裸露耕地土壤风蚀跃移颗粒分布特征的试验研究

以内蒙古阴山北部的典型农牧交错带耕地为试验区，利用DEM6型轻便三杯风向风速表和LV50便携式风速仪(可测瞬时风速和任一时段的平均风速)，采用SC—I型沙尘采集器收集跃移沙粒，并对收集到的沙粒进行筛分、称重，详细地分析了不同高度风蚀物百分含量、输沙量等风沙运动主要影响因素的变化特征，得出了耕地土壤在风沙跃移运动中的粒径分布特征，初步了解了该地区土壤风蚀的特点，为今后风沙运动力学理论的深入研究，以及实施保护性耕作和其他土地荒漠化的防治提供依据。     

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。     

留茬高度对带状留茬间作农田土壤防风蚀效果的影响

针对内蒙古阴山北麓农牧交错带土壤风蚀严重的问题,研究了带状留茬间作的防风蚀效果,通过测定风速、地表粗糙度和土壤风蚀量,揭示不同留茬高度对留茬地和相邻裸露地的防风蚀效果.结果表明,随着留茬高度的增加,作物残茬带近地表风速降低,且留高茬(30 cm)效果最明显;随着测定高度的增加,同一留茬高度对风速的降低程度减小.地表粗糙度随留茬高度的增加而增大,留高茬地(30 cm)和邻高茬裸地的地表粗糙度分别较对照增加了466.67％和126.98％.土壤风蚀量随留茬高度的增加而减少,留高茬地(30 cm)和邻高茬裸地的风蚀量分别较对照减少了90.21％和65.51％.因此,作物残茬既增强了自身带的防风蚀效果,又在一定程度上保护了邻茬裸露带,留茬高度30 cm时防风蚀效果最好,对相邻裸露带的保护作用最明显.     

阴山北部耕作土壤表土颗粒分析模型探讨

在内蒙古自治区阴山北部农牧交错带耕地表土33组颗粒分析实验数据基础上,运用M atlab软件对VanGenuchten等模型进行模拟求参,并得到能较为精确地表征当地土壤颗分曲线的数学模型,以期为全面综合分析阴山北部农牧交错带风蚀沙化地表土壤的抗风蚀能力有所帮助。     

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。     

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。     

土壤风蚀物中沙粒的动力学特性分析

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SC-I型沙尘采集器收集跃移沙粒,对收集到的土壤风蚀物进行分析整理,得出了沙粒动力学计算的各重要参数,并从单颗粒土壤在气流中所受的作用力出发,紧密联系野外实验测得的数据,采用4/5阶RKF算法,对沙粒不同受力状况下的运动轨迹和运动特征进行分析。研究表明沙粒粒径愈小发生漂浮所需要的条件愈低,随粒径的增大要求达到的旋转角速度ω、垂直起跳初速度v0越来越大,而小于0.075 mm的颗粒容易在脱离地面后,浮在空中从而成为悬移的主体;同时得到了沙粒最大跃移高度Hm关于风蚀物粒径D和垂直起跳初速度v0的通用双因子预测模型。研究为今后风沙运动力学理论的深入研究及土地荒漠化的防治提供依据。     

风力侵蚀及其防治措施

风力侵蚀一般分为沙粒起动、运移和沉落三个过程。床面沙粒的起动与风速、颗粒大小及团聚性有关;运移与沙粒粒径、颗粒级配、风力及气流厚度有关;沉落主要受植被、风障和降雨的影响。在风力作用下,沙粒运移方式主要表现为悬移、跃移和表面蠕移,其中跃移是沙粒运动的主体。跃移运动一般发生在地表附近。风力侵蚀量的大小主要与土壤可蚀性、气候、地表糙度、地块长度及植被覆盖度等因子有关。防治风力侵蚀应从减少风的动力和增大地表阻力两方面考虑,前者主要指减弱地表风速,后者指改善表土条件,防治措施包括生物措施、耕作措施和机械措施等。     

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。     

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。     

北方农牧交错带缓坡耕地土壤风蚀特征

研究采用野外观测手段对不同坡向和坡位的土壤风蚀特征进行测定和分析。结果表明:①缓坡耕地不同地形部位,风速随地形升高而增大,主要由于微地形作用,使南坡风速略高于北坡。②土壤风蚀量随风速变化呈现出指数函数变化趋势,风速增大则风蚀量也增大。③以坡顶为对称轴,北坡和南坡的风蚀量基本呈对称分布,北坡风蚀量占南坡风蚀量的88.6%;5个地形部位的风蚀量相比,最大值并非出现在坡顶部位。④坡中和坡底在0～6cm高度范围内,坡顶在0～8cm高度范围内,随高度和风速增加,风蚀量呈线性增大;在8～60cm高度范围内,风蚀量随高度增加呈现出负指数函数递减的规律,6cm<高度<20cm递减率较大,高度>20cm递减率较小。     

结皮量与含水率对尾矿风蚀影响的风洞模拟研究

尾矿风蚀是影响周边环境空气质量和人体健康的重要原因。以喀拉通克铜镍矿加乌尔尾矿库尾矿为研究对象,通过风洞实验,在不同风速条件下对不同含水率和结皮量尾矿的风蚀率、输沙结构和输沙率、颗粒碰撞数和能量进行研究。结果表明：尾矿风蚀率、输沙率、颗粒碰撞数和能量随着实验风速的增加而增加,随着尾矿含水率和结皮量的增加而减小。首次出现颗粒碰撞的风速随着尾矿含水率和结皮量的增加而增加。尾矿输沙主要集中在3cm高度内,占总输沙的50%以上。在结皮不被吹破的情况下,结皮的抗风蚀效果要优于含水率,因此,对于不同的风速,达到较好抗风蚀效果所需结皮量不同,10m/s以下风速任何结皮量均能有效降低地表风蚀,12m/s需25g以上结皮量,14m/s需要50g以上结皮量,而尾矿含水率在实验风速下需达到2.72%以上才有较好的抗风蚀效果。     

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。     

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。     

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。     

民勤绿洲不同耕作方式农田表层土壤风蚀规律的风洞模拟研究

[目的]比较分析不同耕作方式下农田表层土壤防风蚀机理和效果,为区域社会经济和生态环境建设提供科学依据。[方法]利用室内风洞及相关配套设备对甘肃民勤绿洲区的免耕、少耕、秋翻和深松农田表层土壤进行风蚀测试,计算风蚀速率及输沙率,研究其风沙运动规律,分析各种耕作农田表层土壤防风蚀情况。[结果]耕作措施对土壤风蚀速率的影响与风速大小相关,风速较小时,不同耕作方式对风速的影响差异不显著,而当风速大于14 m/s后不同耕作农田表层土壤风蚀速率开始出现较明显差异;少耕、秋翻、深松等耕作方式对农田表层土壤风蚀速率和输沙率的影响差异不明显;免耕耕作方式下农田表层土壤风蚀速率和输沙率最低,风速越高,差距越大;风速、耕作以及两者交互作用对农田表层土壤风蚀速率和输沙率有极显著影响。[结论]免耕耕作能有效抵抗农田表层土壤的风蚀,大幅度减少输沙率,表现出极佳的抗风蚀效果。     

冻融作用对典型黑土土壤风蚀的影响

东北黑土区农田晚春冻融作用通过改变土壤物理性质而对风蚀作用有重要影响。基于室内冻融模拟试验与风洞试验,分析了东北典型黑土区前期冻融作用对土壤风蚀的影响。试验处理包括3个土壤含水量(16.5%,24.8%,33.0%)、3个风速(9,12,15 m/s)、1次冻融循环。试验过程是先将装有不同含水量土壤的试验土槽进行冻融循环模拟,然后将冻融后的土壤在室温下自然风干(至其土壤含水量为6.0%～7.0%)后进行风洞试验。结果表明:前期土壤冻融作用显著增加了风蚀量和输沙量,试验条件下前期土壤冻融作用使风蚀强度增加23.5%～404.2%,使平均输沙率增加59.1%～305.3%,其增加幅度受土壤含水量和风速影响。同时有、无前期冻融作用处理下,风蚀强度和风蚀输沙率皆随风速的增加而显著增加,且风蚀强度随风速的变化遵循幂函数关系。在冻融作用下,不同土壤冻结含水量下土壤风蚀强度和输沙率的增幅排序皆为16.5%33.0%24.8%。风蚀输沙率随地表高度的增加呈指数递减,风蚀输沙主要集中在距地表40 cm的范围内,且冻融作用使风蚀输沙高度增加。