生态垫铺设对流沙固定及土壤温湿度的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00075

摘要/Abstract

摘要：

恢复和重建沙区的合理植被盖度及土壤生境，维护沙区生态系统稳定和可持续发展，是干旱半干旱区沙化土地治理的重要目标。生态垫作为有效而经济的保水、改良土壤、促进植物生长的新型环保材料，在沙漠化治理中得到广泛应用。探明生态垫覆盖对流沙固定及土壤温湿度的影响规律，能够为沙区防风固沙及植被建设提供理论依据。以腾格里沙漠东南缘不同生态垫覆盖沙丘和流动沙丘（对照区）为研究对象，分析了生态垫覆盖对风沙流及土壤温度、水分的影响规律。结果表明：生态垫铺设显著增加了流沙地表粗糙度，降低了输沙量，品铺草籽、品铺无草籽、带铺草籽、带铺无草籽生态垫试验小区地表粗糙度分别是流沙表层的45、22、29、15倍，地表0~20 cm输沙量分别比流沙降低了90.57%、87.14%、88.14%、86.71%。地表0~20 cm生态垫覆盖下土壤温度低于流沙，20 cm以下土层均高于流沙；温度较低时，0~100 cm生态垫覆盖土层温度高于流沙，温度较高时结果相反。生态垫覆盖后0~100 cm土层水分含量增加，除0~20 cm层生态垫覆盖下土壤水分含量低于流沙外，其余土层均高于流沙，40~60、60~80、80~100 cm土壤水分含量分别为流沙的1.61、1.28、1.83倍。生态垫覆盖具有增加地表粗糙度、降低沙物质搬运、保温、减少蒸发、保持土壤水分的重要作用，为沙区植被存活和生长发育提供有利条件。

关键词: 生态垫, 粗糙度, 输沙量, 土壤温度, 土壤水分

Abstract:

The restoration and reconstruction of reasonable vegetation coverage and soil habitat， and the maintenance of ecosystem stability and sustainable development are important objectives of desertification land govern in arid and semi-arid regions. As an effective and economical environmental protection material for water conservation， soil improvement and plant growth， eco-mat has been widely used in desertification control. The study on the influence of eco-mat laying on sand fixation and soil temperature and humidity can provide theoretical basis for wind prevention， sand fixation and vegetation construction in sandy area. This paper takes sand dunes covered by different eco-mats and mobile sand dunes （control area） in the southeast edge of Tengger Desert as the research object， to analyze the influence rule of eco-mat laying on wind-sand flow， soil temperature and soil moisture. The results indicated that eco-mats significantly increased the soil surface roughness of quicksand and decreased the sediment transport. The surface roughness of eco-mats experimental plots for pin shape laying with grass seed， pin shape laying without grass seed， strip shape laying with grass seed， strip shape laying without grass seed was 45， 22， 29 and 15 times as much as that of the surface layer of quicksand， the surface sediment transport for 0 to 20 cm was reduced by 90.57%， 87.14%， 88.14%， and 86.71% compared to quicksand， respectively. When the temperature was low， the soil temperature of 0-20 cm layer under eco-mats coverage was lower than that of quicksand， the result was opposite when the soil temperature wad high. Eco-mats laying increased the soil moisture content of 0-100 cm layer， only the value of 0-20 cm layer was lower than the quicksand， the soil moisture content of 40-60 cm， 60-80 cm and 80-100 cm was 1.61， 1.28 and 1.83 times of that of quicksand， respectively. Eco-mats coverage plays an important role in increasing surface roughness， reducing sediment transport， heat preservation， reducing evaporation， and maintaining soil moisture， which provides favorable conditions for the survival and growth of vegetation in sandy areas.

Key words: eco-mat, roughness, sediment transport, soil temperature, soil moisture

中图分类号:

S157.2

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图/表 7

图1 生态垫铺设试验小区

Fig.1 Experimental plots of eco-mats

图2 试验期间2 m高度风玫瑰图

Fig.2 Wind rose diagram at 2 m height

图3 不同生态垫类型及铺设方式的地表粗糙度不同小写字母表示不同处理之间差异显著（P<0.001）

Fig.3 The surface roughness for different eco-mat type and laying mode

图4 流沙及不同生态垫类型和铺设方式地表输沙量变化

Fig.4 Sand transport capacity variability at sand surface and different eco-mat type and laying mode

图5 流沙和生态垫覆盖下不同深度平均土壤温度和0~100 cm层土壤温度时间变化动态

Fig.5 Mean temperature at different soil depths and temporal variation of soil temperature at 0-100 cm layer under quicksand and eco-mat cover

图6 试验期间降雨量及流沙和生态垫覆盖下不同深度土壤水分的时间变化动态

Fig.6 Precipitation during experiment and the temporal variation dynamic of soil water at different depths under quicksand and eco-mat cover

表1 流沙和生态垫覆盖沙丘土壤含水量的统计特征值及垂直变化层次划分

Table 1 Statistical characteristics and vertical variation hierarchical division of soil water under quicksand and eco-mat cover

类型	深度 /cm	样本数	土壤含水量/%					变异系数 /%	层次
类型	深度 /cm	样本数	最大值	最小值	平均值	中值	标准差	变异系数 /%	层次
流沙	0~20	681	6.6	0.2	2.36	2.1	1.11	46.78	速变层
	20~40	681	4.1	0.3	2.01	1.9	0.66	32.76	平缓层
	40~60	681	2.1	0.2	1.58	1.7	0.52	32.95	稳定层
	60~80	681	1.7	0.3	1.13	1.2	0.35	30.82
	80~100	681	0.8	0.3	0.53	0.5	0.17	31.36
生态垫覆盖	0~20	681	6.8	0.4	2.13	2.2	1.22	57.37	速变层
	20~40	681	5.6	0.1	2.37	2.5	1.06	44.66	平缓层
	40~60	681	4.6	0.5	2.53	2.6	0.98	38.71	稳定层
	60~80	681	2.0	0.4	1.45	1.6	0.45	30.84
	80~100	681	1.2	0.3	0.97	1.1	0.31	31.70

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