北方农牧交错区草原地表土壤风蚀原位测试技术

为定量评价风洞中心风速、植被盖度及交互作用对草原地表风蚀的作用情况,按正交试验设计方案,采用野外风洞原位测试方法,进行了草地土壤风蚀试验。分别用灰色关联度、极差分析、偏最小二乘回归理论,对测试结果进行了分析。结果表明,各因素对输沙率影响主次顺序为：中心风速、植被盖度、二者的交互作用。     

阴山北麓农牧交错区草地土壤风蚀测试

利用移动式风蚀风洞及相关配套设备对3种不同植被盖度的草地选择3种风速进行野外原位测试,获得了不同植被盖度草地的风速廓线和输沙量.结果表明,草地风速廓线总体上呈指数规律,且随地表高度的增加迅速增大;不同植被盖度草地在0～70 cm范围内输沙量与高度的关系以指数函数拟合效果好,输沙量主要集中在近地表30 cm以下;植被盖度55％的草地对在地表10 cm及以下的近地表风速阻挡效果与植被盖度80％的草地类似,其输沙量曲线与植被盖度80％的草地输沙量曲线很近,但距盖度30％的退化草地输沙量曲线较远.因此,植被盖度约50％是阴山北麓草地有效防风蚀的最低盖度.     

农牧交错区地表土壤风蚀物垂直分布规律研究

利用移动式风蚀风洞对阴山北麓农牧交错区无退化草地、退化草地、传统耕作农田和保护性耕作农田等4种典型地表土壤的抗风蚀能力进行了原位测试研究,探讨了4种典型地表土壤风蚀物的垂直分布规律.研究表明,4种典型地表土壤风蚀量在高度上的分布具有一定规律.其中,无退化草地、退化草地和传统耕作农田地表土壤风蚀量随高度的变化遵循指数规律;而保护性耕作农田土壤风蚀量随高度的变化呈明显的随机性特征.由于直立残茬和植被覆盖的共同作用结果,风洞集沙仪收集的保护性耕作农田最大土壤风蚀量集中在距地表18～40 cm的高度范围内.     

阴山北麓农牧交错区农田土壤的风蚀特性试验研究

试验利用内蒙古农业大学自行研制的移动式风蚀风洞对阴山北麓的武川县保护性耕作农田地表进行了土壤风蚀测试,按照小麦和莜麦收获后的留茬高度和地表植被覆盖度的不同搭配方式,在不同风速下测量了风速变换规律、土壤风蚀率等参数;通过数据分析得出保护性耕作农田地表的抗风蚀性能力比普通农田提高最高可达47.2%。该项研究为当地农田土壤风蚀防治技术的进一步推广应用提供了参考数据。     

作物残茬覆盖农田地表土壤抗风蚀效应试验

采用野外移动式风蚀风洞原位测试方法,对阴山北麓农牧交错区不同作物残茬覆盖的农田土壤抗风蚀效应进行了试验研究.结果表明:农田地表的风蚀量随地表作物残茬盖度的增大而减小;在高风速下随残茬盖度的增大,其抑制风蚀效果愈加显著.农田土壤的风蚀模数随风速的增大而增加,在12～18 m/s风速时保护性耕作农田风蚀模数比传统耕作农田降低40.42％～77.42％.风蚀模数随地表空气动力学粗糙度的增大而减小.保护性耕作带宽度达到5.25 m以后,具有更加显著的抗风蚀效果.     

地表土壤风蚀观测方法初探

本文详细介绍了目前国内外土壤风蚀研究的主要方法与手段,包括土壤风蚀的野外观测方法、风洞模拟、风蚀方程预报以及遥感监测。在总结目前国内外土壤风蚀观测与研究工作的基础上,综合分析了风洞模拟试验与野外直接观测试验在风蚀研究中的不足,提出了一种新的风蚀观测方法。该方法将风洞模拟试验与野外直接观测二者的优点结合在一起。     

植被覆盖地表的空气动力学粗糙度及对土壤风蚀的影响

空气动力学粗糙度是影响植被覆盖土壤抗风蚀能力的重要因素.利用移动式风蚀风洞对试验区田地表进行原位测试,由风速廓线得到的空气动力学粗糙度,可有效地反映地表的空气动力学性质.测试结果表明:植被盖度愈大,空气动力学粗糙度愈大;土壤风蚀量随空气动力学粗糙度增大呈指数规律下降.     

基于Fluent的风洞典型风蚀地表风速廓线的模拟

利用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对OFDY-1.2型可移动式风蚀风洞中模拟典型农田风蚀地表风速廓线进行数值模拟,通过改变棒栅、尖塔和粗糙元的尺寸、形状和位置,分别用软件和室内风洞实验模拟出了与野外实地测试廓线相吻合的风速廓线。同时,对野外实测、室内风洞模拟和软件数值模拟的风速廓线进行了离散程度分析。     

植被覆盖地表抗风蚀性能的测试与研究

为了定量评价净风吹蚀下植被覆盖地表的抗风蚀性能,利用移动式风蚀风洞对试验区地表进行原位测试.结果表明:不同风速下土壤风蚀量随植被盖度的增加呈指数规律减少,土壤防风蚀的植被盖度在30%以上较为显著;当风速为10m/s以上时,试验区的有效防风蚀植被盖度须达到40%以上,当风速为14～18m/s时,其有效植被盖度须达到60%～80%的水平.     

河北省黄土丘陵区农地土壤风蚀防治技术研究

风沙是河北省黄土丘陵区较常见的灾害性天气现象之一,多发生于冬春季节。河北省黄土丘陵区近几年的沙尘天气频繁发生给当地及京津冀地区人民的生产、生活和社会发展造成了巨大影响。据有关资料,北京沙尘暴的80%来源于张家口的黄土丘陵区。为了改善这一地区的生态现状,在对黄土丘陵区农地土壤风蚀进行5种不同下垫面条件下试验观测的基础上,通过对试验结果的分析,对丘陵区农地土壤风蚀的影响因素进行了的研究,提出了河北省黄土丘陵区农地防治土壤风蚀的技术措施。     

不同地表条件下土壤侵蚀的坡度效应

通过野外人工模拟降雨的方法，对不同地表条件下的径流和产沙的变化与坡度、降雨量、降雨强度等因素进行了相关分析，并在此基础上，就上述过程中的坡度效应进行了评价。结果表明，在相同降雨作用下，坡度对土壤侵蚀影响表现为：光滑地表大于中等粗糙地表大于粗糙地表；但在不同地表条件下，坡度与侵蚀和径流的相关性表现出不同。相对光滑地表，中等粗糙与粗糙的地表。在不同降雨作用下，径流量与侵蚀量，随坡度的变化，表现出不同的变化规律。且存在着一定的临界坡度。这一研究，为该区域坡耕地水土保持措施的配置提供了一定的理论依据，同时也可服务于黄土高原退耕还林（草）工程的实施。     

四子王旗草地修复试验区不同修复模式的抗风蚀试验

针对内蒙古四子王旗农牧交错区的荒漠化草地,用移动式风蚀风洞及相关配套设备对20%盖度退化草地、40%盖度带状柠条修复草地和60%盖度冰草修复草地进行原位测试,研究它们的近地表风沙运动规律,探索柠条带状配置修复和冰草喷播修复草地土壤抗风蚀的作用机理和防护效果,从而为农牧交错区荒漠化草地的风蚀防治提供技术依据。研究结果表明,在同一风速下,草地的粗糙度由大到小依次为柠条修复草地、冰草修复草地和退化草地,其中,柠条修复草地的粗糙度平均值为2.46 cm,分别是冰草修复草地和退化草地平均粗糙度的1.95和2.76倍;随着距地表高度的降低,3种草地风速均呈现减小趋势,当风洞中心风速为9 m/s时,柠条修复草地、冰草修复草地和退化草地地表在8 cm处的风速较之64 cm处的风速分别降低82.23%、66.67%和61.11%。冰草修复草地与退化草地的输沙率曲线都是随高度增加呈指数函数形式单调递减,冰草修复草地的曲线衰减更快,而柠条修复草地的输沙率最小,其输沙率在距地表约柠条带顶部的30 cm处出现极大值,在柠条带顶部以上的输沙率才会按指数规律递减。因此,带状配置柠条修复草地对风沙流的阻碍和改变作用差异显著,在低覆盖度下仍达到较好的抗风蚀效果。     

黄土坡面细沟流土壤侵蚀机理研究

细沟侵蚀是黄土坡面最主要的侵蚀方式之一,土壤剥离过程是细沟侵蚀中的重要环节。采用6种坡度(2°、4°、6°、8°、10°、12°)、5种流量(8、16、24、32、40 L/min)组合冲刷试验,系统研究了黄土坡面细沟流土壤剥蚀率与水动力学和床面形态的耦合关系。结果表明:土壤剥蚀率与流量、坡度均呈幂函数增加关系,且坡度对土壤剥蚀率的影响更大;不同类型土壤无量纲剥蚀率与无量纲流速之间存在分区现象,表明土壤侵蚀受到除泥沙粒径外其他因素的影响;不同类型土壤无量纲剥蚀率与无量纲切应力双对数函数呈线性增加关系,且不存在分区;不同类型土壤无量纲剥蚀率与无量纲单位水流功率存在分区;土壤剥蚀率随跌坑发育系数的增加呈幂函数增加趋势,而土壤剥蚀率随L/H增加呈幂函数减小趋势,说明床面形态越加复杂、跌坑发育越加成熟,土壤侵蚀就越剧烈。研究结果对细沟水流侵蚀机理的探究具有一定的理论价值,对黄土坡面水土流失治理及生态修复均具有一定的指导意义。     

川北山区坡耕地侵蚀耕作对土壤团聚体碳的影响

为更好地了解耕作侵蚀对坡耕地土壤碳循环的影响,采用137Cs示踪技术研究了川北山区坡耕地土壤再分配对土壤有机碳和团聚体有机碳含量与储量的影响。结果表明:与该区土壤137Cs有效背景值比较,短坡耕地上坡部位(坡顶、坡肩)土壤中137Cs含量降低了76.91%,而下坡部位(坡脚、坡趾)增加了24.02%;坡耕地上坡部位发生土壤损失,耕作侵蚀平均速率为63.22 t/(hm2·a),占土壤总侵蚀的94.61%,耕作导致下坡土壤沉积,平均沉积速率为23.94 t/(hm2·a)。上坡土壤中大于2 000μm、250~2 000μm和53~250μm的团聚体所占比例显著低于下坡,而小于53μm的团聚体所占比例则相反;土壤及不同粒级团聚体的有机碳含量与储量下坡显著高于上坡。土壤和不同粒级团聚体的有机碳含量与137Cs面积浓度呈极显著正相关关系,说明侵蚀引起土壤再分配造成上坡有机碳含量贫瘠,而下坡相对富集。因此,川北山区坡耕地施肥管理应关注土壤质量空间变异特征。     

高寒草甸生态系统表层土壤水分时间稳定性研究

选取西藏高原北部那曲地区一处典型的高寒草甸生态系统为研究对象,用TDR 300测量样地中2个样带共82个测点表层0~7.5 cm的土壤含水率,在2015年生长季中共测量14次。基于所测数据分析了土壤含水率的时空变异性和时间稳定性。结果表明,2015年生长季2个样带表层平均土壤含水率为26.0%,在空间上表现为弱变异性,在时间上表现为中等变异性,土壤含水率较高时,土壤水分的变异性也较高;82个测点土壤含水率的空间模式在7月份—8月初相似性较弱,在8月中旬—9月初相似性较强;土壤含水率的相对差分平均值在-11.5%~8.5%之间,相对差分标准差的平均值为8.6%,二者表现为开口向上的二次曲线关系,说明土壤含水率接近样地平均值的测点具有较高的时间稳定性,而在较干和较湿的测点,土壤含水率的时间稳定性相对较弱;时间稳定性指数、平均绝对偏差、均方根误差和最小相对差分标准差平衡法4种方法均能准确地判定土壤含水率时间稳定性最佳代表测点,利用最佳代表测点估算样带平均土壤含水率均具有较高的精度,相比较而言,最小相对差分标准差平衡法精度更高。