黄泛沙地小网格农田防护林网防护效应的研究

以夏津县黄泛沙地130 m×260 m的农田防护林网为研究对象,对林网内外的风速、空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度及水面蒸发进行了对比分析。分析结果表明:农田防护林具有改善小气候的功能,可以降低风速,增加空气湿度和土壤湿度,调节空气温度和土壤温度,减小水面蒸发,防风固沙,减少土壤风蚀量,林网内3 H~5 H处的防护效应最好。     

河北省坝上地区牧场防护林的防风效能研究

[目的]揭示河北省坝上地区御道口牧场防护林林带的防风效能,为牧场防护林建设提供理论依据。[方法]以樟子松防护林林带为研究对象,运用空间多点观测法观测。[结果]当旷野风速为3.84m/s时,在林后1(H为林带平均高度)H处,风速最小,同时防风效能最大,但随着水平距离的增加风速在逐渐升高而防风效能呈逐渐下降趋势。旷野风速越大,林带防风效能增大,有效防护距离变大。当旷野风速为5~6级时,在林内,1H,5H处的防风效能最好,防风效能范围为67.97%~94.27%。不同垂直高度上防风效能的变化趋势由大到小为:30,50,150,300cm,风速的分布规律变化趋势与防风效能正好相反,由大到小为:300,150,50,30cm。[结论]牧场防护林林带后的1~10H区域是林带的最佳保护区和作用范围,其中林后1H的防风效能最好,但会随着风速和垂直高度的变化而有一定的差异。     

和田地区绿洲外围农田防护林带的防护效益

在和田地区新垦农地外围的流动沙地种植新疆杨乔木+沙拐枣灌木复合防护林,通过布设风速风向观测仪、沙尘通量梯度仪、温湿度和辐射等测定仪于林带前后,研究防护林网的防护效益,为营建绿洲外围防护林和合理开发利用荒漠区的土地资源提供理论依据。结果表明,防护林带的防风效能随着高度的增加而减弱,大于起沙风速(6m/s)时,新疆杨林带、沙拐枣林带在0.5m处的防风效能分别为67.2%和94.5%,在3m处的防风效能分别为31.3%和33.7%。随着风速的增大,沙拐枣林带和新疆杨林带的防风效能均减弱,新疆杨林带的减弱更为明显。防护林带有效地降低了地表风速,减轻地表风蚀。林带内的输沙量仅为外围的10%左右。此外,林带内的太阳辐射强度下降,温度降低,湿度显著增加。由此可见,防护林可以有效地起到防风固沙,改善区域小气候的作用。     

三种网格的农田防护林防止土壤风蚀的效应研究

在山东省夏津县黄河故道冲积沙地建立土壤风蚀试验区,采用标尺法对3种网格的农田防护林和对照地的土壤风蚀量进行观测,测定结果表明:农田防护林网可明显减少风蚀损失,其中,130m×300m林网相对于对照减少土壤风蚀量81%,260m×300m林网相对于对照减少78%,300m×400m林网相对于对照减少75%,即随着网格面积的增加对风蚀量的影响越来越小。同时,土壤风蚀程度与测定期间日平均风速>4 m/s的出现频率有密切关系,土壤风蚀量与风速之间的最佳拟合关系为幂函数关系,二者之间呈正相关关系,相关系数在0.95以上。黄河故道冲积沙地农田防护林网对5.0~5.9 m/s范围内的风速引起的土壤风蚀防治效果最好。     

保护性耕作农田对近地表风速阻挡效果分析

为了评价保护性耕作农田对近地表风速的阻挡效果,利用移动式风蚀风洞对保护性耕作农田相对于传统耕作农田的近地表风速阻挡效果进行了测试,对比分析了残茬覆盖对近地表的风速廓线挡风效果的影响。结果表明,不同残茬覆盖的保护性耕作农田近地表风速廓线明显区别于传统耕作农田,在距地表高度50 cm以下时,保护性耕作农田的风速低于传统耕作农田地表2.5～10倍;茬高30 cm的保护性耕作农田地表挡风效果的最好高度为距地表0.1 m,植被盖度90%时风速相对减小率可达76.32%;随着风洞中心风速的增大挡风效果逐渐增强,在12 m/s时达到最佳。     

保护性耕作农田和柠条带状配置草地防风蚀效果的风洞测试

为比较分析保护性耕作农田与柠条带状配置修复退化草地的防风蚀机理和防风蚀效果,利用移动式风蚀风洞及相关配套设备对内蒙古乌兰察布寒旱区的保护性耕作农田、传统旱作农田和退化草地、柠条带状配置草地进行风蚀风洞原位测试,研究其风速廓线、输沙通量等风沙运动规律,分析保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀情况。结果表明:保护性耕作农田、柠条带状配置修复草地的输沙通量随地表高度的变化呈"C"字形分布,有别于传统耕作农田和退化草地的输沙通量随地表高度的增加按指数规律迅速衰减;保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀机理,主要在于保护性耕作农田的直立残茬和柠条带状配置可对近地表风速产生阻挡、分解、疏散作用,从而使近地表风速造成不同程度削弱;当风洞中心风速为11 m/s时,在距地表50 mm处保护性耕作农田相比传统耕作农田的风速降低率达86.44%,柠条带状配置草地相比退化草地的风速降低率为70.69%,近地表风速的降低是保护性耕作农田和柠条带状配置草地有效防治土壤风蚀的根本原因;保护性耕作农田和柠条带状配置草地的风沙流主要活动在距地表40 cm高度以下,占总输沙量的90%左右,而对照传统耕作农田和退化草地的风沙流则主要活动在距地表20 cm以下,占总输沙量的85%以上。     

河北坝上农田防护林防风效能及类型配置研究——以河北省康保县为例

通过野外试验观测,对比分析了不同种类和林网结构农田防护林的防风效能,在此基础上提出了区域防护林优化配置建议。结果表明:综合防风效应和有效防护距离因素分析,对乔木农田防护林的综合防风效应进行评价:疏透型农田防护林 > 通风型农田防护林 > 紧密型农田防护林护林;在垂直方向上,三种疏透度的乔木农田防护林在不同高度上大体遵循随高度的增加防风效能逐渐下降的趋势。乔灌混交林、灌木防护林平均防风效能:榆树+柠条的乔灌混交林带21.5% > 灌木防护林带20.5%,风速降低20%的有效防护距离分别出现在林后25H和12H。防护林建设方面乔灌木混交林应为首选;灌木防护林可布设在沙漠化严重的坡耕地或风口地带的农田;乔木防护林不是最佳的选择。     

阴山北麓干旱半干旱区地表土壤风蚀测试与分析

为定量评价阴山北麓干旱半干旱区不同地表土壤的抗风蚀效果，采用野外风洞原位测试方法进行试验研究。结果表明：风速一定时，退化草地、传统耕作农田的风蚀模数明显高于相应的无退化草地和保护性耕作农田；无退化草地和保护性耕作农田的风蚀模数曲线随风速变化平缓且不存在转变临界点。风速为18m／s时，无退化草地、保护性耕作农田的抗风蚀效率分别可达85．1％和90．8％，对8级大风具有较好的抗风蚀效果。     

宁夏地区农田防护林结构与小气候效应

 为研究宁夏地区农田防护林体系的生态效益,于2002年和2003年8月,对宁夏地区农田防护林体系的疏透度、林网内风速、温度、湿度、农作物增产量等多项生态因子,进行了全面调查。采用综合疏透度和农作物增产量的综合权重指标分析表明:大林网、多林带、多树种混交,利于防护林体系综合效益的提高,应是今后防护林建设的重点。对该地区农田防护林体系的生态效益研究表明:农田防护林的防风效能在35%～45%时较高,偏高或偏低时,防护效能都将下降,农田防护林体系特征,决定了林网内风速变化规律;农田防护林体系通过对太阳辐射的再分配,在地面、树体、树叶及作物表面使温度下降40%～60%,这种温度效益在宁夏地区具有防止作物被灼伤的作用;农田防护林网具有增加空气相对湿度和土壤含水量的生态效益,其作用机制与林带的防风功能密切相关。     

河套灌区两种营林方式防护林的防风效益研究

对河套灌区移植苗造林与萌蘖苗造林小美旱杨(Populus popular's)农田防护林的不同位置的风速进行了观测,并通过统计学的方法进行了比较分析.结果表明,移植苗造林与萌蘖苗造林的林带都能有效降低林网内的风速,且二者之间的防风效益无显著差异,在2H(平均树高)处风速减弱系数最大;综合考虑耗水量及营林成本,建议在该区采用移植苗造林较为适宜.     

保护性措施对农田土壤风蚀影响的室内风洞模拟

为寻求合理的保护性耕作措施,试验设计了砾石覆盖、秸秆覆盖、覆盖与留茬组合的措施和4个风速等变量,研究风速、覆盖物和覆盖度与风蚀量、抗风蚀效率、风沙流结构的关系,比较多种措施之间的抗风蚀效果优劣.结果表明:1)4个设定风速下30％ ～ 90％覆盖度的秸秆覆盖的抗风蚀效率在54％ ～ 92％之间,砾石覆盖为26％～72％,30％的砾石覆盖或30％的秸秆覆盖与3种留茬高度的组合措施下,平均抗风蚀效率均在70％ ～ 78％之间;2)随着覆盖度的增加,砾石覆盖措施最小可抑制的有效风速值从8.0 m/s逐渐增大到12.5 m/s,秸秆覆盖措施从10.1m/s增加到了14.3 m/s;3)覆盖处理下0～62 cm高度内的输沙量大部分集中在0～26 cm;4)覆盖与留茬组合措施的输沙量多集中在60 cm以内.     

保护性耕作对土壤风蚀的影响

保护性耕作能够有效减少农田土壤风蚀.通过室内风洞模拟试验,研究秸秆覆盖、留茬和垄作3种保护性耕作措施对黄土高原北部农田土壤风蚀的影响.结果表明:1)秸秆覆盖和留茬能有效降低土壤风蚀速率,秸秆覆盖量为4 210 kg/hm2时土壤风蚀速率最小,与对照相比减少62.8%;垄作在低风速下能够降低土壤风蚀率,垄向与风向垂直时降...     

作物残茬与生物篱组合对减轻土壤风蚀的作用

为了探究中国北方农牧交错带冬春风蚀季节生物篱与作物残茬组合对间作裸露秋翻地的防护作用,采用风蚀圈和野外移动式风洞试验的方法对研究区土壤风蚀情况进行监测,利用PC-3型自动气象站进行风速测定。结果表明,油葵秆生物篱减小了间作裸地近地面风速,提高了地表粗糙度;从防风蚀效果看草谷子茬优于油葵秆生物篱;在距油葵秆生物篱或草谷子茬下风向裸地不同位置处,土壤风蚀量基本呈先增加后减小的单峰曲线变化趋势,在4 m左右土壤风蚀量最大,在篱和茬的双重保护下,距茬5 m处发生了风积现象;土壤风蚀量降低率基本呈“V”字型分布;土壤风蚀模数随风速增大而增加,在生物篱的保护下5～15 m/s风速时土壤风蚀降低率为5.03%～20.53%。因此,油葵秆生物篱具有防风蚀作用,而且与草谷子残茬组合对间作裸地会起到更好的固土防蚀作用。     

Threshold wind velocity as an index of soil susceptibility to wind erosion under variable climatic conditions

Wind erosion starts when the threshold wind velocity (µ_t) is exceeded. We evaluated the sensitivity of µ_t to determine the wind erosion susceptibility of soils under variable climatic conditions. Three years field data were used to calculate µ_t by means of the equation µ_t = ū ‐ σ Φ⁻¹ (γ), where ū is the mean wind speed (m s⁻¹), σ the ū standard deviation (m s⁻¹), γ the saltation activity and Φ the standard normal distribution function of γ. Saltation activity was measured with a piezoelectric sensor (Sensit). Results showed that ū of the whole studied period (3·41 m s⁻¹) was lower than µ_t (7·53 m s⁻¹), therefore, wind erosion was produced mainly by wind gusts. The µ_t values ordered in the sequence: Winter (6·10 m s⁻¹) < Spring (8·22 m s⁻¹) = Summer (8·28 m s⁻¹) < Autumn (26·48 m s⁻¹). Higher µ_t values were related to higher air humidity and lower wind speeds and temperatures. The µ_t values did not agree with the erosion amounts of each season, which ordered as follows: Summer (12·88 t ha⁻¹) > Spring (3·11 t ha⁻¹) = Winter (0·17 t ha⁻¹) = Autumn (no erosion). Low µ_t and erosion amounts of Winter were produced by a scarce number of gusts during eroding storms. We concluded that µ_t is useful as an index of soil susceptibility to wind erosion of different climatic periods. The use of a unique µ_t value in wind erosion prediction models can lead to erroneous wind erosion calculations. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

土壤含水率及物理性砂粒含量对风蚀模数影响的风洞模拟

为了探究土壤含水率及物理性砂粒含量对土壤风蚀模数的影响,在室内风洞中在5、6、9、12、15和18m/s风速下对不同含水率(0,1%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%和10%)的7种土壤(物理性砂粒质量分数的分别为20%、30%、40%、50%、60%、70%和80%)进行了10min吹蚀,在风洞轴线距出口1.2m处放置旋风式集沙仪分别测定垂直方向上10个不同高度的风蚀物收集量(高度分别为20、60、120、180、240、300、400、500、600和700mm),并利用MATLAB7.4.0(R2007)软件采用3次样条插值拟合法对旋风式集沙仪不同高度的风蚀物收集量进行积分,通过换算计算土壤风蚀模数E。结果表明,物理性砂粒质量分数低于40%的土壤在各种水分条件下集沙仪不同高度风蚀物收集量均很小。物理性砂粒质量分数≤20%时,风蚀物收集量在空间上符合指数函数变化规律;20%<物理性砂粒质量分数<40%风蚀物收集量在空间上利用指数函数和幂函数拟合相关性均很好,物理性砂粒质量分数高于40%后,风蚀物收集量在空间上呈现幂函数曲线变化规律。9m/s风速基本上是风蚀物空间动态发生变化的临界点;低于临界风速,风蚀物收集量与高度符合指数曲线变化规律;高于临界风速,二者符合幂函数曲线变化规律。集沙仪不同高度的总输沙量随风速的增加而增大,二者符合指数曲线变化关系。物理性砂粒质量分数低于40%的土壤,不会有风蚀现象发生;当物理性砂粒质量分数大于40%后,土壤容易发生风蚀,而且风蚀程度随物理性砂粒含量的增加而增大,尤其当土壤含水率低于3%时,极易发生风蚀。风速越大土壤风蚀模数越大,风蚀模数与风速按照指数曲线规律进行变化。阴山北麓旱作区冬春季节土壤地表含水率一般维持在3%～4%,土壤的物理性砂粒质量分数基本在50%～80%;单纯从土壤水分和土壤物理性砂粒含量考虑,阴山北麓旱作区大部分地区是沙尘暴的发生源。     

NK-1型可移动式风蚀风洞洞体设计

针对土壤风蚀研究的需求,依据空气动力学要求设计了NK-1型可移动式风蚀风洞。该风洞由进气段、动力段、过渡段、转角段、稳定段、收缩段、实验段和扩散段组成,总高2456mm,全长15900mm,能量比0.41。该风洞主要特点为:进气口为双扭线形唇口;转角段为20°仰角设计;稳定段采用六角形蜂窝器和两层阻尼网组合设计;实验段风速为0.3～20m/s连续可调;尾部扩散段扩散角为20°。最后运用Fluent6.3流体模拟软件,对空风洞实验段纵截面的气流速率分布、静压分布进行了模拟,满足设计要求。     

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。     

免耕条件下农田休闲期直立作物残茬对土壤风蚀的影响

为了探讨直立作物残茬防治农田土壤风蚀发生的机理,该文利用风洞试验和野外观测相结合的方法,分析土壤免耕条件下直立作物残茬对农田土壤风蚀的影响.风洞试验研究表明:翻耕土壤地表风速、土壤风蚀侵蚀率均比免耕土壤高,而地表粗糙度免耕明显高于翻耕.在同样风速条件下,翻耕地土壤风蚀侵蚀率是免耕地的3～8.2倍,且随免耕年限的增加,土壤风蚀侵蚀率呈现递减的趋势.留有不同直立作物残茬免耕土壤地表粗糙度草谷子＞草玉米＞莜麦＞油菜,土壤风蚀侵蚀率呈现相反的趋势,地表粗糙度越大,风蚀侵蚀率越小.野外观测结果表明,不同直立作物残茬对裸露农田的保护作用草谷子＞莜麦＞草玉米＞油菜.风洞试验与野外观测具有相似的试验结论,因此,风洞试验方法可作为测定农田土壤抗风蚀能力的重要工具.     

Microbiological and enzymatic properties of soil deposits originating from wind erosion

A characterization of deposits originating from wind erosion of agriculturally managed soils in eastern Austria with the main soil types Chernozems and Allochthonous Calcaric Fluvisols was conducted using measurements of microbial counts, soil respiration, soil microbial biomass, and several enzyme activities. The deposits were rich in organic matter, silt‐ and clay‐sized mineral particles, and had high water‐holding and cation exchange capacities. Microbial counts, biomass, and enzyme activities of the deposits covered ranges frequently reported for agriculturally managed soils. Metabolic quotients indicated reduced energetic efficiences of deposit associated microbial communities. Microorganisms might suffer from stress imposed by habitat destruction, drifting, and unfavorable physical conditions in the deposits. Shifts in microbial communities or properties of organic materials in the deposits might also result in high metabolic quotients. It will be the subject of further study to clarify causal relationships.     

A wind tunnel experiment to investigate the effect of polyvinyl acetate,biochar, and bentonite on wind erosion control

Due to the heavy costs of wind erosion control measures, the correct selection of technical methods is indispensable for a sustainable land management in arid and semiarid regions. Thus, the main goal of this research was to investigate the feasibility of using the clay minerals (i.e., bentonite), polyvinyl acetate and palm biochar for reducing the wind erosion in deserts surrounding the cities. The treatments were sprayed uniformly onto the containers (5 × 35 × 105 cm, 0.37 m²) with sand (collected from sand dunes surrounding Isfahan city, central Iran) in 3 replicates. The experiments were conducted in a wind tunnel with sequential repetitions after 1, 10, and 20 weeks. Among the studied treatments, the bentonite planters demonstrated to be the most effective soil erosion control measure by reducing soil loss and improving sand ablation. On the contrary, the palm biochar had less influence on the soil erosion control and only a slight effect on the threshold speed. For the future, further studies are required to select the best and most relevant soil erosion control measures under field conditions considering all the environmental aspects in arid regions of Iran.