【摘要】：為比較分析保護性耕作農(nóng)田與檸條帶狀配置修復(fù)退化草地的防風(fēng)蝕機理和防風(fēng)蝕效果,利用移動式風(fēng)蝕風(fēng)洞及相關(guān)配套設(shè)備對內(nèi)蒙古烏蘭察布寒旱區(qū)的保護性耕作農(nóng)田、傳統(tǒng)旱作農(nóng)田和退化草地、檸條帶狀配置草地進行風(fēng)蝕風(fēng)洞原位測試,研究其風(fēng)速廓線、輸沙通量等風(fēng)沙運動規(guī)律,分析保護性耕作農(nóng)田、檸條帶狀配置草地的防風(fēng)蝕情況。結(jié)果表明:保護性耕作農(nóng)田、檸條帶狀配置修復(fù)草地的輸沙通量隨地表高度的變化呈"C"字形分布,有別于傳統(tǒng)耕作農(nóng)田和退化草地的輸沙通量隨地表高度的增加按指數(shù)規(guī)律迅速衰減;保護性耕作農(nóng)田、檸條帶狀配置草地的防風(fēng)蝕機理,主要在于保護性耕作農(nóng)田的直立殘茬和檸條帶狀配置可對近地表風(fēng)速產(chǎn)生阻擋、分解、疏散作用,從而使近地表風(fēng)速造成不同程度削弱;當(dāng)風(fēng)洞中心風(fēng)速為11 m/s時,在距地表50 mm處保護性耕作農(nóng)田相比傳統(tǒng)耕作農(nóng)田的風(fēng)速降低率達86.44%,檸條帶狀配置草地相比退化草地的風(fēng)速降低率為70.69%,近地表風(fēng)速的降低是保護性耕作農(nóng)田和檸條帶狀配置草地有效防治土壤風(fēng)蝕的根本原因;保護性耕作農(nóng)田和檸條帶狀配置草地的風(fēng)沙流主要活動在距地表40 cm高度以下,占總輸沙量的90%左右,而對照傳統(tǒng)耕作農(nóng)田和退化草地的風(fēng)沙流則主要活動在距地表20 cm以下,占總輸沙量的85%以上。
【圖文】：

農(nóng)業(yè)工程學(xué)報（http://www.tcsae.org）2017年142統(tǒng)耕作農(nóng)田測試前耙平處理，地表5cm深度土層平均含水率為2.52%，見圖4b。測試期間環(huán)境平均溫度8.5℃，大氣平均壓力825kPa。1.支架2.旋風(fēng)分離器3.氣流管4.集沙盒1.Support2.Whirlwindseparator3.Airflowpipe4.Sandcollector圖3旋風(fēng)分離式集沙儀Fig.3Whirltypeseparationsandsampler帶狀檸條配置修復(fù)草地見圖4c，其植被覆蓋度為40%，檸條帶平均高30cm，平均行間距120cm，地表深度5cm土層平均含水率為5.27%。對照退化草地見圖4d，地表覆蓋度為20%，以冷蒿、無芒隱子草等枯草為主，地表深度5cm土層平均含水率為2.41%。測試期間環(huán)境平均溫度為6.5℃、大氣平均壓力823kPa。鑒于試驗風(fēng)速與研究區(qū)自然風(fēng)速的一致性，并且研究區(qū)傳統(tǒng)耕作農(nóng)田和退化草地的起沙風(fēng)速均約為6m/s，故試驗設(shè)計6～18m/s間的5種風(fēng)洞中心風(fēng)速分別對試驗地表進行連續(xù)吹蝕1h，每一地表分別進行3次重復(fù)試驗，取輸沙量結(jié)果平均值進行計算分析。a.保護性耕作農(nóng)田a.Conservationtillagefarmlandb.傳統(tǒng)耕作農(nóng)田b.Traditionalcultivatedfarmlandc.帶狀檸條配置草地c.Stripcaraganaconfigurationgrasslandd.退化草地d.Degradedgrassland圖4測試地表Fig.4Testsurface3結(jié)果與分析3.1風(fēng)速廓線風(fēng)速廓線是指風(fēng)速隨高度的分布曲線，是衡量近地表的風(fēng)速分布規(guī)律和土壤風(fēng)蝕發(fā)生情況的重要指標之一。當(dāng)下墊面覆蓋植被時，由于植被對空氣流速的阻擋和削弱，使近地表風(fēng)速減小，并且破壞了無植被時近地表風(fēng)速隨高度變化的對數(shù)規(guī)律。鑒于4種地表在不同風(fēng)洞中心風(fēng)速下的風(fēng)速廓線極為相似，因此選擇風(fēng)洞中心風(fēng)速為11m/s時它們的風(fēng)速廓線進行對比分析，見圖5。由圖5可知，在相同的風(fēng)洞中心風(fēng)速下，距地表30cm的植被高度以

dfarmlandc.帶狀檸條配置草地c.Stripcaraganaconfigurationgrasslandd.退化草地d.Degradedgrassland圖4測試地表Fig.4Testsurface3結(jié)果與分析3.1風(fēng)速廓線風(fēng)速廓線是指風(fēng)速隨高度的分布曲線，是衡量近地表的風(fēng)速分布規(guī)律和土壤風(fēng)蝕發(fā)生情況的重要指標之一。當(dāng)下墊面覆蓋植被時，由于植被對空氣流速的阻擋和削弱，使近地表風(fēng)速減小，并且破壞了無植被時近地表風(fēng)速隨高度變化的對數(shù)規(guī)律。鑒于4種地表在不同風(fēng)洞中心風(fēng)速下的風(fēng)速廓線極為相似，因此選擇風(fēng)洞中心風(fēng)速為11m/s時它們的風(fēng)速廓線進行對比分析，見圖5。由圖5可知，在相同的風(fēng)洞中心風(fēng)速下，距地表30cm的植被高度以下的保護性耕作農(nóng)田和檸條帶狀配置草地的風(fēng)速明顯低于它們各自對照的傳統(tǒng)耕作農(nóng)田和退化草地。在相同的風(fēng)洞中心風(fēng)速11m/s時，在距地表50mm處保護性耕作農(nóng)田相比傳統(tǒng)耕作農(nóng)田風(fēng)速減小率達86.44%，檸條帶狀配置草地相比退化草地風(fēng)速減小率為70.69%，可見，保護性耕作農(nóng)田和檸條帶狀配置草地對近地表氣流的消弱與阻擋效果非常明顯。因此，，近地表風(fēng)速的降低使風(fēng)速廓線的改變是保護性耕作農(nóng)田和檸條帶狀配置草地能夠有效防治土壤風(fēng)蝕的根本原因。注：風(fēng)洞中心風(fēng)速為11m·s-1。Note:Tunnelcentralwindspeedis11m·s-1.圖5不同地表類型的風(fēng)速廓線Fig.5Windspeedprofileofdifferentlandsurfacetypes由圖5還可以看出，在相同的風(fēng)洞中心風(fēng)速下，在距地表相同高度時檸條帶狀配置草地的風(fēng)速要高于對應(yīng)保護性耕作農(nóng)田，這也是導(dǎo)致檸條帶狀配置草地的最大輸沙通量出現(xiàn)在距地表30cm附近出現(xiàn)（圖6），高于保護性耕作農(nóng)田的最大輸沙通量出現(xiàn)在距地表25cm附近的主要原因。3.2輸沙通量垂向分布規(guī)律風(fēng)沙流是風(fēng)及其所攜帶的沙物質(zhì)形成的氣-固兩相流，是
【作者單位】： 嶺南師范學(xué)院機電工程學(xué)院;內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項目(41161045、41361058)
【分類號】：S157

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本文編號：2529328