纱网沙障对风蚀坑积沙区土壤种子库的影响

以浑善达克沙地固定沙丘风蚀坑积沙区为研究对象,依据固定沙丘活化形成风蚀坑积沙区的特点铺设纱网沙障,积沙区不同铺设方式下设计4 m×4 m网格沙障(S1)和4 m带状沙障(S2);积沙区不同空间位置下使用4 m×4 m网格沙障铺设积沙区前段(L1)、积沙区中段(L2)和积沙区后段(L3)3个空间部位;以流动沙地为对照(CK),采用野外取样和温室内萌发的方法,探讨纱网沙障在积沙区不同铺设方式下及不同空间位置下对土壤种子库的影响。结果表明,1)不同处理下土壤种子库物种组成及种子密度不同,同一物种在不同处理的土壤种子库中出现时种子密度也存在差异;禾本科、藜科、菊科植物种在土壤种子库中出现比例均较高,分别占31.3%、25.0%和18.8%,占总物种数的75.0%;败酱科、豆科、毛茛科、唇形科、苋科在土壤种子库中均有出现。不同处理间S1物种种类最多,达12种,CK种类最少,仅有5种。2)风蚀坑积沙区经纱网沙障治理后,土壤种子库中植物物种数、种子密度和物种多样性均呈增加趋势;不同铺设方式下S1处理及不同空间位置下L2处理的1年生植物和多年生植物种子数均为最高。3)土壤种子库中Shannon-Wiener指数、Simpsin指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数在不同空间位置下均表现为L2>L1>L3>CK;在不同铺设方式下均表现S1>S2>CK(Pielou均匀度指数除外)。此外,经过治理后,土壤种子库的恢复成效与沙化草地相近,与CK显著不同。设置纱网沙障改善了风蚀坑流动沙地土壤种子库结构,对快速恢复植被,促进流动沙地植被演替具有重要作用。

乌兰布和沙漠流动沙丘纱网沙障防风效能研究

为了选择适宜规格的纱网沙障进行流动沙地治理,在乌兰布和沙漠流动沙丘设置2 m×2 m,4 m×4 m,6 m×6 m网格或2 m,4 m,6 m带宽的带状纱网沙障,采用美国HOBO全自动风速风向仪测定其风速变化,并分析了地表粗糙度、相对风速和防风效能。结果表明:2 m×2 m网格纱网沙障地表粗糙度随着风速增加而呈现出线性降低的规律;纱网沙障主要是降低近地表30 cm以下高度的风速,并提高近地表粗糙度;随着风速增加,纱网沙障防风效能变化总体呈现出降低的趋势。在流动沙丘设置2 m×2 m,4 m×4 m网格或2 m,4 m带状纱网沙障可有效降低近地表风速、增加地表粗糙度,总体防风效能较好。

纱网沙障对植被恢复的影响

既降低沙障成本又能有效控制风蚀过程是流动沙丘治理中急需解决的问题。本文利用PE抗老化纱网材料沙障并进行造林取得了预期效果。调查结果表明,纱网沙障设置区风蚀深度为6.52 cm,对照区为14.24 cm。不同规格的纱网沙障均在纱网两侧5.20~5.50 cm范围内积沙5.42 cm。沙障背风侧30 cm范围内栽植杨树平均成活率为95.35%、黄柳为96.62%,且没有风蚀危害。纱网沙障设置2年后,草本植被盖度平均提高到40%左右,风沙危害得到明显控制。

不同几何形状纱网沙障输沙量风洞模拟实验研究

风蚀危害是影响流动沙丘造林成效的关键因素。我们在跟踪调查纱网沙障野外固沙造林良好成效的基础上,进行了不同几何形状纱网沙障输沙量风洞模拟实验研究。结果表明:不同几何形状及其开口方向的纱网沙障改变了地表风沙流结构,拦沙效果显著;当沙障开口朝背风方向时,输沙量随着距离地面高度增加而减少,而沙障开口朝迎风方向时,拦截地表风沙流效果较好,且输沙量随着距离地面高度增加而呈抛物线形变化规律,迎风半圆型沙障最大输沙量在距离地面26~28 cm高度,迎风月牙型沙障在距离地面20~22 cm高度,而未设置沙障最大输沙量在距离地面0~2 cm;在沙障迎风侧0.5H和背风侧0.5H^2H范围内均处于积沙状态,并且距离沙障越近积沙越厚,而在沙障迎风侧1.5H^2.5H范围则以风蚀状态为主,这种风蚀积沙变化为在纱网沙障背风侧3H范围内植树固沙造林提供了理论依据。

直压立式纱网沙障风洞试验研究

风蚀危害是影响流动沙丘造林成效的关键因素。在跟踪调查纱网沙障野外固沙造林良好成效的基础上,进行了纱网沙障固沙成效的风洞模拟试验。结果表明:设置带状纱网沙障后改变了地表风沙流结构,并对拦截地表风沙流具有显著的效果。在距离地表0~40cm高度范围内,沙障高度10、15和20cm时,其总输沙量分别为0.9、1.11和0.56g·cm^(-2)·min^(-1),而无沙障对照为4.47g·cm^(-2)·min^(-1)。在纱网沙障迎风侧2 H、1.5 H和1 H处的平均风蚀深度分别为0.47、0.4和0.2cm,在背风侧0.5H、1H、1.5 H、2 H和3 H处的平均积沙厚度分别为1.7、1.1、1.0、1.3和1.4cm。此外,由于沙障高度不同,沙障迎风及背风侧风速流场的变化特征不同,并在沙障背风侧近地表形成弱风区。其中,沙障高度10cm时,在设置沙障位置的上空10cm高度范围形成1个高风速涡旋;沙障高度15cm时,在沙障及沙障背风侧上空10cm高度范围形成3~4个高风速涡旋;沙障高度20cm时,在沙障位置及沙障背风侧上空10cm高度范围形成8~9个高风速涡旋,反映出纱网沙障具有随风摆动的特点,对空中气流的扰动作用强烈。

纱网沙障输沙量风洞模拟实验研究

风蚀危害是影响流动沙丘造林成效的关键因素。为此,我们在跟踪调查纱网沙障野外固沙造林良好成效的基础上,进行了纱网沙障输沙量风洞模拟实验研究。结果表明：设置带状纱网沙障后改变了地表风沙流结构,当沙障高出地面20 cm、10 cm和15 cm时,其最大输沙量分别在距地面6-10 cm、10-14 cm和14-18 cm高度范围,而无沙障时其最大输沙量在距地面0-2 cm高度范围,并且,与带状沙障相比,网格沙障拦截地表风沙流的效果更好,如在距地面0-14 cm高度范围,其输沙量为1.89 g/4 cm2·3 min,而带状沙障为4.96 g/4 cm2·3 min。在纱网沙障迎风侧2H、1.5H和1H处的风蚀深度分别为0.47 cm、0.4 cm和0.2 cm,在背风侧0.5H、1H、1.5H、2H和3H处的平均积沙厚度分别为1.7 cm、1.1 cm、1.0 cm、1.3 cm和1.4 cm,这种风蚀积沙变化为在纱网沙障背风侧3H范围内植树固沙造林提供了理论依据。

直压立式PE纱网沙障土壤种子库特征研究

流动沙地铺设沙障后土壤种子库变化对自然植被恢复评价和有效预测生态恢复进程具有重要作用。采用野外取样和温室内发芽测定方法,研究了浑善达克沙地固定沙丘活化风蚀坑铺设不同规格纱网沙障后,0~5 cm土层深度内土壤种子库的变化特征。结果表明,4 m×4 m网格沙障内土壤种子库为每平方米547.20粒,分别比4 m带状和6 m带状沙障增加143.00粒和288.90粒。网格沙障内积沙部位土壤种子库为每平方米718.75粒,风蚀部位为每平方米350.00粒。在4 m带状沙障前段位置土壤种子库为每平方米412.50粒,中段位置土壤种子库为每平方米645.80粒,沙障后段位置土壤种子库每平方米只有154.20粒。铺设沙障后,沙化草地土壤种子库为每平方米675.00粒,比平缓风蚀坑内土壤种子库高70.00%。直压立式PE纱网沙障对土壤种子具有明显的拦截作用,其中4 m×4 m网格沙障对土壤种子的拦截效果最好。

直压立式纱网沙障对近地表输沙量及风速的影响

评价直压立式纱网沙障对流动沙地的固沙效果是其应用的前提。采用阶梯式集沙仪和HOBO风速仪野外测定了纱网沙障的输沙量及风速变化。结果表明:与对照相比,设置纱网沙障后,0~10 cm或0~20 cm高度范围内,带宽2、3、4、5 m带状沙障输沙量分别降低91.4%或89.7%、97.0%或96.4%、98.1%或96.7%、85.9%或84.2%;而2 m×2 m、3 m×3 m、4 m×4 m、5 m×5 m网格沙障输沙量分别降低92.1%或91.2%、70.4%或65.6%、65.3%或65.2%、39.9%或30.0%。与对照相比,10、30、50 cm高度,带宽2、3、4 m带状沙障平均降低风速分别为26.7%、17.3%、11.8%,2 m×2 m、3 m×3 m、4 m×4 m、5 m×5 m网格沙障平均降低风速分别为55.3%、30.4%、23.0%。综合考虑,设置带宽3~4 m带状或网格纱网沙障能够满足工程固沙减少风沙危害的需求。

穿沙公路沙柳防护带平茬恢复期辅助沙障设置模式优选

为防止穿沙公路路侧地表和路面在沙柳防护带平茬恢复期内被风蚀和沙埋,设置纱网沙障予以防护,并探究其发挥阻、输沙能力的最优设置模式。在沙柳防护带迎风侧,设置不同距离和角度的纱网沙障,对各模式下的风速和输沙率进行观测,计算粗糙度并分析。研究结果表明:设置距沙柳防护带不同距离的纱网沙障,风速流场等值线分布不同,其中距离为3倍障高时风速降低和恢复的速率较其他两个距离更快,且风速衰减幅度最大点所对应位置在沙柳防护带范围内;沙柳防护带内地表粗糙度均大于旷野(7.33倍以上),设置角以45°为最优;减少输沙率随纱网沙障设置角度的增加而减小,且均大于88.08%,距离为3倍障高时各角度减少输沙率均值为89.14%,对近地表风沙流控制效果最为明显。综合对比分析,纱网沙障最优设置模式为:沙柳防护带迎风侧3倍障高处,与地面夹角45°。

不同材料沙障对流动沙丘水分含量的影响

为了探明不同材料沙障对流动沙丘土壤含水量的影响,在乌兰布和沙漠刘拐子沙头设置了不同材料沙障,采用土钻取土,烘干法测定了土壤水分含量。结果表明:纱网沙障沙层含水量比对照样地提高1. 80%,粘土沙障沙层含水量比对照提高3. 77%～8. 65%,但粘土沙障严重阻碍降雨入渗过程和入渗深度,导致粘土沙障下存在5～10 cm厚干沙层,而纱网沙障不影响降雨入渗过程,并随土层深度增加,土壤含水量逐渐升高,且4 m×4 m纱网沙障对土壤水分的保持作用尤为明显。