模拟降雨条件下坡度对关中地区塿土溅蚀的影响

为掌握关中地区坡耕地上坡度对溅蚀量以及溅蚀距离的影响,深入探究不同坡度对单位面积溅蚀量影响的潜在机理。以陕西关中地区塿土为研究对象,选用5个具有不同坡度(0°,5°,10°,15°,20°)的装土槽进行单位面积土坡的模拟。使用针头式模拟降雨机进行模拟降雨试验,通过溅蚀收集装置对模拟降雨结束后的不同方向和不同距离范围的溅蚀量进行收集。结果表明:在0°～20°坡度范围内,溅蚀总分散量,溅蚀净搬运量以及向下坡溅蚀量随着坡度的增大呈现出不同的上升趋势。向上坡溅蚀量在0°～15°范围内呈减少趋势,在15°～20°范围内呈增加趋势。溅蚀距离随着坡度的增大而增大。研究结果对深入探究溅蚀的潜在机理有着重要作用。     

模拟降雨条件下黑土溅蚀与团聚体分选特征

以典型黑土耕地表层土壤为对象,通过对溅蚀量、水稳性团聚体组成、团聚体平均重量直径(MWD)以及团聚体富集率(ER)等指标的测定、计算与分析,研究了人工模拟降雨条件下典型黑土溅蚀过程中团聚体粒级分布及其分选特征。结果表明:溅蚀盘内不同收集区域(上坡、下坡)溅蚀量及净迁移量均与溅蚀距离呈显著指数递减关系,R2值达0.834 4~0.991 1;土壤团聚体富集率的变化幅度范围为0.00~1.79,溅蚀对团聚体产生富集作用与损耗作用的临界粒级为1.0 mm;溅蚀颗粒土壤水稳性团聚体组成上表现出在水平空间上随距离的增加,小粒级团聚体比例逐渐增加的趋势,2~5 mm粒级的团聚体只出现在上坡的0~5 cm和下坡的0~10 cm范围之内,1~2 mm粒级的团聚体在上坡的最大分布距离仅为28 cm;MWD变化幅度为0.32~0.80 mm,并随溅蚀距离的增加而减少,其中下坡10~17cm范围内的MWD分别与0~10 cm和17~40 cm范围内MWD的差异达到显著水平(P<0.05)。研究结果为进一步系统研究黑土侵蚀发生规律与水土流失治理提供了参考。     

模拟雨滴条件下崩壁不同土层的溅蚀特征

崩壁是崩岗侵蚀的重要组成部分,为了研究崩壁不同土层的溅蚀特征,采用自制雨滴发生装置模拟不同直径雨滴,分析了不同雨滴大小和雨强下崩壁3个土层溅蚀量、溅蚀土壤颗粒特征的差异。结果表明:崩壁3个土层的溅蚀土粒均大都分布在0—5cm的范围内,其中,红土层的溅蚀量随雨滴强度的变化率最大,碎屑层次之,砂土层最小;通过双因素方差分析可知,土壤特性对溅蚀量的影响大于雨滴强度;溅蚀土粒中砂粒(0.05~2mm)百分比最大,而黏粒(0.002mm)百分比最小,可以推测出使溅蚀量达到最大的粒径范围;崩壁3个土层的溅蚀土粒中,随着溅蚀距离的增加,砾石(2mm)最不易被溅移,粉粒(0.002~0.05mm)和黏粒(0.002mm)最易被溅移。     

坡度对降雨溅蚀影响的研究

利用可以分别收集不同方向溅蚀土样的土槽装置,选取9个坡度(5°~45°),采用北京的普通褐土,借助人工模拟降雨手段研究了降雨溅蚀的发生过程及溅蚀量与坡度的关系。结果表明,随着坡度的不同,各方向的溅蚀过程呈现三种形式:(1)产流前溅蚀率较小,产流后迅速达到峰值,之后逐渐减小并逐渐达到稳定,峰值与稳定溅蚀率相差2倍以上;(2)产流前溅蚀率最大,产流后迅速减小并趋于稳定;(3)整个降雨过程中没有明显起伏。各个坡度下,次降雨溅蚀量均为上坡最小,下坡最大。上坡和侧坡溅蚀量与坡度成负相关,可分别用直线和指数函数拟合。下坡溅蚀量、溅蚀总分散量和溅蚀净搬运量均随着坡度的增大而先增大后减小,且为线性关系,临界坡度为35°。本研究将有助于深入理解降雨溅蚀侵蚀机理,并可为布设水土保持措施提供理论依据。     

降雨特性和土壤结构对溅蚀的影响

选用黄土高原地区的安塞黄绵土、绥德黄绵土、杨陵粘黄土、杨陵农地耕层土进行人工降雨溅蚀试验 ,研究了降雨特性和土壤结构对雨滴溅蚀的影响。结果表明 :土壤溅蚀量与降雨强度相关关系的最佳函数为指数函数 ;将降雨动能与雨滴中数直径的乘积 ( Ed50 )定义为降雨溅蚀力 ,降雨溅蚀力与溅蚀量呈线性相关关系。降雨溅蚀力是降雨潜在溅蚀能力的反映 ,对溅蚀降雨侵蚀力因子的研究有一定参考价值 ;溅蚀总量随降雨历时的增加而增加 ,而溅蚀率则随降雨历时的增加而减小 ,其变化过程可用幂函数描述 ;原状土的溅蚀量仅为其扰动土溅蚀量的2 2 %～ 3 0 % ,随降雨强度增大 ,雨滴打击力对土壤结构的破坏作用增强 ,使原状土与扰动土溅蚀量间的差异缩小。     

土壤结皮与降雨溅蚀的关系研究

在单雨滴和次降雨溅蚀实验的基础上 ,讨论了结皮土壤的溅蚀规律。通过与无结皮土壤的对比分析得知 ,两者的变化特征完全相同 ,但溅蚀量差异明显 ,即有结皮土壤的溅蚀量总是小于无结皮土壤 ,且两者溅蚀量的大小与坡度、前期含水率、雨滴直径、结皮厚度和降雨强度的因素有关 ,可用式 W =1.6915 S0 .1 777θ0 .4 6 6 7D0 .76 32 H- 0 .4 92 5和 W =0 .4 5 2 3 ( PI) 0 .7538S0 .1 450进行估算。     

测定溅蚀的方法研究

该研究采用人工降雨装置在相同的条件下，对５种测定溅蚀的方法进行了对比分析，得出：１、不同的方法测定出的溅蚀量有显差异；２．不同的方法对溅蚀量与降雨历时的关系影响显；３．当适合于实验室的Ｅｌｌｉｓｏｎ溅蚀杯法应用于野外时，应倍加小心。     

降雨强度和坡度对东北黑土区顺坡垄体溅蚀特征的影响

坡耕地溅蚀特征研究可揭示和反映溅蚀的发生和发展机理,而以往研究大多在无垄作坡面进行,较少涉及顺坡垄体。为此,该研究基于野外人工模拟降雨试验,设计3个降雨强度（30、60和90 mm/h）和2个坡度（3°、5°）,研究降雨强度和坡度对典型黑土（Mollisol）农田顺坡垄体溅蚀量、溅蚀过程和溅蚀分选特征的影响。研究结果表明：当降雨强度由30 mm/h增加到90 mm/h时,总溅蚀量增加2.5～17.9倍。当坡度由3°增大到5°时,总溅蚀量增加30.52%～74.08%。当降雨强度为30和60 mm/h时,总溅蚀率随降雨历时呈迅速减小-缓慢减小-波动稳定的趋势。当降雨强度为90 mm/h时,总溅蚀率随降雨历时呈迅速增加-迅速减小-波动稳定的趋势。整体而言,总溅蚀量随降雨强度和坡度的增加呈幂函数关系。各试验处理下,溅蚀分选水稳性团聚体中均以<1 mm粒级的团聚体为主,平均占总量的79.01%,以0.5～1 mm粒级最多,2～5 mm粒级最少,分别占总量的32.94%和3.36%。30和60 mm/h降雨强度下,分别为<0.25和<2 mm的各粒级团聚体在降雨后期达到波动稳定,其中<0.25 mm的团聚体均呈迅速降低-缓慢降低-波动稳定的变化趋势。90 mm/h降雨强度下,1～5和<0.25 mm各粒级团聚体均呈线性平稳变化,其中<0.25 mm的团聚体呈线性减少趋势。研究可为东北黑土区水蚀防治提供科学依据。     

黄土坡地降雨溅蚀量与下渗量关系研究

基于室内外人工降雨径流击溅仇侵蚀试验资料，分析了定雨强作用下溅蚀量（As)与下渗量（F）的关系，提出了F－As关系计算模型，同时指出溅蚀量存在的临界值，当帝际溅蚀量大于临界值时，下渗量F与溅蚀量As呈线性正比关系，当实际溅蚀量小于临界值时，F与As呈非经性反比关系，该文所得结果将为揭示水土流失系统土壤表面水土质量交换规律打下一定基础。     

(土娄)土坡面降雨水沙运移实验研究

黄土高原是我国植被破坏与水土流失最为严重的地区。本文基于室内坡地降雨实验,分析了塿土坡面降雨入渗补给系数的变化,对比了不同雨强影响下径流泥沙含量和累积泥沙含量的时间变化趋势,并将侵蚀与入渗结合,分析了同时段产沙量和入渗率的变化关系,研究表明:入渗补给系数随雨强增大而逐渐减小,两者可描述为线性关系,雨强越小,入渗补给系数越高;降雨初始产沙值最大,在产沙10 min内变缓。雨强大的,初始产沙量和稳定沙量都稍大,但总体差异不大,产沙量分布曲线形状与入渗率曲线极为相似;不同雨强下累积泥沙量与降雨历时之间存在明显的幂函数关系,且幂函数的指数部分基本随降雨雨强增加而逐渐增加;不同雨强下入渗率和累积泥沙量的变化趋势相反,当累积泥沙量增加,相应的土壤入渗率减小,两者变化趋势随雨强增大而趋于明显。     

土壤理化性质与土壤溅蚀速率的相关性研究

土壤溅蚀是土壤侵蚀的初始阶段,是降雨雨滴直接打击土壤表层引起的土壤颗粒分散和位移发生的过程。为研究土壤理化性质与土壤溅蚀速率的相关性,研究通过人工模拟降雨溅蚀试验测定土壤溅蚀速率,运用SPSS 20.0软件,对土壤理化性质与土壤溅蚀速率进行了Pearson相关系数分析。结果表明:土壤渗透性、分散率、团聚度和土壤粒级与土壤溅蚀速率相关性最大。土壤的渗透系数在整个降雨历时阶段对土壤的溅蚀速率一直呈现负影响。分散率在降雨历时为15min时对土壤溅蚀速率呈显著负影响。团聚度对土壤溅蚀速率的影响由T=15min时的显著正相关变成T=20min时的极显著正相关。土壤粒级和土壤溅蚀速率相关性很大,且关系较为复杂。相较于其他4种粒级中,粒级范围在D0.002mm的土壤颗粒对土壤溅蚀速率影响最大,且在降雨历时为15~20min时,对土壤溅蚀速率皆有显著正相关性。另外,粒级范围在0.2≤D2mm和0.02≤D0.2mm的土壤颗粒分别在T=15min和T=20min时对土壤溅蚀速率有显著负相关性。土壤粒级对土壤溅蚀速率的相关性随降雨历时的变化可能与土壤结皮有关。     

不同条件下菲和萘在塿土上的吸附特征研究

以平衡吸附法研究了菲和萘在塿土上的吸附行为,考察了初始浓度、温度、pH、离子强度和CaCO3对塿土吸附菲和萘的影响,Henry方程、Freundlich方程和deBoer-Zwikker极化方程被用来拟和吸附等温线。结果表明,菲和萘在塿土上的吸附等温线为非线性,Freundlich方程最符合其吸附行为。菲和萘在塿土上的吸附量随温度升高而降低,其吸附是一个放热过程;吸附自由能小于零,表明吸附过程是自发的;熵变值也小于零,说明焓变是吸附过程的驱动力。随着pH增加,塿土对菲和萘的吸附量下降;而随着离子强度增加,塿土对菲和萘的吸附量增加。CaCO对菲和萘的吸附等温线也为非线性,其对塿土吸附菲和萘具有较大的贡献。     

初始含水率和降雨能量对黑土团聚体溅蚀特征的影响

[目的] 为明晰降雨能量和初始含水率对土壤团聚体溅蚀过程机制的影响。[方法] 选取东北典型耕层黑土为研究对象,通过人工模拟降雨试验,探讨不同初始含水率、降雨能量和团聚体初始粒径的团粒溅蚀特征。[结果] (1)4种初始粒径黑土团聚体的溅蚀量均在初始含水率4%时最大,其中初始粒径＜0.25 mm团聚体溅蚀量是相同降雨能量下各粒径团聚体溅蚀量的1.21~5.50倍。随初始含水率的增加各初始粒级团聚体溅蚀量呈减小趋势,而初始含水率＞25%后则呈增大现象。(2)4种初始粒径黑土团聚体的溅蚀量均随降雨能量的增加而增大。相较于降雨能量305 J/(m²·h)(1 m)条件,当降雨能量增加至909 J/(m²·h)(5 m)时,不同初始粒径团聚体溅蚀量分别增加15.37~20.70(＜0.25 mm),52.30~417.60(0.25~1 mm),51.58~359.36(1~3 mm),68.73~777.99倍(3~5 mm)。不同初始粒径黑土团聚体溅蚀量存在明显的阈值,当降雨能量达到529 J/(m²·h)(2 m)以上时,不同降雨能量梯度下的溅蚀量存在显著差异。(3)降雨能量是影响溅蚀量的关键因素。降雨能量对溅蚀量的直接效应为0.811,存在显著正向影响,且相关程度最高;初始含水率和团聚体初始粒径的直接效应分别为0.193和0.352,存在显著负向影响。[结论] 研究结果可为东北黑土区坡面土壤侵蚀过程机制研究和土壤侵蚀机理模型构建提供科学依据。     

黄土坡面土壤侵蚀动力过程试验研究

通过玻璃水槽试验和径流冲刷试验 ,初步研究了陡坡坡面水流的流速分布和坡面薄层水流冲刷剥离土壤的过程。研究表明 :陡坡薄层水流流速在坡面上并非是呈直线分布 ,而是呈波浪式分布的 ;坡面水流的剥蚀率(Dr)与坡面径流通过坡面的能量损耗 (ΔE)的关系比其与坡面水流的平均切应力 (τ) 的关系密切 ,建立了黄土坡面土壤剥蚀率估算模型 ,利用这个关系可以直接得到土壤抗蚀性参数和细沟发生的临界能耗条件     

塿土对阴-非离子表面活性剂的吸附特征研究

以平衡吸附法研究了塿土对阴离子表面活性剂（SDS）、非离子表面活性剂（TritonX-100、Tween80和Brij35）的吸附特征,考察了pH、阴-非离子表面活性剂混合对塿土吸附表面活性剂的影响。结果表明,非离子表面活性剂在塿土上吸附等温线均呈L型,且均符合Freundlich和Langmuir方程;塿土对SDS的吸附等温线呈LS型,可用Freundlich方程来描述;塿土对4种表面活性剂吸附量的大小顺序为Tween80〉SDS〉Brij35〉TritonX-100。当阴-非离子表面活性剂一起进入土壤中,SDS-Brij35之间的相互影响不大;TritonX-100与SDS相互作用较大,无论二者以何种方式混合都会使TritonX-100在塿土上的吸附量增加,SDS的吸附量下降;SDS与Tween80之间的相互作用最大,混合后吸附量均下降,但Tween80吸附量降低的幅度最大。pH对非离子表面活性剂的吸附影响不大,而随着pH的增加,塿土对SDS的吸附百分率明显下降;在pH为8.0时,塿土对非离子表面活性剂的吸附百分率达到80以上。因此在选择合适的表面活性剂进行有机污染土壤修复和治理时,考虑土壤的特性和表面活性剂的结构是非常重要的。     

黄土土质对溅蚀特征的影响

土壤质地是土粒溅蚀量及溅出方式的重要影响因素。以黄土高原4种土壤(土、黑垆土、砂黄土、黄绵土)为试验用土,通过人工模拟降雨试验研究了黄土土质对溅蚀量、溅出土粒颗粒组成的影响。结果表明:(1)溅蚀量随降雨历时增加呈幂函数趋势增加。降雨开始时溅蚀量取决于土表松散颗粒含量及土粒均匀程度。随后溅蚀量增加速率则取决于黏粒(0.002mm)、细粉粒(0.002~0.02mm)及吸湿性黏土矿物含量,二者综合作用使得溅蚀量增加幅度减小。(2)溅蚀过程中溅出土粒的粒径组成决定于供试土壤的颗粒组成,0.25mm颗粒含量高的土壤溅出土粒粒径分布均匀,而0.25mm颗粒含量低的土壤溅出土粒集中分布于粗粉粒、细砂粒粒级内。(3)通过溅出土粒实际与原始颗粒含量的比值可判断土壤颗粒溅出方式。供试土壤黏粒、细粉粒、粗粉粒(0.02~0.05mm)的实际与原始颗粒含量比值1,均以团粒形式溅出,不受土壤类别影响;而土、黑垆土砂粒的实际与原始颗粒含量的比值1,以团粒形式溅出;砂黄土、黄绵土土壤砂粒实际与原始颗粒含量比值≈1,以单粒形式溅出。     

关中塿土发生特性与分类研究进展

塿土是关中地区受人类活动影响深刻的重要农业土壤,而对其发生分类及系统分类的归属仍有较大争议。本文综述了塿土的形成过程和成土过程特点,塿土发生分类归属的变更,系统分类的主要诊断层、诊断特性和诊断现象,高级分类单元归属及空间分布,基层分类单元的主要诊断指标等方面的研究进展。在此基础上,展望了塿土需要进一步开展的研究工作包括3个方面:①深入理解人为影响下塿土的成土过程,定量化分析覆盖层的形成过程;②开展塿土覆盖层厚度调查,界定堆垫表层的厚度标准;③进行土壤普查,建立塿土代表土系。     

有机修饰塿土对苯胺的吸附

以十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)单一修饰和CTMAB+十二烷基磺酸钠(SDS)混合修饰塿土耕层和粘化层土样,从吸附实验和热力学角度研究修饰土样对苯胺的吸附特征和机理。结果表明,供试土样对苯胺吸附均呈现100CB>50CB>120CS>CK的高低顺序,耕层修饰后对苯胺的平衡吸附量增大了4.5￣8.57倍,粘化层土样增大了6.0￣18.33倍;温度为40℃时耕层未修饰土样对苯胺的吸附量高于粘化层未修饰土样,20℃时则低于粘化层原土土样,而修饰土样则均呈现粘化层修饰土样对苯胺的吸附高于塿土耕层修饰土样的结果;耕层土样随温度升高苯胺平衡吸附量升高,而粘化层土样则表现出降温有利于苯胺吸附的现象,修饰剂对土样的修饰对苯胺的吸附具有"感温钝化"效应;Henry模型适用于描述苯胺的吸附;修饰土样对苯胺的吸附自由能变均为ΔG<0,属于自发反应,粘化层各土样对苯胺吸附为放热熵减过程,吸附自发性由焓减控制,耕层各土样对苯胺吸附为吸热熵增过程,其吸附自发过程为熵增控制过程;疏水吸附是修饰土样对苯胺吸附的主要机理,但修饰剂对于土壤表面的修饰是不均匀修饰,粘化层土样以物理吸附机制为主,耕层土样则存在化学吸附的机制。