影响土壤风蚀主要因素的风洞实验研究

利用风洞实验技术,对影响土壤风蚀的诸因素进行模拟实验,进而定量或半定量地确定各因素在风蚀过程中的作用与关系。土壤风蚀是由自然因素和人为因素相互作用的综合产物,人为因素作用是叠加于自然因素作用之上的加速过程,实验表明,由人为因素引起的风蚀量占总风蚀量的78.6％,而自然因素只占21.4％。     

科尔沁沙地土壤风蚀的风洞实验研究

本文通过风洞实验,对科尔沁沙地植被盖度、土壤含水量、土壤质地与风蚀量的关系,进行了定量研究。探讨了不同植被盖度及沙土含水量抗风蚀的极限值,以及不同粒配风沙土抗风蚀强度。     

柴达木盆地东南部土壤风蚀研究

柴达木盆地东南部土壤风蚀风洞模拟实验结果表明,土壤风蚀强度随风力作用和下垫面因子不同而不同。净风对土壤风蚀作用较小,但在挟沙风作用下,风蚀强烈。地表类型不同风蚀强度变化很大,流动沙地是耕地(小麦留茬)的数百倍。土壤质地不同起沙风速不同,细沙和极细沙比例越高风蚀量越大。翻耕地与未翻耕地风蚀变化悬殊,翻耕地风蚀量是未翻耕地的10倍以上。自然植被和人为留茬均有抑制风蚀的作用。     

适用于河北坝上地区的农田风蚀经验模型

目前,中国缺少一种被广泛认可、普遍适用于中国自然条件的农田风蚀模型。本研究利用多年的野外风沙观测数据和风洞模拟实验结果,建立了一种基于河北坝上地区自然环境的农田风蚀经验模型。该模型涵盖风力侵蚀因子、粗糙干扰因子和土壤抗蚀因子三大风蚀影响因子,包括起沙风速、地表粗糙度、土壤可蚀性和土壤含水率四大风蚀影响要素,可对各种农田地表的风蚀量进行定量计算和预测。应用该模型对坝上地区2013年风蚀季农田风蚀量进行定量计算。结果表明,翻耕耙平地的平均风蚀量为39.45 t·hm^-2·a^-1,莜麦留茬地的平均风蚀量为14.08 t·hm^-2·a^-1,与采用其他方法得到的结果比较接近。在更广泛地区对模型进行验证和修订,促进该风蚀模型与“3S”技术融合是下一步的重点工作。     

Wind Erosion in Arid and Semiarid China: An Overview

土壤风蚀是中国干旱、半干旱地区的主要环境问题之一.综合近年来有关我国不同地区土壤风蚀风洞模拟实验与野外研究成果,根据风蚀气候指数和沙尘暴日数的分布,指出了我国的风蚀区域与沙尘暴活动中心.     

Wind Erosion in Arid and Semiarid China：An Overview

土壤风蚀是中国干旱、半干旱地区的主要环境问题之一。综合近年来有关我国不同地区土壤风蚀风洞模拟实验与野外研究成果 ,根据风蚀气候指数和沙尘暴日数的分布 ,指出了我国的风蚀区域与沙尘暴活动中心。     

风蚀预报系统（WEPS）在民勤荒漠地区的应用分析研究

以民勤地区4种地表条件的3次风蚀实测数据为依据,应用WEPS风蚀子模型对风蚀量进行了预测计算。结果表明：WEPS模型预测的土壤风蚀量与实测结果存在很大差异,不能直接用于我国土壤风蚀预报工作。对没有植被覆盖的流沙地表,模型模拟结果与实际测量结果比较接近,计算值最大为模拟值的2.2倍,最小为0.47倍;当有植被覆盖时,模型预测风蚀量偏大,最大值为实测结果的41倍,最小为6.7倍。要引入WEPS模型在我国进行土壤风蚀预报,还需对模型的各项参数和计算公式进行修正,以提高WEPS的预测精度,更好地为我国风蚀预报及沙尘治理工作服务。     

敦煌莫高窟岩体风蚀机理及其防护对策的研究

利用风洞模拟实验研究莫高窟岩体的风蚀机理，结果表明，挟沙风风蚀速率明显大于净风。沙岩（层）结构、构造脆弱是产生岩体风蚀差异的主要原因。其中“沙楔”作用加速了风蚀烈度。采用１０％的ＳＳ和１０％的ＰＳ材料加固岩体是防止岩体风蚀的一条重要途径。     

沙面温度对风蚀动力过程的影响

大量关于土壤可蚀性的研究证明,低温的沙面更易被风蚀。但大多研究以中低纬度低海拔地区为背景,建立的模型并不能完全适用于高海拔寒冷地区。我们使用青藏高原错那湖湖岸的地表沙,利用高低温实验箱调节沙面温度,开展了风洞模拟实验,量化了不同粒径、风速条件下风蚀率随沙面温度的变化关系,旨在分析地表温度对风蚀动力过程的影响及作用机制。结果表明：（1）沙面温度与风蚀率之间呈负线性相关,低温沙面更易被风蚀。这与空气温度影响风蚀过程的作用机理类似,即低温沙面可以增加近地表空气密度和气流拖曳力,使沙粒更容易起动,风蚀量也随之增大;另外,沙面与空气间的温差,会破坏大气稳定度,影响湍流强度,进而影响风蚀强度,这可能也是沙面温度影响风蚀过程的一种主要机制。（2）在自然情况下,寒冷沙面对水汽具有一定的冷凝效应,从而对沙粒的起动与风蚀过程起到抑制作用,而且这种冷凝效应,在低风速、粗颗粒沙面上表现得更为明显。（3）高温沙面可以在一定程度上抑制风蚀。作为影响高寒地区风力侵蚀过程的重要自然因素,沙面温度对青藏高原典型风沙区的风蚀过程起到了重要的控制作用。     

基于RWEQ的20世纪90年代以来内蒙古锡林郭勒盟土壤风蚀研究

土壤风蚀是中国北方地区重要的生态环境问题。锡林郭勒盟位于中国干旱、半干旱地区,是中国北方典型风蚀区,其特殊的地理位置又使得本区成为华北重要的生态屏障,为此锡林郭勒盟全区均划入了京津风沙源治理工程区。为了更好地阐明锡林郭勒盟的土壤风力侵蚀过程,指导区域的荒漠化防治,,基于气象、遥感数据,利用RWEQ模型定量分析了20 世纪90 年代以来锡林郭勒盟的土壤风蚀时空格局,揭示土壤风蚀的主要影响因素。研究表明：锡林郭勒盟多年平均土壤风蚀量为3.39 亿t。土壤风蚀强度以微度和轻度为主,主要集中在植被较好,风蚀力较低,降雨量较高,雪被覆盖地表时间较长的东、中部地区以及南部地区。侵蚀强度为中度以上的侵蚀区集中在苏尼特右旗、正镶白旗和正蓝旗的浑善达克沙地;90 年代以来,锡林郭勒盟的土壤风蚀强度总体上呈减弱趋势,主要与风场强度的减弱,植被盖度等的变化有关。土壤风蚀多发生于风蚀力较大的春季,风蚀强度较大区域的春季植被盖度与风蚀量呈显著负相关（r>0.7,p<0.01）,且近20 年植被盖度提升有效降低了该区域的土壤风蚀。     

若干特殊地表风蚀的风洞实验研究

经风洞模拟实验,本文对四种特殊地表在净风和挟沙风情况下的风蚀特性,进行了定量的研究。揭示了原始地表结构受人为破坏后,其抗风蚀能力急剧降低的特点。探讨了风成沙粒配、戈壁风蚀平衡与风蚀有关的几个问题。     

土壤风蚀中有关土壤性质因子的研究历史与动向

国外土壤风蚀中有关土壤性质因子的研究历史可分为四个阶段：第一,定性描述阶段;第二,定量实验研究阶段;第三,运用综合因子建立和完善“通用风蚀方程式”阶段;第四,土壤风蚀土壤亚模型和预测系统的建立和动态研究阶段。国内对土壤风蚀的研究起步较晚,对于不同土类的土壤物理化学性质对风蚀的影响尚没有作深入研究。其历史大致可分为二个阶段：第一,野外观测研究;第二,风蚀的半定量实验研究。目前正由半定量向定量化、标准化、国际化以及动态研究方向发展。     

坝上高原土壤不可蚀性颗粒与耕作方式对风蚀的影响

对河北省坝上高原农田土壤风蚀及其三个主要影响因素（土壤不可蚀性颗粒、土壤微地形和作物残余物）的野外观测和研究结果表明，在棵露平坦的秋翻地，土壤风蚀量随不可蚀性颗粒含量的增加而减少；春翻地土垄高度（犁沟深度）和留茬地作物残余物盖度的增加使土壤风蚀量大大减少，而且土壤微地形作物残余物和土壤不可蚀性颗粒的综合影响，对降低土壤风蚀量更为有效。据此认为，在防护林体系很不完善的坝上高原，只要实行合理的耕作方式，即秋季留茬、增加作物残余物，春季深翻，增高土垄（或加深犁沟深度）可有效地控制土壤风蚀、减轻风蚀危害。     

小麦玉米田耕作模式的防风蚀效果

通过风洞实验,在5个风速下对6种耕作方式下农田土壤风蚀速率、0~20 cm风沙流结构进行了模拟研究。结果表明:保护性耕作土壤风蚀速率较传统耕作平均降低20%~40%;保护性耕作和传统耕作条件下土壤风蚀速率均随风速的增大呈幂函数递增,但在传统耕作条件下递增较快;风速14 m·s^-1是荒漠绿洲农田土壤风蚀加剧转折点,当风速>14m·s^-1时保护性耕作下风蚀速率较传统耕作明显降低;0~20 cm内,传统耕作和保护性耕作下输沙率与高度分别呈线性和指数关系,保护性耕作下0~4 cm输沙量和输沙量百分比(Q0~4/Q0~20)均低于传统耕作。     

中国北方农牧交错带土壤风蚀时空分布

土壤风蚀是干旱、半干旱地区土壤退化的主要过程,定量评价土壤风蚀是分析土壤退化的重要手段。中国北方农牧交错带是土壤风蚀的典型治理区。采用张春来风蚀预报经验模型,以半月为步长,计算中国北方农牧交错带2000-2012年的土壤风蚀模数。结果表明：中国北方农牧交错带的土壤风蚀状况整体有好转;沙地的土壤风蚀最严重,农田次之,草地的土壤风蚀最低;土地利用方式、风速和植被盖度均对土壤风蚀有一定的影响。     

耕作土壤表面的空气动力学粗糙度及其对土壤风蚀的影响

土壤表面粗糙度是影响耕作土壤抗风蚀能力的一个重要因素。根据风速廓线计算得到的空气动力学粗糙度,可以简捷而有效地刻画土壤表面的空气动力学性质。风洞模拟实验表明,耕作土壤表面的空气动力学粗糙度主要取决于暴露地表的土块直径,在土块大致均匀分布的条件下,直径愈大,空气动力学粗糙度愈大。土壤风蚀速率则随空气动力学粗糙度的增大而迅速减小,二者具有良好的相关性。     

黄河内蒙古段土壤风蚀特征模拟

采集黄河内蒙古段风沙土、灰漠土、棕钙土和灌淤土,在室内进行土壤理化性质测定和风洞模拟试验。对比分析了4种土壤的理化性质和不同风速及含水量条件下的风蚀特征,并量化了不同土壤的风蚀强度与土壤理化性质间关系。结果表明：（1）相对于棕钙土和灌淤土,风沙土和灰漠土易蚀性颗粒含量较大,团聚体、有机质和碳酸钙含量较低,但相同风速和含水量条件下平均风蚀强度风沙土>棕钙土>灰漠土>灌淤土。（2）不同土壤风蚀强度与风速均呈较好的幂函数关系（R²≥0.85,P<0.05）,尤其是风沙土和棕钙土,幂函数关系明显优于指数函数。（3）除灰漠土,土壤风蚀强度与土壤含水量均呈较好指数函数关系（R²>0.90,P<0.05）,风沙土和灰漠土的风蚀强度突降的含水量临界点在4.5%左右,灌淤土和棕钙土无明显临界点。（4）不同土壤输沙率均随距地表高度的增加而急剧减少。在距地表10 cm范围内,不同土壤输沙率占总输沙率比例风沙土（82.67%）>灰漠土（80.77%）>灌淤土（74.07%）>棕钙土（73.77%）,当距地表大于30 cm后,集沙仪中基本收集不到风沙土和灰漠土风蚀颗粒。当轴心风速为16 m·s^-1时,不同土壤风沙流结构均表现为单峰曲线。（5）不同土壤风蚀强度与风速、含水量、团聚体、易蚀性颗粒和黏粒含量均呈较强的非线性相关关系（R²=0.76,P<0.05）。易蚀性颗粒含量是影响风蚀强度最主要的土壤属性,其次是干团聚体和黏粒含量。     

敦煌莫高窟古代生土建筑物风蚀机理与防护对策的研究*

利用低温冻融实验和风洞模拟实验研究古代生土建筑的风蚀机理,结果表明:挟沙风风蚀速率明显大于净风的风蚀速率,其风蚀率是净风的130倍,冻融是风蚀速率增大的一个重要因素,偏西风的降水和风蚀是造成莫高窟古代生土建筑风蚀毁坏的方要原因.实验表明,采取5%LS和10%PS防护材料是防止风蚀的一条重要途径.     

农田风蚀量随风速的变化

采用长期野外观测和风洞模拟实验相结合的手段就农田风蚀量随风速的变化问题进行研究。结果表明:无论是野外观测的农田输沙强度,还是风洞模拟得到的风蚀强度随风速变化趋势均符合指数函数。这与前人通过实验得到的其他地区农田和草地风蚀量随风速变化的趋势一致,说明农田和草地上风蚀量随风速增加呈指数规律变化是一种普遍存在的现象。表土抗蚀性因子和地表粗糙因子不同导致的沙源供应能力的差异,可能是不同地类之间风蚀量随风速变化规律不同的主要原因。农田和草地沙源供应有限,风蚀量随风速增大呈指数规律变化;沙漠地区沙源充足,风蚀量随风速增加呈幂函数变化。本研究对于确定沙源供应条件对于风蚀量与风速关系的影响,构建基于有限沙源供应的风蚀模型具有重要意义。