗糙度与风速廓线特征,同时以相同坡位同种规格的传统半隐蔽式麦草沙障样地和流动沙丘为对照,对比研究了PLA沙障与传统麦草沙障的防风效益。结果表明,新型生物可降解PLA沙障防风效能显著大于麦草沙障,2种类型沙障最大差值可达10.3%,2种材料沙障不同规格防护效果为1 m×1 m规格较其他2种规格更好;2种材料沙障增加地表粗糙度表现为PLA沙障>麦草沙障>流动沙丘,且均随规格增大呈逐渐下降趋势,在相同地形条件下,PLA沙障地表粗糙度均值为麦草沙障的1.4倍;2种材料沙障在迎风坡坡底、坡中、坡顶及背风坡4种地形下地表粗糙度差异不明显,其地表粗糙度均值为0.7 cm;1 m×1 m规格的PLA方格沙障和麦草沙障内的风速廓线曲线呈现"S"型曲线特征,而在2 m×2 m和3 m×3 m规格的2种材料沙障内,风速廓线与对照裸沙丘相似,其风速廓线均呈指数函数分布。随着沙障规格的增大,降低风速作用减弱,其风速廓线逐渐由"S"型趋向于指数函数曲线。

PLA沙障对沙丘土壤粒径的影响分析

PLA可降解纤维是一种新型的固沙材料,用它灌沙形成的筒状沙袋铺设于沙丘上,可有效改变近地表风沙流结构及地表粗糙度等。PLA沙袋沙障通过对地表风速影响,进而影响沙丘表层土壤粒径的重新分布。本次试验通过对不同铺设规格沙障沙丘0—11cm深土壤粒径的测定,分析不同铺设规格和坡位等对土壤粒径的影响。结果表明:2m×2m铺设规格沙障对土壤粒径影响较大,土壤平均粒径比未铺设沙障沙丘的大16%,1m×1m规格影响最小;同种规格沙障在坡顶处土壤粒径变化最大,比未铺设沙障沙丘的大21%,迎风坡、背风坡分别比对照大3.9%,2.4%;土壤深度不同,粒径变化也不同,地表0—1cm土壤粒径变化最大,比未铺设沙障沙丘的大16%。因此可知,沙障铺设后,使得沙丘表层的土壤粒径增大。

PLA沙障对土壤硬度的影响

为了解新材料聚酯纤维(PLA)沙障对沙丘土壤硬度的影响,通过测定铺设PLA沙障沙丘表层的土壤硬度,并以铺设麦草沙障沙丘及裸沙丘为对照,对比研究各种规格、迎风坡、坡顶及背风坡土壤硬度的差异。结果表明:铺设PLA沙障沙丘表层土壤硬度显著高于麦草沙障沙丘(P<0.001),且2者土壤硬度均显著高于未铺设沙障的裸沙丘(P<0.001);2 m×2 m和1 m×1 m PLA沙障土壤硬度比较接近,均显著小于3 m×3 m规格的(P<0.01),而麦草沙障3种规格的土壤硬度差异较小;2种沙障所在沙丘不同部位土壤硬度变化趋势相似,均是迎风坡的最大,坡顶次之,背风坡的最小;PLA沙障及麦草沙障单个障格内的土壤硬度分布都是不均匀的,并且二者的土壤硬度分布规律存在差异。

PLA沙障防风效益研究

为了解新材料PLA沙障对近地表气流的影响,通过测定铺设PLA沙障沙丘距地表不同高度的风速,并以铺设麦草沙障沙丘及裸沙丘为对照,对比研究各种规格、迎风坡、坡顶及背风坡地表粗糙度、风速效能及风速廓线差异。

PLA沙障内植被生长状况跟踪调查研究

以位于吉兰太盐湖自然保护区的PLA沙障试验区为研究对象,选取裸沙丘为对照,从2007年到2011年,每年9-10月对PLA沙障及对照区内植被生长状况进行跟踪调查研究,结果表明:(1)与裸沙丘相比,PLA沙障内植被生长状况总体较好,但截至目前尚未形成稳定的植物群落,植被盖度年际变化较大。(2)几种规格PLA沙障相比,在促进植被生长方面,3m×3m规格最好,2m×2m规格次之,1m×1m规格最差。(3)与裸沙丘相比,设置PLA沙障后,坡位对于植被的生长状况具有一定的影响,但其规律性还需进一步的跟踪调查研究。

PLA沙障对毛乌素沙地新月形沙丘土壤水分的影响

以毛乌素沙地铺设PLA沙障的新月形沙丘不同部位0-60 cm的土壤水分为研究对象,通过野外实地观测、采样和室内实验分析相结合的方法,对各个采样点的土壤含水量进行测量和分析。结果表明：土壤含水量受地形影响明显,从丘间低地、沙丘底部、沙丘中部到沙丘顶部土壤含水量依次降低;PLA沙障增强了沙丘土壤保持水分的能力,障格内土壤含水量明显高于裸沙丘上的土壤含水量,并且障格内土壤含水量变化趋势稳定,规律明显;PLA沙障对沙丘0-40 cm的土壤含水量影响较大。综合分析认为PLA沙障的配置在本研究区内对沙丘土壤水分保持有一定作用,能为后期的植被恢复提供有利的水分条件。

煮沸处理对PLA沙障物理性能的影响

本文通过对PLA沙障进行煮沸处理,采用数字图像处理技术计算了煮沸后的PLA沙障织物的线圈大小,同时又通过单纱拉伸试验测定了其力学性能的变化情况,以研究煮沸处理对PLA沙障物理性能的影响。结果表明,煮沸处理能够显著减小PLA沙障的线圈直径。在5min内煮沸时间越长,PLA沙障线圈直径越小,不同煮沸时间的PLA沙障线圈直径在5%水平差异显著。5min内不同时间的煮沸处理使PLA沙障的力学性能稍有下降,但在5%水平差异不显著。在实验地铺设PLA沙障前,基于最短的煮沸时间,建议将沙障在100℃沸水中煮沸1.5分钟,可以使得纺织针变的更加紧密,不容易漏沙,而对其物理和化学性质没有任何改变。

PLA沙袋格状沙障的合理运用

PLA沙袋沙障是一种新兴的固沙材料,具有施工运输方便,可重复利用和环保等优点。通过观察沙丘迎风坡、坡顶、背风坡铺设的1×1(m)、2×2(m)、3×3(m)三种不同规格格状沙障凹曲面深度,分析三种不同规格的凹曲面形态和剖面特征。

聚乳酸纤维沙障对表层土壤含水量的影响

在乌兰布和沙漠西南缘选择大小、走向相近的裸沙丘分别铺设聚乳酸纤维(PLA)沙障与麦草沙障,设计规格为1 m×1 m、2 m×2 m、3 m×3 m。从2008年开始连续3年对2种沙障不同规格、不同坡位表层土壤含水量进行测定,同时以未铺设任何沙障的裸沙丘作为对照,比较新型材料PLA沙障与传统沙障麦草沙障对表层土壤含水量的长时间影响。结果表明:1)PLA沙障与麦草沙障以及裸沙丘含水量都随年份的增加而增加,2类沙障含水量增长幅度明显优于裸沙丘;2)就沙障规格而言,长时间保持土壤水分,效果最好的是PLA沙障2 m×2 m规格;3)在0～10 cm深度,PLA沙障土壤含水量表现为迎风坡>背风坡>坡顶,麦草沙障与PLA沙障相反;4)在10～20 cm深度,PLA沙障土壤含水量表现为坡顶>迎风坡>背风坡,麦草沙障同样与PLA沙障相反。

沙袋沙障对沙丘表层粒径影响的研究

PLA纤维是一种新兴固沙材料,用它灌沙形成的筒状沙袋铺设于沙丘上形成沙障,可以改变近地表风沙流结构和地表粗糙度等因子。为了解该PLA沙障对沙丘地表土壤粒径的影响情况,在铺设沙障沙丘及对照沙丘分别取0～11 cm土样,用Rise-2008型激光粒度分析仪测定土样平均粒径,对比研究不同规格、不同部位PLA沙障与对照沙丘表层平均粒径的差异。结果表明:1 m×1 m、2 m×2 m、3 m×3 m PLA沙障3种规格相比,规格越大其平均粒径反而越小,但是均显著高于对照沙丘(P<0.005);铺设沙障沙丘的迎风坡、坡顶和背风坡平均粒径分别比对照沙丘高11.4%、26.8%和1.8%;并且坡顶平均粒径最大,迎风坡次之,背风坡最小,对照出现相同的变化趋势。

不同规格可降解沙障铺设5年后土壤粒度及有机质特征

为了探究可降解沙障铺设5 a后土壤粒度及有机质含量特征,采集库布齐沙漠东南缘铺设5 a后不同规格(0.5 m×0.5 m,1 m×1 m和2 m×2 m)、不同坡位(坡底、坡中、坡顶)的PLA沙障内近地表层(0—3 cm)土壤样品,通过激光粒度仪测试并分析了土壤粒度、有机质含量的变化情况及二者的相关性。结果表明:(1)PLA沙障内主要以细砂和粗砂为主,随着铺设规格的增加细砂含量逐渐增加,2 m×2 m(80.66%)>1 m×1 m(75.8%)>0.5 m×0.5 m(45.15%),每种规格坡顶处细砂含量最高分别为23.39%,31.73%,41.17%,坡中粗砂含量最高分别为44.91%,36.42%,42.88%。(2)障格内分选性均变差,峰态偏离正态分布,沉积物颗粒频率分布曲线部分波段变窄,表层颗粒逐渐细粒化。(3)土壤有机质含量表现出1 m×1 m>0.5 m×0.5 m>CK>2 m×2 m的规律;3种规格有机质含量均表现为坡底>坡中>坡顶;且极细砂与有机质含量呈现显著正相关,与中砂呈现显著负相关。上述结果说明,对于本研究区内,铺设5 a后1m×1m规格PLA沙障防护效益更优,且1 m×1 m规格和坡底处有利于有机质的积累,极细砂和中砂是有机质积累的关键粒级。

聚乳酸纤维沙障对植被生长的影响--以巴音温都尔沙漠封禁保护区为例

巴音温都尔沙漠的治理关乎整个河套平原的生态安全,然而,由于降水少,植被盖度低,导致其治理难度大。聚乳酸纤维沙障具有便于移动、使用寿命长、可生物降解无污染的特点,具有较好的发展前景。本研究将聚乳酸纤维沙障应用于巴音温都尔沙漠封禁保护区,并对其影响下植被的盖度、生物量及土壤的水分含量等指标进行为期4 a的监测。结果表明:(1)自沙障布设的第2 a起,沙障内的植被盖度和土壤含水量显著提高(P<0.05);(2)沙障内的植被地上生物量自沙障布设的第2 a起便开始显著增加,而地下生物量自沙障布设的第4 a起才显著增加(P<0.05)。总体来看,聚乳酸纤维沙障可通过提高土壤含水量来促进植被生长,可作为生物固沙难以实施区域的固沙措施,但其效果还有待更长期的研究。

生物基可降解沙障对毛乌素沙地表层土壤水分空间异质性研究

采用经典统计学与野外实地调查相结合的方法,对毛乌素沙地铺设的生物基可降解(PLA)沙障内和对照裸沙丘土壤含水量空间异质性对比分析,研究结果表明:铺设PLA沙障后沙丘土壤含水量较对照裸沙丘有明显增加的趋势,土壤含水量在不同深度土层间差异显著;铺设PLA沙障后沙丘土壤含水量变异系数较裸沙丘升高了6%左右,其基台值显著高于裸沙丘,变程由8. 91减少到3. 25,其土壤含水量空间异质性增强,使得土壤水分空间分布趋于离散状态,但两者均属中等程度变异。PLA沙障的铺设对沙丘表面土壤水分保持具有一定固持作用,可为后期天然植被恢复提供有利的先决条件。

PLA沙障对沙丘迎风坡土壤水分的影响

选取风季和雨季两个典型时期,对铺设不同规格PLA沙障沙丘迎风坡不同坡位0-60cm土层的土壤含水量进行测定,并以裸沙丘为对照,探究PLA沙障对沙丘迎风坡土壤水分的影响。结果表明:1m×1m和2m×2m沙障在不同时期对沙丘迎风坡整体和坡位间土壤水分影响明显,而菱形沙障作用效果差;1m×1m、2m×2m沙障使风季形成迎风坡浅层(5-20cm)土壤含水量低于裸沙丘的水分特征,雨季形成迎风坡表层(0-10cm)土壤含水量优于裸沙丘的水分特征,从而影响了植物的入侵与定居方式;不同时期1m×1m和2m×2m沙障对迎风坡中部和下部土壤水分的影响均较上部明显,迎风坡中部和下部应为重点关注区域,而在上部应采取相伴措施弥补不足。

PLA平铺沙障对沙丘土壤颗粒分形特征的影响

采用室外调查与室内分析相结合的方法,统计分析了毛乌素沙地PLA沙障铺设5年后的土壤颗粒粒径组成、分形维数及其与土壤砂粒(】0.05 mm)、粉粒(0.05~0.002 mm)和黏粒(【0.002 mm)含量的之间的关系。结果表明:研究区沙物质颗粒主要以粒径大于0.05 mm的细沙、极细沙为主。设置PLA沙障后,导致沙丘中粗沙含量减少,黏粒物质增加。沙障规格对土壤分形维数的影响表现为规格越小,土壤分形维数越大。沙丘表层分形维数与砂粒含量(】0.05 mm)呈极显著的负相关关系,而与黏粒含量呈极显著的正相关关系。该地区颗粒分形维数的临界粒径为0.05 mm粒径物质,低于0.05 mm的颗粒含量越多,分形维数越高,反之则越低。设置PLA沙障后,黏粒物质聚集和沙粒物质的降低共同导致分形维数的增加。

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8a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0~3cm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。1m×1m规格PLA沙障内均以积沙为主;沙丘迎风坡和背风坡的2m×2m、3m×3m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2m×2m规格PLA沙障整体防沙效益最佳。

沙丘部位对聚乳酸纤维沙袋沙障降解速度的影响

掌握聚乳酸纤维沙障的降解速度对于沙障防护效益的发挥具有重要意义。在毛乌素沙地的流动沙丘迎风坡设置聚乳酸沙障,采用测定力学性能、质量损失及观察表面形态等多种手段对毛乌素沙丘迎风坡底部、中部和沙丘顶部铺设5a的聚乳酸纤维沙障的降解速度进行了研究。结果表明:与原始聚乳酸纤维沙障相比,从沙丘迎风坡底、迎风坡中到坡顶,沙障的降解速度逐渐增大。障格内纬向障体(垂直于主风向)的整体降解速度较经向障体(平行于主风向)的严重。单根沙障暴露面障体的降解速度均较贴地面的大,且二者的差异随坡位的上升越来越大。表明沙丘不同部位的风沙活动、光照、土壤水分含量等环境因素分布的差异对于聚乳酸纤维沙障降解速度有着重要的影响,在设置沙障或后期维护时应当注意加强。