砾石覆盖对抑制旱作农田土壤风蚀效果的风洞模拟

针对中国阴山北麓旱作农田风蚀比较严重的现实,将旱作农田地表铺设不同覆盖度和粒径的砾石后进行风洞试验,旨在探索砾石覆盖度和粒径在抑制旱作农田土壤风蚀效果方面的作用,为采取合理的防风蚀措施提供技术依据。利用野外风洞原位测试方法,完成了6种风速下对应净风和挟沙风时的不同砾石粒径和覆盖度下的旱作农田土壤风蚀测试。结果表明：无论净风还是挟沙风,增加砾石覆盖度,旱作农田抗风蚀效率均提高,但当砾石覆盖度超过28%后,其对提升抗风蚀效率作用不大;在相同覆盖度下,随砾石粒径的增加,输沙量、抗风蚀效率略有变化,但不明显;将耕     

砾石覆盖固沙措施水土保持作用研究——以库布齐沙漠北缘为例

库布齐沙漠发展沙产业,风沙防护是必要举措。通过风洞试验与野外观测探讨了砾石覆盖固沙措施的风沙防护效益及其对土壤温湿度的影响,旨在为砾石覆盖在库布齐沙漠防风固沙中的应用提供科学依据。研究表明:3cm粒径砾石床面具有显著的防风固沙效应:10~16m/s试验风速下,10%~90%覆盖度砾石床面风蚀防护效应介于49.4%~100%,其中,50%覆盖度砾石床面空气动力学粗糙度达到最大值,风蚀防护效应在96%以上,已达到理想的防风固沙效果。鉴于库布齐沙漠风况特征,从工程防护角度讲,40%覆盖度砾石覆盖固沙措施能够达到防风蚀的目的,风蚀防护效应在93%以上,且能起到白天降温、夜间保温的作用,减少极端气温对作物的伤害,还能提高土壤含水量。本研究可为砾石覆盖固沙措施在干旱区风蚀防护中的应用提供借鉴作用。     

运用风蚀仪进行风力侵蚀特征研究的实践

在10 m/s试验风速下,运用风蚀仪、降尘缸等风蚀测量仪器,对裸露、10%砾石覆盖、20%砾石覆盖3种地表状态的风力侵蚀进行了人工模拟试验,对比分析水土保持措施防风蚀的效果。结果表明:无论是累积输沙量、输沙率还是沉积量,3种地表状态均为裸露地表>10%砾石覆盖>20%砾石覆盖,尤其是20%砾石覆盖状态下远远小于裸地。因此,砾石覆盖对防止风力侵蚀的效果是明显的,并且覆盖度越大,防风蚀效果越显著。     

秸秆覆盖对农田土壤风蚀及细颗粒物释放的影响

为了确定保护性耕作措施对北京周边农田土壤风蚀及颗粒物释放的影响,通过风洞模拟试验,对比不同风速和不同覆盖度下农田土壤风蚀速率及TSP、PM_(10)、PM_(2.5)、PM_1的释放差异,并分析了4种细颗粒物在风蚀物中的占比。结果表明:(1)当风速12 m/s时,秸秆覆盖度达到20%能显著降低风蚀速率,当风速16 m/s时,秸秆覆盖度需达到40%才能达到理想的防风蚀效果。(2)TSP、PM_(10)、PM_(2.5)、PM_1 4种细颗粒物的释放量与风速呈正指数函数关系,与覆盖度呈负指数函数关系;随风速的增加,4种细颗粒物的释放能力为AB1B2B3B4B5,当覆盖度10%或60%时,细颗粒物的释放量随风速增大差异逐渐减小;覆盖度达60%以上时,细颗粒物的释放量基本达到稳定值。(3)TSP、PM_(10)、PM_(2.5)、PM_1 4种细颗粒物在风蚀物中的占比随风速的增加而降低,当覆盖度60%时占比接近稳定。     

保护性措施对农田土壤风蚀影响的室内风洞模拟

为寻求合理的保护性耕作措施,试验设计了砾石覆盖、秸秆覆盖、覆盖与留茬组合的措施和4个风速等变量,研究风速、覆盖物和覆盖度与风蚀量、抗风蚀效率、风沙流结构的关系,比较多种措施之间的抗风蚀效果优劣.结果表明:1)4个设定风速下30％ ～ 90％覆盖度的秸秆覆盖的抗风蚀效率在54％ ～ 92％之间,砾石覆盖为26％～72％,30％的砾石覆盖或30％的秸秆覆盖与3种留茬高度的组合措施下,平均抗风蚀效率均在70％ ～ 78％之间;2)随着覆盖度的增加,砾石覆盖措施最小可抑制的有效风速值从8.0 m/s逐渐增大到12.5 m/s,秸秆覆盖措施从10.1m/s增加到了14.3 m/s;3)覆盖处理下0～62 cm高度内的输沙量大部分集中在0～26 cm;4)覆盖与留茬组合措施的输沙量多集中在60 cm以内.     

科尔沁沙地不同风沙土的风蚀特征

通过风洞实验，研究了科尔沁沙地两种典型风沙土的风蚀特征。流动沙丘土样和农田土样的风蚀率随风速的增加均呈幂函数关系增长。风干的农田土样在风速3．7m／s时开始出现风蚀现象，但流沙土样的临界起沙风速是4．3m／s。在低风速段．农田土样的风蚀率大于流沙土样，但当风速增加到大约5．7m／s以上时，流沙土样的风蚀率开始大于农田土样，并且差值随风速的增加而加大。两种土样的风蚀率随土样含水率的增加呈负幂函数关系迅速减小。但流沙土样风蚀率的减小要比农田土样更迅速。流沙土样的临界起沙风速随含水量的增加呈线性关系增长，而农田土样的临界起沙风速随含水量的增加呈二次幂函数关系增长。两种风沙土在风蚀特征方面的差异，主要是由质地不同引起的。增加土壤含水量，是本地区风季减小风蚀的有效方法。     

太子河辽阳段漫滩泥沙运移机制研究

对太子河辽阳段漫滩泥沙运移机制进行研究.结果表明:干沙的粒径与起沙风速存在线性关系;一定沙粒粒径条件下,风速与风蚀量呈线性关系;沙粒粒径小于0.5 mm时随风速的变化,风蚀量存在突然增大的转折点,转折风速达到8m/s.     

黄河源鼠害退化区鼠丘土壤的风蚀特征

[目的] 研究鼠丘土壤风蚀特征，揭示黄河源鼠害退化区鼠丘土壤风蚀机理，为进一步科学评判高寒草地鼠害退化区土壤流失特征提供科学依据。 [方法] 以黄河源区广泛分布的高原鼠兔和高原鼢鼠2类鼠丘为研究对象，并依据鼠丘土壤质地特征将其划分为草甸土鼠丘、沙化土鼠丘以及含砾石土鼠丘3类，在3～15 m/s风速范围内采用小型原位风蚀试验装置在9组风速试验(梯度为1.5 m/s)下探究鼠丘土壤风蚀量随风速变化的关系。 [结果] ①当风速超过9 m/s时，沙化土鼠丘土壤风蚀量的风蚀量最大，含砾石土鼠丘土壤风蚀量最小，且沙化土鼠丘土壤风蚀量与风速大小间呈幂函数的正相关，草甸土和含砾石土鼠丘土壤风蚀量与风速间呈指数函数的正相关，砾石对土壤风蚀的抑制作用明显。 ②高原鼠兔鼠丘土壤风蚀量大于高原鼢鼠鼠丘，且鼠丘土壤风蚀率随着风速的增加幅度较大，同等风速下鼠丘土壤风蚀率随风蚀时间的增加呈现先快后慢的趋势。 ③通过对流失的鼠丘土壤颗粒粒径分析，沙化土鼠丘土壤风蚀颗粒以砂粒为主，草甸土和含砾石土鼠丘土壤颗粒均以粉粒为主，流失颗粒组成与鼠丘土壤质地条件有关。 [结论] 黄河源鼠害退化区鼠丘土壤风蚀量随风速大小的变化关系与土壤质地条件、啮齿动物活动习性及其对土壤团聚体的破坏和土壤重组特征有关。     

位山灌区沉沙池清淤高地风蚀规律研究

引入先进的风蚀监测设施,首次在位于山东风沙区的位山灌区沉沙池清淤高地开展了24 h不间断监测试验,对风蚀量监测结果及风蚀规律进行了分析,计算了起沙风速,并建立了风蚀量与起沙风速的指数关系,即:起沙风速大于3.71 m/s的情况下,风蚀量与起沙风速之间的指数关系为y=0.001e~(1.206 x),R~2=0.885;起沙瞬时风速大于5.94 m/s的情况下,风蚀量与起沙瞬时风速之间的指数关系为y=0.003e~(0.65 x),R~2=0.600。这说明风蚀量很大程度上取决于风速的大小和持续时间,特别是有作物覆盖条件下大于4.82 m/s的起沙风速和无作物覆盖条件下大于3.71 m/s的起沙风速对侵蚀量贡献最大。根据山东风沙区大风产生风蚀主要集中在3、4月份,持续达到3 h以上起沙风速的天数平均为10 d/a左右的特点,建议在风蚀区种植小麦,以减少春季整地产生的风蚀。     

东北黑土区农田土壤风蚀的影响因素及其数量关系

为明确东北黑土区农田土壤风蚀的主要影响因素,通过室内模拟试验,对比分析了黑土在不同风速(5~14m/s)、土壤含水量(2%~11%)以及秸秆覆盖率(0~80%)下的风蚀速率差异,进而分析了风蚀速率与各因素之间的数量关系。结果表明,黑土起沙风速略大于5m/s,其风蚀速率随风速增大呈指数增加,风速14m/s(含水量2%)时的风蚀速率比8m/s时增加了11.6~42.7倍。黑土风蚀速率随土壤含水量升高呈先增加后降低趋势;在土壤含水量小于5%时随含水量升高而逐渐增加,至含水量5%时达到峰值并逐渐降低,至含水量11%时接近零。秸秆覆盖显著降低了黑土风蚀速率,二者成近似指数函数关系;秸秆覆盖率20%(含水量2%)时的风蚀速率比无覆盖减少了72.6%~92.3%,但秸秆覆盖率由20%增加至80%(含水量2%)后风蚀速率仅降低了0.02~1.20g/(m2·s),幅度有限。研究表明,风速、土壤含水量以及秸秆覆盖率均可显著影响东北黑土区农田土壤风蚀速率,其权重依次为风速土壤含水量秸秆覆盖率。     

砾石覆盖条件下盐碱土边坡降雨侵蚀水动力学特征

为了探究砾石覆盖对盐碱土坡面侵蚀的减沙效应,通过室内模拟降雨试验,研究不同坡度和雨强条件下降雨径流水动力学特征及产沙受砾石覆盖的影响。试验坡度选取15°和30°,雨强选取92,119mm/h,坡面砾石覆盖度分别为0,10%,20%,40%,60%,80%,采用染色示踪法测定坡面径流流速。结果表明:不同坡度和雨强条件下,水流产沙率随坡面砾石覆盖度增大先增后减;雷诺数与弗劳德数均随砾石覆盖度增大呈先增后减的抛物线趋势,曼宁糙率、Dracy-Weisbach阻力系数、坡面径流剪切力和径流功率均与坡面砾石覆盖度呈线性正相关;径流功率预测产沙率效果较好,二者呈对数关系(R2=0.47)。     

库布齐沙漠含水率对风沙运动影响的风洞模拟

采用室内分析和风洞模拟试验的方法,研究了不同风速下库布齐沙漠沙丘沙含水率对粗糙度、风速廓线和风沙流结构变化的影响。根据风洞实际动力情况,确定试验进口风速为6,8,10,12,14,16m/s;除干沙外,人工配制了含水率为0.25%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%6组不同湿度的沙样,分别开展了风洞模拟试验。结果表明,地表粗糙度随着风速的增加而增大,但随湿度的增加整体呈减小趋势;试验所包含的湿度范围内,其风速廓线均随高度呈对数分布,随风速的增大,风速廓线的对数规律越好,风速梯度逐渐减小;湿度越大输沙率随风速增加的绝对量变小,但相对量有所增加;随着湿度的增加输沙率呈整体下降趋势;不同湿度输沙率都出现随高度增加而减少的趋势,当湿度达到2.5%时,不管任何高度风蚀过程几乎停止;干沙输沙量80%集中于近地表5cm内,但随着湿度增加,5cm以上输沙率所占比重呈增加趋势,当湿度介于0.25%~1.5%时,地表5~8cm之间输沙量占总输沙率的30%以上。说明在地表含水率较高的库布齐沙漠,采用格状沙障等增加地表粗糙度的机械防沙措施能收到比西部沙漠和戈壁地区更为理想的效果,而且采用固沙措施的高度也应高于干沙地区。     

内蒙古农牧交错区农耕地土壤风蚀规律的风洞试验研究

该研究采用室内风洞试验,在不同风速、坡度及土壤含水量条件下,对两种不同质地土壤的风蚀规律进行了研究.研究结果表明,土壤风蚀量随风速的增加而增加,并存在临界风速,当风速大于此临界值时风蚀量急剧增加,但土壤的质地不同,其风蚀量增大的幅度亦不相同;同时两种土壤的风蚀量存在临界坡度,当吹蚀坡度超过此临界值时风蚀量随着坡度的变化又增加变为减少,壤土的临界坡度为20°,砂壤土10°.增加土壤含水量可以显著降低土壤的风蚀量,对于扰动土,壤土和砂壤土均存在一个5%的临界土壤含水量,当土壤含水量大于临界值时,两者的风蚀量随着含水量的增加而减少的程度明显增强,且壤土的风蚀量总体上高于砂壤土.对于未扰动土,壤土和砂壤土的风蚀量随土壤含水量的降低而增加的趋势均不明显,特别是对于壤土,当土壤含水量相同时扰动土的风蚀量明显大于来扰动土的风蚀量,说明减少表层土壤的扰动可以显著抑制土壤风蚀的强度.     

砾石覆盖对坡面产流产沙的影响

采用人工模拟降雨试验的方法,试验中设置降雨强度为30mm/h和60mm/h,坡度为10°和20°,地表砾石覆盖度为0,10%,20%,30%,40%和50%,对北京山区褐土坡面产流产沙特征进行研究。研究结果表明:(1)坡面产流时间随砾石覆盖度的增大而延迟,且两者有着较好的线性关系。(2)坡面总产流量随砾石覆盖度的增大呈线性减小,在雨强为30mm/h,坡度为10°和20°条件下,砾石覆盖度为50%的坡面总产流量比砾石覆盖度为0时的坡面产流总量减少45.19%和49.87%;在雨强为60mm/h时,坡度为10°和20°条件下,砾石覆盖度为50%的坡面总产流量比砾石覆盖度为0时的坡面产流总量减少24.33%和33.46%。(3)坡面土壤侵蚀量随砾石覆盖度的增加呈负指数减小,在雨强为30mm/h,坡度为10°和20°条件下,砾石覆盖度为50%的坡面总侵蚀量比砾石覆盖度为0的坡面总侵蚀量减少92.40%和68.21%;在雨强为60mm/h时,坡度为10°和20°条件下,砾石覆盖度为50%的坡面总产流量比砾石覆盖度为0时的坡面总侵蚀量减少69.65%和65.62%。(4)降雨强度和坡度不影响砾石覆盖影响坡面产流产沙的趋势。     

风水两相侵蚀对坡面产流产沙特性的影响

为了研究黄土高原风蚀水蚀交错区两相侵蚀的交互作用,该试验采用风洞和模拟降雨相结合的方法,探讨了风水两相侵蚀条件下坡面降雨入渗、产流产沙特征。结果表明:相对于未风蚀处理,中度风蚀处理(风速14m/s)使坡面产流时间延长,轻度风蚀处理(风速11m/s)对产流时间影响不大(P>0.05);风蚀处理(风速11m/s、14m/s)使坡面入渗率降低2.9%～10.0%,径流强度增加4.5%～21.7%,侵蚀率增加7.3%～39.0%,不同风速间差异不显著(P>0.05),且影响程度均随雨强的增大而降低;风力、水力两种侵蚀营力相互促进导致坡面糙度增大,风速14m/s、雨强100mm/h时,坡面糙度是风速11m/s、雨强60mm/h时的3倍。研究结果为评价风水两相侵蚀效应提供理论依据。     

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。     

雨强和植被覆盖度对红壤坡面产流产沙的影响

为探究雨强和植被覆盖度对花岗岩红壤坡面产流产沙的影响,通过室内人工模拟降雨试验,分析了不同雨强(0.5,1.0,1.5 mm/min)和植被覆盖度(0,20%,40%,60%)下坡面侵蚀的产流、产沙规律及相关关系。结果表明:(1)同一雨强下,初始产流时间随植被覆盖度增加而延迟,并随雨强增大而提前,雨强越大,产流时间提前越明显;(2)各坡面径流率、侵蚀率随植被覆盖度增加而减小,且植被覆盖度越高,径流率和侵蚀率波动范围越小,侵蚀过程越稳定;(3)有植被覆盖的坡面,产沙主要以0.25 mm的水稳性团聚体为主,侵蚀泥沙中0.25 mm水稳性团聚体比重随雨强增大而增加,且增加的幅度随覆盖度的提高而减小;(4)雨强、植被覆盖度均与产流时间、径流率、侵蚀率呈现极显著相关关系(P0.01),且坡面产流过程与雨强变化的相关性大于其与植被覆盖度变化的相关性,坡面产沙过程与植被覆盖度变化的相关性大于其与雨强变化的相关性,不同雨强下植被覆盖坡面累积径流量和累积产沙量关系符合幂函数模型(R~20.98)。研究结果可为南方红壤丘陵区水土流失治理与生态恢复提供科学参考。     

挟沙风对土壤风蚀的影响研究

风沙流的危害是多方面的,不仅破坏地表结构,削弱土壤的抗风蚀性,而且影响到植物的生长,损坏工农业设施。通过在便携式风洞内模拟挟沙气流,研究了风沙流对土壤风蚀的影响。结果表明,风沙流可不同程度地降低土壤地表结构的临界起沙风速,使土壤变得更易风蚀。风沙流因子对于土壤风蚀的影响,在不同的风速段具有不同的特征。在较低风速段,风蚀量随风速增加缓慢,当风速进一步加大,风蚀量则急剧增加,其差异最多可达4倍之多;而当风速增大到10m/s以上时,风蚀量反而有所减小,说明随着风速的加大,更多的沙粒具有了更大的动能,其运行高度增加,对土壤表面的影响作用减小,但风蚀量仍大于净风时的风蚀量。由于风沙流的磨蚀和撞击作用,削弱了土壤的抗风蚀性,使土壤变得更易风蚀。因此,采取综合措施对风沙源进行彻底治理,是控制沙漠化发展,改善生态环境的关键。     

砾石覆盖对土壤水热过程及旱作小麦玉米产量的影响

为了揭示砾石覆盖对农田土壤水热变化及作物产量形成的影响,2013—2015年采用小区试验法研究冬小麦-夏玉米轮作条件下土壤水分变化、温度效应以及作物生长和产量之间的相互作用关系。田间试验设置无覆盖(CK)、25%砾石覆盖(GM1)、50%砾石覆盖(GM2)、75%砾石覆盖(GM3)和100%砾石覆盖(GM4)5个处理。结果表明:砾石覆盖度与土壤水分呈显著正相关,100%砾石覆盖处理土壤贮水量最高;干旱胁迫条件下砾石覆盖度越高土壤的保水性越好,降雨条件下砾石覆盖度越高土壤截留雨水的能力越大。砾石覆盖具有明显的增温效应,4个砾石覆盖处理的土壤平均温度大于CK处理,GM4处理土壤平均温度最大;砾石覆盖处理可以认为是一种有效的温度调节方式,具体表现在低温(-5~0℃)条件下GM4处理较CK处理土壤温度增加5℃,高温(40~45℃)条件下GM4处理较CK处理土壤温度降低3.7℃;在寒冷气候和水分亏缺的情况下4个砾石覆盖处理增温能力均大于对照。此外,夏玉米叶面积指数随着砾石覆盖度增加而增大。100%砾石覆盖处理的2季冬小麦和夏玉米平均产量较对照处理分别增加了58.55%和22.50%。可见,砾石覆盖技术可以有效保持土壤水分、增加土壤温度、促进作物生长和提高产量,是干旱半干旱地区应对水分胁迫和气候变化、     

不同覆盖措施对褐土养分流失的影响

为探究不同覆盖措施对养分流失及其粒径分布的影响,采用人工模拟降雨试验的方法,模拟了不同雨强(30,60mm/h)和不同覆盖物(枯落物、砾石)下,不同覆盖度对褐土坡面养分流失的影响,并对侵蚀土壤的粒径分布、养分流失浓度进行了分析。研究表明:(1)不同覆盖措施均能有效减少土壤流失,250g/m~2的枯落物和盖度为50%的砾石覆盖可减少91%~98%和68%~91%的土壤流失。(2)褐土坡面下,被侵蚀土壤中有机质、速效氮、速效磷的浓度基本不随覆盖条件的变化而变化,而速效钾的浓度随坡面覆盖度的增加可增至裸地对照组的144%~325%。(3)土壤中养分流失随坡面覆盖度增加而减少,250g/m~2的枯落物和盖度为50%的砾石覆盖可减少64%~96%和43.29%~94.39%的养分流失。(4)被侵蚀土壤的粒径显著小于侵蚀前土壤,并且侵蚀模数越大,被侵蚀土壤的粒径组成越接近于原状土。