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长江上游地区土壤理化性质对土壤侵蚀阻力的影响

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山地学报 2023年第4期41卷 469-477页

作者：李以恒唐科明陈柯霖吴怀雨康艺洋四川农业大学水利水电学院

长江上游地区土壤侵蚀严重，其侵蚀阻力的影响因素尚不明确。分析土壤理化性质，准确确定土壤侵蚀阻力，将为当地水土流失治理提供依据。本文在长江上游水土流失重点区域选择10个样点采集坡耕地土壤，测量土壤理化性质，基于水槽试验测... 详细信息

长江上游地区土壤侵蚀严重，其侵蚀阻力的影响因素尚不明确。分析土壤理化性质，准确确定土壤侵蚀阻力，将为当地水土流失治理提供依据。本文在长江上游水土流失重点区域选择10个样点采集坡耕地土壤，测量土壤理化性质，基于水槽试验测定土壤分离能力，通过线性回归得到样点的土壤细沟可蚀性和临界剪切力，采用统计分析方法确定土壤理化性质对土壤侵蚀阻力的影响，构建区域土壤侵蚀阻力与理化性质的定量关系，并与采用WEPP模型的土壤侵蚀阻力值进行比较。结果表明：(1)样点间土壤细沟可蚀性与临界剪切力差异较大。土壤细沟可蚀性为0.106～0.250 m·s-1,均值为0.158 m·s-1;土壤临界剪切力为1.189～2.340 Pa,均值为1.597 Pa。(2)土壤细沟可蚀性与土壤极细砂含量和有机质含量呈显著相关关系，细沟可蚀性随极细砂含量的增加呈线性形式增大，随有机质含量的增大呈指数形式减小，实测值与WEPP模型预测值相比偏小。(3)土壤临界剪切力与土壤粉粒含量显著相关，随粉粒含量的增加线性减小，实测值与WEPP模型预测值相比偏大。研究结果可为长江上游地区坡耕地水土流失预报与治理提供数据支撑与理论依据。

关键词：土壤侵蚀土壤理化性质细沟可蚀性临界剪切力长江上游

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冻融条件下土壤侵蚀阻力影响因素

水土保持学报 2023年第6期37卷 25-33页

作者：卢超马周加态李佳辉张宽地西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨陵712100 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

为揭示季节性冻融区土壤侵蚀阻力的变化机制,确定影响土壤侵蚀阻力主控因子,通过室内冻融模拟、水槽冲刷和土壤抗剪试验,对黄绵土(SM粉质壤土)、风沙土(WS砂壤土)和黑土(KS黏壤土)侵蚀阻力影响因素进行研究。结果表明:(1)随着冻融循环... 详细信息

为揭示季节性冻融区土壤侵蚀阻力的变化机制,确定影响土壤侵蚀阻力主控因子,通过室内冻融模拟、水槽冲刷和土壤抗剪试验,对黄绵土(SM粉质壤土)、风沙土(WS砂壤土)和黑土(KS黏壤土)侵蚀阻力影响因素进行研究。结果表明:(1)随着冻融循环次数增加,细沟可蚀性值逐渐升高,而临界剪切力降低。经历10次冻融循环后,SM粉质壤土、WS砂壤土和KS黏壤土的细沟可蚀性分别增加76%,63%,11%,临界剪切力分别减小37%,13%,91%。(2)细沟可蚀性随土壤抗剪强度、黏聚力和内摩擦角增大而减小,临界剪切力则呈相反趋势。与内摩擦角相比,黏聚力更适合用来表征土壤侵蚀阻力。采用黏聚力对SM粉质壤土、WS砂壤土和KS黏壤土的细沟可蚀性进行预测,决定系数(R~2)分别为0.42,0.78,0.50,平均为0.57;对临界剪切力的预测效果较差,决定系数(R~2)分别为0.16,0.14,0.18,平均仅为0.16。(3)根据皮尔逊相关分析结果,基于土壤的初始含水率、冻融循环次数、力学特性以及土壤参数等分别建立细沟可蚀性(R~2=0.85)和临界剪切力(R~2=0.79)预测模型表明,在季节性冻融区冻融循环作用对土壤侵蚀的影响巨大,结果可为各地区水土保持措施优化和土壤侵蚀防治提供参考。

关键词：冻融循环土壤侵蚀细沟可蚀性临界剪切力土壤性质

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黄土高原刺槐林地根系与枯落物对土壤侵蚀的影响

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水土保持学报 2023年第2期37卷 83-89页

作者：王丹丹许海超单志杰秦伟中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038

为探讨自然条件下黄土高原地区刺槐林地枯落物和根系对土壤侵蚀的影响。采用5个坡度(8.7%,17.6%,26.8%,36.4%和46.6%)及3种流量(0.5,1.0,2.0 L/s)分别在有枯落物覆盖、去除枯落物的植被和裸坡样地进行试验,探讨刺槐林地枯落物和根系对... 详细信息

为探讨自然条件下黄土高原地区刺槐林地枯落物和根系对土壤侵蚀的影响。采用5个坡度(8.7%,17.6%,26.8%,36.4%和46.6%)及3种流量(0.5,1.0,2.0 L/s)分别在有枯落物覆盖、去除枯落物的植被和裸坡样地进行试验,探讨刺槐林地枯落物和根系对土壤侵蚀的影响。结果表明,枯落物和根系对土壤侵蚀有显著影响,当枯落物厚度超过3 cm、根系密度>0.5 kg/m 3时,土壤侵蚀量减小程度趋于稳定。与裸坡相比,刺槐林地土壤侵蚀量减少约55%,且根系和枯落物对土壤侵蚀量减少的贡献率分别为66%和34%。此外,枯落物与根系可降低土壤可蚀性,增加土壤剪切力,进而增强土壤的抗蚀能力。与裸坡相比,有枯落物覆盖和去除枯落物覆盖的植被样地土壤可蚀性分别降低80%和66%,土壤剪切力分别提高285%和237%。研究结果为揭示森林植被的土壤侵蚀机制提供新的思路,对改善黄土高原的植被建设具有一定的指导意义。

关键词：土壤侵蚀枯落物根系土壤可蚀性临界剪切力

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冻融对物理结皮土壤分离能力及其可蚀性的影响

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冻融对物理结皮土壤分离能力及其可蚀性的影响

作者：朱丽琴中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)

学位级别：硕士

土壤分离能力是衡量土壤分离速率的指标,是土壤侵蚀发生的首个过程,研究土壤分离能力可为土壤侵蚀研究奠定基础,土壤分离能力受多种因素的影响,物理结皮是土壤表面形成的一层致密层,它会影响土壤分离能力,而冻融作为一种外营力会破坏物... 详细信息

土壤分离能力是衡量土壤分离速率的指标,是土壤侵蚀发生的首个过程,研究土壤分离能力可为土壤侵蚀研究奠定基础,土壤分离能力受多种因素的影响,物理结皮是土壤表面形成的一层致密层,它会影响土壤分离能力,而冻融作为一种外营力会破坏物理结皮,使土壤分离能力过程进一步发生变化。因此,本研究以黄土高原北部沙黄土为供试土壤,利用降雨模拟试验,制备不同强度的物理结皮(低强度结皮、中强度结皮、高强度结皮),结合室内冻融模拟,通过土壤分离试验,研究非冻融及冻融条件下土壤分离能力的变化规律,明确冻融对物理结皮土壤分离能力的影响,通过相关性分析,分析结皮层特性对土壤分离能力的影响,并计算土壤可蚀性,明确冻融对物理结皮土壤可蚀性的影响。研究结果如下:(1)分析了冻融对物理结皮层特性的影响。冻融会显著降低结皮容重、硬度和抗剪强度,冻融后结皮容重均当含水量为8%时变化幅度最大,比冻融前分别减少了14%、8%、9%。随结皮强度的增加冻融对结皮硬度的影响越大,冻融后分别减少了10%、35%、25%。当含水量为8%时冻融对不同强度结皮抗剪强度的影响最大,冻融后分别减少了28%、70%、70%。冻融显著影响高强度结皮的结皮厚度,低强度结皮和中强度结皮厚度冻融前后差异不显著。非冻融条件下,不同强度结皮容重差异不显著,其余结皮层特性均与结皮强度呈显著正相关关系。冻融条件下,结皮层容重、硬度和抗剪强度随结皮强度的增加而增大,而结皮厚度则表现为中强度结皮最大、高强度结皮次之、低强度结皮最小。(2)阐明了冻融对物理结皮土壤分离能力的影响。冻融后的土壤分离能力大于冻融前,但冻融前后差异不显著,坡度越小、物理结皮强度越大,冻融对土壤分离能力的影响越大;冻融对无结皮和低强度结皮土壤分离能力的影响不显著,贡献率均为1%,但冻融显著影响中强度结皮和高强度结皮土壤分离能力,贡献率分别为2%、3%。非冻融条件下,土壤分离能力与流量及坡度呈显著正相关关系,物理结皮显著影响土壤分离能力,贡献率为4%,且随结皮强度的增加土壤分离能力逐渐减小。冻融条件下,随流量及坡度的增加土壤分离能力逐渐增大,物理结皮对土壤分离能力的影响不显著,贡献率为0.34%,中强度结皮对土壤分离能力的影响最大、低强度结皮次之、高强度结皮最小。冻融前后土壤分离能力与水流剪切力及水流功率均呈线性关系,可用水流剪切力较好地描述土壤分离能力与水动力学特性的关系。(3)揭示了冻融对物理结皮土壤可蚀性的影响机制。土壤可蚀性可用可蚀性参数K和临界剪切力表示,冻融后的可蚀性参数总是大于冻融前,随结皮强度的增加,冻融对可蚀性参数的影响越大,相比于未冻融,冻融后的可蚀性参数分别增大了4%、7%、29%、33%;冻融会降低结皮土壤临界剪切力,但无明显变化规律,随结皮强度的增加,临界剪切力分别减小了58%、22%、17%、42%。非冻融条件下,无结皮土壤可蚀性参数大于有结皮,而临界剪切力小于有结皮,随结皮强度的增加可蚀性参数逐渐减小,且可蚀性参数与结皮厚度呈显著负相关关系,而临界剪切力则表现为中强度结皮最大、高强度结皮最小。冻融条件下,中强度结皮可蚀性参数最大,低强度结皮临界剪切力最大;结皮层特性与可蚀性参数和临界剪切力均无显著相关关系。

关键词：冻融物理结皮土壤分离能力可蚀性参数临界剪切力

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冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响

农业工程学报 2020年第11期36卷 57-65页

作者：孙宝洋吴志广李占斌刘晶肖俊波程冬兵任斐鹏马建业刘晨光马波长江水利委员会长江科学院武汉430010 西北农林科技大学水土保持研究所杨凌712100 水利部科技推广中心北京100032 广西壮族自治区水利科学研究院南宁530023

冻融后坡面为水力侵蚀产沙提供了大量有效物质源,是河道泥沙的主要策源地。该研究利用室内模拟冻融和径流冲刷试验,设置不同冻融循环次数、坡度和流量梯度,分析冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响机制。结果表明,冻融条件下,坡度、流... 详细信息

冻融后坡面为水力侵蚀产沙提供了大量有效物质源,是河道泥沙的主要策源地。该研究利用室内模拟冻融和径流冲刷试验,设置不同冻融循环次数、坡度和流量梯度,分析冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响机制。结果表明,冻融条件下,坡度、流量和冻融循环次数均对土壤分离能力有显著影响(P力基本均随坡度和流量的增加而增大,冻融后的均值(5.28±2.48 g/(cm^2·min))显著大于冻融前(2.39±1.71 g/(cm^2·min)),但冻融后的增幅明显小于冻融前。不同坡度和流量条件下,冻融1次后,土壤分离能力均显著增大(P临界剪切力冻融后显著降低,与冻融次数无明显关系。冻融后土壤平均容重、水稳性团聚体和抗剪强度分别降低了6.61%、24.77%和21.35%,土壤孔隙度和三相结构指数变化与之相反。冻融条件下,土壤细沟可蚀性与水稳性团聚体和抗剪强度呈显著负相关关系,而与孔隙度呈显著正相关关系。

关键词：土壤侵蚀冻融土壤分离能力细沟可蚀性临界剪切力土壤理化性质

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黄土陡坡径流侵蚀产沙特性室内实验研究

农业工程学报 2005年第7期21卷 42-45页

作者：李鹏李占斌郑良勇西安理工大学水利水电学院山东省水利勘测设计院济南250013

通过室内土槽放水冲刷实验,研究了黄土区陡坡侵蚀产沙特性.结果表明径流输沙率随径流流量的增加而增加,径流输沙率随坡度呈抛物线形式变化,当坡度在21°～24°之间时输沙率最大;径流剪切力也具有类似变化.泥沙输移率与径流剪切力之间存... 详细信息

通过室内土槽放水冲刷实验,研究了黄土区陡坡侵蚀产沙特性.结果表明径流输沙率随径流流量的增加而增加,径流输沙率随坡度呈抛物线形式变化,当坡度在21°～24°之间时输沙率最大;径流剪切力也具有类似变化.泥沙输移率与径流剪切力之间存在线性关系,径流临界剪切力为1.701 N/(m2·min),发生细沟侵蚀的临界径流水深与坡度正弦值成反比.在实验条件下,坡面中上部土壤的侵蚀量占总侵蚀量的很大比重,表明土壤侵蚀主要发生在坡面中上部.坡面下部侵蚀微弱,以搬运上部来沙为主.

关键词：陡坡输沙临界剪切力黄土

降雨作用下红土型坡面径流特性与土壤侵蚀的关系研究

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山地学报 2017年第4期35卷 535-542页

作者：张祖莲洪斌黄英梁谏杰邱观贵昆明理工大学电力工程学院

针对云南红土型坡面和一定的雨强、坡度,运用人工模拟降雨水槽模型试验、土工试验及相关理论分析相结合的研究方法,揭示降雨作用下云南红土型坡面径流的水动力学特性及红土干密度、坡面侵蚀模数与坡面径流剪切力之间的关系。结果表明:(1... 详细信息

针对云南红土型坡面和一定的雨强、坡度,运用人工模拟降雨水槽模型试验、土工试验及相关理论分析相结合的研究方法,揭示降雨作用下云南红土型坡面径流的水动力学特性及红土干密度、坡面侵蚀模数与坡面径流剪切力之间的关系。结果表明:(1)坡面径流平均流速随坡面径流历时呈先逐渐增大后趋于稳定的变化趋势,且坡面径流的平均流速随红土干密度的增大而显著增加。坡面径流平均流速与单宽流量呈幂函数关系(R~2=0.996)。(2)坡面径流平均水深随径流历时也呈先上升而后趋于稳定的变化过程,且干密度越大,平均径流水深也越大,平均径流水深与单宽流量也呈幂函数关系(R~2=0.996)。(3)在试验条件下,坡面径流流态属层流急流流态。(4)在试验条件和干密度一定的条件下,坡面侵蚀模数随径流剪切力的增大而增大,二者之间呈线性关系,当干密度为1.0,1.1,1.2,1.3,1.4 g/cm~3时,R~2最小为0.816,最大为0.945;坡面红土的临界剪切力分别为0.482,0.510,0.556,0.586,0.656 Pa。坡面径流特性受多种因素的联合作用,坡面侵蚀模数及红土临界剪切力与坡面径流特性和土壤自身特性密切相关。

关键词：红土坡面径流干密度侵蚀模数临界剪切力

东北典型黑土区剖面粒径分布特征及其可蚀性研究

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水土保持学报 2008年第3期22卷 18-23页

作者：缪驰远刘宝元刘刚张天宇北京师范大学地理学与遥感科学学院地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

为了更好的了解黑土区土壤剖面粒径分布以及可蚀性因子特征,本研究以东北典型黑土区鹤北流域为研究区,利用沉降法对不同土地利用方式下土层表面至母质的土壤样品进行粒径分布规律研究,并基于粒径及有机碳分布特征,计算了土样的可蚀性K值... 详细信息

为了更好的了解黑土区土壤剖面粒径分布以及可蚀性因子特征,本研究以东北典型黑土区鹤北流域为研究区,利用沉降法对不同土地利用方式下土层表面至母质的土壤样品进行粒径分布规律研究,并基于粒径及有机碳分布特征,计算了土样的可蚀性K值,最后对土壤可蚀因子K与WEPP模型中土壤的细沟间侵蚀因子(Inter- rill Erodibility)K_i、细沟侵蚀因子(Rill Erodibility)K_r和临界剪切力因子(Critical Shear)Tc进行相关分析。结果表明:(1)不同剖面下土壤粘粒含量逐层变化不大。而粉粒含量呈现出随土层深度增加而含量减少,砂粒呈现出随土层深度增加而含量增大;(2)除人工林外,其余6个剖面土壤可蚀性因子K值均表现出随土层深度增加而含量增大的趋势;(3)对农地剖面土样分析发现,可蚀性因子K值与细沟侵蚀因子K_r呈极显著正相关,与临界剪切力因子Tc呈极显著负相关,而与细沟间侵蚀因子K_i的正相关性略有降低。

关键词：黑土可蚀性细沟间侵蚀细沟侵蚀临界剪切力

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坡面薄层水流侵蚀试验研究及土壤抗冲性评价

泥沙研究 2004年第6期29卷 22-26页

作者：雷俊山杨勤科中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

通过室内冲刷试验 ,研究了坡面薄层水流的水力学参数特征及产沙变化 ,结果表明 ,粒径的雷诺数和弗汝得数都随放水流量而增大 ,但其流型和流态仍保持不变。径流流速 ,产沙率均随着流量的增大而呈幂函数增大 ,阻力系数则随着雷诺数的增大... 详细信息

通过室内冲刷试验 ,研究了坡面薄层水流的水力学参数特征及产沙变化 ,结果表明 ,粒径的雷诺数和弗汝得数都随放水流量而增大 ,但其流型和流态仍保持不变。径流流速 ,产沙率均随着流量的增大而呈幂函数增大 ,阻力系数则随着雷诺数的增大呈幂函数减小。分析薄层水流下理想坡面土壤颗粒的受力情况得出坡面产沙与径流剪切力关系的概念模型。结合试验数据 ,确定出模型参数的值 ,并得出试验土壤的临界切应力。

关键词：土壤抗冲性径流剪切力临界剪切力