半干旱草原潜在土壤风力侵蚀空间格局研究

中国绝大多数的干旱半干旱地区遭受着严重的风力侵蚀。风蚀可导致土壤流失、肥力下降,最终导致土地荒漠化。半干旱草原区的荒漠化问题日益突出,由此带来的沙尘暴等灾害天气增多,给人们的生产生活带来诸多不便。从影响土壤风力侵蚀的风速、干燥度、植被盖度、地形起伏度、土壤可蚀性以及放牧压力6个方面出发,借助GIS技术,通过主成分分析研究半干旱草原区达茂旗土壤风力侵蚀的空间分布格局。结果表明:达茂旗潜在土壤风力侵蚀指数由南向北呈高—低—高趋势。达茂旗北部地区土壤风蚀主要受风速、干燥度和植被指数影响;中部地区风力侵蚀主要受地形起伏度的影响,地形起伏对风的消减作用增强,使得风力降低,加之该地区土壤可蚀性和干燥度相对较低,风力侵蚀指数低;南部土壤风力侵蚀主要受放牧压力影响,春季正是牧草返青季节,植被盖度低,且牲畜密度相对较大,放牧对草场的压力大,土壤风力侵蚀严重。风力侵蚀各影响因子的时空异质性是导致半干旱草原风力侵蚀空间异质性的主要原因。干旱草原风力侵蚀空间异质性的主要影响因素是风速、干燥度和植被指数,其次受地形和土壤可蚀性的影响,而放牧压力是半干旱草原区土壤风力侵蚀的主要人为因素之一。     

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。     

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。     

古尔班通古特沙漠南缘土壤风蚀与其抑制因子的空间变异性

对面积约0.15 km2的古尔班通古特沙漠南缘土壤风蚀强度与其抑制因子进行取样检测,应用地统计学方法对取得数据进行了半方差函数分析.结果表明:该研究区土壤风蚀强度与其抑制因子(植被盖度、土壤含水量)的实测数据均服从正态分布,其中植被盖度变异函数曲线的理论模型符合指数模型,而土壤含水量和土壤风蚀强度指数变异函数曲线的理论模型符合球状模型.通过对2009年5月监测资料的分析,得出试验区植被盖度、土壤含水量、土壤风蚀强度指数在空间上存在显著的变异性,土壤风蚀强度与其抑制因子之间存在着较强的负相关性.即土壤风蚀强度指数随着植被盖度和土壤含水量的增大(或减小)有减小(或增大)的趋势,因此土壤风蚀强度对植被盖度和土壤含水量具有较强的空间依赖性.在风力空间差异不大的小尺度范围内,干旱区土壤风蚀强度的大小主要取决于植被盖度和土壤含水量的大小.植被盖度与土壤湿度则是抑制土壤风蚀的主要因子,也是保持古尔班通古特沙漠南缘沙面稳定的主导因子.     

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.     

黄泛风沙区耕地土壤风蚀影响因子的通径分析

[目的]研究黄泛风沙区影响耕地土壤风蚀量的主要因子及其相互作用关系,为土壤风蚀的防治及改善耕作措施提供依据。[方法]通过影响因子的的野外定位观测,及对风蚀数据进行收集整理,在逐步回归分析的前提下,对风蚀量主要影响因子进行通径分析。[结果]风速累计时间、作物盖度、粗糙度是影响耕地土壤风蚀的主要因素;风蚀量的直接影响因素作用大小的排序为风速累计时间粗糙度作物盖度;风蚀量间接影响因素作用大小的排序为粗糙度作物盖度风速累计时间;风蚀量决定系数排序为d_(风速累计时间·风速累计时间)d_(风速累计时间·作物盖度)d_(风速累计时间·粗糙度)d_(作物盖度·粗糙度)d_(作物盖度·作物盖度)d_(粗糙度·粗糙度);风速累计时间与作物盖度主要通过其本身直接影响风蚀量,粗糙度主要通过间接作用减少风蚀量。[结论]可适当地增加作物种植密度,提高粗糙度、作物盖度,减少风蚀危害。     

植被盖度和残茬高度对保护性耕作农田防风蚀效果的影响

为定量评价植被盖度、残茬高度对保护性耕作农田的防风蚀效果,以空气动力学粗糙度和抗风蚀效率为评价指标,利用移动式风蚀风洞对内蒙古武川县保护性耕作农田和对照秋翻地进行了原位测试。结果表明,随植被盖度和残茬高度的增加,空气动力学粗糙度和抗风蚀效率均增加,抑制风蚀效果加强;在30 cm残茬高度、50%植被盖度下保护性耕作农田的平均抗风蚀效率可达80.55%,具备了很好的防风蚀效果。因此,要有效防治农田土壤风蚀,保护性耕作农田应具有50%以上的植被盖度和30 cm以上的留茬高度。     

乌兰布和荒漠绿洲过渡带白刺灌丛沙堆防风效应风洞模拟

灌丛沙堆作为荒漠绿洲过渡带广泛存在的生物地貌类型,其在不同演化阶段和植被盖度下的风速分布及防风效应对土壤风蚀灾害控制具有重要意义。为揭示灌丛沙堆演化阶段及植被盖度对周围风场结构特征及防风效应指标的影响规律,该研究以乌兰布和沙漠荒漠绿洲过渡带单个和两个白刺（Nitraria tangutorum）灌丛沙堆为对象,利用风洞模拟试验测定其在4个不同演化阶段（雏形阶段、发育阶段、稳定阶段、活化阶段）和3种不同植被盖度（0、40%及70%）工况下竖直和水平面的风速分布,探讨演化阶段及植被盖度对相对速率、防风效能等防风效应指标的影响。研究发现,不同演化阶段的白刺灌丛沙堆在0～0.8H（H为灌丛沙堆高度）高度范围内、距沙堆中心-H～5H水平范围内风速有显著变化;对比坡前减速区、上方加速区、两侧急流区和后方减速区的风速变化发现,白刺灌丛沙堆在后方减速区的风速变化最为显著,处于稳定阶段的灌丛沙堆在植被盖度为70%时的风速最大可减少90%;不同演化阶段中,稳定阶段灌丛沙堆对风速的削减更为显著,防风效能较大,而处于雏形阶段的灌丛沙堆的防风能力相对较弱;在两个平行于风向排列的灌丛沙堆的相互影响下,沙堆之间丘间低地的防风效能比单个灌丛沙堆有所提高,且第二个灌丛沙堆下游区域的防风效能略小于两个灌丛沙堆间的丘间低地;各演化阶段单个和两个灌丛沙堆周围的防风效能均随植被盖度增大而增大。该研究结果可为乌兰布和荒漠绿洲过渡带土壤风蚀防治提供参考。     

新疆输油管道工程风蚀监测及其规律分析

通过监测数据分析得出新疆输油管道工程风力侵蚀的一般规律。在平原区,土壤侵蚀模数明显大于原地貌;风口区土壤平均侵蚀模数远大于平原区。增大植被盖度能缓解气流对地表的侵蚀作用,减少土壤风蚀率。同一地貌单元内,工程扰动区造成的水土流失量较原地貌严重。不同地貌单元由于其植被、土壤结构和风力因素的不同,风力侵蚀规律不尽相同;植被对防治土壤风力侵蚀具有良好效果。在开发建设项目中,尽可能避免对植被的破坏;一旦毁坏植被,在施工结束后积极采取措施恢复植被。     

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.     

干枯植被覆盖对公路沿线地表风沙流结构的影响

[目的] 以内蒙古S105草原公路沿线地表为研究对象,探讨挟沙风作用下干枯植被覆盖度对风沙流结构的影响,旨在为防治公路两侧土壤风蚀提供理论参考依据。[方法] 采用风洞模拟试验,在0%,20%,40%和50%覆盖度水平下测定输沙率。[结果] 在挟沙风作用下,输沙率随干枯植被覆盖度的增大而递减,最大输沙率点的高度层不断上升。覆盖度为0%时,输沙率随高度的增加呈指数函数规律降低;覆盖度为20%,40%和50%时,输沙率随高度的增加呈递减→递增→递减→趋于平缓的变化规律;在85 mm高度以下符合多项式函数关系,85 mm高度以上符合指数函数关系。随覆盖度的增大总输沙量递减,最大抗风蚀效率达65.73%。[结论] 干枯植被覆盖显著影响地表风沙流结构,可削弱挟沙风侵蚀力,是抑制公路沿线地表土壤风蚀沙化的有效措施。     

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％。     

不同植被盖度下的黄土高原土壤侵蚀特征分析

利用地理信息系统(GIS)技术对黄土高原土壤侵蚀空间数据和植被盖度等级数据进行了空间叠加,研究不同盖度的植被对土壤侵蚀的影响。结果表明:植被盖度等级为1时,黄土高原土壤侵蚀全部为水蚀,占整个土壤侵蚀的100%;植被盖度等级为2时,土壤侵蚀主要以水蚀为主,占整个土壤侵蚀的95.61%;植被盖度等级为3、4、5时,土壤侵蚀仍主要以水蚀为主,分别占整个土壤侵蚀的74.90%、66.68%和58.19%。冻融侵蚀出现在植被盖度等级为4和5时,占整个土壤侵蚀的比例均不大。随着植被盖度的增加水蚀所占比重逐渐减小,而风蚀、水?风混合侵蚀和冻融侵蚀所占比重逐渐加大。植被盖度等级为5时,水蚀、风蚀和水-风混合侵蚀的土壤侵蚀指数均比其他植被盖度等级的土壤侵蚀指数大,分别为657.56、796.68和596.79,土壤侵蚀最严重。黄土高原植被盖度变化对土壤侵蚀状况影响显著。     

基于WEPP模型的水土保持措施因子与侵蚀量关系研究

水土保持措施能够有效减少水土流失,是土壤侵蚀过程中的一个重要影响因子。以北京市延庆县水土保持科技示范园的径流小区观测数据为基础,利用WEPP模型模拟了坡面不同水土保持措施下的侵蚀量,结果表明:(1)植被盖度与侵蚀量呈负相关关系,植被盖度越高侵蚀量越少,当盖度50%时侵蚀量会显著减少,且植被有效盖度的阈值为70%;(2)梯田的土壤侵蚀过程主要发生在田坎处,水平田面几乎没有水土流失,侵蚀量与田坎高成正比,与田面宽成反比。在北方土石山区,水平梯田田坎高度不宜超过2.5 m,田面宽不宜小于5 m;(3)粮—草间作能有效减少土壤侵蚀量,且草带所占比例越大减蚀效益越好。在水土保持为主的坡耕地上适合推广粮:草比为2:4的间作配置模式。研究结果对于北方土石山区的土壤侵蚀研究以及水土保持措施的配置具有一定参考意义。     

淮河流域土壤侵蚀与影响因子关系分析

为探究土壤侵蚀各影响因子在一个较大的地理系统内的组合变化关系,以淮河流域为研究区,通过收集流域内土壤、植被、地形、气候等数据,利用二元相关分析、偏相关分析和通径分析方法,对流域尺度的土壤侵蚀各影响因子进行了分析。结果表明:在流域尺度上,对土壤侵蚀起主导作用的因子是地形起伏度,其次是坡耕地面积比和植被覆盖度。地形起伏度和坡耕地面积比及植被覆盖度之间具有较好的相关性,地形起伏度除直接对土壤侵蚀产生影响外,还通过影响坡耕地的分布和植被覆盖度而对土壤侵蚀产生综合影响。