【摘要】：風蝕是重要的地表外營力侵蝕過程,是地表物質在遭受風力及其所攜帶物質的破壞性作用后發(fā)生位移或損失的過程。廣泛發(fā)生于世界上干旱和半干旱地區(qū)的土壤風蝕,不僅會對地表造成嚴重的破壞,導致土壤養(yǎng)分的流失和土地生產(chǎn)力的下降,而且還會對人類的生存環(huán)境造成不同程度的破壞甚至災難性的損害。植物作為重要的風蝕影響因子,能夠增大空氣動力學粗糙度、提高摩阻風速,有效降低近地表風沙流的侵蝕作用。前人關于植物抗風蝕的研究主要集中在地上部分,關于植物根系對土壤風蝕影響的研究相對薄弱。然而,植物根系是與土壤接觸最緊密的部分,不僅能夠提高土層結構的穩(wěn)定性,而且還能減少風沙流對地表物質的直接侵蝕,土壤中根系的含量對于土壤的抗風蝕性具有重要的影響。因此,進一步探究不同風速條件下土壤中植物根系含量與風蝕的量化關系,深入理解植物根系抗風蝕的內在機理對我國北方干旱和半干旱地區(qū)的土壤風蝕防治工作具有重要的理論和現(xiàn)實意義。鑒于此,本文通過風洞模擬實驗,設計了三種植物模擬根系,對中國北方干旱和半干旱地區(qū)的兩種典型土壤(黃土和風沙土)在六組風速環(huán)境下進行了風蝕,測量并探討了摩阻風速和根系含量兩要素與土壤風蝕的關系,初步構建了土壤根系抗風蝕模型,以期為土壤風蝕防治工作提供科學的理論根據(jù)。由風洞模擬實驗結果可知：(1)實驗用典型黃土粒度組成以粉砂(37.16%)、粗粉砂(35.31%)和極細砂(23.03%)為主,細砂和中砂含量很少；實驗用風沙土粒度分布范圍較大,細砂含量最多為34.65%,粉砂含量為21.18%,極細砂含量為17.22%,中砂含量為13.426%,粗粉砂含量為13.47%,粗砂含量最少為0.06%；實驗用沙以細砂為主(72.63%),中砂和極細砂含量較少分別為：16.2%和11.16%。(2)風洞模擬實驗中分別測量了凈風床面條件和攜沙風床面條件下的風速廓線,凈風條件下的風速廓線采用對數(shù)函數(shù)擬合,風沙流中的風速廓線采用冪函數(shù)擬合。在半對數(shù)坐標軸上,凈風條件下的風速廓線為傾斜的直線,而風沙流中的風速廓線為上凸的曲線；風洞模擬實驗中觀測到的風沙流通量廓線出現(xiàn)類似于礫質戈壁風沙流結構的特征,輸沙量在一定高度達到最大值,并隨著風速的增大而增高,呈現(xiàn)出明顯的“象鼻”效應。(3)在任何大于臨界風蝕風速的條件下：風蝕速率與摩阻風速呈現(xiàn)明顯的三次方冪函數(shù)關系,風速越大風蝕樣品被風沙流侵蝕的速率越大,這和此前大多數(shù)學者的測量結果相似；土壤風蝕速率與根系含量存在線性關系。相同風速條件下,土壤中根系含量越多風蝕速率越小。然而,風蝕速率在一定根系含量時出現(xiàn)較大波動。分析認為,植物根系繞流現(xiàn)象對土壤風蝕的作用存在正反兩個方面,攜帶大量細小顆粒的湍流在根系與侵蝕面之間快速運動,很可能會增加土壤風蝕量；土壤抗風蝕模型可以用風蝕速率與摩阻風速和根系含量的冪函數(shù)關系表示。由此可知,風蝕量主要取決于風速,風對顆粒的搬運能力決定了風沙流的侵蝕和搬運能力,植物根系在一定條件下能夠有效地降低土壤的風蝕量,提高土壤的抗風蝕能力。因此,在實施防風固沙生物工程和干旱區(qū)耕作性土壤保護等工作中,應該提高對植物根系的重視,合理布置植物密度,充分發(fā)揮根系的抗風蝕效能。
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實驗樣品的合理制備是本實驗能否順利完成的關鍵，，風蝕樣品不僅要體現(xiàn)壤風蝕的主要特征，又要反應出不同類型和含量的植物根系對于止壤風蝕作差異。實驗不考慮含水量對于±X譚縭吹撓跋歟笛檠肪巳斯ず娓紗懟ｅ義涎樽爸玫暮俠戇滄壩氳魘允潛Ｕ鮮笛樗忱瓿傻鬧匾跫�，实验所涉及到的和辅助设壁M蟹縞扯ρХ綞礎⒈賢泄�、房O倮咭恰ⅲ祝桑裕櫻遙羌騁�、沙及为模拟房c潮囈綺愣杓頻募馀�、挡板和粗谈`Ｊ笛楣討興幸瞧靼部吭誦辛己謾ｅ義希筆笛檠返鬧票稿義銜溝檬笛榻峁哂幸歡ㄆ氈樾�，实验样�

本文編號：2682746