结皮量与含水率对尾矿风蚀影响的风洞模拟研究

尾矿风蚀是影响周边环境空气质量和人体健康的重要因素。以喀拉通克铜镍矿加乌尔尾矿库尾矿为研究对象,通过风洞试验,对不同风速、含水率和结皮量条件下的尾矿风蚀率、风蚀颗粒释放特征进行研究。结果表明:尾矿风蚀率、风蚀颗粒量及其碰撞能量随着试验风速的增加而增加,随着尾矿含水率和结皮量的增加而减小。首次出现颗粒碰撞的风速随着尾矿含水率和结皮量的增加而增加。尾矿风蚀颗粒主要分布在3 cm高度内,占总风蚀颗粒的50%以上。在结皮不被吹破的情况下,结皮的抗风蚀效果要优于含水率。因此,结皮抗风蚀效果与风速和结皮量有关,10 m/s以下风速任何结皮量均能有效抗风蚀,12 m/s需25 g以上结皮量,14 m/s需50 g以上结皮量;而含水率在任何试验风速下需达到2.72%以上才有较好的抗风蚀效果。

克拉玛依市玛依湖区土壤有机质空间异质性分析

【目的】研究克拉玛依市东部生态屏障的水源地玛依湖区土壤有机质的空间分布规律,为湖区的生态环境保护提供科学依据和数据支撑。【方法】以玛依湖区为研究对象,通过野外采样和室内分析,利用趋势分析法、反距离权重插值法、空间自相关法和半变异函数法分析玛依湖区不同土层深度土壤有机质的空间分布规律。【结果】趋势法分析表明,玛依湖区土壤有机质含量在0~20、20~40、40~60和60~80 cm土层的变化速率存在差异,整体趋势为土壤有机质含量南北方向呈增加趋势、东西方向呈减少趋势。反距离权重插值法(IDW)研究表明,玛依湖区不同土层土壤有机质水平分布差异较大,局部地区土壤有机质含量存在明显的垂直分布特征,土壤有机质含量变化趋势同趋势法分析结果高度一致,整体表现为土壤有机质含量南北方向呈增加趋势、东西方向呈减少趋势。空间自相关法研究表明,0~20、20~40、40~60和60~80 cm土层的Moran指数分别为0.1643、0.1236、0.1955和0.2461,均在空间上呈现出显著正相关;4个土层的Z值分别为3.1510、2.5934、3.5903和4.6355,底层(40~60和60~80 cm)的土壤有机质空间正相关较显著、空间聚集程度最高,表层(0~20和20~40 cm)空间相关性不显著、空间聚集程度较低。半变异函数分析法表明,底层(40~60和60~80 cm)土层的块金效应分别为0.427和0.420,说明土壤有机质具有一定的空间相关性;表层(0~20和20~40 cm)土层的块金效应分别为0.033和0.045,土壤有机质的空间相关性较弱。【结论】不同土层土壤有机质含量水平差异较大,南北方向呈增加趋势,东西方向呈减少趋势,局部地区存在明显的垂直分布特征。土壤有机质在表层(0~20和20~40 cm)空间相关性不显著,空间聚集程度较低;在底层(40~60和60~80 cm)空间相关性较显著,空间聚集程度较高。土壤有机质空间异质性受土壤类型、土壤质地、外围植被类型以及湖区面积变化的影响较大;在湖区外围生态屏障建设时,防护林树种、种植深度、种植密度的选择应当结合土壤有机质含量的空间分布状况进行。

沙漠腹地醉鱼草(Buddleja alternifolia)栽培苗对水盐胁迫的响应

为了研究盐、旱及其交互胁迫下植物生长和生理特性的变化,了解沙漠腹地极端生境下互叶醉鱼草(Buddleja alternifolia)幼苗的适应性,确定合理的灌溉方式,为沙漠腹地醉鱼草的引种提供理论依据。通过大田控制实验,设计了3个水分梯度和4个盐分梯度随机结合实验,定位测量生长量和生化指标,最后基于隶属函数法综合评价醉鱼草的抗旱耐盐性。结果表明:(1)在干旱胁迫或低浓度盐胁迫下,醉鱼草的地径、新枝和冠幅生长量均呈上升趋势,而在高盐浓度胁迫下均降低;水盐交互胁迫下,不同的盐浓度与干旱交互胁迫效果不同,低盐浓度与干旱交互胁迫时(W1S1、W2S1),植物生长量均上升,高盐浓度与干旱交互胁迫时(W1S3、W2S3),植物生长量均降低。(2)无论是盐胁迫、干旱胁迫还是盐、旱交互胁迫,醉鱼草游离脯氨酸(Pro)含量随着胁迫程度的增加均呈显著上升的趋势。(3)醉鱼草的超氧化物歧化酶(SOD)活性和过氧化物酶(POD)活性变化相对复杂,除了在干旱胁迫时,SOD活性和POD活性都显著下降外,在盐胁迫和交互胁迫时它们各自的变化并不一致。醉鱼草在盐胁迫、交叉胁迫和干旱胁迫时,渗透调节物质和酶活性各自对应的发生了变化,没有明显的同步性,存在相互协调的可能,同时植物细胞的敏感性远远强于表型生长的变化,高盐浓度的伤害并没有表现在植物外部形态上,但酶活性及渗透调节物质却有显著变化。通过隶属函数分析显示,醉鱼草最佳的生长水盐条件是盐浓度为8 g·L^-1、灌水量为25 L·次^-1,对水盐胁迫的抗旱耐盐性为:干旱胁迫>交互胁迫>盐胁迫。

古尔班通古特沙漠南缘风沙土土壤水分特征与毛管水最大上升高度

为确定古尔班通古特沙漠南缘地下水深埋区毛管上升水的最大上升高度,对划分固沙植物水分来源提供理论依据,于2016年3月〜2018年11月,采用中子仪法对试验地0〜10m土层土壤含水量进行观测,分析沙丘不同坡位土壤含水量的季节变化情况,并利用最大分子持水量与土壤含水量曲线交会法确定试验地毛管水的最大上升高度。结果表明:沙丘不同坡位0〜130cm土层的土壤含水量受外界气象因素影响较大,随季节变化规律明显;130cm土层以下至570〜760cm土层为土壤含水量较为稳定的干沙层;而570〜760cm以下土层的土壤含水量主要受地下水水位波动和毛管上升水的影响,其含水量变化上界可看作是毛管水的最大上升高度。试验地的最大分子持水量为0.0261 cm3·cm-3,且沙丘不同坡位毛管水的最大上升高度分布在250〜290cm之间。

咸水灌溉条件下塔里木河下游沙漠土壤水盐运移数值模拟

在塔里木河下游沙漠地区防护林建设过程中,地下咸水灌溉条件下土壤剖面水盐变化明显,且存在一定的规律性。为掌握土壤垂向水盐动态,建立数值模型是十分高效的手段,通过重建土壤剖面的水盐动态过程,可揭示高盐环境下土壤水盐运移规律,服务防护林生态工程建设和后续可持续灌溉管理。通过HYDRUS-1D模拟防护林建设初期不同矿化度地下水灌溉条件下土壤水盐分布特征和时间变化,并根据实测的土壤水盐数据,优化土壤水分特征参数,评价模型的适用性。结果表明:表层(0~30 cm)土壤含水量和含盐量受灌溉影响大,数值波动剧烈,且土壤盐分表聚强烈;深层(50~150 cm)则受灌溉的影响小,数值波动小。数值模型模拟值与实测值吻合,能较好地反映土壤水盐运移情况,建立的模型可用于模拟不同矿化度灌溉条件下塔里木河下游流动沙漠地区土壤水盐运移状况,为该地区生态防护林建设提供理论基础和技术支撑。

蒙古国中部草原地区风蚀沙漠化的风沙活动特征——以乔伊尔市为例

蒙古国是中蒙俄经济走廊的重要区段,但面临严重的荒漠化问题,区域经济社会发展受到严重威胁,而蒙古国中部草原地区是主要的荒漠化新扩展区,正经历强烈的草原风蚀沙漠化过程。以戈壁苏木贝尔省首府乔伊尔市为研究区,利用自建自动气象观测站(2019年5月-2020年7月)、集沙仪观测站(2019年8月-2020年8月)及当地气象站(1990-2018年)数据,对当地风蚀沙漠化的风动力条件、风沙流输沙及其他影响因素等基本特征进行了研究。结果表明:(1)乔伊尔市具有强劲的风动力条件,年输沙势可达735.96 VU,合成输沙势为428.76 VU,合成输沙方向为SSW(195.06°),风向变率指数为0.58,属高风能环境、中等变率双峰风况。(2)临界起沙风速因受土壤水分和植被盖度的共同影响而随季节变化,夏季最高,冬季最低,春季与秋季居中,且相差较小。(3)地表具有强烈的风沙活动,年风沙流输沙通量可达2.135 t·m^(-1)·a^(-1),Owen最大输沙量模型适于该区风沙流模拟。研究结果对于蒙古国中部草原区防沙治沙和生态恢复具有重要参考价值。

新疆莫索湾垦区150团防护林防护效益分析

莫索湾垦区150团地处沙漠腹地,北、西、东三面被沙漠环绕,团场防沙基干林和天然荒漠林是团场农业生产和生活环境的生态屏障,研究团场防护林的防护效益能够为团场生态防护林的合理构建提供科学指导。以莫索湾垦区150团为研究对象,通过ENVI 5.2计算疏透度,并选取疏透度和郁闭度(盖度)评估防护林的防沙效益。结果表明:1)150团各行政单位林地面积、人均林地占有量的变异系数(CV)分别为64.61%和87.89%,表明两者处于中等程度变异(10%<CV<100%),覆盖度的变异系数为163.36%,属于强变异(CV>100%),表明各行政单位林地覆盖度差异较大;各行政单位农田林网化变异系数为24.97%,属中等程度变异。2)由疏透度可知,团场防护林疏透度大多高于0.40,防护林的防护效益有待优化。3)外围灌木防护林盖度在30%~44%之间,属于中度郁闭,内部乔木防护林郁闭度大多数高于0.70,属于高度郁闭。强烈的风沙侵蚀、水分供应不足和种植密度过高是导致北部地区防护林出现大面积退化的主要原因,生态环境保护政策和生态屏障建设高投入是团场防护林整体向良性发展的主要原因。

新疆玛依湖区土壤盐渍化过程中土壤粒径分形特征

以新疆玛依湖为研究对象,以不同湖区和不同土层深度的土壤粒径分布数据为基础,利用单重分形方法,分析了土壤粒级与分形维数间的关系以及土壤盐渍化过程中土壤分形维数的变化特征.结果表明:①玛依湖区土壤颗粒的主要组成部分为粉粒,土壤质地类型主要为粉壤土、粉土、砂土和砂质壤土,湖区土壤分形维数D值在1.79~2.71之间,分形维数水平方向上表现为东西向呈直线减小趋势,南北向呈先增大后减小趋势,垂直方向上表现为从表层(0~20 cm)向底层(60~80 cm)呈先降低后升高再降低趋势.②玛依湖区土壤均呈现不同程度的盐渍化,重度盐渍化的占比最大,为37.25%;轻度盐渍化和中度盐渍化的占比相近,分别为30.28%和31.47%.③土壤分形维数可以作为湖区土壤发生盐渍化的指标,当D值大于2.28时,土壤出现中度盐渍化;当D值大于2.38时,土壤出现重度盐渍化.玛依湖是克拉玛依市东部生态屏障的水源地,湖区的生态环境关系着克拉玛依市主城区的生态安全,研究湖区土壤盐渍化过程中土壤粒径分形维数的变化特征,能够为湖区土壤盐渍化治理提供科学指导.

蒙古高原交通干线风沙(雪)危害防治技术方案

中蒙俄经济走廊建设是“一带一路”的重要组成部分,将丝绸之路经济带与俄罗斯欧亚大铁路、蒙古国“草原之路”对接联通,对推进区域经济合作发挥着重要作用。区域自然灾害防治是陆路交通干线建设与安全运营的重要关键。中蒙俄经济走廊蒙古高原段在气候变化和人类活动共同作用下,草场退化及风蚀荒漠化问题较为普遍,风沙(雪)害防治则是区域交通干线安全保障的重要课题。结合前人相关的试验理论分析,基于多次大范围实地考察,本文综述了当前蒙古高原交通干线的风沙(雪)害的主要类型及发生机制,预判了路面积沙是未来高等级公路的主要沙害类型;针对现有公路和铁路及未来高等级公路的风沙(雪)危害,结合蒙古高原的生态环境特点,制定了相应防治技术方案和建设性建议,可为蒙古高原段交通干线建设提供科技支撑。

蒙古国植被对干旱响应的敏感性研究

本文分析了蒙古国不同区域、不同土地覆被类型区的植被生长状况对干旱响应的敏感性特征,并探讨了成因。研究表明:(1)2001—2019年,蒙古国虽然发生了3次较为严重的干旱事件,但整体上干旱程度呈轻微降低趋势,SPEI出现轻微上升,总体增速为0.001%/a;植被生长状况出现了好转,植被指数也呈上升趋势,总体增速为0.15%/a。(2)蒙古国大部分区域植被生长受干旱影响较强,各植被指数与干旱指数呈较明显的正相关关系,在NDVI与SPEI-12的相关性分析中,正相关面积占比达76.36%;而在杭爱山脉和肯特山脉以北降水量丰沛的区域和阿尔泰山脉以南荒漠化严重和植被极为稀少区域,植被生长受干旱影响较弱,植被指数与SPEI相关性较小。(3)不同类型植被对干旱响应的敏感性也有差异,其中草地敏感性最强(0.22),而森林敏感性最弱(-0.04)。(4)干旱持续时间长短,对植被生长影响有较大差异,蒙古国大部分区域的植被对延续3个月至半年的干旱最为敏感,而年内以7月份干旱对植被影响最强。(5)植被对干旱响应的敏感性实质是区域水分平衡的植被影响,对同种植被而言多年平均气温越高或降水量越少,植被对干旱响应的敏感性越强,反之则越弱。本文的研究结果对蒙古国因地制宜开展荒漠化防治具有重要参考价值。

近20a蒙古国土壤风蚀变化特征及主要影响因素分析

蒙古国风蚀沙漠化严重,成为世界主要的沙尘源地之一,为了深入了解蒙古国全域风蚀时空变化特征,利用蒙古国境内的GLDAS、OLM、MOD13Q1、NASA-SRTM等气象和遥感数据,基于GEE(Google Earth Engine)云计算平台,利用RWEQ模型计算了蒙古国土壤风蚀量和时空变化规律,分析了土壤风蚀的主要影响因素及作用机制。结果表明:(1)自2001-2020年,蒙古国土壤风蚀呈北部低、南部高的空间分布格局;土壤风蚀主要发生在春季,风蚀量占全年的45%;近20 a土壤风蚀量总体上呈显著增加趋势,风蚀模数以0.06 t·hm^(-2)·a^(-1)的速度增长。(2)蒙古国土壤风蚀变化整体上与气候因子及由其引起的植被盖度变化有关,与放牧、耕地开垦等人为活动增强有密切关系。研究结果可为蒙古国风蚀沙漠化防治提供重要的科学参考。

近30年莫索湾垦区150团植被覆盖度时空变化及现状评价

150团位于新疆石河子市莫索湾北端风积沙漠与荒漠交错地带,深入古尔班通古特沙漠70 km,沙漠化土地面积占团场可利用土地面积的12%.研究该地区的植被覆盖度的时空变化趋势,对植被生长状况作出合理评价能够为研究区生态环境保护、防护林构建、植被长效可持续性提供科学指导.以莫索湾垦区150团为研究对象,用改进的像元二分模型,结合团场土地利用类型,探究近30 a植被覆盖度的时空变化,并用防护林种植密度、郁闭度、疏透度和成活率对植被现状作了评价.结果表明:①近30 a 150团低植被覆盖率面积减少了25.41%,中植被覆盖率面积增加了7.47%,高植被覆盖率面积增加了17.93%;重度退化的面积占0.81%,轻度退化的面积占31.58%,未发生变化的面积为1.63%,低度改善的面积占51.28%,高度改善的面积占14.69%.②近30 a 150团北部地区植被出现退化,南部地区植被得到明显改善,植被整体向良性趋势发展.可能的原因是团场南部地区人口集中,林带在一定程度上能得到城市中水的补给,且团场南部防护林受到的风沙危害较北部弱,故在相同自然条件下,南部地区植被比北部地区生长良好.

台特玛湖干涸湖盆两种典型风蚀坑的三维流场特征及对风蚀的影响

台特玛湖干涸湖盆区风蚀沙漠化快速发展,发育了以新月形沙丘和风蚀坑(主要为槽状坑和碟状坑)为主的风沙地貌。风蚀坑的发育不仅受来流风影响,还与坑内三维流场有关。基于风洞实验和计算机流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)数值模拟,对风蚀坑三维流场进行了探究。结果表明:(1)从入风侧到出风侧,槽状风蚀坑和碟状风蚀坑底面的风速均呈减速—加速—减速—加速的变化模式,上口所在水平面的风速变化呈加速—减速—加速变化模式,上口气流压强也相应地发生变化,槽状风蚀坑和碟状风蚀坑整体呈低压—高压—低压变化模式,其中槽状坑变化更为明显。(2)两种形状风蚀坑对气流均具有一定的吸附效应,使坑外一定范围的风沙流被吸入坑内,聚集能量和风沙流,加剧风蚀坑风蚀发育。(3)风蚀坑加剧了地表侵蚀,侵蚀程度与风蚀坑尺度有关,风蚀坑尺度越大,对地表侵蚀越强。本文直观展示了两种典型风蚀坑中的三维速度、压力、风沙流流向分布,揭示了风蚀坑的风沙流吸附机制,研究结果可加深对风蚀坑形态动力学的理解,也可为内陆干涸湖盆沙漠化防治提供理论指导。

风洞模拟“攀援植物-围栏”复合沙障不同疏透度下的防风效果

为探索受风蚀影响围封区域的新型治理技术措施,本研究对不同疏透度(β)“攀援植物-围栏”复合沙障的防风作用进行了风洞模拟试验。分别在6、8和10 m·s^(-1)净风条件下对模型A(网围栏,β:96%~98%)与4种复合沙障[模型B(无叶期,β:59%~64%)、模型C(无叶期,β:50%~55%)、模型D(有叶期,β:40%~45%)、模型E(有叶期,β:30%~35%)]进行试验。结果表明:1)不同类型复合沙障流场结构均呈“减-增-减”的变化趋势,障体背风侧存在风影减速区,网围栏前后流场结构一致,不存在减速区。2)不同风速条件下,无叶期复合沙障(模型B、模型C)在10 m·s^(-1)风速下近地表平均防风效能最低,分别为18.55%与18.38%,有叶期复合沙障(模型D、模型E)则在6 m·s^(-1)风速下最低,分别为44.03%与45.42%,有叶期复合沙障防风效应随风速的增大而增强,无叶期复合沙障则相反。3)综合分析表明,当障体疏透度为59%~64%时便可产生防风效果,复合沙障防风效果优于网围栏,障体有叶期防风效果优于无叶期,可测范围内无叶期复合沙障防护距离为0.6H~15H(H表示障体高度,1H=15 cm),有叶期复合沙障防护距离为0H~15H,复合沙障防风效果与疏透度呈反比。因而,“攀援植物-围栏”复合沙障可以提高围封区域的防风效果,降低风力作用下的地表物质流失。

2001—2020年新疆风沙环境致灾潜力特征

新疆地形和气候复杂,沙源丰富,风力强劲,风沙活动频繁,风沙灾害是工程建设和经济发展的重要威胁。风沙环境致灾潜力评价可指导沙区工程建设和防沙方案制定,是灾害应急管理的一项重要基础工作。本文选用土壤有机碳含量、土壤水含量、土壤沙含量、土地利用类型、植被指数、降水量、潜在蒸散发量和合成输沙势8个指标,分析2001—2020年新疆风沙环境致灾潜力的时间变化与空间分异。结果表明:(1)新疆风沙环境致灾潜力具有明显的季节变化特征,夏季、秋季、春季、冬季的致灾潜力值大于3的面积逐渐增加。2月和11月的致灾潜力值较低。(2)风沙环境致灾潜力呈东高西低、山区低平原高的空间分布特征,高值区位于塔里木盆地、准噶尔盆地、吐鲁番盆地等沙物质丰富且风动力较强的区域,低值区主要分布在山区、绿洲及河流沿岸等植被覆盖度高的区域。(3)2001—2020年,新疆风沙环境致灾潜力年均值呈先上升后下降的变化过程。整体的变化趋势较为稳定,稳定不变、轻微改善和轻微加剧的像元数占比分别为84.4%、14.72%和0.87%。

中国交通干线风沙危害防治模式及应用

公路和铁路是重要的陆地交通基础设施。我国风沙地区交通干线风沙危害的防治一直是国民经济和社会发展中的大事。针对我国风沙环境特征,面向铁路、公路安全运营的需求,我国开展了大量的交通干线风沙危害试验研究和防治实践,在防沙材料、防沙措施、防沙体系、维护管理等方面进行了系统创新,创建了4种不同风沙环境地区交通干线风沙危害防治模式,并在包兰铁路、青藏铁路、塔里木沙漠公路、准噶尔沙漠明渠等工程中得到成功应用。中国的交通干线风沙危害防治技术成果在世界干旱沙区尤其是"一带一路"沿线区域具有广阔的应用前景。

库木托拜沙漠公路风沙-风雪复合灾害的形成机制及治理方案

伴随交通建设的快速发展,极端环境对交通造成了复杂多样的灾害。穿越新疆库木托拜沙漠的克特公路冬季遭遇频发的风沙-风雪复合灾害,危害严重。此种灾害的发生与区域特殊孕灾环境有关(冬季有强劲的“闹海风”和丰富的风沙(雪)源),也与公路防沙体系布局和路基断面设置以及清沙(雪)堆放等人为扰动有关。本研究按照因地制宜、因害设防、顺应自然、标本兼治的防治原则,提出了加强防护能力、机械防治与植物防治相衔接的防治思路,制定了路侧地形平整、阻-固-输结合防护体系建设及后期科学管护的综合治理方案,以统筹防治春季风沙灾害与冬季风沙-风雪复合灾害。

基于植物防沙工程的沙产业技术进展--以肉苁蓉种植产业为例

沙产业的内涵是在防沙治沙中有效利用沙漠资源,拓展节能绿色农业型产业空间。文章从植物防沙工程中寄生药用植物的模式出发,探讨了肉苁蓉种植产业的技术进展,重点对肉苁蓉产业发展趋势和种植技术的突破进行了简要阐述,并分析和计算了肉苁蓉种植产业的经济效益,最后对肉苁蓉种植技术的推广应用及发展前景进行了展望。

蒙古国植被自然恢复潜力

植被自然恢复能力评估是生态恢复实践的重要内容。基于蒙古国的MODIS EVI植被指数产品、气象数据及土壤数据,依据相似生境原则,构建了植被恢复潜力计算模式,计算得到蒙古国植被恢复潜力值(VRP,可代表在自然条件下区域植被能够恢复到的最佳状况)及植被恢复潜力指数(VRPI,代表植被生长现状与最大潜力之间的差距),并用蒙古国纵贯铁路沿线长期围封区的采样分析数据进行了验证。结果表明:(1)蒙古国整体上具有较高的植被恢复潜力,植被自然恢复潜力值0.6—0.9;(2)受降水、气温、土壤等自然要素组配的空间分异影响,蒙古国植被自然恢复潜力具有较大的空间差异性,其中北部及东部地区为VRP高值区和VRPI低值区,植被轻度退化,且较容易恢复;南部及西部地区为VRP中低值区和VRPI高值区,植被退化程度较重,恢复难度相对较大。

中蒙俄经济走廊蒙古国段的风沙流特征

中蒙俄经济走廊穿越蒙古国主要生态类型区,本文对沿线的达尔汗、乔伊尔、赛因山达、扎门乌德4个观测区的风沙流进行研究,研究结果表明:(1)风沙流水平输沙量均随高度增加而降低,两者最优拟合函数随下垫面变化而不同,达尔汗和乔伊尔为指数函数,而赛因山达和扎门乌德为幂函数。(2)各观测区年输沙通量空间分异明显,其中乔伊尔最大,达尔汗其次,扎门乌德再次,赛因山达最小,这与传统认知有较大不同。(3)风沙流输沙通量空间差异与多种因素有关。乔伊尔处于海洋气流影响尾闾区,春季干旱发生频率高,正值风季,风速较大,风蚀强烈;其他地区春季干旱发生频率相对较低,其中达尔汗地处自然条件较好的北部河谷区,但由于农田开垦和过度放牧,风蚀较为强烈,而扎门乌德和赛因山达风季风速相对较小,且放牧强度较低,风蚀较轻。本文的研究结论对蒙古国因地制宜开展风沙灾害防治和荒漠化治理具有重要的参考价值。