农牧交错带缓坡丘陵区土壤风蚀研究——以内蒙古后山地区为例

土壤风蚀与风、土壤粒径组成和地表植被覆盖度有关,在农牧交错带缓坡丘陵区,风蚀是很严重的自然灾害。通过在有风的天气对丘陵不同坡向和坡位的风速和风蚀量以及土壤粒径进行测定和分析,得出丘陵不同部位受侵蚀大小是坡顶大于北坡、北坡大于南坡。该项研究为控制缓坡丘陵土壤风蚀提供了理论支持。     

东北黑土地土壤风蚀风洞模拟试验研究

东北黑土区耕地土壤疏松,抗侵蚀能力弱,在大风天气下易产生土壤风蚀.针对东北黑土区突泉县农田黑土风蚀过程中主导因子对风沙流结构及风蚀量的影响特征进行风洞模拟试验.研究表明:黑土风沙流风速廓线呈对数函数分布,风沙流中土壤颗粒运动对风速的影响主要集中在80 mm高度以内,黑土风沙流断面风蚀物含量随高度增加呈指数递减趋势;随风速增大黑土风沙流高度呈对数递增;黑土土壤风蚀量随风速增大呈指数递增趋势.得出黑土风蚀的临界表层土壤(2 cm深度内土壤)含水量为7％,表层土壤含水量大于7％的地表难以发生风力侵蚀;风蚀量与土壤表层含水量在临界土壤含水量范围内符合对数分布;黑土土壤风蚀强度随风速增大呈幂函数递增.     

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。     

垄作对旱作农田土壤风蚀影响的风洞实验研究

通过风洞实验,在5个风速下对6种不同结构的垄作及平作对照地的土壤风蚀速率、O～20cm风沙流结构进行了模拟观测研究。结果表明：垄作下平均土壤风蚀速率较平作下降低20％～60％。垄作和平作下土壤风蚀速率均随风速的增大呈幂函数递增,但平作下递增较快。风速为15m／s是早作农田土壤风蚀加剧的转折点,当风速大于15m／s时垄作下风蚀速率较平作下明显降低。0～20cm内,平作和垄作下输沙率与高度分别呈负指数和负线性关系。垄作下0～4cm输沙量和输沙量百分比(Q0～4／Q0～20)均低于平作。不同结构的垄作间进行比较,垄脊高度相同时,垄沟比(垄脊高度与垄顶距的比值)越大,土壤风蚀速率越小,而Q0～4／Q0～20越大;垄沟比相同时,垄脊越高,土壤风蚀速率越大,而Q0～4／Q0～20越小。     

保护性耕作对农田土壤风蚀影响的室内风洞实验研究

保护性耕作能够有效减少农田土壤风蚀。通过室内风洞实验,定量分析不同作物留茬、不同秸秆覆盖量对安塞黄绵土风蚀作用的影响。结果表明:(1)小麦留茬、玉米留茬以及秸秆覆盖都可以有效的减少风蚀。小麦秸秆覆盖量为4 210kg/hm2时土壤抗风蚀效率最高,达到95.9%;(2)风蚀量与风速成正相关关系,风蚀量随风速的变化均存在突然增大的转折点且30cm小麦留茬的转折点会明显滞后于30cm玉米留茬和裸土,30cm小麦留茬的抗风蚀效率要好于30cm玉米留茬;小麦秸秆覆盖量越大,抗风蚀效率越好;(3)随着高度的增加风蚀量逐渐减小,超过90%的风蚀量都集中在0～36cm高度范围内。随着风速的增大,0～10cm风蚀量所占比例会逐渐增加。     

阴山北麓农牧交错带裸露耕地土壤风蚀物垂直分布规律

为了解阴山北麓农牧交错带的土壤风蚀特性,采用SCC-6型集沙仪在野外自然风况下对风蚀物进行实地收集试验并对其粒度组成进行分析研究,得到了阴山北麓农牧交错带裸露耕地土壤在自然风况下风蚀物沿高度的变化规律,揭示了风蚀物沿高度的变化规律和不同跃移颗粒体的粒度组成沿高度的变化特征。并利用室内风洞研究了不同风速作用下,不同风力作用时间内,风蚀物含量沿高度的变化规律和风蚀量与风速的关系。结果表明：阴山北麓农牧交错带土壤风蚀是一种近地表的风沙运动,风蚀物跃移颗粒体主要集中在7.5～43.5 cm高度,风蚀物含量沿高度呈一递减函数,对幂函数、指数函数和对数函数均具有较好的相关性;风蚀物颗粒组成与风蚀强度和地表状况关系密切;风蚀物颗粒组成以某一粒径范围、某一高度为界随高度的变化而表现出明显的规律性;风蚀量沿高度的变化与风力作用时间有关,风蚀量随风速的增大呈指数增加。为研究该区域土壤风蚀规律及提出合理防风固沙措施奠定了基础。     

北京南郊沙地风蚀物理特征及防护对策研究--以大兴区为例

目前风沙危害是北京南郊地区面临的最为严重的生态环境问题之一．该区域的风蚀治理迫在眉睫。本文选择耕地、荒草地、流动沙地等永定河沙地典型的土地利用类型．通过定位实验观测与数学定量分析．进行沙地地表风沙活动的原理特征与风蚀防护措施的研究。研究结果认为：近地层风速随高度服从对数分布;下垫面性质不同导致对应的摩阻速度大小不同;不同利用类型下垫面对应的起沙风速明显不同;0～20cm高度范围内各层的输沙率百分含量随着高度的增加而减少,两者呈负指数函数;输沙率与风速呈正指数函数;风蚀地表组成物质明显粗化。基于该沙地的风蚀特点．提出了适合本沙地特点的综合治理技术措施。     

民勤绿洲灌区保护性耕作对土壤风蚀的影响

[目的]研究绿洲灌区保护性耕作对土壤风蚀的影响,评估保护性耕作在该区防治农田土壤风蚀的作用,为揭示相关机理提供参考。[方法]以甘肃省民勤治沙综合试验站为例,通过野外风洞试验,以传统耕作为对照,分析保护性耕作对风速廓线、风沙流结构(输沙量)、风蚀量的影响。[结果]保护性耕作近地表风速降低,大风时近地表风速随高度增加仍均匀增大,与传统耕作迅速增大不同,从而阻止风沙流结构出现"象鼻效应",输沙量在0—20 cm减小最为明显,土壤风蚀量减小。随试验风速的增大,保护性耕作土壤风蚀减小的程度越大。[结论]绿洲灌区保护性耕作能有效防止土壤风蚀,其中,立茬地表风速降低最多,输沙量、风蚀量较小,实施简便,适宜推广应用。     

风蚀强度的空间差异及影响分析

在丘陵连绵起伏的内蒙古后山地区,风蚀观测试验表明,在丘陵上存在风蚀强度的空间差异,这种差异进一步造成土壤质地、土壤肥力、生物量的空间差异。丘陵顶部和北坡上部是强烈风蚀部位,南坡相对较轻,风蚀量从丘陵顶部到坡面下部递减。在丘陵的顶部,风蚀强度大,土壤容重大,土壤肥力低,农业生产力也低。在丘陵的南坡,风蚀相对较轻,土壤容重较小,土壤肥力相对较高,农业生产力也高。在丘陵的北坡,风蚀比较严重,肥力比较低。了解这种差异为风蚀综合治理提供了科学依据。     

北方农牧交错带土壤风蚀沙化影响因子的风洞试验研究

土壤风蚀沙化是北方农牧交错带农牧业生产与发展的主要限制因子,通过室内风洞实验研究,定量分析了土壤风蚀率(风蚀强度)与风速及土壤水分的相关关系、土壤风蚀输沙量的空间分布规律以及翻耕后土壤风蚀的动态变化。结果表明:风蚀率与风速变化成正相关,随着风速增大,风蚀率相应增加,18m/s风速是风蚀由轻变重的一个转折点;土壤水分与风蚀率呈负相关,水分含量越高,风蚀率越小,6%含水量水平是土壤风蚀由重变轻的一个转折点。通过曲线拟合表明,风蚀率与风速成幂函数的关系,与土壤水分含量成对数函数关系。土壤风蚀空间不同高度输沙量呈单峰曲线的变化趋势,在距地面2～4cm范围内集沙量最多,80%左右的沙量集中在近地面10cm范围内。土地翻耕是加重土壤风蚀的重要因素,对于天然草场,翻耕后风蚀强度是未翻耕的66～306倍,对于旱作农田,留茬覆盖可以有效控制土壤风蚀,翻耕马铃薯地风蚀强度是留茬地的25～108倍。     

土壤结皮面积与结皮分布对风蚀影响的风洞模拟研究

土壤结皮在干旱半干旱地区广泛分布,是影响风蚀的重要因素。以准噶尔盆地东部矿区周边表层土壤为对象,通过控制土壤结皮率和结皮分布,利用风洞试验结合土壤风蚀传感器,对不同土壤结皮和风速条件下土壤风蚀量、风沙流结构、土壤颗粒释放的变化特征进行研究。结果表明:(1)风蚀量随风速增加显著上升,随土壤结皮率增加显著下降。均匀分布的结皮风蚀量整体低于集中分布的结皮;(2)跃移高度随风速增加而增加,高度在0~3 cm的收集物占总收集量的80%左右。14 m/s的风速能够使土壤发生跃移,而土壤结皮率达到50%能够有效抑制土壤颗粒跃移现象;(3)颗粒碰撞的数量与能量随风速的增加而增加,随结皮率增加而减少;首次出现颗粒碰撞时的风速随结皮率的增加而增加;颗粒碰撞的数量和能量在风速持续增加的时间段内增加至最大值,在风速稳定后开始下降,120 s左右降低至稳定值,随后不再发生明显起伏,在风速下降时间段内不发生颗粒碰撞。     

甘肃河西冬小麦保护性耕作对土壤风蚀影响的风洞试验研究

土壤风蚀是指松散的土壤物质被风吹起、搬运和堆积的过程以及地表物质受到风吹起的颗粒的磨蚀过程,其实质是在风力的作用下,表层土壤中的细颗粒和营养物质的吹蚀、搬运与沉积的过程。我国受土壤风蚀及土地沙漠化影响的面积占国土总面积的1/2以上,主要分布于北方干旱、半干旱地区。甘肃河西走廊是我国荒漠化最严重的地带之一,该地区春小麦种植长期采用铧式犁翻耕是导致该地区农田土壤风蚀的主要原因。通过室内风洞试验揭示了冬小麦保护性耕作措施条件下风蚀量、起动风速、风速廓线、地表粗糙度的差异及相关关系。结果表明,各个处理风蚀量、起动风速均高于对照处理,风蚀量与风速存在幂函数关系,16 m s-1风速是土壤风蚀程度由轻变重的一个转折点;在距土样表面5~50 mm范围内,随着高度的递增免耕秸秆覆盖(NTS)、免耕不覆盖(NT)处理较秸秆翻压(TIS)、传统耕作(T)处理风速增加缓慢,每个处理高度(H)与风速(V)遵循指数函数。NT、NTS处理与对照(SWT)的粗糙度K的差异在0.01水平上达到了极显著,TIS处理与对照(SWT)在0.05水平上差异显著,而T处理与对照(SWT)差异不显著。风蚀率(Q)与地表粗糙度(K)之间存在显著负相关关系。起动风速与地表粗糙度存在显著负相关关系。     

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。     

南方红壤丘陵区侵蚀沟道内土壤团聚体及有机碳特征

为了更好的揭示特殊地形下水蚀过程对土壤结构和有机碳含量分配的影响，选取典型南方红壤丘陵区-青原山小流域为研究区，采用核素137Cs示踪技术研究小流域侵蚀沟道的水土流失现状，分析了沟道侵蚀对土壤团聚体稳定性及有机碳含量的影响。结果表明：侵蚀沟道的坡顶处137Cs含量最高，且高于背景值，属于沉积区，而坡上、坡脚属于中度侵蚀，坡中属于轻度侵蚀；侵蚀沟道顺坡而下侵蚀过程依次表现为绝对沉积、绝对侵蚀、相对沉积和绝对侵蚀，其中植被和地形因子是主导因素；沉积区相比于侵蚀区平均质量直径（Mean Weight Diameter，MWD）和大团聚体含量（粒径≥0.25 mm）更高，侵蚀区中相对沉积的坡中有着更稳定的土壤团粒结构；沉积区各个粒径的土壤团聚体有机碳含量均高于侵蚀区，侵蚀区的土壤团聚体有机碳更趋向于均匀分配，土壤理化性质的空间差异也会影响土壤团聚体有机碳含量。侵蚀沟道中土壤侵蚀模式与传统坡面并不一致，土壤结构及相关碳组分主要受地形和植被支配下的土壤侵蚀程度影响。关键词：土壤；侵蚀；侵蚀沟道；团聚体；有机碳；137Cs     

带田残茬带宽度及高度对土壤风蚀模数影响的风洞试验

为了探究带宽和残茬高度对土壤风蚀模数的影响,利用野外移动式风洞对阴山北麓地区带田土壤风蚀模数进行了原位测试。结果表明：作物残茬带对间作翻耕地具有保护作用,土壤风蚀模数在全部留茬时最小,全部裸露时最大,残茬与耕翻裸露地间作时居中。不同残茬降低风蚀模数程度不同,莜麦茬可以降低48.92%～67.39%,油菜茬可以降低5.22%～34.36%。不同带宽和残茬高度的间作组合,土壤风蚀模数都随风速的增加而增大,呈指数曲线变化规律。在一定风速吹蚀下,残茬带宽从0.5～3.0?m变化,土壤风蚀模数随带宽的增加而减小,符合幂函数曲线变化规律;残茬高度从5～25?cm变化,土壤风蚀模数随残茬高度增加而线性降低。研究说明减少耕翻和作物留茬是控制风蚀的有效措施。     

流动沙丘不同部位风蚀积沙特征研究

[目的]探究和利用流动沙丘各部位的风蚀积沙规律,为提升固沙技术措施提供依据。[方法]在典型新月型沙丘上设置3台光电子式积雪深度测定仪观测流动沙丘不同部位的风蚀和积沙规律。[结果]在特定风速下落沙坡随着起沙风速变化其积沙深度由1cm逐渐增加到12cm,并在起沙风速下降时形成一个强烈的积沙过程;迎风坡在起沙风速时处于最大的风蚀状态,并随风速变化形成一个由强风蚀到弱风蚀的转变过程;沙丘顶部在临近起沙风速时处于风蚀过程,并随起沙风速的逐渐增加又处于积沙过程。此外,流动沙丘迎风坡在12月至翌年5月间净风蚀深度月均值约为29.85cm;落沙坡在12月至翌6月间积沙深度月均值净增加139.5cm;而沙丘顶部在3—11月为风蚀发生期,平均风蚀深度变化值为27.3cm,12月至翌年3月为积沙发生期,平均积沙深度变化值为29.47cm。[结论]风速对流动沙丘不同部位风蚀积沙特征变化具有重要影响,而且不同部位风蚀积沙程度存在明显差异。     

东北地区不同耕作方式农田土壤风蚀特征

为探究不同耕作方式农田土壤风蚀特征,揭示风蚀对表层土壤理化性质及养分含量的影响,以东北地区典型农田土壤(黑土和风沙土)为研究对象,通过野外集沙仪定点监测与室内理化分析等方法,对不同耕作方式(垄作、免耕)和不同地表覆盖措施(无覆盖、留茬、覆盖)下的土壤风蚀特征展开研究。结果表明:(1)风沙土的输沙量显著高于黑土,在0—100cm高度范围内风沙土的输沙量平均为黑土的168倍。随高度的上升输沙量急剧减少,其中0—10cm输沙量最大,占总输沙量的50%以上,40cm以上则无明显风蚀物;(2)不同耕作方式下,免耕农田土壤风蚀输沙量较垄作样地减少了66.0%~94.1%;而相同耕作措施下,不同地表覆盖的输沙量表现为无覆盖>留茬>覆盖,与无覆盖相比,留茬及秸秆覆盖下的输沙量可以减少90.3%~99.4%;(3)受风蚀影响,表层土壤颗粒、有机质及养分流失严重,其中风蚀物的砂粒含量是表层土壤的1.06~1.42倍,且10—20cm风蚀物中有机质、全氮和全磷含量均比表层土壤高;(4)通过修正风蚀方程(RWEQ)估算得出,垄作无覆盖(RTNF)风蚀模数高达181.7~86582.9t/(km^2·a),风蚀剧烈,而免耕覆盖(NTF)的风蚀模数仅为9.89t/(km^2·a),为微度风蚀。研究显示垄作及无覆盖方式下农田土壤风蚀程度剧烈,加剧了表层土壤颗粒和养分流失的风险,而免耕和地表覆盖能有效缓解风蚀危害。