模拟降雨下黄土表土结皮的侵蚀响应

基于室内模拟降雨实验,对比分析有表土结皮、无表土结皮表面的溅蚀、坡面侵蚀过程,探讨表土结皮的侵蚀响应.结果表明,表土结皮对溅蚀量的影响与降雨历时有关,在短历时降雨(＜20 min)下,因有表土结皮表面存在松散细小颗粒,其溅蚀量大于无表土结皮表面;降雨历时＞20 min时,有表土结皮表面的溅蚀量表现出明显大于无表土结皮表面的趋势.有表土结皮表面的入渗率明显低于无表土结皮表面,因产流与入渗有紧密关系,表土结皮进而影响产流时间、产流量和产沙量;与无结皮表面相比,有表土结皮表面的产流时间提早,产流量快速增加,产沙量递增,易于发育细沟侵蚀.     

模拟降雨条件下塿土的溅蚀特征试验研究

溅蚀在破坏土壤表层结构的同时为后续侵蚀提供丰富材料,以黄土高原典型土壤塿土为试验用土,通过模拟降雨试验,根据溅蚀速率、溅蚀前后土壤颗粒组成及表面强度变化指标,系统研究塿土的溅蚀特征。结果表明,溅蚀速率随降雨历时呈现幂函数变化,分为迅速降低、缓慢降低、趋于稳定3个阶段。土盘表面松散颗粒及利于溅蚀的粒级范围内颗粒的消耗、团聚体破碎及超渗产生的水层消耗雨滴能量、结皮的形成和发育分别是3个阶段的主要影响因素。在90mm/h的雨强下,塿土颗粒富集与耗损的临界粒径是0.05mm,雨滴打击分离粒级0.05mm颗粒,富集迁移粒级0.05mm颗粒。当含水率相等时,降雨历时越长贯入深度越浅。塿土表面强度随降雨历时增加,0~30min是塿土结皮形成的关键时期。塿土溅蚀过程是表土颗粒组成不断变化和表面强度逐渐完善的过程。     

我国水土流失典型区土壤溅蚀特征研究

基于室内模拟降雨试验,分析了我国水土流失典型区代表性土样的溅蚀特征,探讨了溅蚀与土壤理化性质的关系.结果表明,溅蚀量明显受土壤理化性质的影响,黑土土样因团聚体含量及稳定性高,溅蚀量最低;采自内蒙古自治区东胜市的黄土土样因砂粒含量(易被溅蚀的颗粒范围)高,溅蚀量最高;其它黄土土样、红壤土样及紫色土土样或因粉粒含量为主或因团聚体稳定性差而导致溅蚀量居中.模拟降雨条件下,除黑土土样和内蒙古自治区东胜市的黄土土样外,其它土样均发育表土结皮,导致溅蚀率呈现波动态势.     

基于模拟降雨的土壤表土结皮特征及坡面侵蚀响应

土壤表土结皮对坡面侵蚀过程具有重要影响,利用模拟降雨条件下土壤贯入和产流产沙试验,对不同降雨场次紫色土和黄壤表土结皮特征及坡面侵蚀响应进行研究。结果表明：（1）PT型贯入仪测定的贯入数值（P）与含水率（θ）成标准指数函数关系。（2）不同降雨场次表土结皮存在＂无结皮→弱结皮→强结皮→弱结皮→新结皮＂的动态发育过程,相同降雨条件下黄壤表土结皮强度大于紫色土的。（3）持续降雨过程不同降雨场次土壤表土结皮对溅蚀影响不明显,而与产流存在显著的动态响应关系,结皮强度越大产流量也越大,结皮对产流的影响随着降雨进行而有增大趋势,黄壤表土结皮的径流增加量大于紫色土的,而紫色土坡面结皮对产流量变化敏感程度大于黄壤。不同场次降雨过程土壤表土结皮对坡面侵蚀产沙影响存在差异,前4场降雨表土结皮强度与坡面侵蚀产沙有相同的变化趋势,4次降雨后土壤表土结皮表现为对坡面侵蚀有抑制作用。     

不同粒径红壤团聚体坡面溅蚀特征

为揭示不同粒径团聚体坡面溅蚀规律,以第四纪粘土发育红壤为研究对象,通过室内人工模拟降雨试验(雨强75mm/h,历时45min)研究0.25,0.25~0.5,0.5~1,1~2,2~5mm粒径团聚体溅蚀规律,系统分析了降雨条件下各粒径团聚体破碎、溅蚀率变化、溅蚀搬运量以及溅蚀搬运后的空间分布特征。结果表明:(1)降雨条件下团聚体粒径越大越容易破碎,除2~5mm团聚体破碎量高达96.06%外,2mm团聚体破碎量均小于50.00%。(2)0.25mm团聚体溅蚀率具有陡涨陡落特点,表土结皮发育迅速;0.25~0.5mm团聚体溅蚀率陡涨缓落,表土泥浆化过程明显;0.5~5mm团聚体溅蚀率则能保持较长时间增长,随后降低。(3)不同粒径团聚体溅蚀总量、上下坡溅蚀量与净搬运量变化趋势一致,一次降雨过程中,溅蚀搬运量峰值出现在粒径0.25~0.5mm范围内,而后随着粒径的增大逐渐降低。(4)团聚体粒径越小,溅蚀搬运后的平均重量距离越大,各粒径团聚体溅蚀量基本全部分布在半径60cm范围内。研究结果能为降雨侵蚀防治及侵蚀过程模型提供理论参考。     

人工降雨条件下土壤结皮的形成以及与土壤溅蚀的关系

通过人工模拟降雨溅蚀实验,测定土壤溅蚀速率,同时采样制作土壤切片,观察分析结皮的发育特征以及与土壤溅蚀的关系。结果表明,降雨过程中有两种类型结皮形成,即沉积结皮和结构结皮。土壤结皮随着土壤表面大团聚体或者大颗粒的分散而形成,并且伴随着下层大孔隙的出现。土表结皮的完善过程,也是土壤抗溅蚀能力增强的过程     

降雨过程中红壤表土结构变化与侵蚀产沙关系

通过人工模拟降雨和表土微形态观测,研究了发育于泥质页岩、第四纪红粘土和花岗岩3种母质的红壤在降雨侵蚀过程中表土土壤结构的变化及其对侵蚀的影响。结果表明:降雨过程中,泥质页岩红壤极易形成土壤结皮,增加径流,响应结皮的形成,径流速率和含沙量较高,且迅速达到最大值,随后径流稳定而含沙量持续下降。第四纪红粘土红壤团聚体稳定,较难形成结皮,且结皮易被破坏,导致侵蚀过程中产流产沙量较低,均随降雨时间的延长而呈缓慢上升趋势。花岗岩红壤基本上不能产生结皮,粗化现象严重,因此产流量和产沙量也较低;由于土壤团聚体稳定性差以及径流的选择性运移,泥质页岩红壤和花岗岩红壤侵蚀泥沙中细颗粒(<0.02mm)含量远高于土壤中该粒径颗粒。而第四纪红壤侵蚀泥沙中粗颗粒较多,以多级团聚体的团聚体为主。     

聚丙烯酰胺(PAM)对黄土溅蚀的影响

采用人工模拟降雨方法,用摩根溅蚀盘测定土壤的溅蚀量,研究聚丙烯酰胺(PAM)对溅蚀的影响.结果表明,使用聚丙烯酰胺(PAM)会改变土壤的溅蚀速率,不同浓度PAM溶液对溅蚀速率的影响程度不同,而且随降雨历时的延长结皮埘溅蚀速率的影响作用会占主导地位.一般来说,在降雨初期,由于PAM的聚合作用,使得土壤团聚体的稳定性增加,土壤溅蚀速率较小,随着时间的延长,溅蚀速率开始上升,但是当土壤表面开始发育结皮时,结皮的形成使土壤表面抗溅蚀的强度增强,土壤溅蚀速率减小.     

华北土石山区坡面溅蚀和片蚀泥沙颗粒特征研究

基于野外人工模拟降雨试验,研究3种降雨强度(35,65,100mm/h)、2种坡度(5°,15°)和3种植被盖度(0%,30%,80%)条件下,溅蚀和片蚀泥沙颗粒的粒径动态分布特征,及其与降雨强度、坡度和植被覆盖度的关系,揭示表层土壤团聚体在侵蚀过程中的破碎机制。结果表明,2种侵蚀方式下的泥沙颗粒主要集中在0.1~0.002mm粒级范围内,显著高于其它粒级颗粒含量。在溅蚀泥沙颗粒中0.1~0.05mm粒级颗粒含量较高,而片蚀泥沙颗粒中0.02mm粒级颗粒含量较高,溅蚀泥沙颗粒的平均重量直径均大于片蚀泥沙颗粒。对比泥沙颗粒粒径的变化特征,溅蚀泥沙颗粒中粗砂粒(2~0.25mm)和细砂粒(0.25~0.05mm)含量逐渐减少,粉粒(0.05~0.02mm)和粘粒(0.002mm)含量逐渐增加,而片蚀泥沙颗粒中砂粒(2~0.05mm)含量呈增加趋势,粘粒(0.002mm)含量呈减小趋势。2种侵蚀方式下不同粒径泥沙颗粒与坡面径流深和径流量的相关性分析表明,泥沙颗粒粒径分布与地表产流过程密切相关。同时,雨滴击溅侵蚀泥沙颗粒的分形特征与侵蚀土壤的相对机械破碎指数有关,能够有效预测侵蚀过程中降雨和径流对坡面土壤团聚体的分选特征。     

降雨特性和土壤结构对溅蚀的影响

选用黄土高原地区的安塞黄绵土、绥德黄绵土、杨陵粘黄土、杨陵农地耕层土进行人工降雨溅蚀试验 ,研究了降雨特性和土壤结构对雨滴溅蚀的影响。结果表明 :土壤溅蚀量与降雨强度相关关系的最佳函数为指数函数 ;将降雨动能与雨滴中数直径的乘积 ( Ed50 )定义为降雨溅蚀力 ,降雨溅蚀力与溅蚀量呈线性相关关系。降雨溅蚀力是降雨潜在溅蚀能力的反映 ,对溅蚀降雨侵蚀力因子的研究有一定参考价值 ;溅蚀总量随降雨历时的增加而增加 ,而溅蚀率则随降雨历时的增加而减小 ,其变化过程可用幂函数描述 ;原状土的溅蚀量仅为其扰动土溅蚀量的2 2 %～ 3 0 % ,随降雨强度增大 ,雨滴打击力对土壤结构的破坏作用增强 ,使原状土与扰动土溅蚀量间的差异缩小。     

雨滴机械打击和消散作用对土壤团聚体的破坏特征

土壤团聚体是土壤结构的基本单元,其稳定性是描述土壤抵抗侵蚀过程中破坏作用的重要指标。但溅蚀过程中,雨滴对团聚体的消散和机械打击两种破坏作用的相对贡献及其破坏机制尚未明晰。利用酒精和超纯水作为雨滴形成材料,模拟机械打击单独作用及消散和机械打击共同作用,分别在五个高度(0.5、1、1.5、2和2.5 m)对塿土和黄绵土进行溅蚀实验。结果表明:当降雨动能相同时,塿土的溅蚀率均小于黄绵土。同时,超纯水雨滴对土壤的机械打击和消散共同作用所导致的溅蚀率均大于酒精雨滴单一机械打击作用的溅蚀率。随着降雨动能增加,两种雨滴对两种土壤的溅蚀率均呈幂函数增加;团聚体因消散破坏作用和机械打击作用的溅蚀率均亦随之增加。但两种土壤的消散破坏作用和机械打击作用的贡献率分别随着降雨动能增加而减小和增加。在相同降雨动能时,塿土消散破坏作用的贡献率均大于黄绵土,而机械打击作用贡献率均小于黄绵土。研究结果对深入理解溅蚀过程中团聚体破坏机理及评价溅蚀过程中团聚体稳定性具有重要意义。     

花岗岩风化土物理特征曲线间的相关性研究

花岗岩风化壳水分及收缩特性的研究是花岗岩土体稳定性评价及侵蚀机理研究的基础。通过Van Genuchten(VG)模型对不同风化程度的花岗岩土壤的颗粒累积分布、土水特征曲线和收缩特征曲线进行拟合,分析曲线拟合参数间以及这些参数与基本物理性质间的线性及非线性相关关系。结果表明:VG模型可以很好地用于不同风化程度花岗岩风化土的颗粒组成、土水特征与收缩特征的拟合与预测;曲线拟合参数间具有一定的线性相关关系;曲线拟合参数与基本物理性质间具有一定的线性相关关系,其中土水特征曲线参数与土壤质地以及容重线性相关性较高,收缩特征曲线物理参数与基本物理性质间的线性相关性较收缩特征曲线其他参数高。此外,曲线拟合参数间以及这些参数与基本物理性质间具有一定的非线性相关关系,而关系多为二次、三次非线性相关。根据花岗岩风化土颗粒组成状况及其基本物理性质对其水分特征曲线及收缩特征曲线进行预测具有一定的可行性。     

溅蚀研究进展

溅蚀是水蚀的初始阶段,是雨滴对地表击打直接作用的结果,是一个动能减少,地表土壤颗粒发生位移的过程。溅蚀主要发生在坡面产生径流之前和刚产生径流时,是水蚀的主要形式之一。国内外学者对溅蚀的影响因素的研究主要集中在降雨特征、土壤特性以及地形因素等方面,其中主要影响因子包括:坡度、降雨特征、植被覆盖和土层结构。溅蚀量随坡度的增大逐渐增多,但是坡度超过临界坡度时,随坡度增大而减小;随降雨强度和雨滴大小增大而增大;地表植被对降雨有直接的再分配的过程,主要表现为截流、透流和干流3方面,当地表覆盖物超过1cm时,溅蚀可以完全消失;不同级配的土壤颗粒抗溅蚀能力不同,粒径在0.15mm附近的颗粒最容易被溅蚀,溅蚀同时随着土壤结皮厚度增大,土壤抗溅蚀能力增强。然而目前国内外对溅蚀的研究主要是在实验室模拟条件下完成的,较少有野外实地的研究,更缺乏在实际农业生产条件下的研究。所以需要在前人的基础上结合我国有些地方坡耕地较多的情况,在不同作物、作物生产方式和土地耕作方式等条件下,探讨坡耕地溅蚀规律。     

碳酸钙对石灰性土壤颗粒组成测定的影响

采取化学分析和Tessier连续提取法,对西宁市6个功能区城市土壤重金属Cu、Zn、Pb和Cd的含量及形态进行研究。结果表明:西宁市各功能区土壤的Cu、Zn、Pb和Cd的全量分别是全国土壤相应重金属几何平均值的1.9~5.2,1.9~6.9,0.8~4.0,7.4~11.1倍,4种重金属污染比较严重。6个功能区的重金属Cu、Zn、Pb和Cd含量进行差异显著性分析,结果是广场区Cu的含量与风景区的差异不显著(P>0.05),但与其他4个功能区差异显著(P<0.05);风景区与开发区差异显著(P<0.05),但与其他4个功能区差异不显著(P>0.05);开发区Zn的含量与商业区和居民区的差异显著(P<0.05),而其他各功能区间差异均不显著(P>0.05);各功能区Pb和Cd的含量均无显著差异(P>0.05)。研究土壤中重金属的化学形态有较大的差异,Cu以残渣态和有机结合态为主;Zn以残渣态和铁锰氧化物结合态为主;Pb和Cd以残渣态为主。Cu活性相对较高的土壤出现在风景区、矿冶区和居民区,Zn活性相对较高的土壤出现在风景区和广场区,Pb活性相对较高的土壤出现在风景区和居民区,Cd活性相对较高的土壤出现在矿冶区和开发区,研究土壤中4种重金属均具有一定的生物有效性和潜在的生态危害性。     

The effect of soil crust on the generation of runoff on small plots in an arid environment

In arid zones, runoff is frequently generated as a result of the crust development on the soil surface. This crust is a thin layer of greater density, high shear strength, finer pores and has a lower saturated hydraulic conductivity than the underlying soil. The objective of the research reported herein was to study the factors that influence the generation of runoff in small plots under natural rainfall conditions. Factors studied were crust permeability, roughness, soil salt content and time gaps between the rain showers.     

土壤理化性质对结皮形成的影响

通过人工降雨试验、土壤微形态观察以及理化分析 ,研究了几种土壤结皮形成过程及其影响因素 ,并利用SPSS统计分析了不同因素对结皮形成的影响程度。研究结果表明 ,土壤颗粒组成是土壤结皮形成的主导因素 ,而土壤结构指标、部分胶体性质与结皮形成关系不明确 ,并提出土壤粘粒矿物组成可能是土壤结皮形成的一个重要因素     

Thermal shock and rain effects on soil surface characteristics: A laboratory approach

In addition to its direct impact on soil physical and chemical soil properties, fire produces a sudden change in plant cover. The post-fire impact of falling raindrops on unprotected soil surfaces is a major cause of detachment of aggregates, physical degradation and erosion of soils. The aim of this work was to analyse the effects of burning intensity and rain under factor-controlled conditions using unaltered soil samples. Assessed variables were soil organic carbon, aggregate stability and water repellency (0–1 cm mineral soil), as well as soil surface compaction and hydraulic conductivity. Unaltered topsoil cores were obtained in a mature Mediterranean gorse shrubland. We applied two successive treatments: burning (unburned, low and high burning levels) and rain (77 mm/h). The soil properties studied were scarcely affected by burning. However, soils showed high vulnerability to raindrop impact: a) aggregate stability and organic carbon were not significantly affected by burning; b) low intensity burning increased the frequency of samples with moderate water repellency, whereas unburned together with high burning showed more cases of low and extreme water repellency; c) the rain treatment produced a significant decrease in hydraulic conductivity although this response was independent of burning level; d) the highest reduction in hydraulic conductivity was observed in the samples with highest values prior to the rain treatment, and this was related to the highest organic carbon contents, and e) the reduction in hydraulic conductivity could be explained by the development of a thin and friable surface crust, although the cone penetrometer was not sensitive enough to detect this observed phenomenon.     

土壤溅蚀过程和研究方法综述

土壤溅蚀是土壤侵蚀过程的开始,是指由于降雨雨滴打击土壤表层,引起土壤颗粒分散和迁移的一种侵蚀过程,是导致坡面水蚀的一个重要威胁因子。因此,土壤溅蚀是土壤侵蚀的重要形式和组成部分,具有重要的研究意义。土壤溅蚀过程和研究方法是土壤溅蚀领域研究的核心内容。论文根据有关资料,综述了国内外土壤溅蚀过程和研究方法方面的主要成果,并对将来的研究方向进行了展望,以期推动我国在该领域的研究工作。国内外研究表明,土壤溅蚀是土壤侵蚀的主要过程之一,是各种水文过程、水力过程和生态过程的综合表现,是复杂的降雨因子和土壤因子共同作用的结果,涉及一系列关于降雨雨滴与地表间的能量转换过程。测量土壤溅蚀的方法主要有溅蚀杯、溅蚀板和溅蚀盘。进一步的研究应致力于土壤溅蚀的力学过程和森林土壤溅蚀过程方面的探讨。