四种化学固沙剂固沙性能研究

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风蚀荒漠化是干旱、半干旱地区重要的环境问题,对环境和人类生存造成一系列危害,必须采取有效的防沙固沙技术和措施来防止土壤风蚀的发生。化学固沙技术具有见效快,使用方便等优点,应用较为普遍。虽然化学固沙材料种类繁多,但真正大规模应用于固沙实践的却不多,尤其对适用于盐渍化地区的固沙剂鲜有报道。基于此,本文以最新研制的醋酸乙烯酯类化学固沙剂(WGS-3,WGS-4和CS-204)和抗盐性化学固沙剂(KY-1)为研究对象,主要通过室内风洞实验、保水性实验、土壤硬度和固结层厚度测试,对这两类固沙剂的固沙性能进行了对比分析,研究结果可为材料的优化和推广提供参考依据。主要研究结果如下:  (1)三种醋酸乙烯酯类固沙剂均具有良好的固沙效果。在相同条件下,固沙剂WGS-3的抗风蚀性较WGS-4和CS-204差;CS-204的抗风蚀性略强于WGS-4。挟沙风较净风更易使沙面(喷施固沙剂后)产生风蚀。在挟沙风条件下,风蚀量随固沙剂喷洒量增加而减小,随吹蚀坡度的增加而增大。同一固沙剂,土壤硬度和固结层厚度随着喷洒浓度的增加而增加;同一喷洒浓度下,土壤硬度大小表现为 WGS-3>WGS-4>CS-204,固结层厚度大小表现为CS-204>WGS-4>WGS-3。土壤硬度只是影响抗风蚀性的一个方面,固结层的韧性和弹性也是抗风蚀过程中不可忽略的一个机械属性。  (2)三种固沙剂均可有效抑制土壤蒸发。随固沙剂喷洒浓度增加,固沙剂喷洒土壤的保水性能增加;在土壤蒸发过程中,随时间增加,固沙剂对土壤水分蒸发的抑制作用呈减小趋势。三种固沙剂保水性能WGS-4最显著,CS-204次之,WGS-3最弱。  (3)结合野外实际固沙需求,综合考虑固沙剂的抗风蚀性和保水性,可选用WGS-4和CS-204,喷洒浓度2.0%~3.0%,喷洒量1 L/m2,能有效抵御12m/s左右的风力,并能有效减缓土壤水分的蒸发作用。  (4)河沙的粒度对固沙剂CS-204的抗风蚀效果影响不明显。相同喷洒浓度下,细沙、中沙和粗沙的固结层厚度依次增加,但土壤硬度无明显规律可循。  (5) KY-1抗盐性固沙剂对含盐沙质土具有显著的固沙效果。在相同土壤盐分含量条件下,当固沙剂喷洒浓度增加时,土壤坑风蚀性、土壤硬度和固结层厚度均增加。在一定的固沙剂喷洒浓度下(浓度0除外),随着土壤盐分含量的增加,土壤抗风蚀性、土壤硬度和固结层厚度呈先减小后增加的变化趋势;仅喷洒水时,土壤抗风蚀性、土壤硬度和固结层厚度随盐分含量的增加而增加。可见,土壤盐分本身也具有胶结沙颗粒的作用,可提高固沙效果,而固沙乳液和盐分协同作用,固沙效果更好。  (6)固结层厚度也是衡量土壤抗风蚀性的一个方面,固结层厚度较大时,土壤硬度较大,土壤抗风蚀性较强。固沙剂喷洒浓度分别为0,1.0%和2.0%时,风蚀率随着土壤硬度的增加呈指数减小趋势,当喷洒浓度增加至3.0%时,相关性较弱。从经济的角度考虑固沙,当土壤盐分含量高于30 g/kg时,固沙剂使用浓度为2.0%~3.0%,土壤盐分含量低于30 g/kg时,固沙剂使用浓度为3.0%或者稍高于3.0%,且喷洒量为1 L/m2时,可有效抵御15 m/s的风速。  (7)野外观测期间,醋酸乙烯酯类固沙剂固结层保存较好,并无风蚀痕迹,虽然实验观测时间较短,但从目前的观测结果来看,固沙剂具有一定的野外固沙能力。
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