延怀盆地不同土地利用类型土壤风蚀物特征

研究延怀盆地典型土地利用类型地表土壤风蚀物分布特征,可为了解该区域风蚀过程、改善生态环境提供数据支撑。以怀来县为研究对象,采用野外监测和室内分析相结合的方法,分析了葡萄、果桑、欧李、玉米免耕、玉米翻耕5种土地利用类型在冬季休耕期(上年11月—次年2月)和春季备耕期(3—5月)风蚀物质量、粒径及碳氮含量随高度的变化特征。结果表明:(1)欧李与玉米翻耕地土壤风蚀物质量分数垂向分布遵循幂函数递减规律; 果桑、葡萄与玉米免耕地土壤风蚀物质量分数在监测高度范围内随高度增加无规律性变化。(2)春季备耕期5种土地利用类型输沙通量均高于冬季休耕期。(3)冬季休耕期5种土地利用类型风蚀物的粒径范围集中分布在500～2 μm; 春季休耕期5种土地利用类型风蚀物的粒径范围集中分布在250～2 μm。(4)5种土地利用类型冬季休耕期风蚀物碳氮含量高于春季备耕期。风蚀物质量、碳氮含量及粒径的垂直分布受土地利用类型和人为活动的影响,其中人为活动对输沙通量影响较大,因此在该区域土壤风蚀防治过程中可以采用构建防风草篱、合理调整土地利用布局的方式,达到降低近地表风速、拦截风沙的作用。     

预测土壤风蚀的新途径

<正> 在美国,土壤风蚀仍很严重。虽然不象美国中南部曾经出现过的尘暴(Dust Bowl)天气那样,但目前有些地区不仅仅是天空浑浊,更严重的是几厘米的地表土被风吹走了。 并不是旷野阻止了再一次尘暴的发生,而是由于美国农业部农业研究中心研究推广的新的水土保持措施起了作用。 风仍然被认为是侵蚀作物地的一个外营力。1986年美国密西西比河流域以西的大平原风灾土地面积达340万ha,相当于美国中南部曾经出现过的尘暴受     

植被特征与土壤风蚀

通过实验室风洞研究确定土壤流失、风速与植物茎秆数量、高度及直径的关系.用木钉模拟直立的植被.木钉突出土表,置于风洞中测试用的移动木槽中.试验用木钉直径为3mm或7mm,高为50、150或250mm,数量为每平方米20到400根不等.比较有“植被”的土壤流失与裸地的土壤流失.调节临界状态(Ut)下的自然流速(Uh)及采用木钉密度(N)、直径(D)和高度(H),其方程SL=-3.396+298(Uh+Ut)/√(NDH)就能解释变异为82%的土壤流失(SL).结果指出,即使是稀疏的直立植被也能显著减少土壤流失.     

基于风蚀模型的河北省土壤风蚀风险评价

[目的]对河北省空间范围开展土壤风蚀风险评价研究,以期为研究区基于土壤风蚀的土地退化和大气污染防治提供科学依据。[方法]在遥感和地理信息系统技术的支持下,采用第一次全国水力普查中推荐的风蚀模型,对研究区2009年的土壤风蚀风险进行评价。[结果]河北省土壤微度侵蚀面积所占比例最大,约占河北省总面积的65.36%,主要分布在河北平原、太行山地和冀北山地;其次为轻度侵蚀,约占河北省总面积的12.46%,主要分布在坝上高原和冀西北间山盆地;中强度侵蚀的风蚀面积最小,合计不足河北省总面积的0.1%,主要为分布在研究区北部的沙地类型;极强侵蚀和剧烈侵蚀没有分布。[结论]河北省土壤风蚀强度呈现出明显的空间差异性,干燥,风速大,植被覆盖度低的冀西北地区风蚀强度最大,湿润、风速小、植被覆盖度高的冀东北地区风蚀强度最小,南部平原和太行山区风蚀强度中等。     

土壤风蚀方程应用初探

<正> 土壤风蚀方程自1965年由美国学者伍德拉弗(N .P .Woodruff)和西多威(F.H.Siddoway)提出来以后,已经过多次改进和不断完善。目前,该方程已在欧美许多国家的土壤风蚀预报、风蚀防治措施设计、土壤风蚀图的绘制以及大气污染的研究等方面得到了广泛的应用。     

裸露耕地土壤风蚀物化学组分的分布特征

为研究风蚀引起的土壤营养物质的流失,进一步理清土壤沙化的原因及机理,该文以内蒙古阴山北部的典型农牧交错带耕地为试验区,采用SCC-6型集沙仪收集跃移土壤风蚀物,对收集到的土壤风蚀物进行筛分、称质量,并对表层土壤及收集的土壤风蚀物采用化学滴定及火焰原子吸收分光光度法对土壤营养物质中的主要成分及部分金属元素组成进行测定。通过分析整理,得出了风蚀物各化学组分含量、各化学组分总质量在地面垂直高度的分布规律,以及土壤各化学组分含量、土壤粒径大小与风蚀程度的相关关系;通过化学组分含量的分布规律分析进一步验证了风蚀是使细小颗粒的损失,造成土壤贫瘠的主要因素。     

国外土壤风蚀预报的研究历史与动向

根据国外土壤风蚀研究成果，将土壤风蚀预报研究历史分为4个阶段：即定性描述阶段、定量研究阶段、风蚀方程的建立与完善阶段及风蚀预报系统的建立与完善阶段。简要介绍了风蚀方程、帕萨克模型、波查罗夫模型、德克萨斯侵蚀分析模型、风蚀评价模型、修正风蚀方程和风蚀预报系统等代表性的风蚀预报模型。     

准东地区土壤风蚀影响因子分析与风蚀量估算

为阐明准东地区土壤风蚀现状及影响因子,通过实地采样,结合气象、土地利用数据、DEM、遥感影像,从气候因子、地形因子、土壤因子以及植被盖度4个方面进行分析,利用GIS平台结合WEQ经验模型对各因子叠加计算的土壤风蚀状况进行分级,并对各侵蚀等级进行评价分析。结果表明:气候、土壤及植被盖度共同影响该区域的土壤风蚀状况。受各因子的影响,准东地区风蚀分级状况比较明显,侵蚀强度由南向北呈增强趋势,主要表现为重度侵蚀,占研究区面积的43.02%。该区域平均侵蚀模数为4 470.64t/(km2·a),风蚀量达9 969.53万t。为验证模型的准确性,利用137 Cs示踪法推算的风蚀模数与模型值进行对比,结果表明模型计算值与137 Cs示踪法估算值间的平均相对误差7.78%,证明该模型在研究区具有很好的适用性。     

河北坝上地区土壤风蚀物理化性质初步研究

根据河北坝上地区风蚀耕地近地面风蚀物及相应土壤表层样品的野外采集与室内分析结果，风蚀物含量随高度呈指数函数规律减少。与相应土壤表层相比，风蚀物中细砂级以下颗粒，有机质及养分含量增加。随着输沙养分含量也减少。随着高度增加，粗颗料含量减少而细颗粒、有机质和养分含量增加。因而在输沙量增加时，会有大量的细颗粒和营养物质从土壤中流失。此外，耕作措施通过改变地表状况影响输沙量，进而影响风蚀物理化性质。     

土壤含水率及物理性砂粒含量对风蚀模数影响的风洞模拟

为了探究土壤含水率及物理性砂粒含量对土壤风蚀模数的影响,在室内风洞中在5、6、9、12、15和18m/s风速下对不同含水率(0,1%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%和10%)的7种土壤(物理性砂粒质量分数的分别为20%、30%、40%、50%、60%、70%和80%)进行了10min吹蚀,在风洞轴线距出口1.2m处放置旋风式集沙仪分别测定垂直方向上10个不同高度的风蚀物收集量(高度分别为20、60、120、180、240、300、400、500、600和700mm),并利用MATLAB7.4.0(R2007)软件采用3次样条插值拟合法对旋风式集沙仪不同高度的风蚀物收集量进行积分,通过换算计算土壤风蚀模数E。结果表明,物理性砂粒质量分数低于40%的土壤在各种水分条件下集沙仪不同高度风蚀物收集量均很小。物理性砂粒质量分数≤20%时,风蚀物收集量在空间上符合指数函数变化规律;20%<物理性砂粒质量分数<40%风蚀物收集量在空间上利用指数函数和幂函数拟合相关性均很好,物理性砂粒质量分数高于40%后,风蚀物收集量在空间上呈现幂函数曲线变化规律。9m/s风速基本上是风蚀物空间动态发生变化的临界点;低于临界风速,风蚀物收集量与高度符合指数曲线变化规律;高于临界风速,二者符合幂函数曲线变化规律。集沙仪不同高度的总输沙量随风速的增加而增大,二者符合指数曲线变化关系。物理性砂粒质量分数低于40%的土壤,不会有风蚀现象发生;当物理性砂粒质量分数大于40%后,土壤容易发生风蚀,而且风蚀程度随物理性砂粒含量的增加而增大,尤其当土壤含水率低于3%时,极易发生风蚀。风速越大土壤风蚀模数越大,风蚀模数与风速按照指数曲线规律进行变化。阴山北麓旱作区冬春季节土壤地表含水率一般维持在3%～4%,土壤的物理性砂粒质量分数基本在50%～80%;单纯从土壤水分和土壤物理性砂粒含量考虑,阴山北麓旱作区大部分地区是沙尘暴的发生源。     

保护性耕作对土壤风蚀的影响

保护性耕作能够有效减少农田土壤风蚀.通过室内风洞模拟试验,研究秸秆覆盖、留茬和垄作3种保护性耕作措施对黄土高原北部农田土壤风蚀的影响.结果表明:1)秸秆覆盖和留茬能有效降低土壤风蚀速率,秸秆覆盖量为4 210 kg/hm2时土壤风蚀速率最小,与对照相比减少62.8%;垄作在低风速下能够降低土壤风蚀率,垄向与风向垂直时降...     

基于土壤粒度和大风日数的风蚀风险预报

为寻求一种较为简便、广泛适用的土壤潜在风蚀风险评价方法体系,选取内蒙古中西部的吉兰太戈壁、乌兰布和半固定沙地、毛乌素沙地、武川农田和希拉穆仁草原5种典型风蚀试验区,基于数字图像技术,获取地表不可蚀颗粒含量,结合地区大风日数资料,建立土壤潜在风蚀风险指数方程,并进行实地验证。结果表明:吉兰太戈壁、灌丛地表已经处于粗化过程后期,抗风蚀能力较强,平均抗风蚀指数分别为91.40%和81.40%。由于灌丛群落的存在,乌兰布和沙漠半固定沙地土壤颗粒空间分布差异明显,导致土壤抗风蚀能力呈现不同程度的差异。毛乌素沙地风成沙物质颗粒较细,抗风蚀指数仅为13.40%,极易起沙。应用土壤潜在风蚀风险方程实地表征所得结果与实际情况吻合,与人类活动关系最为密切的农田、草原土壤潜在风蚀风险最高。研究结果可实现科学、有效地预测地表潜在风蚀风险,为干旱、半干旱地区风蚀荒漠化监测提供理论依据和技术支撑。     

Microbiological and enzymatic properties of soil deposits originating from wind erosion

A characterization of deposits originating from wind erosion of agriculturally managed soils in eastern Austria with the main soil types Chernozems and Allochthonous Calcaric Fluvisols was conducted using measurements of microbial counts, soil respiration, soil microbial biomass, and several enzyme activities. The deposits were rich in organic matter, silt‐ and clay‐sized mineral particles, and had high water‐holding and cation exchange capacities. Microbial counts, biomass, and enzyme activities of the deposits covered ranges frequently reported for agriculturally managed soils. Metabolic quotients indicated reduced energetic efficiences of deposit associated microbial communities. Microorganisms might suffer from stress imposed by habitat destruction, drifting, and unfavorable physical conditions in the deposits. Shifts in microbial communities or properties of organic materials in the deposits might also result in high metabolic quotients. It will be the subject of further study to clarify causal relationships.     

基于GPRS的土壤风蚀实时监测系统研制与测试

为克服野外观测和风洞测试的缺点与不足,提高观测数据的连续性、科学性与可靠性。该文综合无线传感网络技术、传感器技术、电子技术和网络通信技术,研制了热敏式风速传感器、分流对冲式风沙分离器和具有无线组网与自动数据采集处理功能的近地表风速廓线仪和多通道集沙仪,建立了基于GPRS网络的土壤风蚀监测系统,实现了被测区域环境温度、相对湿度、大气压力、近地表风速廓线和风沙流结构等参数的同步采集、实时处理和远程监测等功能。试验结果表明:风速传感器输出电压在0.3～4.3 V之间,响应时间小于3 s,有效测量范围在0～17 m/s,测量精度随风速增大而降低,在6和17 m/s风速下的测量精度分别为0.1和0.3 m/s;风沙分离器的降速效率和风沙分离效率分别在96%和99.8%以上,平均等动力性≥92%;称量系统有效测量范围在0～170 g,精度达0.01 g,短期静态误差和长期累积误差分别不超过±0.02 g和±0.04 g;9、12、15和18 m/s风速下的平均集沙效率达91.98%;无线通信建立时间≤5 s,中心汇聚节点可在3 s内实现一次节点遍历和数据汇聚,有效传输距离达140 m以上;风速廓线节点和集沙仪节点单次最大工作时长不低于6和22 h。在野外试验条件下,系统软硬件部分均运行稳定可靠,自组网数据传输的丢包率和错误次数为0,环境温度、相对湿度和大气压力的偏差分别小于2℃、4%和10 hPa;测得的近地表风速廓线与风沙流结构均符合指数分布规律,满足大尺度、跨区域野外土壤风蚀同步研究的需求。     

保护性耕作对农田土壤风蚀影响的试验研究

在河北省北部的丰宁县坝上地区建立农田土壤风蚀试验区，采用美国BSNE采样器观测不同耕作处理条件下的农田风蚀土壤损失情况。试验结果表明：在风蚀过程中，土壤颗粒主要集中在近地表层运动，悬浮在空气中的土壤颗粒随着高度的增加逐渐减少，且与高度之间符合幂函数关系；风蚀土壤颗粒粒度组成随高度增加，砂粒级颗粒含量减少，而粉砂及粘土含量增加；免耕覆盖(NTC)、免耕覆盖＋耙(NTCH)和免耕无覆盖(NTN)三种处理分别比传统翻耕减少风蚀量73.75%、75.31%和14.17%，由秸秆覆盖和少免耕相结合的保护性耕作可明显地减少农田土壤损失；在覆盖和耕作两因素中，覆盖对减小风蚀的作用最大，地表耕作的作用次之；另外，保护性耕作地能够减少农田土壤养分损失。     

作物残茬与生物篱组合对减轻土壤风蚀的作用

为了探究中国北方农牧交错带冬春风蚀季节生物篱与作物残茬组合对间作裸露秋翻地的防护作用,采用风蚀圈和野外移动式风洞试验的方法对研究区土壤风蚀情况进行监测,利用PC-3型自动气象站进行风速测定。结果表明,油葵秆生物篱减小了间作裸地近地面风速,提高了地表粗糙度;从防风蚀效果看草谷子茬优于油葵秆生物篱;在距油葵秆生物篱或草谷子茬下风向裸地不同位置处,土壤风蚀量基本呈先增加后减小的单峰曲线变化趋势,在4 m左右土壤风蚀量最大,在篱和茬的双重保护下,距茬5 m处发生了风积现象;土壤风蚀量降低率基本呈“V”字型分布;土壤风蚀模数随风速增大而增加,在生物篱的保护下5～15 m/s风速时土壤风蚀降低率为5.03%～20.53%。因此,油葵秆生物篱具有防风蚀作用,而且与草谷子残茬组合对间作裸地会起到更好的固土防蚀作用。     

干旱区土壤结皮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。以准葛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了研究。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)风沙流高度随风速增加而增加,高度在0-3cm的收集物占总的80%左右。14m/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,120s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。     

Effect of particle-size distribution on wind erosion rate and soil erodibility

Wind erosion is a serious problem, especially in arid and semi-arid regions. This study was conducted to assess the effects of wind speed as well as soil particle-size distribution on erosion rate (ER) using a wind tunnel. For this purpose, two clay loam soil samples (C2 and C10) in addition to a sandy clay loam (S2) were exposed to different wind velocities of 2, 9 and 18 m s^?1. The result showed that erosion rate increased significantly with increasing wind speeds. In addition, a critical diameter of 0.84 mm for soil particles was supported; for larger particles the changes in erosion rate were negligible. Furthermore, soil erodibility (K) was determined, which for S2, C2 and C10 was 57.73, 10.27 and 1.43, respectively. To predict soil erodibility, a power relationship as K = 3.382 MWD^?1.732 (R ² = 0.99) was established. The results indicated with increasing wind speed, the sensitivity of S2 remained constant, whereas C2 and C10 resisted wind speed. The finding of this research indicates the importance of particle-size distribution on wind erosion rate as well as soil erodibility.     

基于GIS的土壤风蚀模型软件构建

针对当前土壤风蚀监测的实际需求,提出基于GIS技术构建土壤风蚀模型软件的思路和方法。该软件基于DTGIS核心服务平台,以C#为主开发语言,Silverlight为界面开发工具,采用轻型数据库SQLite进行数据存储;该软件可为用户提供GIS查询功能、站点数据管理、风力因子计算、土壤侵蚀模数计算、土壤侵蚀强度分级、时间分析、空间分析等功能服务,支持远程客户端连接和多点同时上传数据;同时,该软件将风蚀模型与GIS系统有机地集成到一起,不仅支持风蚀运算过程的交互,而且可以直接将模型运行结果显示在软件中;软件亦可以制作土壤侵蚀模数专题图、土壤侵蚀强度分级专题图、时空分析图,实现土壤风蚀数据系统化管理和数据可视化管理,为评价土壤风蚀的危害提供科学依据。