用生物刺激法来增强土壤的抗风蚀能力

在沙漠及其附近地区,沙尘暴是影响人们身体健康和居住环境的重要因素,这些沙尘会随风传播至下游城市上空,成为大气粉尘的主要扬尘源。使用微生物诱导生成碳酸钙沉淀是近几年来兴起的一种绿色固土的新方法。其原理是使用微生物的矿化反应生成碳酸盐沉淀填充周围土颗粒之间的空隙,乃至在土壤表层形成一层硬层,从而提高土壤的抗风蚀能力。本实验采取生物刺激法来固定土壤表面的沙粒。实验中,向土壤喷撒三种不同体积的营养液和胶结液,体积分别为10,20和30mL。处理后的实验样品在实验室中分别固化1,4,7,14和28d,同时使用风洞装置作为仪器,来测量处理过的土壤与未经处理的土壤之间的抗风蚀能力的差距。结果显示,相较于未处理过的土壤,加入营养液与胶结液的土壤,土壤的抗风蚀能力从第一天的500%,增强至第28d的2400%。

典型草原抗风蚀能力的实验研究

为了了解人为干扰对典型草原抗风蚀能力的影响,采用风洞实验的方法对不同干扰条件下典型草原原状土的抗风蚀能力进行了研究.不同时间禁牧草原的风洞实验结果表明,禁牧典型草原的风蚀量和风蚀率都明显低于自由放牧草原,而且,在相同风速下,禁牧时间越长,侵蚀率及侵蚀量越小;草原开垦后,土壤的侵蚀率和侵蚀量远远高于典型草原,而且风速越大,相差越大;草原土壤侵蚀率随风速的增加而增加,但受草原土壤可侵蚀量的限制.另外,人工模拟干扰实验表明,典型草原土壤的侵蚀率与干扰程度呈直线相关关系.结果说明:放牧及耕作会使典型草原的抗风蚀能力明显降低,而禁牧可以有效提高其抗风蚀能力.在典型草原区,实行禁牧是遏制草原退化的有效措施.

沙漠路基边坡抗风蚀能力现场试验研究

将路基边坡土体抗剪强度的变化作为其抗风蚀能力的表征。通过现场原位十字板剪切试验,以土体抗剪强度变化率为参数,确定沙漠路基边坡风蚀影响区域的临界边界,考虑环境风场强度、路基断面形式、路线走向与风向间关系、由边坡向路基内部方向水平延伸深度等因素的影响。建立路基边坡风蚀影响深度的预测模型,分析风蚀影响区域内土体抗剪强度的变化规律。试验结果表明:路基边坡风蚀影响区域临界线纵、横坐标呈幂函数变化形式,就该试验路段测试结果来看,风蚀影响区域水平延伸深度为0.37～0.67m。同时,风蚀影响区域内土体抗风蚀能力呈现出由坡面向路基内部方向逐渐增强、由坡脚向路肩方向逐渐减弱的趋势,且当路线走向与风向夹角为90°时路基抗风蚀能力较弱,常年主导风向作用下路基迎风坡抗风蚀能力小于其背风坡。对沙漠路基边坡抗风蚀能力进行定量分析,揭示沙漠路基边坡的风蚀机理。

北京平原土壤机械组成和抗风蚀能力的分析

土壤遇风起沙是风沙活动产生的最根本原因,它的基本点有二:一是具有足以使砂粒产生运动的一定强度的起沙风;二是土壤颗粒小、质地干燥疏松,具有遇风起沙产生运动的属性。本文分析了北京土壤的机械组成特征和结构性能等。叙述了在永定河边部一些地块的野外风沙观测和沙风洞试验,证实土壤结构性、干松程度、植被覆盖状况是决定土壤抗风蚀性能的三要素。最后,试用不易蚀因子含量评价北京平原土壤的抗风蚀能力。

化学固沙结层的力学强度与抗风蚀能力关系

通过对三种固沙剂的固沙结层的力学强度与抗风蚀能力进行试验对比研究,揭示两者的内在关系,从而为制定化学固沙标准提供依据。实验表明,固沙结层的粘聚力随固沙剂用量增大而增大,并且成直线关系。固沙结层临界侵蚀风速与固沙剂用量呈线性关系,相关性很好;除了粘聚力外,材料的性质对抵抗风沙流的侵蚀也有很大的影响。

砒砂岩与沙复配土抗风蚀能力研究

陕北毛乌素沙漠南缘地区广泛分布着'两害'——砒砂岩和沙,严重影响着当地作物的生长。为改善区域生态环境,实现资源的合理化利用,本研究将砒砂岩(P)和沙(S)按照不同的质量比进行复配(m(P)∶m(S)=1∶1,1∶2,1∶5),通过测定复配土的粘聚力、内摩擦角、风蚀量等一系列基本理化指标,研究复配土的抗风蚀能力及其影响因素。结果表明:随着砒砂岩含量的增加,复配土的粘聚力逐渐增加,抗剪强度增大,内摩擦角逐渐减小,风蚀量逐渐减小,抗风蚀能力逐渐增强。其中,1∶1复配土的粘聚力最大,内摩擦角最小,风蚀量最小;1∶5复配土的粘聚力最小,内摩擦角最大。砒砂岩的加入,可以显著降低风沙土的风蚀量,增强该地区风沙土的抗风力侵蚀能力。另外,粘聚力与容重有极显著的负相关性,粘粒含量与内摩擦角有极显著的负相关性,风蚀量和砒砂岩含量占比有极显著的负相关性。风蚀量和内摩擦角、容重有很强的正相关性,与粘聚力、分形维数、粘粒、粉粒含量有很强的负相关性。

NaCl含量对风沙土盐结皮特性及其抗风蚀性能的影响

土壤盐结皮能够抑制水分蒸发,减少地表粉尘释放,在干旱区生态环境中具有十分重要的作用。为了获得干旱或半干旱区风沙土盐结皮的合理盐溶度,选取新疆塔克拉玛干沙漠东部风沙土为试验土壤,分别加入0.1%、0.2%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%和7.0%(盐占混合物的百分比)的NaCl进行盐结皮试验,测试盐结皮的强度和韧性。利用电镜观察盐结皮微观结构,分析NaCl盐溶度对结皮抗压强度以及其抗风蚀性能的影响。试验结果表明:NaCl含量对风沙土结皮抗压强度和韧性有较大影响,随着NaCl含量的增加盐结皮的强度和韧性均呈先增加后降低的特殊现象;但盐结皮的抗压强度峰值和韧性峰值不同步,NaCl含量3.0%时,盐结皮韧性达到峰值;NaCl含量4.0%时,盐结皮的抗压强度才达到峰值。盐结皮表观和微观结构显示,盐含量大于4.0%后结皮盐晶体出现盐斑聚集,这种盐晶体聚集导致盐结皮不均匀,进而导致盐结皮抗压强度复杂变化。

多元层状边坡土体风蚀速率与微结构参数关系

吐鲁番交河故城台地多元层状土质边坡由于风蚀而形成空腔的现象表明,不同类型的土具有不同的抗风蚀能力,抗风蚀能力的强弱是多因素影响的共同结果,微观结构是其中一个重要内因。风蚀速率是表征土抗风蚀能力强弱的重要物理量,研究运用风洞试验、微结构分析等手段揭示了风蚀速率与颗粒面积比、颗粒圆度、孔隙等效直径、孔隙充填比等微结构特征参数之间的良好对应关系;进而采用相关分析法分析并证实风蚀速率与各特征参数间的良好相关关系,应用回归分析方法建立3个试验风速下风蚀速率与单个参数和多个参数之间的回归方程,验证了微结构特征对土抗风蚀能力有显著影响,进而为土抗风蚀能力的评价提供了微观依据。

基于土壤粒度和大风日数的风蚀风险预报

为寻求一种较为简便、广泛适用的土壤潜在风蚀风险评价方法体系,选取内蒙古中西部的吉兰太戈壁、乌兰布和半固定沙地、毛乌素沙地、武川农田和希拉穆仁草原5种典型风蚀试验区,基于数字图像技术,获取地表不可蚀颗粒含量,结合地区大风日数资料,建立土壤潜在风蚀风险指数方程,并进行实地验证。结果表明:吉兰太戈壁、灌丛地表已经处于粗化过程后期,抗风蚀能力较强,平均抗风蚀指数分别为91.40%和81.40%。由于灌丛群落的存在,乌兰布和沙漠半固定沙地土壤颗粒空间分布差异明显,导致土壤抗风蚀能力呈现不同程度的差异。毛乌素沙地风成沙物质颗粒较细,抗风蚀指数仅为13.40%,极易起沙。应用土壤潜在风蚀风险方程实地表征所得结果与实际情况吻合,与人类活动关系最为密切的农田、草原土壤潜在风蚀风险最高。研究结果可实现科学、有效地预测地表潜在风蚀风险,为干旱、半干旱地区风蚀荒漠化监测提供理论依据和技术支撑。

不同碳酸钙钙源对CFPK加固风积沙的影响

仿岩溶碳酸氢钙(CFPK)溶液是一种环境友好型固沙材料,碳酸钙钙源对CFPK溶液的制备及其特性有重要影响。为了给CFPK在固沙方面的推广应用提供参考,选择分析纯碳酸钙、生物碳酸钙、轻质碳酸钙、重质碳酸钙4种材料作为制备CFPK溶液的碳酸钙钙源,通过化学试验、力学试验、X射线衍射试验和扫描电镜试验等,分析了不同碳酸钙钙源制备的CFPK溶液的固沙效果。结果表明:1)4种碳酸钙钙源制备的CFPK溶液在反应达到平衡时,电导率和钙离子浓度基本相同,即钙源对碳酸氢钙溶解度影响很小,但是反应速度差别明显,其中重质碳酸钙的反应速率最快、生物碳酸钙的反应速率最慢;2)不同碳酸钙固化沙的表面强度、抗风蚀能力差异明显,重质碳酸钙固化沙表面强度和抗风蚀能力大于其他3种碳酸钙的,生物碳酸钙固化沙表面强度和抗风蚀能力最小;3)4种碳酸钙钙源在固化沙中生成的碳酸钙晶体矿物成分基本相同,主要为方解石,但不同碳酸钙钙源在固化沙中生成的碳酸钙晶体的含量和形态有所不同,分析纯碳酸钙生成的碳酸钙晶体主要为六面体方解石,其他3种碳酸钙生成的碳酸钙晶体以薄片状为主,其中重质碳酸钙生成的碳酸钙晶体尺寸大、高度聚集、致密性高,因此重质碳酸钙作为钙源的固沙效果最好,建议选用重质碳酸钙作为制备CFPK溶液的钙源。

不同喷洒浓度沙蒿胶固沙效果试验

为了探究沙蒿胶的固沙效果,采用不同质量分数(0、0.02%、0.05%、0.10%、0.20%和0.50%)的沙蒿胶喷洒试验,对固沙试样的固结层厚度、抗压强度、抗风蚀能力、团聚体水稳定性、渗透性、保水性和沙蒿胶对植物种子萌发及幼苗生长的影响进行测定。结果表明:1)喷洒沙蒿胶后,固沙试样的固结层厚度和抗压强度显著增加,抗风蚀能力明显增强,质量分数>0.10%的沙蒿胶处理,其起沙风速均在20 m/s以上;2)沙粒在沙蒿胶的作用下相互胶结,微团聚体质量百分数显著降低,大团聚体百分数显著增加;3)团聚体平均质量直径显著增加,表明沙蒿胶提高了沙样的水稳定性;4)沙面形成的固结层具有良好的渗透性,利于水分的入渗,沙蒿胶良好的吸水性和保水性,能够促进虫实(Corispermum puberulum)和沙蒿(Artemisia sphaerocephala Krasch.)2种固沙先锋植物种子的萌发及幼苗的生长。可见,沙蒿胶具有良好的固沙效果,且固沙成本低,可以作为一种环境友好型固沙剂,与生物固沙结合用于治沙,沙蒿胶喷洒质量分数以0.20%为宜。研究可为沙蒿胶的固沙应用提供理论依据。

新型YDL-固沙胶的固沙性能及固沙效果试验研究

以新型高分子材料YDL—固沙胶为研究对象,对其可喷洒到沙面上时所形成的固结层的抗压强度、抗风蚀能力、耐水性、保水性以及对植物生长发育的影响作用等进行了试验研究,证实了该高性能固沙胶固沙的可行性,当固沙胶采用双遍喷洒、且用量为40～60 g/m^2较为适宜,形成的固结层厚度适当,促进了种子的发芽与生长。

三种典型地表风速廓线的试验研究

针对北方土壤风蚀问题,用RMTO型多通道无线风速廓线仪对内蒙古四子王旗3种典型地表——天然草地、灌草带状修复草地和传统秋翻耕农田的近地表风速廓线进行研究,定量分析了3种不同地表的空气动力学粗糙度及其抗风蚀能力。结果表明:不同地表的近地表风速廓线形态不一,风速都随测点高度的增加而增大,符合指数分布规律;粗糙度越大的地表其表面抗风蚀能力越强;灌草带状修复草地的粗糙度分别是天然草地和传统秋翻耕农田粗糙度的2.1和5.0倍。

常规卤化物和高分子材料抑制尾矿库扬尘的试验

选取溶液质量浓度、溶液喷洒量以及外部风速作为变量,通过室内试验考察了常规卤化物和高分子材料对扬尘控制的效果.以抗风蚀能力和结壳抗破坏能力为响应变量.结果表明,随着抑尘剂浓度的增加和喷洒量的增加,结壳的抗风蚀性和抗破坏性可以得到提高.在卤化物溶液中,CaCl_(2)的抑尘性能最好.在风速为7.5 m·s^(−1)的条件下,CaCl_(2)喷洒量为4.5 L·m^(−2),且其质量浓度为50 g·L^(−1)时,尾矿质量损失量为0.75 g·m^(−2)·min−1,贯入阻力为466 kPa.在高分子材料中,聚丙烯酰胺的抑尘效果最好.在风速为7.5 m·s^(−1)的条件下,聚丙烯酰胺喷洒量为4.5 L·m^(−2),且其质量浓度为0.5 g·L^(−1)时,尾矿质量损失量为0.30 g·m^(−2)·min−1,贯入阻力为248 kPa.抑尘剂的选取可根据当地年均风速确定,年均风速较大时,可选择聚丙烯酰胺作为尾矿库抑尘剂,反之则可选择CaCl_(2)为尾矿库抑尘剂.

沙蒿胶-微藻联合固沙效果的试验研究

单一形式的固沙措施已经不能满足防风治沙的需要,寻找经济高效的方式势在必行。为了探究沙蒿胶-微藻的联合固沙效果,采用不同质量浓度(以叶绿素a含量表示,设定10,20,30 mg/L)的具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus Gom.)和爪哇伪枝藻(Scytonema javanicum)4 1的混合溶液与不同质量分数(0.05%,0.10%,0.20%)的沙蒿胶溶液按照一定的体积比(10 0,9 1,7 3,3 7,1 9,0 10)先后均匀喷洒于沙盘表面,待生物结皮(或固结层)形成后,运用自行设计的试验装置,对固沙试样的抗风蚀能力进行测定。结果表明:(1)沙蒿胶喷洒于沙样表面形成的固结层可为微藻生物结皮的形成提供一个固定的生境;(2)沙漠喷洒最适宜组合为沙蒿胶质量分数为0.10%、微藻质量浓度为20 mg/L、混合溶液体积比为7 3;(3)随着沙蒿胶质量分数的增大,起动风速呈现增大的趋势,20 m/s的风蚀率明显降低。

NaCl与Na_(2)SO_(4)风沙土盐结皮力学特性比较分析

可溶性盐与风沙土胶结形成的盐结皮能提高风沙土抗风蚀能力,减弱沙尘灾害.风沙土中Na^(+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)三种离子含量较大,因此本文选用NaCl、Na_(2)SO_(4)两种盐与风沙土进行结皮实验.各设置6个盐浓度梯度与风沙土胶结形成结皮,观测盐结皮的表观形态、晶体覆盖度、结皮强度、盐-土胶结颗粒质量、结皮层厚度、结皮应力-进深曲线,探讨两种盐结皮的力学特性.结果表明:含盐量较低时,盐结皮抗压强度和抗风蚀能力受含盐量影响较大;含盐量较高时,盐晶体性质对结皮抗压强度和抗风蚀能力影响较大.Na_(2)SO_(4)的结晶体相变会对结皮结构产生破坏,盐结皮的抗压强度和抗风蚀能力减小.通过对两种盐结皮力学特性的对比分析发现:盐浓度为1.5 mol/L的Na_(2)SO_(4)溶液形成的结皮的抗风蚀性能最强.

遮天蔽日的沙尘暴

黄沙飞舞、遮天蔽日,沙尘暴不仅影响人们的交通出行,而且危害人的身体健康。面对这个“健康杀手”,我们该如何防范?什么是沙尘暴沙尘暴是指强风将地面尘沙吹起使空气混浊,水平能见度小于1000米的天气现象。沙尘暴天气主要发生在冬春季节,这是因为冬春季干旱区降水甚少,地表异常干燥松散,抗风蚀能力很弱,在大风刮过时,大量沙尘被卷入空中,形成沙尘暴。

荒漠化治理路漫漫

“数百米长的沙墙伴随着狂风席卷而来,顿时飞沙走石。整个天空呈现暗黄色,空气中弥漫着扬沙,能见度非常低。无论室内室外均伸手不见五指,狂风呼啸,仿佛天塌地陷,末日来临。”这是一段关于每年冬春季常见于我国北方地区的沙尘暴的描述。沙尘暴形成的原因是冬春季节干旱地区的降水量少,地表干燥松散,抗风蚀能力弱,因此每当有大风刮过时,就会将大量沙尘卷入空中,形成沙尘暴天气。

沙棘嫩枝扦插育苗技术

中国沙棘俗名黑刺,又名酸棘、醋柳、酸溜溜。系胡颓子科沙棘属野生植物,落叶灌木或小乔木,高可达5米,一般呈灌木状,是水土保持、改造荒漠的优良灌木,是一种兼具生态效益、经济效益和社会效益的树种资源。它具有抗风蚀能力,具有很强的萌蘖能力,是干旱地区少数具有固氮能力的木本植物。一、采插穗每年6月底-7月初即可采条。选用当年生的半木质化插条,将插条剪成8-15厘米长的插穗。

不同秸秆移除率下免耕时长对土壤风蚀的影响

土壤风力侵蚀是干旱、半干旱地区农业土壤主要退化因素之一,是农业可持续发展中最突出的问题。耕地采用免耕技术(NT)可以减少经济投入,减少能源消耗从而降低温室气体排放,同时提升土壤有机质含量从而增加土壤团聚体的团聚效应,增加土壤抗侵蚀能力。虽然免耕可以使得农田土壤抗风蚀能力有显著提高,但是免耕年限长短与土壤抗风蚀能力之间的关系并没有得到充分研究。通过研究不同免耕年限下土壤的可侵蚀比(EF)、几何平均质量直径(GMD)、破碎力(BF)、干团聚体稳定性及表面糙率等,探讨免耕年限对土壤抗风蚀能力的影响,并且综合这五项指标对美国堪萨斯州的两块相邻的土地(Garden City与Scott City)进行对比。试验发现:当秸秆移除率为50%时,免耕年限较长的Scott City(17年免耕)的五项指标普遍优于Garden City(5年免耕),尤其是在GMD和糙率上,都远远优于Garden City。当秸秆移除率为100%或者0%时,五项指标中两处土壤的性质各有优劣,这些差异与气候、环境以及土壤类型等因素有关。从试验中发现,土壤的抗风蚀能力与免耕年限呈正相关关系。