【摘要】：為比較分析保護性耕作農田與檸條帶狀配置修復退化草地的防風蝕機理和防風蝕效果,利用移動式風蝕風洞及相關配套設備對內蒙古烏蘭察布寒旱區(qū)的保護性耕作農田、傳統(tǒng)旱作農田和退化草地、檸條帶狀配置草地進行風蝕風洞原位測試,研究其風速廓線、輸沙通量等風沙運動規(guī)律,分析保護性耕作農田、檸條帶狀配置草地的防風蝕情況。結果表明:保護性耕作農田、檸條帶狀配置修復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)耕作農田和退化草地的輸沙通量隨地表高度的增加按指數規(guī)律迅速衰減;保護性耕作農田、檸條帶狀配置草地的防風蝕機理,主要在于保護性耕作農田的直立殘茬和檸條帶狀配置可對近地表風速產生阻擋、分解、疏散作用,從而使近地表風速造成不同程度削弱;當風洞中心風速為11 m/s時,在距地表50 mm處保護性耕作農田相比傳統(tǒng)耕作農田的風速降低率達86.44%,檸條帶狀配置草地相比退化草地的風速降低率為70.69%,近地表風速的降低是保護性耕作農田和檸條帶狀配置草地有效防治土壤風蝕的根本原因;保護性耕作農田和檸條帶狀配置草地的風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)耕作農田和退化草地的風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】：

農業(yè)工程學報（http://www.tcsae.org）2017年142統(tǒng)耕作農田測試前耙平處理，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.旋風分離器3.氣流管4.集沙盒1.Support2.Whirlwindseparator3.Airflowpipe4.Sandcollector圖3旋風分離式集沙儀Fig.3Whirltypeseparationsandsampler帶狀檸條配置修復草地見圖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。鑒于試驗風速與研究區(qū)自然風速的一致性，并且研究區(qū)傳統(tǒng)耕作農田和退化草地的起沙風速均約為6m/s，故試驗設計6～18m/s間的5種風洞中心風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次重復試驗，取輸沙量結果平均值進行計算分析。a.保護性耕作農田a.Conservationtillagefarmlandb.傳統(tǒng)耕作農田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結果與分析3.1風速廓線風速廓線是指風速隨高度的分布曲線，是衡量近地表的風速分布規(guī)律和土壤風蝕發(fā)生情況的重要指標之一。當下墊面覆蓋植被時，由于植被對空氣流速的阻擋和削弱，使近地表風速減小，并且破壞了無植被時近地表風速隨高度變化的對數規(guī)律。鑒于4種地表在不同風洞中心風速下的風速廓線極為相似，因此選擇風洞中心風速為11m/s時它們的風速廓線進行對比分析，見圖5。由圖5可知，在相同的風洞中心風速下，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結果與分析3.1風速廓線風速廓線是指風速隨高度的分布曲線，是衡量近地表的風速分布規(guī)律和土壤風蝕發(fā)生情況的重要指標之一。當下墊面覆蓋植被時，由于植被對空氣流速的阻擋和削弱，使近地表風速減小，并且破壞了無植被時近地表風速隨高度變化的對數規(guī)律。鑒于4種地表在不同風洞中心風速下的風速廓線極為相似，因此選擇風洞中心風速為11m/s時它們的風速廓線進行對比分析，見圖5。由圖5可知，在相同的風洞中心風速下，距地表30cm的植被高度以下的保護性耕作農田和檸條帶狀配置草地的風速明顯低于它們各自對照的傳統(tǒng)耕作農田和退化草地。在相同的風洞中心風速11m/s時，在距地表50mm處保護性耕作農田相比傳統(tǒng)耕作農田風速減小率達86.44%，檸條帶狀配置草地相比退化草地風速減小率為70.69%，可見，保護性耕作農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，，近地表風速的降低使風速廓線的改變是保護性耕作農田和檸條帶狀配置草地能夠有效防治土壤風蝕的根本原因。注：風洞中心風速為11m·s-1。Note:Tunnelcentralwindspeedis11m·s-1.圖5不同地表類型的風速廓線Fig.5Windspeedprofileofdifferentlandsurfacetypes由圖5還可以看出，在相同的風洞中心風速下，在距地表相同高度時檸條帶狀配置草地的風速要高于對應保護性耕作農田，這也是導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)律風沙流是風及其所攜帶的沙物質形成的氣-固兩相流，是
【作者單位】： 嶺南師范學院機電工程學院;內蒙古農業(yè)大學機電工程學院;
【基金】：國家自然科學基金資助項目(41161045、41361058)
【分類號】：S157

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本文編號：2529328