植物固沙

植物固沙（共6篇）

植物固沙 篇1

油莎豆属于草本科, 须根系作物, 是我国从非洲引进的一种优质高产能源植物, 又名油莎草, 属1年生莎草科植物, 原产于非洲.素有“地下板栗”和“地下核桃”之美称。油莎豆营养丰富, 全身是宝, 是一种优质高产, 综合利用价值很高的作物。油莎豆适应性和抗逆性强, 产量高, 经济价值大, 我国已有近20个省、市、自治区引种成功。为探讨适宜本地种植的经济双高型作物新品种, 2006年, 商丘市民权林场对油莎豆进行引种试验, 期望为本地区及类似立地条件地区的引种栽培提供理论支持和技术参考。

1 引种地概况

民权林场位于民权县境内, 黄河故道腹地, 地理坐标为东经115°00'～115°24', 北纬34°40'～34°51', 所辖林区处在黄河故道区, 风沙比较严重, 整体地势比较平坦, 土壤质地为风沙土, 土层深厚, 土壤疏松, 空隙大, 毛管作用弱, 大部分属低肥力土壤, p H值7.5左右。地下水位2～3 m。民权林场位于华北暖温带大陆性季风气候区, 春季干旱多风, 夏季炎热多雨, 冬季寒冷干燥。年平均气温14.1℃, 绝对低温-17.2℃, 平均无霜期213 d, 年均降雨量679 mm, 年蒸发量2 036 mm, 相对湿度平均69%, 年平均风速3.3 m/s, 最大风速24 m/s, 平均大风日10～15 d, 气候条件四季分明, 雨量较为充足, 适宜油莎豆生长。

2 油莎豆栽培技术

油莎豆在豫东栽培4月下旬至5月下旬播种, 生长周期130 d左右。以4月下旬至5月上旬播种, 产量最高。油沙豆地上长禾, 地下结果, 且分生力强。

2.1 地块选择及整地

2.1.1 地块选择

种植地块选择在申集分场, 刺槐采伐迹地, 土壤疏松, 通透性良好, 交通便利, 地势平坦, 适宜机械作业, 排灌良好, 水电设施齐全, 每33 350 m2地新打机井1眼。

2.1.2 整地

将所选地块里的杂草全部清理干净后, 分别进行翻耕和旋耕处理。结合整地施入基肥, 数量每667m2烘干鸡粪200 kg, 同时施入过磷酸钙50 kg。

2.2 种子处理及播种

2.2.1 选种

油莎豆用种子繁殖, 种子质量对出苗及苗木生长至关重要。一般应选用种粒饱满、无机械损伤、无病虫危害、生命力强的种子用于播种。具有上述特征的油莎豆种子一般是籽粒大, 饱满, 大小一致, 因此, 选种可结合浸种一同进行, 方法是将种子放入大容器达2/3, 然后注满水, 3 d后将浮于水面带杂质、秕粒的种子捞出即可完成选种处理。

2.2.2 浸种

由于油莎豆种皮坚硬, 须进行浸种处理后, 才能播种。浸种可促进种子内酶活性, 加快贮藏养分的转化, 有利于种子的萌发, 使出苗整齐, 生长旺盛。浸种选用“三开一凉”的方法进行, 这样可减少浸种时间。浸种时先将种子倒入容器内, 然后注水, 注意在注水过程中, 要不断搅拌种子, 以保持种子受热均匀, 防止将种子烫坏。每天换水2～3次, 用这种方法浸种一般3～4 d即可。

2.2.3 催芽

油莎豆种子播种前进行催芽可提高种子发芽率, 一般可采用层积催芽法。先在室内地面上放置稻草, 上面铺麻袋, 将浸种处理后的种子捞出后放在麻袋上, 层高50～60 cm均可, 上面放湿润的麻袋等物使种子保持湿润, 每天浇45度温水1次, 一般5 d左右即可发芽, 注意以半数种子种皮露白时即可播种。否则, 不利于机械播种。

2.2.4 播种时期和方法

播种时期以空气温度达到25℃, 地面温度稳定在15℃左右为宜。一般在5月1日前后均可, 播种时尽可能结合当地气象部门天气预报提早播种, 以利作物在生长期内充分成熟。但也不可过早, 以免晚霜危害。

油莎豆播种用机械播种。播种量视土壤质地而不同, 土质条件好可稀播, 反之应加大播种量。用播种机播种一般用种10 kg, 一般操作熟练的技术工人稍微对机械进行调试后即可掌握播种量。播种深度可视土壤墒情而定, 一般播深10 cm, 结束后应视土壤墒情注意及时浇水。对鼠害严重的地区可采用氯氰菊酯进行拌种后再行播种。

3 田间管理措施及收获处理

3.1 补植

出苗后应及时检查, 发现缺苗断垄时应及时补植。补植可用预留种子或在圃地培育的苗木, 也可使用播种中出苗量大的穴中分蘖补植。

3.2 中耕除草

油莎豆播种后在地面全面喷洒乙草胺进行除封闭1次, 可有效减少前期除草的工作量。以后视其它杂草生长情况进行选择性除草, 为避免过分使用除草剂造成土壤板结, 应注意在封垄前进行人工除草1～2次, 松土保墒。生长后期一般植株覆盖地面, 杂草不容生长, 若有杂草生长也应注意拔草, 以免造成减产。

3.3 灌溉与施肥

油莎豆耐干旱, 灌水次数可少, 一般最好结合施肥进行灌水, 施肥时间一般在6月中下旬, 第1次追肥可施尿素300 kg·hm2, 第2次施肥可在7月下旬进行, 施尿素225 kg·hm2, 结合施入磷酸二胺等300 kg·hm2, 施肥次数可结合土肥水观测决定施肥次数和施肥量。但应注意前期以速效氮肥为主, 后期增加磷钾肥施用量。以利于油莎豆果实的增大。

3.4 收获

油莎豆收获季节一般在9月上旬, 过早收获不利于种子成熟, 造成产量低, 过晚则果实脱落, 造成增产不增收, 一般在种皮颜色变为淡黄色时即可收获。收获时一般将地上叶子部分剪掉。第1年试种时我们采用人工收获, 费时费工, 增加了成本, 第2年我们租用了收获机械, 加快了收获进度, 降低了成产成本。

3.5 果实储藏

油莎豆收获后要及凉晒, 粘土地收获时还要注意用水冲洗, 凉干后装袋封存, 注意对储藏室温度及湿度进行监测, 防止霉烂变质, 同时注意防止虫鼠危害。

4 推广前景及效益分析

油沙豆有“地下核桃”和“地下板栗”之美称, 出油率32.5%～38.7%, 与油菜出油率相似, 而油的品质却优于菜油, 油液清亮透明, 食味醇香腻口, 久放不易变质。该油对降低血脂, 防治心血管病等病症具有独特的功效, 又称为保健油。尤其在西方发达国家, 已成为上等的食用油。油沙豆不仅可以榨油, 而且也是餐桌上的美味佳肴, 将豆果浸泡后搓去果皮, 用油炸食, 酥香、味甜可口。其榨油后的饼粕, 可出口巴西等南美国家, 用于制作咖啡。其地上部分的叶片是优质饲料, 可用于发展畜牧业。

从表1中可知, 油莎豆4年来的平均产量40.3kg·hm-2, 是花生16.3 kg·hm-2的2.5倍, 油菜10.1kg·hm-2的近4倍。且油莎豆栽培方法易于掌握, 且对水肥要求不严, 适于豫东沙地栽植。

油莎豆在当地经过4年的种植, 不仅获得了较高的经济收入, 而且总结出了其在豫东沙地丰产栽培技术要点, 同时解决了油莎豆的收获问题, 可为油莎豆的进一步推广提供理论和技术支撑。

沙打旺固沙效果试验 篇2

沙打旺具有很强抗逆性和顽强的抗沙能力, 在风沙吹打下仍能生长良好, 故得名沙打旺或沙大王。沙打旺茎叶强壮, 被风沙吹打后即使被损伤, 或被风沙浅埋数日, 以及被大风吹出部分裸露地面的根, 都能继续生长。沙打旺这种顽强护沙的能力, 被誉为重要的防沙固沙先锋植物。它的根系能从深层土壤中吸收水分和养料, 能耐贫瘠和干旱的土壤。据观察, 生长在贫瘠干燥、退化草地上的沙打旺, 70d无雨情况下仍能生长良好。此试验是为合理利用这一牧草资源, 以求治理试验区域的沙化草场的有效方法。

1 试验小区设置

试验小区设在齐齐哈尔市梅里斯区卧牛吐镇岗子村南沙岗草原。该区属中温带大陆性季风气候, 春季多风少雨, 夏季湿润多雨, 秋季晴朗多霜冻, 冬季寒冷而干燥;年平均气温3.2℃, 降水集中, 年降雨量415mm, 日照时数为2861.9h;无霜期为136d, 昼夜温差大, 利于作物碳水化合物和蛋白质的合成, 光热资源充足。

试验小区面积为3.5km2, 周围土壤为沙壤土, 试验小区属于沙丘。实施试验之前, 地表大部份露, 零星地块生长有寸草苔及蒿类杂草, 大风时, 以沙丘为中心黄沙向周边草原漫延。

2 试验方法

在播种前要对沙打旺种子进行发芽试验, 要求发率在80%以上, 每亩用种量为1.5kg, 播种前将草种与土按1:3比例均匀搅拌, 拌种土要求腐熟肥土或肥力较高的土壤。利用24行播种机采用30cm条播, 播种时, 时刻注意播种量的调节, 播种深度1.5~2cm, 播后镇压。为保证沙打旺能够正常出苗, 播种期选择在夏季, 根据天气预报情况在雨前播种, 于2007年6月15日播种。6月28日基本苗齐, 由于气候干旱, 加上沙丘地不保水, 当年长势较弱, 植株低矮, 分枝较少, 不能刈割利用。第2年4月28日进行越冬率调查, 6月10日进行虫害防治, 防治草地螟虫害喷施4.5%高效氯氰菊酯, 每亩用量为50m L, 加水35kg喷雾。7月15日刈割一次, 留茬高度10cm。第3年4月25日进行越冬率测定, 7月8日刈割第一次, 留茬高度8cm, 8月20日刈割第二次, 留茬高度10cm。

3 试验结果与分析

播种当年, 6月28日调查平均每平方米出苗4.1株, 亩保苗数约为2750株, 根据播种量每亩1.5kg的标准计算, 亩保苗应为3500~4000株。分析原因主要是播种后下了一场雨, 由于沙地不保水, 后期干旱, 所以导致出苗率低。当年沙打旺的分枝极少, 长势不旺。第2年4月28日进行返青情况即越冬率调查, 沙打旺越冬率为90%, 但夏季沙打旺长势较好, 由于齐齐哈尔地区发生草地螟虫害, 6月10日进行草地螟灭治, 防治效果好, 没有对其生长产生影响。7月15日刈割, 亩产鲜草685kg。第3年4月25日调查越冬率为99%, 后期牧草长势旺盛, 分枝多, 7月8日进行第一次刈割, 亩产鲜草750kg, 8月20日进行第二次刈割, 亩产鲜草862kg。第3年调查地下根最深1.5m, 根上着生着大量根瘤, 侧根发达, 主要分布在15~30cm的土层中, 根幅1.2~1.6cm, 根毛不多, 株高平均为1.2~1.5cm。

石膏基固沙材料耐候性能研究 篇3

化学固沙是近几十年来新兴起的一种沙漠治理方法[1,2],其原理就是利用化学材料与工艺,在流沙表面建造既能防止风力吹蚀又具有保持水分和改良沙地性质的固结层,以达到控制和改善沙化环境的目的[3,4]。Albusoda等[5]以水泥窑粉尘为原料制备的固沙材料在稳定流沙方面具有明显效果。杨明坤等[6]合成了以羧甲基纤维素钠为主接枝的丙烯酰胺环保固沙剂,该固沙剂具有优良的吸水保水性能且链上的羰基可与沙土中的无机离子发生络合反应,有效提高材料的粘合性能和成膜性能。杨万泰等[7]研制出丙烯酸/全氟辛基甲基丙烯酸酯共聚物,有效地解决了化学固沙剂固沙层水渗透率低和吸水率高的问题。然而沙漠地区的气候特点是晴天多、日照强、昼夜温差大、大风频发,因此十分有必要研究固沙材料的耐候性能。

本研究以实验室自主研制的石膏基固沙材料为对象,通过冻融试验、耐水试验、老化试验、抗风蚀以及野外试验综合评价了石膏基固沙材料的耐候性能,以期为该固沙材料的工程应用提供技术支撑。

1 实验

1.1 实验原料

石膏,青海省互助青湖建材厂产,白色粉末,主要物相组成为CaSO4·0.5H2O,密度为2.34g/cm3,粒度为0.17mm。其化学组成和X射线衍射图分别见表1和图1。膨润土,甘肃金昌红泉膨润土有限公司产;聚丙烯酰胺,分析纯,任丘市浩升化工有限公司产;十二烷基硫酸钠(SDS),分析纯,天津市巴斯夫化工有限公司产;沙粒,取自青海省海晏县青海湖沙岛;木屑,取自青海西宁某木材公司。

1.2 保水剂制备

在机械搅拌作用下,将一定量过200目筛的膨润土缓慢加入蒸馏水中,超声分散0.5h制得膨润土悬浮液。将蒸馏水加热到40℃左右,在高速搅拌下将聚丙烯酰胺粉末缓慢加入水中,持续搅拌1h至其完全溶解,陈化12h制得聚丙烯酰胺溶液。采用溶液共混法将前面所制两种溶液混合并机械搅拌0.5h制得混合胶液。将混合胶液在80℃烘箱中干燥、粉碎,即得到复合吸水保水材料。

1.3 固沙材料制备

将石膏与沙粒、保水剂、木屑、十二烷基硫酸钠混合[8],按标准扩散度用水量加水,搅拌均匀后在40mm×40mm×160mm标准试模中自然养护成型,终凝2h后脱模。在实验室条件下养护至第3天后,将试样放入温度为42℃的烘箱内烘干至恒重,冷却后备用。

1.4 风蚀试验方法

(1)在实验段上平铺足够的沙源,使风沙流浓度在各级风力下接近饱和状态。

(2)将风干后的试样置于风洞底架上,使试样面与风沙流形成一定夹角,分别在不同坡度下(0°、15°、30°)测定其风蚀量。

(3)在不同风速(7m/s、10m/s、20m/s)下测其风蚀量,测试时间为:7m/s和10m/s风速下吹蚀15min,20m/s风速下吹蚀10min。

(4)4个样品为1组,对每组试验样品测定一定风速作用下的风蚀强度,风蚀强度以风蚀率E(g/(min·m2))表示,用天平分别称量风蚀前后的质量,从而得出风蚀量。

2 结果与讨论

2.1 冻融性能分析

结合我国高寒沙漠地区的气候特点,冻结和融化温度分别选定为-20℃和15℃。将按1.3方法制备的固沙材料在水中浸泡1天,然后取出放入-20℃的高低温试验箱中冻结12h,取出在15℃高低温箱中解冻12h,即为一个冻融循环。图2为冻融循环次数对抗压强度的影响。由图2可以看出,随着冻融循环次数的不断增加,固沙材料的抗压强度逐渐降低,经历20次循环后,固沙材料强度为1.56 MPa,仍然满足现场固沙要求。严寒地区的冻融交替,主要是由于水在孔隙中结冰时,体积约增加9%,固沙体孔隙中渗入的水结冰会使孔壁承受很大的膨胀应力,如其超过固沙体的抗拉强度就会引起微裂纹等不可逆的结构变化,在冰融化后不能完全复原,所产生的膨胀仍有部分残留,孔隙变大。这样孔隙率更大,会渗入更多的水,再次冻融时,原先形成的裂缝又由于结冰而扩大,如此经过反复的冻融破坏,裂缝将会越来越大,导致破裂[9]。由于合理添加了木屑、十二烷基硫酸钠等造孔剂,此固沙材料中空隙分布较多[8],因此具有良好的抗冻融性。

2.2 耐老化性能分析

沙漠气候的特点之一是晴天多、日照强,年平均晴天日数约占75%。针对日照时间长,紫外线强度较大,加上我国沙漠多分布在高原地区,空气较稀薄,进一步加强了紫外线对地面的辐射强度,故试验采用紫外光老化法。试验采用紫外光连续辐照,照射通常为白天,除意外停电外一般不间断。测定连续辐射100h、200h、300h、500h后材料强度损失、质量损失、外观形貌,图3为老化试验结果———辐射时间与抗压强度及强度损失率的关系图。从图3中可以看出,随着紫外辐射时间延长,固沙材料抗压强度逐渐降低,连续辐射500h后材料抗压强度为2.62MPa,仍然能满足现场固沙要求。由于石膏基固沙材料以无机材料为主,其耐老化性能较好,即使在紫外光照下连续辐射外观仍然没有变化。试验中材料表面温度约50℃,可能部分石膏晶体会脱水,另外材料中添加的部分有机保水剂在紫外光下分解,小范围内改变了材料内部结构,因此在紫外光连续照射下材料抗压强度略有下降。

2.3 抗风蚀试验

青海高寒干旱,位于西风带范围内,全年盛行高空西风,风力强大,柴达木盆地、共和盆地、青海湖盆地以及青南高原的大部分地区尤多西风和西北风,风力可对地表物质进行侵蚀,所以进行抗风蚀实验。图4为抗风蚀试验结果———风速与风蚀量及风蚀率的关系。从图4可以看出,随着风速和坡度的增大,风蚀量和风蚀率都增加,但风蚀率较小,外形无变化。石膏基材料中加入沙粒和木屑,使得石膏之间的粘结力较强,在风沙的侵蚀下整体的耐风蚀能力较强。

2.4 野外试验

在青海大学理工试验楼顶层制作一个小型治沙示范区模型,定期观测固沙固结层强度及形貌变化。图5为野外试验结果———时间与抗压强度及强度损失率的关系。从图5可以看出,固沙固结层在野外经历4个月风吹日晒(8月-11月是青海气候中最典型的几个月,经历了夏天的高温与雨季再到秋冬的寒冷与大风),然而外观形貌并无变化,说明固沙材料具有良好的抗风蚀性能。固结层的强度降低再升高是由于8月、9月正处于青海的雨季,降雨较多使固沙固结层在经历多次吸水蒸干后强度有所下降,10月份后天气趋于干燥固结层中水分不断减少从而强度有所上升。

3 结论

(1)该固沙材料在经历20次连续冻融循环后强度仍有1.56 MPa,在经历500h连续紫外辐射后外观无变化,强度损失只有22.94%,4个月风吹日晒后外观无变化,强度仍然满足现场固沙要求。

(2)风沙流的直接冲击和磨蚀是固沙材料侵蚀的主要因素,随着风沙流速度与坡度加大,风蚀量也增大,风蚀率最高值为0.2016g/(min·m2)。

(3)试样面与风沙流夹角会直接影响风蚀量,在相同速度风沙流作用下,同种材料的风蚀量随着坡度的增大而增大,坡度为30°时,风蚀量相对最大。个别试样在实验中出现差异,主要与试样风蚀过程中放置位置有关。

摘要：以石膏基固沙材料为研究对象,对其固结层的抗冻融、耐老化、抗风蚀、野外应用进行了试验研究。结果表明:该材料在经历20次连续冻融循环后强度仍有1.56 MPa,在经历500h连续紫外辐射后外观无变化,强度损失只有22.94%;随着风速和坡度的增加,风蚀量增大,风蚀率最高值为0.2016g/(min·m2),相对较小;4个月风吹日晒后外观无变化。该固沙材料具有良好的耐候性能,在沙漠治理方面具有广阔应用前景。

关键词：石膏基固沙材料,耐候性,抗冻融,耐老化,抗风蚀,野外试验

参考文献

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薄膜生态固沙方案的初步研究 篇4

我国是世界上荒漠及荒漠化土地分布较广的国家, 已经荒漠化的土地面积17.6万平方公里, 另有潜在荒漠化危险的土地面积15.8万平方公里。从总体上看, 我国土地荒漠化仍在加速扩展和蔓延。若将其与沙漠和戈壁合计, 则有153.3万平方公里, 几乎占全国土地面积的16%。

因此我们需要运用多种科学技术方法延缓荒漠化进程, 改造荒漠地区。

目前一些具体的治沙方法有: (1) 植物固沙, 这是控制流沙最根本且经济有效的措施。固沙植物能为沙区人畜提供燃料和饲料, 同时, 又可以恢复和改善生态环境。其内容主要包括:建立人工植被或恢复天然植被;营造大型防沙阻沙林带, 以阻截流沙对绿洲、交通线、城镇居民点的侵袭;营造防护林网, 控制耕地风蚀和牧场退化;保护封育天然植被, 防止固定半固定沙丘和沙质的沙漠化危害。 (2) 工程治沙, 治理流沙时, 采用柴草、粘土、卵石、网板等材料设置障碍物或铺压遮蔽, 借以阻沙固沙;利用地形地物设置屏障, 改变大风方向, 输导流沙定向吹移;采取一定的工程措施, 机械地进行干扰控制, 以固定阻挡、输导搬运流沙, 定向塑造风沙地貌, 改变沙地条件, 转害为利。 (3) 化学固沙, 在流动沙地上通过喷洒化学胶结物质, 使其在沙地表面形成有一定强度的保护壳, 隔开气流对沙面的直接作用, 提高沙面抗风蚀性能, 达到固定流沙的目的。

但这些治沙的方法都没有从根本上解决沙漠化的问题, 土地沙漠化的速度仍远大于治沙速度。要防治风沙, 我们还需要更有效的方法。

目前, 治理沙漠遇到的最大问题就是水的供应问题, 没有充足的水分供给, 即使短期内固定住了沙, 植物还是无法正常生长。无数失败的经验告诉我们, 只有解决沙漠植物生长的供水问题, 才能从长远上征服沙漠。

在这种背景下, 为防止沙漠化进一步扩大, 我们提出了一种全新的薄膜生态固沙方案, 这种方法在能实现在半沙漠地区逐步建立绿化带, 形成有效地防沙林, 从而防止沙漠进一步扩大。

2 设计原理

沙漠化不断扩大的主要原因是沙随风走, 沙子在风的吹动下不断迁徙, 导致沙漠逐渐向外扩张。若在沙漠边缘即将与绿洲交界处的过渡带上覆盖地膜, 以阻断沙子和风之间的联系, 防止风将地上的沙子卷起, 起到类似于草皮的护沙作用。薄膜的四个边界均需要压紧, 避免其被风掀起, 这样可以短期内固定住风沙。

薄膜我我们采用低压高密度聚乙烯地膜。这种低压膜是利用比重较大的低压高密度聚乙烯树脂为原料吹塑而成。这种地膜的强度大、韧性强、耐热性、耐久性好, 不易破裂。厚度可以由0.015~0.02毫米降低到0.003~0.005毫米, 比一般地膜薄2/3。同等重量的这种地膜覆盖面积比一般地膜多近2倍, 每公顷只需地膜37.5~45千克, 比一般高压膜减少50%~60%, 可用于粮食作物覆盖栽培。但这种地膜的柔软性和横向拉力不如一般地膜, 铺膜时不容易紧贴地面。

在地膜上放置锥形营养袋, 每个营养袋作为一个植物生长单元, 如图所示:

锥形营养袋高35~40cm, 地面直径35cm左右。每两个营养袋之间前后左右各相距1.3米;营养袋内为混有少量肥料的土壤, 内含柠条或梭梭的植物壮苗。含同种植物的营养袋呈“品”状分布。袋口留直径5厘米的出口, 为种子萌发提供足够的空气, 同时相对小的袋口可以减小水分的蒸发;营养袋底部封闭不透水, 防止水分下渗, 保证植物生长的足够水分, 不需要经常补水。

营养袋同样采用低压高密度聚乙烯材料制成, 既经济又环保。但是最好在生产过程中加深色色素, 保证植物根部不被光线照射到。

营养袋中的土壤土质成分如左图所示, 下层我们使用含水充足的土壤, 上面覆盖一层沙粒, 防止阳光直射土壤造成蒸发旺盛, 水分大量流失。并且上层沙粒不会影响植物的生长发育。

在薄膜上放置营养袋的地方留出直径18厘米左右的孔, 用营养袋底部压住;当植物根系撑破营养袋时, 方便其继续向下延伸扎根沙漠。

各个营养袋之间用绳互相连接固定, 形成一个庞大的整体, 护沙薄膜的四周用固定桩固定住, 并将绳子的末端也牢系在桩上, 使其难以被风沙撼动, 保证它们的稳定性, 同时也更好的固定住下方的护沙薄膜。另外, 我们将柠条和梭梭这两种植物相间种植, 避免将来种内竞争造成的不良后果。如下图所示。

3 创新特色

传统的沙漠治理技术如植物固沙、工程治沙、化学固沙、旱地节水、退化地开发等并不能完全解决土地沙漠化的问题, 而且往往会因为风沙过大或水供应问题得不到解决而不见成效。就目前局势来看, 沙漠化的速度远远大于沙漠治理的速度。薄膜生态固沙方案, 便是针对这些问题, 结合了以上几项技术的优点, 并在技术上有所创新, 是治理沙漠, 遏止沙漠蔓延的一种有效方法。

这项技术采用的低压高密度聚乙烯地膜作为护沙薄膜, 不仅可以固沙, 而且可以被红柳等耐旱植物的根系穿过, 使这类植物能够扎根于沙漠。另外, 地膜是由有机高分子材料制成, 可以在短期内自然降解, 并最终成为促进植物生长的有机肥。在该薄膜上面放置相当数量的植物生长单元, 有效防止了风沙对薄膜的破坏影响, 对生态基上植物的固定生长有重要作用。

植物生长单元中的土壤盛于锥形营养袋中, 有效地减小了土壤中水分的下渗作用和蒸发作用, 从而减少了水分的流失, 这就解决了治理沙漠中的供水困难问题, 这与旱地节水的方法相比, 既节约了成本, 又减少了工作量, 效果也更显著。

有机高分子薄膜上面种植多种耐旱植物如 (柠条、梭梭) , 运用生物学的方法, 将它们相间种植, 并保持一个合理的种植密度, 这样不仅减小了同种生物种群的种内竞争, 有利于植物的快速成长, 而且对沙漠生物多样性的提高很大的帮助。

4 应用前景

当前我国国土利用和整治中防沙治沙的任务非常紧迫。进一步应用现代科学技术改造荒漠, 防止沙漠化, 实现可持续发展, 是我们当前面临的重要任务。在沙害治理体系中, 随着薄膜生态基固沙方案的进一步深化研究和应用, 特别是将薄膜生态固沙方案的工程化应用以及与传统生物治沙技术结合的深化研究, 采取封育、人工造林、生物沙障等综合措施, 形成多层次的人工植被覆盖, 这对于加强防护体系的整体稳定性, 提高固沙和抵御风蚀及沙尘暴的效果具有重要的实践意义和创新意义。

薄膜生态固沙方案与传统生物固沙措施相结合, 具有互相促进, 和互相弥补的作用, 可以大大提高固沙效果, 是一种有效的治沙新技术。薄膜生态固沙作为一种新型的防沙治沙手段, 在治理沙漠化的进程中还需要通过科学研究和生产实践继续完善。薄膜生态固沙方案丰富了我国防沙治沙的技术理论, 提高了综合治沙的技术水平和生态效益。利用薄膜生态固沙方案, 对于荒漠化地区生态环境的恢复与重建不仅必要而且可行, 必将在沙漠化的治理中有着广阔的应用前景。

摘要：目前我国土地沙漠化十分严重, 并且有愈演愈烈趋势, 但是传统固沙方法不能从根本上解决沙漠化问题, 土地沙漠化的速度仍远大于治沙速度。本文提出了一种全新的薄膜生态固沙方案, 这种方法在能实现在半沙漠地区逐步建立绿化带, 形成有效的防沙林, 从而防止沙漠进一步扩大。

关键词：沙漠化,薄膜固沙,生态,聚乙烯地膜

参考文献

[1]常兆丰.河西走廊50年治沙措施应用中出现的问题及未来思路[J].中国沙漠, 2001, 21.

植物固沙 篇5

我国是世界上受沙化危害最严重的国家之一。八大沙漠、四大沙地是我国主要的沙源地,据《中国荒漠化灾害的经济损失评估》,每年沙化造成的直接经济损失达500～600亿元,相当于西北数省的财政收入的数倍。防沙、治沙、开发和利用沙漠资源最重要、最突出的问题是车辆通过性能。长期以来,各国学者从不同角度,采用不同方法相继对车辆特性与地面之间的相互关系进行了非常广泛的研究,主要有以下几种方法:经验法、模型试验法和半经验法,这几种方法虽然都有其局限性,但半经验法在汽车地面力学领域目前应用还比较广[1]。本文采用半经验法和朗金被动土压力理论相结合进行数值模拟分析。

防风固沙草方格铺设机器人研究是国家863计划项目,而CFGR-100型机器人的研制成功开辟了防风固沙新方法,填补了该领域国际空白。而将利用半经验和朗金被动土压力理论推导轮胎行驶阻力和草方格铺设机插刀推沙阻力的计算公式在国内还是首次提出的。本文以内蒙古浑善达克沙漠为样地,从理论上计算出CFGR-100型防风固沙草方格铺设机器人行驶时的切线牵引力和行驶阻力,从而可以预测该机器人能否在沙漠中行走作业。

1 CFGR-100型草方格铺设机器人总体结构

CFGR-100型机器人由牵引式轮式车辆、纵向铺草机械部分和横向插草机械部分组成,在计算机(中央控制器)控制协调下,安装在草方格铺设机上的纵向和横向铺草机构连续完成沙地上的总宽为3m、每格为1m×1m的草方格沙障铺设作业,从而达到防风固沙的目的。

该机器人总体结构示意图,如图1所示。牵引车选择国产的WTC5120TSM沙漠车,这是一种用于沙漠地区和砾石地区进行物理勘探作业的高速、高通过性中重型越野车,四轮驱动,主要技术性能如表1所示[2]。

1.牵引车工2.纵向铺草机构3.草方格铺设机4.横向铺草机构

防风固沙草方格铺设机采用平衡梁式悬架、18-20型沙漠轮胎,具有条形花纹,侧向稳定性好,接地面积大,接地比压小。其主要技术性能,如表2所示。

2 机器人—地面系统受力分析

牵引车以最低挡、全轮驱动方式匀速行驶,并使机器人保持1.8km/h左右的速度均匀铺草。

2.1 切线牵引力

机器人的整机牵引力由WTC5120TSM牵引车4个驱动轮产生的切线牵引力组成。

由沙土剪切试验所求得的剪应力τ与位移j之间的关系曲线可知,本文研究的沙土近似为渐近型塑性土壤,可用库仑公式表达为[3]

式中c—土壤内聚力(kPa);

ϕ—土壤内摩擦角(°);

p—接地比压力(kPa);

j0—土壤剪切变形模量(cm);

δ—滑转率(%);

x—轮胎接地面积前缘与某接地微元面积之间的距离(cm)。

将剪应力τ对整个轮胎的接地面积进行积分,并考虑轮胎花纹高度的影响,可得出单个驱动轮上产生的切线牵引力。

双轴车辆由于前、后轮上的垂直载荷、接地面积等都不相同,需分别求出前、后轮上的切线牵引力再相加得整机切线牵引力。前轮切线牵引力为

后轮切线牵引力为

牵引车总的切线牵引力:

式中b—轮胎宽度(cm);

δ—轮胎的滑转率(%);

W—牵引车质量(kN);

λ—后轮质量分配系数,本文取λ=0.66;

1l,l2—分别为前、后轮胎接地长度(cm);

j0—土壤剪切变形模量(cm);

h—轮胎花纹高度(cm)。

前、后轮胎接地长度计算公式为

式中0r—轮胎自由半径(cm);

rk—轮胎滚动半径(cm);

zi—分别为前、后轮轮辙深度(cm),i=,12。

2.2 行驶阻力

机器人在沙漠中以匀低速行驶时,存在着各种阻力,这些阻力由驱动轮上所产生的切线牵引力来克服。在沙漠中低速稳定行驶时,总行驶阻力为

式中fP—车轮压实阻力;

PR—车轮推沙阻力;

Ph—横向铺草机构插刀推沙阻力;

zP—纵向铺草机构滚轮压草阻力。

2.2.1 车轮压实阻力

车辆低速行驶时,可以忽略轮胎滑转对下陷量的影响。根据轮辙形成理论,可采用Bekker公式表达土壤的压力p—沉陷z的关系[1,4],即

则形成每条轮辙所引起的压实阻力为

式中k—土壤变形模量(kN/mn+2);

n—土壤变形指数,无量纲;

b—车轮宽度(cm);

z—轮辙深度(cm);

pi—轮胎充气压力(kPa);

cp—轮胎胎壁刚度(kPa)。

只要测定车轮每次通过前的土壤参数k和n值,利用式(8)就可计算出每个车轮通过时的压实阻力,全部车轮对沙土的压实阻力之和即为整机的压实阻力。本机器人的牵引车和草方格铺设机轮距相同,轮辙重叠,可减少沙土压实阻力[5,6]。

2.2.2 车轮推沙阻力

对于沙性土壤而言(c=0),车轮的推沙阻力可用Bekker建议的公式计算[1],即

式中Nc,Nγ—太沙基承载能力系数,可查表求得[4];

γ—沙土密度(kN/cm3);

D—车轮直径(cm)。

只要测定车轮每次通过前的土壤参数c和ϕ值,利用式(9)就可计算出每个车轮通过时的推沙阻力,全部车轮推沙阻力之和即为整机的推沙阻力。

2.2.3 横向铺草机构插刀推沙阻力

横向插刀入出土时,由于机器人在匀速前进,插刀会对前方沙土产生推动作用。推沙阻力可用朗金(Rankine)被动土压力理论求解[7],对砂性土(c=0),沙土对横向插刀的最大水平反作用力即推沙阻力为

式中N(ϕ)—被动土压力系数,N(ϕ)=tg2(45+2ϕ);

z—插刀入土深度(cm)。

横向插刀共有3把,所以总的推沙阻力为

2.2.4 纵向铺草机构滚轮压草阻力

单个纵向滚轮在压草过程中产生的阻力主要是由刚性滚轮压实沙土和草帘组成,本文把草帘和刚性轮看作一个整体进行分析,此时压草宽度为刚性轮与草帘的宽度之和,可得纵向滚轮压草阻力为

式中b—滚轮与草帘的宽度之和(cm);

z—滚轮压草深度(cm)。

纵向铺草机构共有4个滚轮,则总的滚轮压草阻力为

2.3 通过能力评价指标

当沙土作用于整台车辆行走机构上的切线牵引力H大于整车行驶阻力ΣP时,车辆可以行驶,两者之差称为挂钩牵引力DP,可作为车辆通过能力的评价指标,即

工程上常用单位车重的挂钩牵引力即牵引性系数Π作为车辆通过能力的评价指标[1],即

DP或Π值越大,通过能力越强;其值为零时刚好能通过,为负时则不能通过。

3 仿真计算与结果分析

3.1 参数测定

3.1.1 土壤承压特性参数

土壤承压特性参数k和n由TE-3型土壤承压仪在沙漠中进行试验求得[7]。原始沙土:k0=1945kN/mn+2,0n=0.97;压实1次沙土:1k=3002kN/mn+2,1n=0.84;压实2次沙土:k2=3856kN/mn+2,2n=0.78;压实3次沙土:k3=4403kN/mn+2,3n=0.74。牵引车轮胎胎壁刚度取Pc1=Pc2=485.kPa,轮胎充气压力为Pi1=Pi2=100kPa;草方格铺设机轮胎胎壁刚度取Pc3=Pc4=45kPa,轮胎充气压力为Pi3=Pi4=150kPa。

3.1.2 土壤剪切特性参数

土壤剪切特性参数c,ϕ,0j由ZQB-1型轻便剪力仪在沙漠中进行试验求得[7]。其中,原始沙土:0c=0,ϕ0=26.6°,j01=0.52mm;压实1次沙土:1c=0,1ϕ=26.3°;j02=0.48mm。为简化计算,平均取c=0,ϕ=26.45°，

3.1.3 其它参数

试验时,沙漠含水量w=2.1%,沙土密度γ=1.63g/cm3。横向插刀入土深度和纵向滚轮压草深度均为15cm。纵向滚轮与草帘宽度之和取1.8cm。牵引车轮胎自由半径和滚动半径分别为:0r=83.8cm和kr=77.6cm;太沙基承载能力系数Nc和Nγ分别取34.0和17.5。其它参数如表1和表2所示。

3.2 仿真结果

将上述相关数据代入式(2)、式(5)和式(8)、式(13),可求得整机切线牵引力H与滑转率δ之间的关系曲线,以及整机总行驶阻力ΣP值。由式(14)和式(15)可求出相应的挂钩牵引力DP和牵引性系数Π。

整机总阻力ΣP、切线牵引力H与滑转率δ之间的关系曲线,如图2所示。由图2可见,切线牵引力随着滑转率的增加而增加,当滑转率趋近于0时,切线牵引力也趋近于0。当滑转率达到100%时,切线牵引力达到最大值37.5kN。整机总阻力为26.3kN,此时车辆滑转率为28.8%。仿真结果表明:CFGR-100型防风固沙草方格铺设机器人能够在浑善达克沙地行走作业。

4 现场试验

课题组在浑善达克沙地进行了实地试验,各项技术指标都达到了该机器人设计要求,机器人固沙实现了草方格与灌木黄柳等同时栽植;机器人在流动沙丘上固沙的草方格,大大降低了地面风速,除方格外围2m作业区有少量积沙现象,2m内的草方格既不起沙也不积沙。机器人固沙将为解决防沙治沙的难点与重点,在交通不便的少人、重度沙化区展现出广阔应用前景。

5 结论

1)CFGR-100型防风固沙草方格铺设机器人的沙漠通过能力与其行走机构接地压力密切相关,采用大型宽断面超低压轮胎,增大接地面积,可以显著降低接地压力,提高沙漠通过能力。

2)利用半经验方法推导和计算出了轮胎与沙土相互作用的阻力理论预测值,并考虑推土阻力和车轮重复通过时对行驶阻力的影响。利用朗金被动土压力理论推导了草方格铺设机横向插刀推沙阻力的计算公式和利用Bekker提出的承压特性模型推导了纵向滚轮压草阻力的计算公式。

3)计算表明,WTC5120TSM沙漠牵引车在内蒙古浑善达克沙漠中有较好的牵引性能,能够产生的最大切线牵引力为37.5kN,而整机阻力为26.3kN,此时牵引车驱动轮滑转率为28.8%,能够满足草方格铺设机的作业要求。因此,本文选用的WTC5120TSM沙漠车和草方格铺设机的18-20型轮胎是合理的。

4)对不同地区的沙土进行物理和力学性质进行研究,得出沙土的特性参数,利用本文的研究方法,就可以在理论上预测出该机器人是否满足该地区通过性的要求,以供用户购置时参考。

摘要：为了解决CFGR-100型防风固沙草方格铺设机器人在沙漠地区通过能力的问题,提出了切线牵引力和行驶阻力的计算公式,采用挂钩牵引力和牵引性系数作为通过能力的评价指标。试验结果表明,该机器人在沙漠中有较好的通过能力,能够满足草方格铺设作业的要求。

关键词：自动控制技术,防风固沙机器人,试验,沙漠,通过能力

参考文献

[1]庄继德.计算汽车地面力学[M].北京:机械工业出版社,2002.

[2]保定北奥石油物探特种车辆制造公司.WTC5120TSM沙漠车使用说明书[Z].保定:北奥石油物探特种车辆制造公司,2000.

[3]陆怀民,赵志国.工程车辆湿地通过能力的试验研究[J].车辆与动力技术,2003(3):11-14.

[4]张克健.车辆地面力学[M].北京:国防工业出版社,2002.

[5]刘聚德.车辆沙地通过性研究中几个关键问题的探讨[J].汽车工程,1996,18(2):103-107.

[6]魏东,洪涛.车轮重复通过时新疆沙漠沙土力学特性的试验研究[J].吉林工业大学学报,1997,27(2):1-6.

植物固沙 篇6

防风固沙, 顾名思义, 其包括了2 层含义, 地面以上无遮挡物所引起的风沙流动;地表无绿色植物、缺乏根系盘结, 在大雨冲刷后坡地所引起的砂石流失, 后者是我们水土保持工作防治的重点内容。坡地和大雨后的径流是水土流失的两大必备条件, 而径流调控正是水土保持工作的重中之重, 也是防治手段的精髓。尽管水土保持与其它学科有着极为密切的内容交叉和渗透, 但是其与周边学科最大的区别就在于能科学调控和合理利用坡面径流, 依照径流的调控理论来削弱水土流失的原动力, 在同等降雨条件下, 可有序聚集和分散坡面径流, 最终达到水土流失控制和水土资源保护的总体目标。为达到此目的, 我们不能仅局限于单一的技术治理和工程措施, 为保证较大范围区域内的协调统一, 我们需要对区域进一步细致划分, 结合区块的内容特点采用小流域综合治理措施来取得理想的治理效果, 进而使不同水土流失类型区的各项小流域治理措施优化配置, 形成符合水土流失规律和特点的预防体系。

水土治理是公益性事业, 是国家惠民的重大举措, 其与生态环境安全和国土资源整治开发密切相关。水土保持学科建立的初衷在于为国家土地资源保护、改良和合理利用水土资源提供有用之才, 通过人才支撑来合理配置整治资金, 花最少的钱发挥最佳的效果, 进而促进社会经济的可持续发展[1]。水土保持学科并不是孤立存在的, 其可从土壤学扩大到生物、地质、水文, 近年来又与环境科学、材料科学、工程科学、信息技术科学等学科相互融合, 与社会人文科学、大气及水环境、全球气象学等内容相互交叉。在现实水土保持防治方案的制定上, 我们不得不采用高新技术在防、治、管等三方面对水土进行综合监测, 在水土保持预防和监督上注入社会管理学内容来加强执法, 在监测和预报国家大型水体设施方面, 我们有必要采用卫星遥感技术, 在水土管理过程中, 还不时引入新的设备和材料进行设备更新, 另外, 一些植物的引种栽培对于防止水土也会起到事半功倍的效果。现今, 水土保持工作正在逐步演变为一个涉及工农业、资源环境业、社会经济业、人文地质业等在内的综合性事业。

以往, 人们对水土保持的关注仅停留在山区、丘陵区、风沙区以及与农田水利有关的区域, 但现阶段, 水土保持的研究领域正逐渐向非农领域以及平原地区延伸。21世纪, 国家在水土保持相关的各类基础设施建设、资源的合理开发以及城镇化进程扩张等方面均有所投入, 然而, 在城市的开发建设中, 人为造成的水土流失现象较为严重, 这就要求我们在开发建设各类项目的同时, 要提早做好水土流失的估算及预防工作, 由相关部门做好技术审批, 在可控范围内对施工后引起的流失现象做好综合治理。比如在平原流域进行矿业开采, 就必须要做好地表径流和降雨疏导、分流的防治工作, 通过拦截式工程有效预防水土流失, 同时针对边坡、矿渣以及弃土石场, 我们不仅需要考虑雨水的走向问题, 还要考虑到风蚀, 在治理措施上, 不仅要配套坚固的水土保持工程, 还要注重工程与植物的科学配伍, 搭配的美感时常给开发建设增加正面效益, 在发挥水土保护功能的同时, 给人们提供观赏、休憩的人文环境。

2防风固沙的技术措施

2.1 设置有效的沙障

主要的沙障模式有篱笆、草方格、黏土、立式及平铺等, 其中草方格沙障就是使用芦苇、稻草或麦草等材料, 在流动沙丘上扎成挡风墙以削弱风力的侵蚀, 同时有截留降雨的作用, 能有效提高沙层的含水量, 为沙生植物生长提供有利环境。黏土沙障就是将黏土在沙丘上堆成高20~30m的土埂, 间距为1~2 m, 走向与风向垂直, 黏土固沙因工程施工简单、固沙效果明显, 而广受亲睐, 但对黏土需求的数量较大。

2.2 在沙面上覆盖致密物

致密物我们可选择塑料薄膜进行, 就是将其覆盖于沙漠表层, 随后用岩石等重物压住, 这种方法可有效防治水分散失, 但塑料薄膜易被风刮起, 在丧失固沙和保水功能以后, 若监管不严, 则易造成二次污染。

2.3 植物治理

在沙漠地区栽种适宜的沙生植物以阻止沙漠扩张并逐步改良沙漠土地。沙生植物具有水分蒸腾少, 机械和输导组织发达等特点, 可抵御狂风侵袭并迅速将水分和养料输送到指定器官, 其细胞内经常保持较高的渗透压, 具有很强的持续吸水能力, 使植物不易失水, 能够适应干旱少雨的环境。在沙漠地区有计划地栽植沙生植物, 即在沙丘迎风坡上种植低矮的灌木或草本植物, 固住松散的沙粒, 在背风坡低洼地上种植高大的树木, 阻止沙丘移动。此外, 还可在沙漠边缘地带营造防风林以削弱沙漠地区的风力, 进而阻止沙漠扩张。防风林的效果与林带的高度有关, 树木越高、栽植越密, 其防风效果越好。植物治理的效果重点在于选择适宜的树种和科学的林带结构。

3植被在防风固沙方面所发挥的特殊作用

植被是人类生存环境的重要组分, 是进行自然与人为区划不可或缺的重要标识。目前, 植物治沙被认为是众多治沙措施中最经济、最有效、最持久的技术措施。固沙植物在风蚀防治中起着至关重要的作用, 而且植物构型特征对于防风固沙所起的效果亦有所不同。

王贵霞等[2]研究结果表明, 不同植被类型下的土壤侵蚀深度和侵蚀模数均低于裸地, 植被恢复措施对于土壤物理结构和蓄水性能均有明显改善效果, 农林间作模式具有较好的蓄水保土和改良土壤效应。香根草栽植能显著降低土壤容重, 增加土壤含水率, 减少土壤养分流失, 其蓄水率和保土率均可得到提高, 能够作为植被建设的首选物种[3]。刘平乐[4]在其报道中指出, 当地埂无植被时, 抗蚀能力差, 但当地埂有了良好的植被覆盖后, 可有效防止土壤冲刷, 进而起到较好的水土保持作用。沙蒿与油蒿广泛分布于我国沙漠地区, 是沙地植被的重要建群种和优势种, 马全林等[5]在其报道中指出, 比照沙蒿灌丛, 油蒿灌丛可作为更加理想的防风固沙植物, 其灌丛分枝数较多、分枝角度略小、生物量大且分布于近地表层。实践表明, 通过封育恢复天然植被[6], 是治理和控制土地沙漠化的一项最为有效的措施。

摘要：在防风固沙、保持水土及涵养水源等方面, 植被具有不可替代的优势作用。作为陆地表面盘根错节、具有生命的绿色自养生物, 植被是陆地生态系统平衡的维护者, 其通过汲取自然界中的CO2及阳光、在合成自身有机物的同时, 通过树冠遮挡、树根盘结等方式稳定飞尘、固住水土。现阶段, 随着城镇化的迅猛扩增, 绿地面积急剧减少, 水土流失现象比比皆是, 治理水土流失事关经济社会的持续、稳定发展, 而植被连片栽植正是抑制该趋势恶化的唯一途径。本文从防风固沙对水土保持的重要涵义入手, 逐一分析防风固沙的一般技术性措施, 最终提出植被在防风固沙方面所发挥的特殊作用, 为同领域技术人员提供技术资料。

关键词：植被,防风固沙,生态效应

参考文献

[1]高鹏, 张光灿, 刘霞.改造提升水土保持传统学科教学体系的实践与探索[J].高等农业教育, 2007 (8) :61-63.

[2]王贵霞, 夏江宝, 孙宁宁, 等.黄河三角洲引黄灌区不同植被类型的蓄水保土功能研究[J].水土保持学报, 2015, 29 (2) :111-116, 127.

[3]袁志忠, 陈国玉, 尹黎明, 等.湘西岷抗冲地区三种植被覆盖水土保持效益研究[J].中国水土保持, 2013 (3) :48-50, 62.

[4]刘平乐.地埂植被的水土保持作用和经济效益调查研究[J].甘肃科技, 2007, 23 (5) :210-211, 230.

[5]马全林, 卢琦, 张德魁.沙蒿与油蒿灌丛的防风阻沙作用[J].生态学杂志, 2012, 31 (7) :1639-1645.