保护性耕作农田抗风蚀效应多因素回归分析

为定量评价风洞中心风速、留茬高度、植被盖度及交互作用对保护性耕作农田风蚀的影响,按均匀试验设计方案,采用野外风洞原位测试方法,完成了保护性耕作农田抗风蚀效应多因素试验。用偏最小二乘回归（PLSR）理论,建立了保护性耕作农田土壤风蚀模型。分析表明：各因素对输沙率作用的主次顺序依次为：中心风速、植被盖度、留茬高度;对截留率作用的主次顺序依次为：留茬高度、植被盖度、中心风速;各因素对输沙率、截留率交互作用规律相同,由主到次为：留茬高度×植被盖度、中心风速×植被盖度、中心风速×留茬高度。结果证明,保护性耕作农田的抗风蚀机理,不仅受单因素的影响,还与中心风速、留茬高度、植被盖度间的交互作用关系密切。     

植被对土壤风蚀影响的风洞实验研究

利用风洞模拟实验,系统研究了植被覆盖对土壤风蚀的影响。结果表明,临界侵蚀风速与植被盖度之间、风速与土壤风蚀发生的临界植被盖度之间均为非线性正相关关系;植被盖度与空气动力学粗糙度、摩阻速率之间具有良好的相关性;植被覆盖条件下空气动力学粗糙度和摩阻速率的增大对土壤风蚀具有显著的影响。     

灌木林盖度对风沙土风蚀作用的影响

通过野外实地调查和定位观测,系统研究了灌木林盖度对风沙土风蚀的影响.结果表明:临界侵蚀风速与灌木林盖度之间为非线性正相关关系;风速廓线受灌木林盖度的影响显著;风蚀率随灌木林盖度的减少呈指数增加;灌木林盖度、气流场特征及风蚀性质之间存在着较好的对应关系;空气动力学粗糙度及零风速平面位移高度均与灌木林盖度之间呈幂函数关系.     

风沙土开垦中的风蚀研究

针对以往对土壤风蚀与土地开垦的关系缺乏定量研究，本文以野外实地采集的风沙土样为实验材料，对土地开垦过程中影响风蚀的两个主要因素－地表破坏与植被破坏分别进行风洞实验，结果表明，土壤风蚀率随地表破坏率的增大呈二次幂函数增加；随植被盖度的减少呈指数增加。综合地表破坏及植被盖度对土壤风蚀的影响，最后得出，土壤风蚀率随土地开垦率的增大呈指数增大。在此基础上提出了风沙土开垦中，有效地防止土壤风蚀需要掌握的临界     

黄土高塬沟壑区沟坡道路侵蚀临界水动力学试验研究

道路侵蚀是黄土高塬重要的侵蚀方式,通过野外放水冲刷试验研究了黄土高塬沟壑区沟坡道路侵蚀水力学及产沙特性。结果表明,平均输沙率随坡度和流量的增加而增大,输沙率与坡度之间呈对数关系。水流剪切力在3°～12°的坡度变化中呈增大趋势,在9°～12°其增大趋势变缓。进一步的分析结果表明,道路侵蚀的发生具有一定临界条件。土壤剥蚀率与径流剪切力、水流功率和单宽能耗之间均呈线性关系,其中临界剪切力为2.443N/(m2.min),临界水流功率为0.369N/(m.s),临界单宽能耗为1.993J/(min.cm);对比分析知,土壤剥蚀率与水流功率相关系数最高。     

保护性耕作农田和柠条带状配置草地防风蚀效果的风洞测试

为比较分析保护性耕作农田与柠条带状配置修复退化草地的防风蚀机理和防风蚀效果,利用移动式风蚀风洞及相关配套设备对内蒙古乌兰察布寒旱区的保护性耕作农田、传统旱作农田和退化草地、柠条带状配置草地进行风蚀风洞原位测试,研究其风速廓线、输沙通量等风沙运动规律,分析保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀情况。结果表明:保护性耕作农田、柠条带状配置修复草地的输沙通量随地表高度的变化呈"C"字形分布,有别于传统耕作农田和退化草地的输沙通量随地表高度的增加按指数规律迅速衰减;保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀机理,主要在于保护性耕作农田的直立残茬和柠条带状配置可对近地表风速产生阻挡、分解、疏散作用,从而使近地表风速造成不同程度削弱;当风洞中心风速为11 m/s时,在距地表50 mm处保护性耕作农田相比传统耕作农田的风速降低率达86.44%,柠条带状配置草地相比退化草地的风速降低率为70.69%,近地表风速的降低是保护性耕作农田和柠条带状配置草地有效防治土壤风蚀的根本原因;保护性耕作农田和柠条带状配置草地的风沙流主要活动在距地表40 cm高度以下,占总输沙量的90%左右,而对照传统耕作农田和退化草地的风沙流则主要活动在距地表20 cm以下,占总输沙量的85%以上。     

民勤绿洲不同耕作方式农田表层土壤风蚀规律的风洞模拟研究

[目的]比较分析不同耕作方式下农田表层土壤防风蚀机理和效果,为区域社会经济和生态环境建设提供科学依据。[方法]利用室内风洞及相关配套设备对甘肃民勤绿洲区的免耕、少耕、秋翻和深松农田表层土壤进行风蚀测试,计算风蚀速率及输沙率,研究其风沙运动规律,分析各种耕作农田表层土壤防风蚀情况。[结果]耕作措施对土壤风蚀速率的影响与风速大小相关,风速较小时,不同耕作方式对风速的影响差异不显著,而当风速大于14 m/s后不同耕作农田表层土壤风蚀速率开始出现较明显差异;少耕、秋翻、深松等耕作方式对农田表层土壤风蚀速率和输沙率的影响差异不明显;免耕耕作方式下农田表层土壤风蚀速率和输沙率最低,风速越高,差距越大;风速、耕作以及两者交互作用对农田表层土壤风蚀速率和输沙率有极显著影响。[结论]免耕耕作能有效抵抗农田表层土壤的风蚀,大幅度减少输沙率,表现出极佳的抗风蚀效果。     

植被盖度对典型草原区地表风沙流结构及风蚀量影响

选择内蒙古锡林郭勒盟典型草原为研究区域,通过风洞模拟试验开展典型草原植被盖度对土壤风蚀的定量化分析研究,旨在探明不同植被盖度下起动风速、地表风沙流结构及风蚀量影响的规律,从而为该地区制定合理的防风固沙技术提供理论依据。结果表明:起动风速随植被盖度的增加而增大;受植被的影响风沙流结构呈跳跃式分布,近地层的输沙率随植被盖度的增加而减小,最大输沙率的高度层随植被盖度的增加不断上移;不同植被盖度下,风速与总输沙量之间均呈幂函数关系,各风速下总输沙量随着植被盖度的增加而减少。     

免耕条件下农田休闲期直立作物残茬对土壤风蚀的影响

为了探讨直立作物残茬防治农田土壤风蚀发生的机理,该文利用风洞试验和野外观测相结合的方法,分析土壤免耕条件下直立作物残茬对农田土壤风蚀的影响.风洞试验研究表明:翻耕土壤地表风速、土壤风蚀侵蚀率均比免耕土壤高,而地表粗糙度免耕明显高于翻耕.在同样风速条件下,翻耕地土壤风蚀侵蚀率是免耕地的3～8.2倍,且随免耕年限的增加,土壤风蚀侵蚀率呈现递减的趋势.留有不同直立作物残茬免耕土壤地表粗糙度草谷子＞草玉米＞莜麦＞油菜,土壤风蚀侵蚀率呈现相反的趋势,地表粗糙度越大,风蚀侵蚀率越小.野外观测结果表明,不同直立作物残茬对裸露农田的保护作用草谷子＞莜麦＞草玉米＞油菜.风洞试验与野外观测具有相似的试验结论,因此,风洞试验方法可作为测定农田土壤抗风蚀能力的重要工具.     

张集铁路典型工程风力侵蚀试验及规律研究

随着在风力侵蚀区交通工程建设的增多,交通线路风力侵蚀问题日益受到关注。通过选取张集铁路,进行路堤、取土场和便道试验,对其输沙率和风速关系、风沙流结构和风蚀运动规律进行分析。结果表明,路堤边坡不同部位输沙率与风速存在明显的幂函数关系;设计高度为3 m路堤的风蚀现象与风速和风向无明显关系,随着风速增大趋势由迎风坡向背风坡移动,设计高度为6 m和9 m的路堤风蚀现象与坡面高度、风速和风向有较明显规律,但风蚀趋势变化不明显;大于6.7 m/s时,便道和取土场不同部位点均发生风蚀现象。以上研究规律可以为工点防护设计以及环境评价工作提供参考。     

风沙土水分抗风蚀性研究

以典型风沙土为实验材料，通过风洞模型实验探讨了风沙土水分含量临界风蚀风速及风蚀强度的影响。     

天然灌草植被防治土壤风蚀机理

通过对毛乌素沙地不同下垫面上风速、地表粗糙度、临界起沙风速、风沙流结构的观测,发现植被覆盖可以有效防止地表风蚀。植被盖度为40％的固定沙地近地表0．2m高度平均风速比流动沙地降低43％,侵蚀风的持续时数降低85％,临界起沙风速提高70％,地表粗糙度提高180倍;当风沙流速度相同时,20％覆盖度的半同定沙地较流动沙地可平均降低输沙62．33％;而植被盖度为40％的同定沙地较流动沙地可平均降低输沙93．07％。实验证明,单株植物同样可以降低风速。疏透结构和透风结构的单株沙蒿分别可以使植株后0．5m高度的风速较植株前方平沙地同高度的风速下降59．4％和19．8％。     

东北黑土区农田土壤风蚀的影响因素及其数量关系

为明确东北黑土区农田土壤风蚀的主要影响因素,通过室内模拟试验,对比分析了黑土在不同风速(5~14m/s)、土壤含水量(2%~11%)以及秸秆覆盖率(0~80%)下的风蚀速率差异,进而分析了风蚀速率与各因素之间的数量关系。结果表明,黑土起沙风速略大于5m/s,其风蚀速率随风速增大呈指数增加,风速14m/s(含水量2%)时的风蚀速率比8m/s时增加了11.6~42.7倍。黑土风蚀速率随土壤含水量升高呈先增加后降低趋势;在土壤含水量小于5%时随含水量升高而逐渐增加,至含水量5%时达到峰值并逐渐降低,至含水量11%时接近零。秸秆覆盖显著降低了黑土风蚀速率,二者成近似指数函数关系;秸秆覆盖率20%(含水量2%)时的风蚀速率比无覆盖减少了72.6%~92.3%,但秸秆覆盖率由20%增加至80%(含水量2%)后风蚀速率仅降低了0.02~1.20g/(m2·s),幅度有限。研究表明,风速、土壤含水量以及秸秆覆盖率均可显著影响东北黑土区农田土壤风蚀速率,其权重依次为风速土壤含水量秸秆覆盖率。     

西北半干旱区不同防护条件下公路边坡风力侵蚀研究

 为了深入了解西北地区公路边坡土壤侵蚀机制,为公路水土保持施工提供指导,选择银川至武汉高速公路固原段为试验地,针对公路边坡的不同防护类型布设土壤侵蚀观测小区,对西北半干旱区新建公路边坡的风力侵蚀规律进行研究。结果表明:公路边坡风蚀强度与风速成显著的对数相关关系;起动风速从大到小依次是六棱砖小区>拱形框架梁小区>机械压实小区>无措施小区;从防风蚀效果来看,六棱砖最好,拱形框架梁次之,机械压实几乎没有效果;六棱砖防护下的坡面相对土壤流失率为0.35,拱形框架梁为0.55,而机械压实达到0.91。     

关于土壤水分对风蚀起动风速影响研究的现状与问题

在土壤风蚀研究中,Bagnold建立的适用于干沉积物的起动风速与沉积物粒径的关系已被广泛接受。然而,沉积物中的水分亦是影响沙粒起动风速的重要因素,因为在湿润状态下,水分子与沉积物颗粒之间的张力增大了颗粒间的粘聚力,从而增大了起动风速。准确地估算土壤风蚀量或地表沙尘释放量及其所造成的危害需要建立沉积物起动风速与其含水率之间的关系,但这方面的研究目前远不能满足实际需要。本文较为全面地综述了近50年来有关沉积物起动风速与含水量关系方面的研究成果,将已有的研究成果归纳为半定量描述、经验模型和理论模型等三大类,分别介绍了代表性成果。通过对比发现,各家研究结论分歧较多,除了定性意义上较为相似外,定量关系五花八门,差异很大。作者将造成差异的原因归结为:问题本身的复杂性导致理论研究使用了过多的假设与简化、对颗粒之间的粘聚力与水分的关系缺乏清晰的认识、颗粒起动的判别标准与确定方法不同、实验过程中土壤水分的加入与确定方法以及实验土壤的颗粒特征和其他物理化学性质等不同。因此,这一领域的研究尚有很大的探索空间。     

科尔沁沙地不同风沙土的风蚀特征

通过风洞实验，研究了科尔沁沙地两种典型风沙土的风蚀特征。流动沙丘土样和农田土样的风蚀率随风速的增加均呈幂函数关系增长。风干的农田土样在风速3．7m／s时开始出现风蚀现象，但流沙土样的临界起沙风速是4．3m／s。在低风速段．农田土样的风蚀率大于流沙土样，但当风速增加到大约5．7m／s以上时，流沙土样的风蚀率开始大于农田土样，并且差值随风速的增加而加大。两种土样的风蚀率随土样含水率的增加呈负幂函数关系迅速减小。但流沙土样风蚀率的减小要比农田土样更迅速。流沙土样的临界起沙风速随含水量的增加呈线性关系增长，而农田土样的临界起沙风速随含水量的增加呈二次幂函数关系增长。两种风沙土在风蚀特征方面的差异，主要是由质地不同引起的。增加土壤含水量，是本地区风季减小风蚀的有效方法。     

Wind tunnel simulation of ridge-tillage effects on soil erosion from cropland

In the arid and semi-arid regions, ridge tillage was often used as an alternative practice for wind erosion control on the croplands without sufficient crop residues left during the fallow period. Through wind tunnel experiments, wind erosion rate and vertical mass flux profile of blown sand under the simulated conditions of ridge tillage and flat tillage were studied in 15, 10, 10, 5, 3 min exposures at the wind velocities of 8, 10, 15, 20, 24 m s⁻¹, respectively. The results for the soil tested indicate that the mean rate of wind erosion under flat tillage was 129.89 g m⁻² min⁻¹, while that under ridge tillage were 20–60% less. Under ridge tillage with different structures, average wind erosion rate had a positive correlation with the spacing between adjacent ridges. For the same ridge height, average wind erosion rate decreased with increasing ratio between the height of ridge and the width of furrow. For the same ratio between the height of ridge and the width of furrow, average wind erosion rate increased with increasing height of ridge. Power function relationships were found between wind erosion rate and wind velocity on all the simulated tillage conditions. A wind velocity of 15 m s⁻¹ was the critical velocity, above which wind erosion rate increased rapidly for the soil and simulated tillage conditions tested. Compared with flat tillage, ridge tillage remarkably decreased wind erosion rates when wind velocities were beyond 15 m s⁻¹. Under ridge tillage, the total mass of sand transported at a height of 0–20 cm above soil surface (Q_0–20), and the fraction of that travelling at a height of 0–4 cm (Q_0–4/Q_0–20), were less man mat under flat tillage. For the same ridge height, Q_0–4/Q_0–20 increased with increasing ratio between the height of ridge and the width of furrow. For the same ratio between the height of ridge and the width of furrow, Q_0–4/Q_0–20 decreased with increasing height of the ridge. Sand transport rate under flat tillage decreased with increasing height by a negative exponential function, while negative linear functions were found under ridge tillage. Thus ridge tillage decreased the rate of wind erosion and sand transportation near soil surface, reduced the loss of soil nutrient caused by wind erosion and plant damage caused by blown sand abrasion, which make it an effective agricultural technology for wind erosion control in the arid and semi-arid regions.     

民勤绿洲区撂荒农耕地抗风蚀效果

通过风洞试验,在5个风速下对民勤绿洲区5种不同撂荒年限农耕地的土壤风蚀速率、0—20cm风沙流结构进行了模拟观测研究。结果表明:农耕地撂荒20年后土壤风蚀速率明显增加,撂荒30,40年土壤风蚀速率是其他处理的2.40～4.97倍。不同撂荒年限土壤风蚀速率均随风速的增大呈指数函数递增,但在撂荒30,40年条件下递增较快。风速为14m/s是民勤绿洲农田土壤风蚀加剧的转折点,当风速>14m/s时,农耕地撂荒20年后的土壤风蚀速率明显高于撂荒20年内。0—20cm内,农耕地撂荒20年内和撂荒20年后输沙率与高度分别呈负线性和负指数关系,农耕地撂荒20年内0—4cm输沙量和输沙量百分比(Q0—4/Q0—20)均低于撂荒30,40年。随着撂荒年限的延长,农田表层不可蚀性颗粒(粒径≥1mm的团聚体及粗砂砾)的含量明显降低,且土壤风蚀速率随不可蚀性颗粒含量的增加呈非线性降低趋势。因此,增强民勤荒漠绿洲区撂荒农耕地抗风蚀能力需适当减少撂荒年限。