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北方土石山区植株密度对坡面流粒径分选的影响

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水土保持学报 2016年第1期30卷 96-102页

作者：周柱栋程金花杨帆相莹敏戴矜君北京林业大学水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室北京100083

为研究和阐明植株密度对坡面流粒径分选的影响,通过野外10°草地坡面恒流放水冲刷试验,定量研究3种植株密度(0株/m^2,20株/m^2,60株/m^2)在不同流量下(1m^3/h,2m^3/h,3m^3/h)的坡面流粒径分选性规律,从水动力学和侵蚀方式演变角度分析... 详细信息

为研究和阐明植株密度对坡面流粒径分选的影响,通过野外10°草地坡面恒流放水冲刷试验,定量研究3种植株密度(0株/m^2,20株/m^2,60株/m^2)在不同流量下(1m^3/h,2m^3/h,3m^3/h)的坡面流粒径分选性规律,从水动力学和侵蚀方式演变角度分析了植株密度对坡面流粒径分选性的影响。试验结果表明:(1)苜蓿草地侵蚀泥沙中细粉粒组分含量最多,其次是粗粉和细砂组分含量,而粗砂和粘粒组分含量最少。固定流量下,随着植株密度的增加,各粒径组分百分比及平均重量粒径(MWD)随时间的波动性增加,在侵蚀泥沙中细颗粒组分(粘粒、细粉粒、粗粉粒,粒径粒径>50μm)富集比ER有所减少。固定植株密度条件下,随着流量增加,各粒径组分百分比及MWD随时间的波动性减小,侵蚀泥沙中细颗粒组分富集比ER相应增加,而粗颗粒组分富集比ER增加,细颗粒组分富集比基本大于1,而粗颗粒组分富集比基本小于1。MWD与细颗粒含量呈负相关关系,与粗颗粒含量呈正相关。(2)细沟阶段侵蚀泥沙MWD明显大于片蚀阶段,而粒径分选过程的波动性较小。(3)水流剪切力τ及水流功率ω的增加导致片蚀阶段的缩短和细沟阶段的延长(除植株密度为60株/m^2),水流剪切力τ及水流功率ω的增加导致水流侵蚀力的增加,进而水流分离、输移粗颗粒增加。

关键词：侵蚀粒径分选草地平均重量粒径富集比

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颗粒流运动过程模拟及粒径分选机理研究

颗粒流运动过程模拟及粒径分选机理研究

作者：刘莹东北大学

学位级别：硕士

在自然界中,颗粒流是碎屑流、崩塌、滑坡等自然灾害的一种主要运动形式。这些以颗粒流形式运动的地质灾害具有较强的运动性,所造成的后果严重威胁着人民的生命和财产安全。因此探索颗粒流的运动及其规律对自然环境及社会发展具有重要的... 详细信息

在自然界中,颗粒流是碎屑流、崩塌、滑坡等自然灾害的一种主要运动形式。这些以颗粒流形式运动的地质灾害具有较强的运动性,所造成的后果严重威胁着人民的生命和财产安全。因此探索颗粒流的运动及其规律对自然环境及社会发展具有重要的意义。由于颗粒流的运动具有复杂性,需要对颗粒流运动过程及包括粒径分选等复杂现象的力学机理进行更深层次的研究。本文主要采用离散单元法对颗粒流进行了以下几项研究:首先,选取典型的颗粒流试验,运用数值试验实现微观参数的率定,使模拟结果与试验情况良好吻合,进而实现对颗粒流试验运动过程的还原。在此基础上建立了不同级配的颗粒流运动模型。从颗粒粒径分布特征来看,在竖直方向上,粒径较大的颗粒在周围粒径较小的颗粒作用下逐渐向上部自由表面运动,粒径较小的颗粒逐步向下聚集。在水平方向上,粒径较大的颗粒运动的相对位移较大,粒径较小的颗粒运动的相对位移较小,进而形成具有特点的粒径分布特征。其次,以等粒径颗粒流试验模型为基础,设定追踪大颗粒模型,对大粒径颗粒处于不同位置时的速度、受力情况以及颗粒体间的接触进行探讨分析,得出在颗粒流运动过程中,所设定的大粒径颗粒在周围颗粒的作用中综合表现为向前及上表面的运动。在堆积区地形对颗粒流运动及粒径分选影响的研究中发现,随着堆积区反向坡角的增加,垂向粒径分选效果增强,纵向粒径分选效果减弱。最后,选取两个典型灾害案例,对不同级配条件下灾害运动进行计算分析,并将计算结果与案例的实际情况进行对比,计算结果与实际灾害的运动范围大体一致。说明离散单元法能够较好的还原以颗粒流形式运动的地质灾害,而计算结果也表现出了特有的粒径分选特征,颗粒流运动过程及粒径分选的研究对灾害预防和治理具有现实意义。

关键词：颗粒流粒径分选数值模拟离散单元法

花岗岩残积土溅蚀特征及微生物固化抗溅蚀研究

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花岗岩残积土溅蚀特征及微生物固化抗溅蚀研究

作者：甘钰南昌大学

学位级别：硕士

水力侵蚀是最严重的土壤退化过程之一,溅蚀是水力侵蚀的初始阶段,由雨滴对土壤表面团聚体的破坏力引起。除了降雨强度,土壤特性和地表状况对于理解溅蚀至关重要。然而,目前关于土壤前期含水量和砾石条件等因素对溅蚀的影响研究较少,尤... 详细信息

水力侵蚀是最严重的土壤退化过程之一,溅蚀是水力侵蚀的初始阶段,由雨滴对土壤表面团聚体的破坏力引起。除了降雨强度,土壤特性和地表状况对于理解溅蚀至关重要。然而,目前关于土壤前期含水量和砾石条件等因素对溅蚀的影响研究较少,尤其是针对我国水力侵蚀现象频繁的赣南花岗岩残积土地区的溅蚀研究还不足。本文将花岗岩残积土作为研究对象,通过室内降雨溅蚀试验和正交试验,研究降雨强度、砾石含量、砾石粒径和前期土壤含水量四种单一因素作用和多因素耦合作用对土壤溅蚀过程的影响。同时,采用喷洒法对花岗岩残积土进行表面处理并进行溅蚀试验,结合扫描电镜观测技术,研究喷洒式微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbially Induced Calcium Carbonate Precipitation,MICP)表面固化处理对花岗岩残积土的抗溅蚀性的改善效果,并探讨其微观机制。主要得出以下结论:(1)通过不同降雨强度下的溅蚀试验得出:溅蚀率与降雨强度呈正相关关系;溅蚀量与降雨强度呈指数关系,并且与降雨历时呈线性关系;对于一次降雨产生的溅蚀颗粒与降雨过程中的溅蚀颗粒,其粒径分选组成均为粉粒(0.002～0.02mm)含量最高,粗砂(0.2～2mm)含量最少;粘粒(粒径颗粒的过程,降雨溅蚀过程的分选性先增强后波动稳定,随着降雨强度的增大先减弱后增强,在降雨强度为120mm/h时分选性最弱;土壤颗粒的破碎程度随降雨历时的延长先上升后波动稳定,随降雨强度的增大先下降后上升;溅蚀粒径分选各指标与降雨强度的关系均可用抛物线方程描述。(2)通过不同砾石含量和砾石粒径下的溅蚀试验得出:砾石粒径越小,土层表面砾石向溅蚀盘壁附近聚集的现象越明显;溅蚀率与砾石粒径呈负相关关系,与砾石含量呈正相关关系;溅蚀量与砾石含量呈线性关系,当砾石粒径为2～3mm时,溅蚀量与砾石含量呈正相关关系,当砾石粒径为3～5mm和5～10mm时,溅蚀量与砾石含量呈负相关关系;雨滴击溅作用力无法搬运5～10mm砾石颗粒;砾石含量越大或砾石粒径越大,溅蚀分选的各个粒径颗粒含量达到波动稳定状态的时间越早;溅蚀过程是降雨雨滴优先分离粒径颗粒的过程;溅蚀过程的分选性随降雨历时的延长先增强再减弱后波动稳定,分选性与砾石含量和砾石粒径呈负相关;土壤颗粒的破碎程度随降雨历时的延长先上升后波动稳定,随砾石含量和砾石粒径的增大而下降;各粒径颗粒含量和颗粒富集率与砾石含量的关系均可用幂函数方程描述,平均重量直径和分形维数与砾石含量的关系可用线性方程描述。(3)通过不同前期含水量下的溅蚀试验得出:前期含水量越高,溅蚀土样表面越不平整,积水越快且积水层越厚;溅蚀率与前期含水量呈正相关,溅蚀量与前期含水量的关系可用幂函数方程描述;溅蚀分选中粉粒(0.002～0.02mm)含量最高,粗砂(0.2～2mm)含量最少;前期含水量3%～10%下,溅蚀分选中0.02mm的粒径颗粒含量随着降雨历时和前期含水量的变化则呈相反趋势;土壤颗粒的破碎程度随降雨历时的延长先下降再上升后波动稳定,随前期含水量的增大而下降;溅蚀过程的分选性随降雨历时的延长先减弱再增强后波动稳定。前期含水量12%～25%条件下,两种颗粒含量和破碎程度变化趋势均相反;溅蚀过程的分选性随降雨历时的延长先增强后波动稳定,随前期含水量的增大先减弱后增强,在前期含水量为12%时分选性最弱。此外,溅蚀粒径分选各指标与前期含水量的关系均可用抛物线方程描述。(4)基于正交实验法,采用室内降雨溅蚀试验,研究降雨强度、前期含水量、砾石含量及砾石粒径四种因素共同作用下对土壤溅蚀的影响,结果表明:对于溅蚀量,四种因素影响的主次顺序为降雨强度>前期含水量>砾石含量>砾石粒径;对于溅蚀粒径分选中粘粒(分选平均重量直径、粘粒(砾石含量>前期含水量>砾石粒径;然而对于溅蚀分选中粉粒(0.002～0.02mm)和粗砂(0.2～2mm)颗粒含量、粉粒(0.002～0.02mm)和细砂(0.02～0.2mm)颗粒富集率主次顺序则为降雨强度>砾石含量>砾石粒径>前期含水量。(5)采用微生物固化技术对土样加固后进行室内降雨溅蚀试验,结果表明:微生物对土壤开裂有修复作用,且处理过的土样表面有一层质地较硬的“保护层”,土样表面从裂缝修复处开始破坏;各细菌浓度下,OD=0.75处理的土样表面破坏程度最小;加固次数越多,土样表面破坏程度越小;降雨

关键词：花岗岩残积土溅蚀粒径分选影响因素正交试验微生物固化

黄土坡面片蚀过程对有机碳流失特征的影响研究

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黄土坡面片蚀过程对有机碳流失特征的影响研究

作者：史方颖中国科学院大学(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

土壤侵蚀导致富含有机碳的表层土壤大量流失,对土壤资源、人类生存和可持续发展产生威胁。目前,关于土壤侵蚀对有机碳流失影响的研究主要集中在泥沙有机碳含量、富集特征、流失量及其影响因素,而较少涉及不同侵蚀过程中泥沙有机碳不同... 详细信息

土壤侵蚀导致富含有机碳的表层土壤大量流失,对土壤资源、人类生存和可持续发展产生威胁。目前,关于土壤侵蚀对有机碳流失影响的研究主要集中在泥沙有机碳含量、富集特征、流失量及其影响因素,而较少涉及不同侵蚀过程中泥沙有机碳不同组分含量、不同组分流失特征与粒径分选和坡面侵蚀特征参数对应分析的研究。片蚀是坡面土壤侵蚀的主要过程,有机碳在片蚀条件下基本以泥沙为载体流失,但由于有机碳各组分的理化性质及在土壤颗粒中赋存方式的差异,有机碳各组分对片蚀过程的响应可能不同,因此系统研究片蚀过程中侵蚀泥沙有机碳含量、组分变化、流失特征及其影响因素对于充分理解土壤侵蚀对有机碳流失影响至关重要。本研究以黄土高原杨凌塿土为试验土壤,采用五个降雨强度(42,60,90,120和150 mm/h)和五个坡度(7,10,15,20和25°)的室内模拟降雨完全组合试验,探究片蚀过程坡面不同组分有机碳流失特征、泥沙有机碳组分含量及泥沙粒径组分的变化,分析不同条件下坡面侵蚀参数和泥沙粒径组成与有机碳不同组分流失特征之间的关系,揭示片蚀过程对坡面有机碳流失特征的影响因素,为构建坡面有机碳流失模型提供研究思路和理论依据。本论文的主要结论如下:(1)降雨强度和坡度显著影响坡面片蚀过程与特征。随着降雨强度增加,产流速率、产沙速率以及泥沙浓度均增加。随着坡度增加,产流速率存在临界坡度,临界值两侧变化趋势相反。总体上,降雨强度对坡面侵蚀参数的影响大于坡度。随着降雨历时的增加,产流速率先增加,后保持动态稳定的状态直至降雨结束。产沙速率和泥沙浓度则与之相反,随着降雨历时的增加先降低,最后趋于稳定的变化趋势。(2)侵蚀泥沙和原始土壤有效粒径和绝对粒径组成粉粒级含量均是最高的,侵蚀泥沙中有效粒径组成黏粒级不发生富集,粉粒级和砂粒级发生富集。而泥沙绝对粒径组成中黏粒和粉粒发生富集,砂粒不富集。说明在片蚀过程中,细颗粒组分通常微团聚体的形式流失。对比侵蚀泥沙中有效粒径与绝对粒径组成的有效颗粒富集率和团聚率,发现黏粒级和砂粒级更加倾向以团粒的方式被运移,而粉粒级则倾向以单粒和团粒混合的形式被输移。有效粒径组成中黏粒级和砂粒级对雨强和坡度变化比较敏感。(3)坡度和雨强显著影响了侵蚀泥沙有机碳组分含量和流失速率,与原始土壤相比,侵蚀泥沙总有机碳和难氧化有机碳含量均高于原始土壤,泥沙中易氧化有机碳含量在部分试验下低于原始土壤。随着雨强和坡度的增加,泥沙中总有机碳和易氧化有机碳含量先增加后降低,难氧化有机碳含量先降低后增加。片蚀过程中有机碳不同组分的流失速率在初始产流时较大,而后逐渐降低,最终保持稳定状态。有机碳各组分流失量随着雨强和坡度的增加而增加,但雨强对有机碳流失的影响大于坡度。此外总有机碳富集比和难氧化有机碳富集比随降雨历时的增加呈指数型递减趋势,而易氧化有机碳在降雨过程中呈波动状。(4)产流速率、产沙速率和泥沙浓度与泥沙有机碳各组分的含量和流失速率都具有显著相关关系(p粒径组成和绝对粒径组成各粒级均不存在显著相关关系,易氧化有机碳含量则仅与有效粒径组成粉粒级存在显著负相关关系,与有效粒径组成砂粒级存在显著正相关关系。难氧化有机碳含量与有效粒径和绝对粒径组成粉粒存在显著正相关关系。不同组分有机碳流失速率与有效和绝对粒径粉粒呈现显著正相关关系,与绝对粒径的黏粒级呈现负相关关系,而有效粒径的砂粒级则与易氧化有机碳和难氧化有机碳流失速率呈现显著负相关,与总有机碳流失速率无显著相关性。(5)基于结构方程模型分析坡度、雨强、产流产沙、粒径组成对侵蚀泥沙有机碳含量与流失速率的影响,结果显示,对侵蚀泥沙有机碳含量影响最大的是雨强,但对有机碳流失速率影响最大的是坡面侵蚀特征参数。此外,雨强对总有机碳含量影响以间接效应为主,坡度以直接效应为主,而雨强和坡度对各组分有机碳含量均以直接效应为主,但雨强和坡度对有机碳流失速率均以间接效应为主。

关键词：片蚀粒径分选有机碳流失有机碳组分

不同粒径生活垃圾堆肥组配基质特征及其对黑麦草的生态作用

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中国草地学报 2008年第1期30卷 72-77页

作者：刘晓波多立安赵树兰天津师范大学化学与生命科学学院天津300387

将生活垃圾堆肥通过筛分的方式分为5个粒径等级,并与土壤混合成为草坪组配基质,研究了不同粒径生活垃圾堆肥组配基质的特征及其对黑麦草的生态作用。结果表明:不同粒径堆肥加入土壤中,可显著地改善组配基质的理化性质,提高肥力,不同组... 详细信息

将生活垃圾堆肥通过筛分的方式分为5个粒径等级,并与土壤混合成为草坪组配基质,研究了不同粒径生活垃圾堆肥组配基质的特征及其对黑麦草的生态作用。结果表明:不同粒径堆肥加入土壤中,可显著地改善组配基质的理化性质,提高肥力,不同组配基质的重金属含量存在明显差异。组配基质能有效地提供养分,促进光合,加速草坪植物生长,改善草坪植物色泽,尤其以基质1和基质2的效果最佳。在整个生长期内,基质1和基质2建植草坪的植物地上生物量分别是对照的153.49%和150.77%,地下生物量分别是对照的222.16%和211.34%;叶绿素含量分别是对照的149.06%和133.02%。

关键词：生活垃圾堆肥粒径分选黑麦草生态作用

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粒径对低钙粉煤灰颗粒多样特征的影响

中国粉体技术 2020年第6期26卷 51-57页

作者：丰曙霞李艳奇山东英才学院建筑工程学院山东济南250104

将来自不同地区的3种原状低钙粉煤灰按照颗粒尺寸分成多个粒径区间颗粒群,测试粒径分级颗粒群容重、化学组分、颗粒形貌及火山灰活性,并采用灰色关联分析法分析粉煤灰活性的影响因素。结果表明,随着粒径减小,粉煤灰颗粒群的容重增大,Fe... 详细信息

将来自不同地区的3种原状低钙粉煤灰按照颗粒尺寸分成多个粒径区间颗粒群,测试粒径分级颗粒群容重、化学组分、颗粒形貌及火山灰活性,并采用灰色关联分析法分析粉煤灰活性的影响因素。结果表明,随着粒径减小,粉煤灰颗粒群的容重增大,Fe2O3和SO3含量减小;当粒径小于80μm时,粉煤灰中Al2O3含量明显增大;粉煤灰的火山灰活性并未随粒径减小而一致增大,粒径大于40μm时,化学组分对粉煤灰火山灰活性的影响明显高于粒径的;粒径小于40μm时,由于玻璃相含量增大,粉煤灰的活性显著提高。

关键词：粉煤灰粒径分选化学组分火山灰活性灰色关联分析

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铬在不同粒径土壤中的分布

湖北农业科学 2007年第4期46卷 544-546页

作者：郝汉舟靳孟贵汪丙国中国地质大学(武汉)环境学院武汉430074

采用对土壤不同粒径的分选,进而了解Cr6+在土壤中分布的特点。试验结果显示,对两种类型的土壤(水稻土和潮土),分选的5个粒级中,吸附Cr6+的浓度随着粘土、粉粒、沙粒的顺序而增加。粒径0.075～0.005 mm的土壤对Cr6+的吸附贡献率最大。活... 详细信息

采用对土壤不同粒径的分选,进而了解Cr6+在土壤中分布的特点。试验结果显示,对两种类型的土壤(水稻土和潮土),分选的5个粒级中,吸附Cr6+的浓度随着粘土、粉粒、沙粒的顺序而增加。粒径0.075～0.005 mm的土壤对Cr6+的吸附贡献率最大。活性氧化铁和活性氧化铝是影响Cr6+吸附的主要因素。活性氧化铁和活性氧化铝含量越高,对Cr6+吸附量越大。土壤中有机质含量与土壤吸附Cr6+的量呈负相关。采用逐步回归法分析表明两种类型的土壤Cr6+吸附量可以用多元线性回归模型表示,Cr6+吸附量与土壤有机质、活性氧化铁、活性氧化铝存在相关性。

关键词：铬土壤吸附河南粒径分选

基于模拟降雨的北京褐土坡地土壤团粒流失特征试验

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农业机械学报 2016年第8期47卷 137-145,215页

作者：杨帆张洪江程金花周柱栋北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学北京市水土保持工程技术研究中心北京100083

选取20°北京典型褐土坡面径流小区为试验对象,基于野外人工模拟降雨试验和有无雨滴打击作用对坡面侵蚀的影响,研究了坡面土壤团粒组成及其变化特征,揭示了坡面侵蚀过程中泥沙团粒的分离和输移规律。试验处理包括3种代表性降雨强度（35... 详细信息

选取20°北京典型褐土坡面径流小区为试验对象,基于野外人工模拟降雨试验和有无雨滴打击作用对坡面侵蚀的影响,研究了坡面土壤团粒组成及其变化特征,揭示了坡面侵蚀过程中泥沙团粒的分离和输移规律。试验处理包括3种代表性降雨强度（35、65、100 mm/h）和3种植被盖度（0%、30%、80%）。结果表明,消除雨滴打击作用后,坡面侵蚀特征变化明显,坡面含沙量和土壤分离率分别减少25.91%~31.15%和35.10%~41.20%,坡面侵蚀泥沙团粒中值粒径均小于雨滴击溅坡面。通过侵蚀泥沙有效粒径分布和最终粒径分布的比值（E/U）分析泥沙团粒的粒径分选特征,发现产流初始阶段粗砂、细砂、细粉粒和粘粒多以团聚体形式存在,而粗粉砂以初级粒子形式存在;随着降雨历时延长,侵蚀泥沙各粒级的分离程度增加,泥沙颗粒逐步分解为初级粒子。坡面侵蚀泥沙分离规律表明,泥沙团粒结构变化与坡面水动力学特征密切相关,土壤团聚体分形维数（D）与时间（T）呈幂函数关系。坡面产流前雨滴击溅对土壤分离有重要作用,其对土壤分离贡献率为28.09%,而无雨滴打击坡面土壤团聚体分形维数增量是有雨滴打击增量的48.43%。在该区坡地泥沙颗粒输移过程中,稳定性较差的砂粒被分解为细小颗粒,粗粉砂多以初级粒子形式存在,对坡面侵蚀泥沙颗粒分离过程具有重要影响,而粘粒在侵蚀坡面则逐渐富集。

关键词：侵蚀过程粒径分选雨滴击溅泥沙团粒结构

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华北土石山区模拟降雨下土壤溅蚀研究

农业机械学报 2015年第2期46卷 153-161页

作者：程金花秦越张洪江丛月杨帆闫永庆北京林业大学教育部水土保持与荒漠化防治重点实验室北京100083 北京市延庆县水土保持试验站北京102100

采取野外模拟降雨试验,研究了降雨强度、降雨动能以及降雨历时对溅蚀量的影响规律,分析了溅蚀土粒的距离、方位的分布特征,以及溅蚀土粒的粒径组成规律。研究结果表明：雨滴击溅过程中,在不同强度的降雨作用下,下坡方向产生的溅蚀量最大... 详细信息

采取野外模拟降雨试验,研究了降雨强度、降雨动能以及降雨历时对溅蚀量的影响规律,分析了溅蚀土粒的距离、方位的分布特征,以及溅蚀土粒的粒径组成规律。研究结果表明：雨滴击溅过程中,在不同强度的降雨作用下,下坡方向产生的溅蚀量最大,上坡方向产生的溅蚀量最小。溅蚀总搬运量与溅蚀净搬运量均与降雨强度呈正相关。溅蚀量与降雨强度呈指数函数关系,与降雨动能呈现线性函数关系。溅蚀率与降雨历时呈现指数函数关系。溅蚀土粒主要分布在0～10 cm,占溅蚀总搬运量的45.40%～57.75%,在50～60 cm内的溅蚀量所占比例不高于1.75%。溅蚀量与溅蚀距离呈负指数函数关系。溅蚀土粒径小于等于2 mm,溅蚀土粒中细砂粒和粗粉粒百分比与原状土壤较为接近,粗砂粒百分比远低于原状土壤,而粘粒百分比高于原状土壤,粉粒百分比低于原状土壤。溅蚀土粒中细砂粒（0.05～0.2 mm）最易于被溅蚀,而小粒径（小于0.002 mm）和大粒径（大于0.2 mm）土壤颗粒不易被溅蚀。当降雨强度足够大时,对于同种特征的土壤,溅蚀土粒存在稳定的粒径组成。当降雨强度保持不变时,溅蚀平均粒径随溅蚀距离的增加而变小。溅蚀距离在0～30 cm,溅蚀平均粒径的变化率较大;随溅蚀距离的不断增加,溅蚀平均粒径的变化率较小。

关键词：雨滴击溅降雨因素距离分选粒径分选