华北土石山区坡面侵蚀特征及影响因素研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong422
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土壤侵蚀破坏土地吞食农田、降低土壤肥力,直接影响水土资源的利用和保护,土壤侵蚀的发生已经成为全世界最重大的环境问题,本文以华北土石山区褐土区作为研究对象,通过室内雨滴击溅试验、野外冲刷试验、降雨大厅人工模拟降雨试验等三种设计,分三年进行三次试验,采用改良后的摩根溅蚀盘、雨滴发生器、恒流供水系统、全电脑自动控制降雨系统等仪器,分析不同条件处理下的土壤侵蚀量、土壤溅蚀影响因素、坡面流流态、坡面侵蚀过程、养分流失量、雨滴打击贡献及植被对侵蚀的影响等,为今后侵蚀模型的建立提供一定支撑。研究结果表明:(1)溅蚀量随土壤前期含水量增大而增大、与雨滴动能、降雨高度呈正相关关系(R2>0.96,P<0.05),存在一个让溅蚀发生的雨滴动能阈值0.067×10-3J,当雨滴动能小于该值时,不足以发生溅蚀;当植被覆盖度大于40%时,对坡面有较好的保护作用,土壤溅蚀量随植被覆盖度的变化呈非线性负相关关系(R2>0.99,P<0.05),植被覆盖度越大,土壤溅蚀量随雨强增大的幅度越小;植被主要通过叶面积和株高改变雨滴直径和降雨高度对降雨进行再分配,进而改变雨滴动能,叶面积系数越小、株高越低,植被对溅蚀的阻挡作用越强;雨滴打击对土壤侵蚀贡献率分别为45.1%、36.4%及37.2%,由于雨滴打击下水流紊动性增强,表土形成结皮,击溅侵蚀量与冲刷面蚀量的和远远小于坡面侵蚀总量,二者之和仅占总量的73.3%-84.2%;随雨强增大,溅蚀对坡面侵蚀贡献率呈减小趋势;雨滴打击对径流贡献率为7.6%-33.3%;雨强越大,雨滴打击对径流贡献率越小;有植被覆盖坡面及裸坡中径流总氮含量与变化无明显差异,植被覆盖的变化对总氮养分含量的流失影响不明显,全磷,速效钾径流养分流失呈现相同的规则;狗尾草完整草地布设坡面与仅保留根系覆盖坡面的全氮流失量随植株变化的差异较青蒿显著,狗尾草地上部分减少全氮养分随径流流失的作用较青蒿明显。(2)坡面土壤侵蚀模数呈现先增大后减小,再增大再减小的趋势;水流在经过土壤坡面及植被拦蓄作用过程中,下断面雷诺数与弗劳德数相较上断面减小10-20%,但上下振动幅度较大;坡度对流态的影响显著,坡度较大时,径流均为紊急流,植株行排列方式对坡面有较好的保护作用,对水流的拦蓄作用更为显著,在坡度较小时,植被随机排列与行排列拦蓄泥沙能力差异不大;植株密度较大时,植被对坡面有较好的保护作用;草被覆盖虽然会对弗劳德数产生影响,但对流态的影响相对较小,水流基本处于紊缓流状态;随坡面侵蚀进行至后期,雷诺数会因沟蚀的形成而出现突变点,大量泥沙通过主沟道流出,流速急剧增大;通过弗劳德数与雷诺数可将径流划分为层急流、层缓流、紊急流和紊缓流四种范畴,雷诺数大小表明水流紊动性,土壤坡面侵蚀量与雷诺数呈线性正相关关系。
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