水蚀风蚀交错带植被恢复对土壤物理性质的影响

黄土高原北部晋陕蒙接壤区是典型的水蚀风蚀交错带和强烈侵蚀中心,探讨该区植被恢复对土壤性质的影响有助于该区植被恢复模式的合理选择和土壤生态效应的科学评价。以神木六道沟小流域为研究区域,探讨了土壤物理性质变化与植被恢复的关系。结果表明,研究区土壤容重、砂粒含量以及饱和导水率普遍较高,表层(0-20cm)均值依次为1.38gcm-3、44.2%和1.46mmmin-1,而土壤总孔隙度与粘粒含量则较低,表层均值分别为45.6%和2.4%,反映了研究区土壤荒漠化的严峻现状,其中北坡(迎风坡)表现尤为严重。与农田相比,采用自然弃耕、种植紫花苜蓿(Medicagosativa)和柠条(Caragana korshinskii)、恢复次生天然草地等不同的植被恢复模式可以不同程度地降低土壤容重,增加土壤总孔隙度、饱和导水率以及团聚体稳定性,改善土壤的物理性质,而且随着恢复时间(1-30a)的延长,这种效应会进一步增强。通过种植人工草地并使其自然恢复为次生天然草地的植被恢复模式,对土壤结构的改善作用显著优于直接种植柠条灌丛和自然弃耕等模式。但是,短期内(<30a)植被恢复对土壤颗粒组成、比重等物理性状无显著影响,意味着土壤一旦出现沙化将很难逆转。从对植被恢复响应的敏感性而言,土壤容重、总孔隙度以及团聚体稳定性可以作为土壤生态效应评价的主要指标。

水蚀风蚀交错带植被恢复对土壤有机质和氮素的影响

以陕西省神木县六道沟小流域为研究区域,探讨了植被恢复对土壤有机质(SOM)和氮含量的影响。结果表明,研究区不同植被恢复模式表层(0-20 cm)SOM和全氮(TN)的变化顺序为:天然草地>灌丛>人工草地>弃耕地>农田,但是相互间统计差异不显著(p>0.05),意味着不同模式对促进土壤质量恢复均有一定的作用,但效果并不明显,因此考虑到研究区水分的限制性,建议植被恢复模式以草地为主。植被恢复阶段对SOM和TN的影响表现为前期(<14 a)降低而后期稳定增加的趋势,但对矿质氮(Nmin)则无显著影响。坡向比较结果表明,南坡(背风坡)SOM,TN以及矿质氮均显著高于北坡(迎风坡),这与其它地区的研究结果恰恰相反,这一特征意味着土壤沙化导致土壤肥力退化的机理可能在于土壤沙化因增强SOM的矿化消耗而降低了土壤养分的累积。

黄土高原水蚀风蚀交错带煤田开发区小流域植被恢复模式

该文以陕北神木县六道沟小流域为研究区,应用参与性农户评估方法（PRA）调查煤田开发对流域居民收入和流域可持续发展的影响,分析流域内主要植被的生长和土壤水分状况,探讨陕北特大型煤田开发基地的生态恢复模式,为煤田可持续开发提供科学依据。调查表明,煤田开发明显改变了流域内农民的收入结构和数量,工农收入比由1.4∶1（1993年）变为26.5∶1（2007年）,人均收入由830.0元增加为9 340.0元,增加了约10倍;收入的增加提高了流域农民对退耕还林（草）政策的认知度,高达95%的群众对退耕还林还草政策持肯定态度;流域内的土地利用方式有了明显变化,表现为种植业用地显著下降,由原来的31.3%下降为21.5%,而畜牧业用地（包括荒草地）从39.6%增加为52.4%,原因是煤田开发让大部分劳动力投入到煤矿生产中,部分耕地特别是坡耕地荒废,成为荒草地。流域内小叶杨人工乔木林85%以上林木生长老化、衰败,树高平均仅4~6 m,形成典型的低效、低产林,林地土壤水分亏损严重,0~50 cm土层含水量仅有3.85%;流域10年生人工柠条灌木林郁闭度只有0.2,并且深层土壤水分被过渡利用,200~600 cm层次平均含水量仅有4.1%;10年生人工紫花苜蓿草地土壤水分消耗也较显著,但程度明显低于人工柠条林地,且紫花苜蓿的存在促进了天然草本群落的演替。研究认为,在煤炭资源枯竭之前,进行有效的草本植被恢复,建立以草本植物为主体、草灌结合、具有高效生态效益和一定经济效益、有利于促进流域次生地带性植被自然生长的人工植物群落是流域有效的植被恢复模式。因此,保证流域形成具有一定郁闭度的优质放牧草原群落,在煤炭资源枯竭之后,流域经济可以顺利地由资源消耗型经济转为以放牧业为支柱产业的循环经济,实现流域的可持续发展。

霍尔推力器不同壁面侵蚀对低频振荡特性影响研究

基于霍尔推力器一维准中性流体模型,对放电壁面侵蚀对低频振荡特性的影响进行了数值模拟研究。通过改变霍尔推力器放电通道的横截面积,研究了霍尔推力器寿命期内通道受离子溅射后,放电电流振荡特性变化。研究结果显示,横截面积从25cm2增大到37cm2时,放电电流振荡幅值增加,振荡频率基本不变;继续增加横截面积,放电电流振荡幅值减小,振荡频率增加。理论分析表明:通道侵蚀面积增大,导致离子碰撞频率变化,进而引起振荡特性变化。

重庆长江隧道河床演变及冲刷预测

过江隧道隧址断面河床冲刷深度直接关系到工程规划的经济性和工程运行的安全性,因此合理预测河床冲刷深度至关重要。在国内外学者研究成果的基础上,以重庆长江过江隧道为例,根据三峡变动回水区近期水沙资料及水库运行资料分析工程河段河床演变及隧址断面冲淤变化,采用多种常用的冲刷计算公式对不利水文条件下隧址断面的河床冲刷深度进行预测。结果表明,确定过江隧道隧址断面河床冲刷深度为4. 8 m。研究成果可为类似工程提供参考。

大渡河干旱河谷区横垄坡面产流产沙特征及水保效益

为弄清干旱河谷区横垄坡面水土流失特征及水保效益,采用野外调查与室内人工模拟降雨相结合的方法,以坡耕地平作坡面为对照,开展了4种降雨强度(30,60,90,120 mm/h)和4种坡度(10°,15°,20°,25°)条件下横垄坡面产流产沙特征及减流减沙效益。结果表明:(1)横垄坡面产流时间随降雨强度和坡度的增大而提前,且受坡度影响远小于降雨强度;同等条件下,横垄坡面产流时间滞后平作坡面8.14%~55.60%。(2)随着降雨强度和坡度的增大,横垄坡面产流率和产沙率均表现为增加趋势。(3)坡度与横垄坡面减流减沙效益随降雨强度的增大由正相关关系转变为负相关关系,而降雨强度与横垄坡面减流减沙效益关系复杂,无明显变化规律。降雨强度和坡度对横垄坡面产流产沙过程和减流减沙效益有重要影响,横垄坡面能够延长坡面径流形成时间,有效减少坡面产沙率,但横垄坡面减流减沙作用存在临界条件。研究结果可为区域坡耕地横垄措施合理布设和水土流失有效防控提供数据支撑和理论依据。

考虑变形/侵蚀耦合的弹体横截面积理论模型

弹体以中高速侵彻混凝土介质时,弹靶之间的高压作用导致弹体出现严重变形。同时,剧烈的摩擦作用使得弹体质量出现侵蚀,进一步导致侵彻性能显著下降。为深入研究中高速条件下弹体的侵彻行为,基于空穴膨胀理论和Alekseevskii-Tate模型,分别获得侵彻模式转变时对应的临界速度。在此基础上,考虑中高速侵彻下弹体变形和质量侵蚀的耦合效应,进而构建中高速侵彻下弹体横截面积的理论模型。为验证理论模型的合理性及可靠性,与文献实验数据进行对比分析。实验结果表明:临界速度理论模型的预测结果与文献[6,11]实验数据吻合较好,证明了模型的准确性。中高速侵彻下弹体在变形、侵蚀效应的共同作用下,侵彻后横截面积随初始撞击速度近似呈指数增大。变形效应导致弹体镦粗,侵蚀效应使得弹体表面材料被逐渐剥落。