麦草和高密度聚乙烯沙障对地表温度的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00064

摘要/Abstract

摘要：

麦草和高密度聚乙烯（HDPE）沙障在工程治沙中广泛应用。当前研究更多地聚焦于固沙材料的防风固沙效应，然而有关固沙材料对地表温度长期影响的研究相对缺乏。本研究通过连续3年地表温度监测，揭示麦草和HDPE沙障对土壤热量平衡的影响，可为固沙工程中材料的优化选择、生态风险防控及工程设计提供依据。试验以乌（海）-玛（沁）高速中卫市腾格里沙漠路段风沙防护体系的HDPE沙障、麦草沙障及未铺设沙障的流沙（CK）为研究对象，利用地表温度计连续监测2021—2023年地表温度，对比研究了两种固沙材料在不同时间尺度（日、季节、年）的地表温度差异。结果表明：（1）HDPE沙障的日均地表温度最高（41.75 ℃），其次为CK（39.44 ℃），麦草沙障最低（38.14 ℃）。（2）秋季3种处理间地表温度无显著差异，而春、夏、冬季，CK与HDPE沙障地表温度相近，均显著高于麦草沙障（P<0.001）。（3）HDPE沙障全年地积温最高，麦草沙障最低；2021—2023年，麦草沙障地表温度呈明显下降趋势，而CK与HDPE沙障略有上升。（4）各处理的地表温度与气温均显著正相关。HDPE沙障导热性强，显著提高地表温度，而麦草沙障增温效应较弱，更利于改善土壤水分条件，促进固沙植物生长，从而加速流沙固定、表层土壤形成和植被恢复。

关键词: 麦草沙障, HDPE沙障, 地表温度

Abstract:

This study investigates the long-term effects of two commonly used sand fixation materials， wheat straw and high-density polyethylene （HDPE） sand barriers， on surface temperature in the Tengger Desert along the Wuwei-Maqin Expressway. Through continuous surface temperature monitoring from 2021 to 2023， the results reveal that HDPE sand barriers exhibited the highest daily average surface temperature （41.75 ℃）， followed by bare sand （CK， 39.44 ℃）， and wheat straw barriers （38.14 ℃）. Seasonal analysis showed no significant differences in autumn， but in spring， summer， and winter， CK and HDPE had similar temperatures， both significantly higher than wheat straw （P<0.001）. Monthly accumulated temperature trends indicated HDPE had the highest annual accumulation， while wheat straw showed a declining trend over the study period. Surface temperature was positively correlated with air temperature across all treatments. The findings suggest that HDPE sand barriers， with higher thermal conductivity， significantly increase surface temperature， whereas wheat straw barriers， with weaker warming effects， are more conducive to improving soil moisture conditions， promoting plant growth， and accelerating sand fixation， topsoil formation， and vegetation restoration. This study provides critical insights for optimizing material selection and ecological risk management in sand fixation engineering.

Key words: straw checkerboards, HDPE sand barrier, surface temperature

中图分类号:

S152

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图/表 7

图1 研究区位置与地表温度观测场

Fig.1 Location of the study area and surface temperature observation test

图2 2021—2023年不同处理下地表温度及气温日变化趋势

Fig.2 Daily variation trend of ground temperature under different treatments and air temperature from 2021 to 2023

表1 2021—2023年不同处理下地积温及差值 (°C)

Table 1 Accumulated ground temperature and difference under different treatments from 2021 to 2023

地积温与差值	处理	月份
地积温与差值	处理	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
地积温	流沙(CK)	-111.89	104.11	416.58	521.06	774.49	935.56	1 047.76	950.27	764.30	485.74	171.67	-64.18
	麦草沙障	-155.19	26.36	310.47	424.27	714.89	857.76	973.91	885.83	724.35	439.67	107.21	-127.19
	HDPE沙障	-96.21	130.92	441.57	530.94	797.19	959.64	1 072.43	971.82	787.85	510.71	210.80	-40.48
差值	HDPE-CK	15.68	26.82	24.99	9.87	22.69	24.07	24.67	21.54	23.55	24.97	39.13	23.70
	麦草-CK	-43.30	-77.74	-106.1	-96.78	-59.60	-77.79	-73.85	-64.43	-39.95	-46.06	-64.46	-63.00
	HDPE-麦草	15.68	104.56	131.10	106.67	82.30	101.88	98.52	85.99	63.50	71.04	103.59	86.71

表2 材料与季节对地表温度的双因素方差分析结果

Table 2 Results of two-way ANOVA for the effects of materials and seasons on surface temperature

差异源	平方和	df	均方	F	P
材料	1 192.074	2	596.037	18.139	<0.001
季节	151 006.05	3	50 335.350	1 531.861	<0.001
材料×季节	195.106	6	32.518	0.996	0.431

图3 不同季节沙障材料间地表温度差异分析（2021—2023年）注：不同小写字母表示差异显著，P<0.001

Fig.3 Analysis of surface temperature differences between sand barrier materials across seasons （2021-2023）

图4 年平均地表温度变化趋势与方差分析（2021—2023年）注：不同小写字母表示差异显著，P<0.001

Fig.4 Trend variation trend of annual average surface temperature and variance analysis （2021-2023）

图5 气温与处理地表温度的线性拟合

Fig.5 Linear fitting between air temperature and surface temperatures under different treatments

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