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。     

西北风蚀区植被覆盖对土壤风蚀动态的影响

以甘肃酒泉地区种植1~4年的甘草(Glycyrrhiza uralensis Fiach)耕地和裸地(CK)为研究对象,通过测定其地表粗糙度、土壤含水率、风蚀量、地上生物量等指标,探索甘草植被对地表风蚀的影响,以及抗风蚀的内在机理。结果表明:在整个风蚀季节,样地风蚀表现为:秋末冬初风蚀较大、冬季较小,春季又增强的"U"型曲线模式;随着生长年限的增加,甘草地上生物量显著提高,甘草地表粗糙度和表层(0-5cm)土壤含水率分别比裸地提高12~55倍和27%~148%,而其土壤风蚀量较裸地下降10%~78%。甘草植被减少土壤风蚀主要通过甘草地上枯枝落叶覆盖地表,造成地表粗糙度和表层土壤含水率增大,相应地减弱了风对地表的直接吹蚀,提高了地表砂粒的起动风速,从而使得种植甘草耕地的抗风蚀能力显著提高。     

植被盖度对典型草原区地表风沙流结构及风蚀量影响

选择内蒙古锡林郭勒盟典型草原为研究区域,通过风洞模拟试验开展典型草原植被盖度对土壤风蚀的定量化分析研究,旨在探明不同植被盖度下起动风速、地表风沙流结构及风蚀量影响的规律,从而为该地区制定合理的防风固沙技术提供理论依据。结果表明:起动风速随植被盖度的增加而增大;受植被的影响风沙流结构呈跳跃式分布,近地层的输沙率随植被盖度的增加而减小,最大输沙率的高度层随植被盖度的增加不断上移;不同植被盖度下,风速与总输沙量之间均呈幂函数关系,各风速下总输沙量随着植被盖度的增加而减少。     

新疆策勒县固定沙地骆驼刺带状平茬对地表蚀积变化的影响

[目的]在对新疆策勒绿洲—沙漠过渡带绿洲边缘的固定沙地风蚀风积变化研究基础上,结合地表风速变化分析,探讨骆驼刺带状平茬和地形等对地表蚀积变化影响及其规律。[方法]采用插钎法、地形测量法、风速野外观测等方法。[结果]春季骆驼刺平茬初期,由于地表植被覆盖度大量减少,平茬带和保留带内地表主要以风蚀为主。夏季随着植被覆盖度的增加,地表主要以风积为主,地势较低、植被稀疏地表以轻微风蚀为主,秋季地表植被盖度基本保持最大和稳定,同时风力的减弱明显地减少了地表的风蚀量和风积量,地表主要以风积为主。[结论]春季骆驼刺带状平茬4m保留3m宽度利用方式不能有效地抵御地表风蚀危害,而夏秋季具有较好的防护效益。     

保护性耕作农田对近地表风速阻挡效果分析

为了评价保护性耕作农田对近地表风速的阻挡效果,利用移动式风蚀风洞对保护性耕作农田相对于传统耕作农田的近地表风速阻挡效果进行了测试,对比分析了残茬覆盖对近地表的风速廓线挡风效果的影响。结果表明,不同残茬覆盖的保护性耕作农田近地表风速廓线明显区别于传统耕作农田,在距地表高度50 cm以下时,保护性耕作农田的风速低于传统耕作农田地表2.5～10倍;茬高30 cm的保护性耕作农田地表挡风效果的最好高度为距地表0.1 m,植被盖度90%时风速相对减小率可达76.32%;随着风洞中心风速的增大挡风效果逐渐增强,在12 m/s时达到最佳。     

保护性耕作对农田土壤风蚀影响的室内风洞实验研究

保护性耕作能够有效减少农田土壤风蚀。通过室内风洞实验,定量分析不同作物留茬、不同秸秆覆盖量对安塞黄绵土风蚀作用的影响。结果表明:(1)小麦留茬、玉米留茬以及秸秆覆盖都可以有效的减少风蚀。小麦秸秆覆盖量为4 210kg/hm2时土壤抗风蚀效率最高,达到95.9%;(2)风蚀量与风速成正相关关系,风蚀量随风速的变化均存在突然增大的转折点且30cm小麦留茬的转折点会明显滞后于30cm玉米留茬和裸土,30cm小麦留茬的抗风蚀效率要好于30cm玉米留茬;小麦秸秆覆盖量越大,抗风蚀效率越好;(3)随着高度的增加风蚀量逐渐减小,超过90%的风蚀量都集中在0～36cm高度范围内。随着风速的增大,0～10cm风蚀量所占比例会逐渐增加。     

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.     

施用PAM防治松散土风蚀的机理及其抵御风沙流能力研究

采用室内风洞试验方法,研究了内蒙古西部干旱半干旱地区荒漠沙地松散土风蚀规律、风沙流对风蚀量的影响和施用PAM防治松散土壤风蚀的机理及其抗风沙流的能力。风沙流对风蚀量的影响试验,采用试样接续放置的方法,前一试样为后一试样提供风沙流;施用PAM试样抗风沙流的能力试验,采用PAM使用量为1g/m2,2 g/m2和4 g/m2等3个处理水平和0,17.6%,36.4%,7.7%等4个吹角水平。试验结果表明,相同的风速条件下风沙流对土壤的侵蚀程度比净风侵蚀程度高得多,侵蚀量显著不同;PAM用量为1 g/m2时,在7~8m/s风速的风沙流作用下只能经历5~10 min的吹蚀试样即破坏;PAM用量为2 g/m2时可以抵御8~10 m/s风速的风沙流历时30 min的吹蚀;PAM用量达4 g/m2时,可以抵御10 m/s风速的风沙流历时30 min的吹蚀试样仍未破坏,几乎可以防止自然界99%的各级风速所引起的土壤风蚀。从经济方面考虑,推荐PAM用量为2g/m2可以防止自然界中大部分风力(约97%~99%)造成的风蚀,经济上是可行的。经PAM处理的试样破坏过程和切片分析得出,在松散土表面喷施PAM之所以能够有效地防止风蚀,最根本的原因是施用PAM溶液后松散土表面可形成较厚的结皮。     

利用PAM防治松散扰动沙土风蚀效果的风洞试验研究

翻耕农地和建设工地的扰动松散土是沙尘的重要来源。防止扰动土风蚀是保护生态环境的重要内容。该研究通过室内风洞模拟试验,研究了PAM对于提高松散扰动土起动风速、防止风蚀的效果。试验分别采用0°、10°、20°、30°不同的吹角,地表处理为：喷施PAM（用量分别为0.5,1,2,4 g/m²）、喷施清水和未加处理的自然松散扰动（沙）土。试验结果表明：通过表面喷洒PAM溶液可以显著地提高松散扰动土的起动风速,达到控制风蚀的目的;仅喷洒清水处理也可以在一定程度上提高沙尘的起动风速,但其效果甚微;如果松散(沙)土喷施PAM的表面不被扰动（无裂纹）,用于松散土风蚀防治时PAM用量控制在1 g/m²以上就可以有效防止风蚀发生,试样经受风速为14 m/s左右的大风、历时30 min而未产生风蚀。     

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.     

天然灌草植被防治土壤风蚀机理

通过对毛乌素沙地不同下垫面上风速、地表粗糙度、临界起沙风速、风沙流结构的观测,发现植被覆盖可以有效防止地表风蚀。植被盖度为40％的固定沙地近地表0．2m高度平均风速比流动沙地降低43％,侵蚀风的持续时数降低85％,临界起沙风速提高70％,地表粗糙度提高180倍;当风沙流速度相同时,20％覆盖度的半同定沙地较流动沙地可平均降低输沙62．33％;而植被盖度为40％的同定沙地较流动沙地可平均降低输沙93．07％。实验证明,单株植物同样可以降低风速。疏透结构和透风结构的单株沙蒿分别可以使植株后0．5m高度的风速较植株前方平沙地同高度的风速下降59．4％和19．8％。     

干枯植被覆盖对公路沿线地表风沙流结构的影响

[目的] 以内蒙古S105草原公路沿线地表为研究对象,探讨挟沙风作用下干枯植被覆盖度对风沙流结构的影响,旨在为防治公路两侧土壤风蚀提供理论参考依据。[方法] 采用风洞模拟试验,在0%,20%,40%和50%覆盖度水平下测定输沙率。[结果] 在挟沙风作用下,输沙率随干枯植被覆盖度的增大而递减,最大输沙率点的高度层不断上升。覆盖度为0%时,输沙率随高度的增加呈指数函数规律降低;覆盖度为20%,40%和50%时,输沙率随高度的增加呈递减→递增→递减→趋于平缓的变化规律;在85 mm高度以下符合多项式函数关系,85 mm高度以上符合指数函数关系。随覆盖度的增大总输沙量递减,最大抗风蚀效率达65.73%。[结论] 干枯植被覆盖显著影响地表风沙流结构,可削弱挟沙风侵蚀力,是抑制公路沿线地表土壤风蚀沙化的有效措施。     

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。     

半干旱草原潜在土壤风力侵蚀空间格局研究

中国绝大多数的干旱半干旱地区遭受着严重的风力侵蚀。风蚀可导致土壤流失、肥力下降,最终导致土地荒漠化。半干旱草原区的荒漠化问题日益突出,由此带来的沙尘暴等灾害天气增多,给人们的生产生活带来诸多不便。从影响土壤风力侵蚀的风速、干燥度、植被盖度、地形起伏度、土壤可蚀性以及放牧压力6个方面出发,借助GIS技术,通过主成分分析研究半干旱草原区达茂旗土壤风力侵蚀的空间分布格局。结果表明:达茂旗潜在土壤风力侵蚀指数由南向北呈高—低—高趋势。达茂旗北部地区土壤风蚀主要受风速、干燥度和植被指数影响;中部地区风力侵蚀主要受地形起伏度的影响,地形起伏对风的消减作用增强,使得风力降低,加之该地区土壤可蚀性和干燥度相对较低,风力侵蚀指数低;南部土壤风力侵蚀主要受放牧压力影响,春季正是牧草返青季节,植被盖度低,且牲畜密度相对较大,放牧对草场的压力大,土壤风力侵蚀严重。风力侵蚀各影响因子的时空异质性是导致半干旱草原风力侵蚀空间异质性的主要原因。干旱草原风力侵蚀空间异质性的主要影响因素是风速、干燥度和植被指数,其次受地形和土壤可蚀性的影响,而放牧压力是半干旱草原区土壤风力侵蚀的主要人为因素之一。     

植被盖度和残茬高度对保护性耕作农田防风蚀效果的影响

为定量评价植被盖度、残茬高度对保护性耕作农田的防风蚀效果,以空气动力学粗糙度和抗风蚀效率为评价指标,利用移动式风蚀风洞对内蒙古武川县保护性耕作农田和对照秋翻地进行了原位测试。结果表明,随植被盖度和残茬高度的增加,空气动力学粗糙度和抗风蚀效率均增加,抑制风蚀效果加强;在30 cm残茬高度、50%植被盖度下保护性耕作农田的平均抗风蚀效率可达80.55%,具备了很好的防风蚀效果。因此,要有效防治农田土壤风蚀,保护性耕作农田应具有50%以上的植被盖度和30 cm以上的留茬高度。     

内蒙古希拉穆仁草原风蚀水平观测研究

近年来,草原由于遭受不合理利用而严重退化、沙化,风蚀愈加严重。采用集沙仪和移动式风洞模拟相结合的方法,对位于阴山北麓中部的希拉穆仁草原风蚀特征进行了连续6 a的观测研究。结果表明:(1)植被是控制风蚀的决定性因素,并且植被高度对风蚀的抑制作用强于植被盖度。(2)研究区风蚀模数在围封初期很高,达到1313.7 t/(km²·a),随着植被的改善,草原风蚀逐年下降。(3)风蚀物以细沙粒为主,含量占60%以上。该地区每风蚀1000 kg土壤,同时就损失15 kg有机质,227 g速效氮,262 g速效磷和120 g速效钾,肥力损失量惊人。保护基本草原,恢复退化草地,是防治草地风蚀的最根本途径。     

基于WEPP模型的水土保持措施因子与侵蚀量关系研究

水土保持措施能够有效减少水土流失,是土壤侵蚀过程中的一个重要影响因子。以北京市延庆县水土保持科技示范园的径流小区观测数据为基础,利用WEPP模型模拟了坡面不同水土保持措施下的侵蚀量,结果表明:(1)植被盖度与侵蚀量呈负相关关系,植被盖度越高侵蚀量越少,当盖度50%时侵蚀量会显著减少,且植被有效盖度的阈值为70%;(2)梯田的土壤侵蚀过程主要发生在田坎处,水平田面几乎没有水土流失,侵蚀量与田坎高成正比,与田面宽成反比。在北方土石山区,水平梯田田坎高度不宜超过2.5 m,田面宽不宜小于5 m;(3)粮—草间作能有效减少土壤侵蚀量,且草带所占比例越大减蚀效益越好。在水土保持为主的坡耕地上适合推广粮:草比为2:4的间作配置模式。研究结果对于北方土石山区的土壤侵蚀研究以及水土保持措施的配置具有一定参考意义。     

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。     

京津风沙源区生态保护与建设工程对防风固沙服务功能的影响

[目的] 评价京津风沙源生态保护与建设工程自2000年启动实施近20 a以来的防风固沙效应,以指导工程二期的实施。[方法] 选取植被覆盖度、风蚀量和防风固沙服务功能保有率等指标进行分析。[结果] 京津风沙源区以草地为主,其次为林地和农田;工程实施以来,多年平均土壤风蚀量为7.87×10⁸ t,以微度和轻度侵蚀为主;一期工程实施期间的土壤风蚀量总体呈逐年减小趋势,二期工程实施以来,风沙源区遭受风蚀危害又逐渐加重,尤其是沙化草原亚区,该区风蚀模数变化趋势达到了8.96 t/（hm²·a）;就防风固沙服务功能保有率而言,整个风沙源区均值达到了0.82,低值区主要分布于沙化草原亚区（0.743）和晋北山地丘陵亚区（0.752）;二期工程实施以来,大部分区域保有率均显著提升,这与二期工程实施期间全年及冬春季的植被覆盖度变化情况一致。[结论] 京津风沙源的风蚀防治区重点在保有率下降区域和以草地和沙地为主的沙化草原亚区、浑善达克沙地亚区和科尔沁沙地亚区。