本文關鍵詞：基于不同耕作措施下土壤結皮的形成及其對侵蝕的影響研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：土壤結皮是干旱半干旱地區(qū)降雨打擊、徑流壓實或灌溉條件下形成的一種常見的地表現象。與原狀土相比,其孔隙率小,抗剪切強度高,故在降雨時常降低雨水入滲量,增加地表徑流量,造成嚴重的徑流損失和農田生態(tài)問題。坡耕地生產管理過程中,人們常常采取各種耕作措施來實現減少水土流失,促進作物穩(wěn)產和高產。但是在耕作措施基礎上,當形成土壤結皮時,兩者對土壤侵蝕的影響及機制目前尚不清楚。為此,本研究以黃土高原坡耕地常采用的等高耕作和人工掏挖為基礎,以裸露的直線坡為對照,通過室內人工模擬降雨試驗和放水沖刷試驗,探討不同類型土壤結皮的形成、特征以及侵蝕效應,并且深入研究土壤結皮與農業(yè)耕作措施共同作用下的土壤侵蝕機理,得出了以下主要結論:1.耕作措施造成的地表高低起伏的微地形對形成土壤結皮的類型有很大影響。地勢較低的洼地形成沉積性結皮,地勢較高的坎上形成結構性結皮。通過對兩種類型土壤結皮性質的測定,發(fā)現結構性結皮在結皮厚度和密度方面較沉積性結皮略低,在孔隙度和抗剪強度方面較沉積性結皮略高。然而,結構性結皮和沉積性結皮在性質上差異不顯著。沉積性結皮相對于無結皮坡面增加徑流75.80%,減少侵蝕和入滲分別為38.15%和33.74%;結構性結皮相對于無結皮坡面增加徑流26.87%,減少侵蝕和入滲分別為55.08%和28.92%。2.通過室內放水沖刷試驗,研究表明結皮坡面的土壤侵蝕量在任何流量條件下均較無結皮坡面低;土壤結皮對坡面流水動力學參數存在顯著的影響,土壤結皮增大坡面流流速,減小坡面流深度,使坡面流處于層流狀態(tài),并且結皮坡面的水流剪切力、阻力系數、水流功率小于無結皮坡面。土壤侵蝕量與水動力學特征參數相關性顯著,與雷諾數呈線性正相關;與水流剪切力、水流功率的對數呈線性正相關;與阻力系數呈線性負相關。因此,可以通過坡面水動力學參數的變化情況說明土壤結皮減小坡面土壤侵蝕量。3.通過室內人工模擬降雨試驗,研究發(fā)現土壤結皮坡面較無結皮坡面產流時間早。結皮坡面與無結皮坡面徑流曲線、侵蝕曲線和入滲曲線的變化規(guī)律基本上接近。土壤結皮坡面的徑流強度始終高于無結皮坡面的徑流強度,而侵蝕強度和入滲率則低于無結皮坡面。累積徑流量在結皮坡面和無結皮坡面均呈線性增加,結皮坡面累積徑流量的增長速率高于無結皮坡面的累積徑流量增長速率;累積侵蝕量和累積入滲量曲線在結皮坡面和無結皮坡面呈分段線性函數,在開始一段時間增長速率較快,當侵蝕量或入滲量達到穩(wěn)定時,累積曲線增長速率變緩,低于第一段增長速率,結皮坡面的累積侵蝕量和累積入滲量低于無結皮坡面。4.不同耕作措施的產流時間表現為等高耕作人工掏挖直線坡。任意降雨強度下坡面徑流強度和侵蝕強度的規(guī)律與任意坡度下一致,即等高耕作人工掏挖直線坡,土壤入滲率則遵循著等高耕作人工掏挖直線坡的規(guī)律。累積徑流量在各耕作措施條件下均呈線性增加,并且遵循著等高耕作人工掏挖直線坡的增長趨勢;累積侵蝕量和累積入滲量曲線在各耕作措施條件下呈分段線性函數,在開始一段時間增長速率較快,當侵蝕量或入滲量達到穩(wěn)定時,累積曲線增長速率變緩,低于第一段增長速率。然而,仍然可以看出等高耕作的累積侵蝕量最低,直線坡的累積侵蝕量最高;累積入滲量的增長趨勢為等高耕作人工掏挖直線坡。5.通過相關分析發(fā)現,徑流量、侵蝕量和入滲量與降雨強度、坡度、耕作措施和土壤結皮因子顯著相關(p0.01),其中,徑流量和入滲量與降雨強度因子相關性最大;侵蝕量與坡度因子相關性最大。通過多因素方差分析發(fā)現,降雨強度、坡度、耕作措施和土壤結皮因子的單因子對坡面徑流量、侵蝕量和入滲量作用極為顯著(p0.001);當這些因子兩兩結合的時候,降雨強度和坡度、土壤結皮的組合對徑流量、侵蝕量和入滲量的影響不顯著;當三個因子交互作用下,降雨強度和坡度、土壤結皮的組合對徑流量、侵蝕量和入滲量的影響不顯著;四個因子共同作用對坡面徑流量、侵蝕量和入滲量影響不顯著。通過逐步回歸分析發(fā)現,降雨因子組合、坡度和地表粗糙度與徑流量、泥沙量和入滲量的線性方程達到顯著水平(p0.01)。通過通徑分析發(fā)現,降雨和坡度因子對坡面徑流侵蝕的影響較為嚴重,而耕作措施與降雨因子和坡度因子之間幾乎不存在相互關聯。結皮坡面的降雨強度、坡度和耕作措施因子與坡面徑流量、泥沙量和入滲量相關系數值高于無結皮坡面,而結皮坡面的入滲主要受到降雨因子影響,無結皮坡面入滲主要受到耕作措施因子影響。6.通過對比坡度的影響發(fā)現,坡面徑流強度和侵蝕強度遵循著5°條件下最低,20°條件下最高的原則。入滲強度的變化趨勢與徑流強度和侵蝕強度的變化相反,隨著坡度的增加,入滲強度逐漸減小,即5°10°15°20°。各個降雨強度條件下,徑流強度、侵蝕強度和入滲強度隨時間變化的趨勢基本一致,即隨降雨強度的增加而逐漸增加。耕作措施條件下,隨著坡度和降雨強度的增加,等高耕作和人工掏挖坡面徑流量、泥沙量和入滲量變化明顯,而對照直線坡變化不明顯。隨著坡度和降雨強度的增加,沉積性結皮和結構性結皮對坡面徑流、產沙和入滲的影響均逐漸減小。
【關鍵詞】：土壤結皮 耕作措施 坡度 降雨強度 黃土高原
【學位授予單位】：西北農林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S157.1
【目錄】：

• 摘要6-8
• 英文摘要8-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 國內外研究綜述15-24
• 1.2.1 土壤結皮的定義15
• 1.2.2 土壤結皮的形成機理15-16
• 1.2.3 土壤結皮形成的影響因素研究16-18
• 1.2.4 土壤結皮對坡面水分入滲的影響研究18-19
• 1.2.5 土壤結皮對濺蝕的影響研究19-20
• 1.2.6 土壤結皮對坡面產流產沙的影響研究20-21
• 1.2.7 不同類型土壤結皮的研究21-23
• 1.2.8 農業(yè)耕作措施的研究23-24
• 1.3 存在問題及不足24-26
• 第二章 研究內容與方法26-34
• 2.1 研究區(qū)概況26-27
• 2.2 研究內容27-28
• 2.2.1 耕作措施下不同類型土壤結皮的形成及特征27
• 2.2.2 土壤結皮坡面水動力學參數27
• 2.2.3 坡面土壤結皮侵蝕效應27
• 2.2.4 耕作措施侵蝕效應27
• 2.2.5 土壤結皮和耕作措施交互作用27-28
• 2.3 研究方法28
• 2.4 試驗方案28-32
• 2.4.1 放水沖刷試驗28-30
• 2.4.2 室內人工模擬降雨試驗30-32
• 2.5 數據統(tǒng)計分析方法32-33
• 2.6 技術路線33-34
• 第三章 耕作措施下不同類型土壤結皮的形成及特征34-59
• 3.1 耕作措施下不同類型土壤結皮的形成34-37
• 3.2 不同類型土壤結皮對坡面徑流量的影響37-45
• 3.3 不同類型土壤結皮抗蝕特征45-51
• 3.4 不同類型土壤結皮減滲特征51-57
• 3.5 小結57-59
• 第四章 土壤結皮坡面流水動力學特征59-69
• 4.1 坡面土壤侵蝕量59-60
• 4.2 坡面流流態(tài)60-62
• 4.3 坡面流平均流速v和平均徑流深度h62-64
• 4.4 坡面阻力系數f64-65
• 4.5 水流剪切力 τ 和水流功率 ω65-66
• 4.6 水動力學參數與土壤侵蝕量的關系66-67
• 4.7 小結67-69
• 第五章 土壤結皮的侵蝕效應69-96
• 5.1 土壤結皮對坡面產流時間的影響69-71
• 5.2 土壤結皮對坡面徑流強度的影響71-78
• 5.2.1 坡度條件下土壤結皮對坡面徑流強度的影響71-75
• 5.2.2 雨強條件下土壤結皮對坡面徑流強度的影響75-78
• 5.3 土壤結皮對坡面侵蝕的影響78-85
• 5.3.1 坡度條件下土壤結皮對坡面侵蝕的影響78-82
• 5.3.2 雨強條件下土壤結皮對坡面侵蝕的影響82-85
• 5.4 土壤結皮對坡面降雨入滲的影響85-90
• 5.4.1 坡度條件下土壤結皮對坡面降雨入滲的影響85-88
• 5.4.2 降雨強度條件下土壤結皮對坡面降雨入滲的影響88-90
• 5.5 坡度對結皮坡面產流產沙入滲的影響90-92
• 5.6 降雨強度對結皮坡面產流產沙入滲的影響92-95
• 5.7 小結95-96
• 第六章 耕作措施侵蝕效應96-119
• 6.1 耕作措施對產流時間的影響96-97
• 6.2 耕作措施對坡面徑流強度的影響97-102
• 6.2.1 坡度條件下耕作措施對坡面徑流強度的影響97-100
• 6.2.2 降雨強度條件下耕作措施對坡面徑流強度的影響100-102
• 6.3 耕作措施對坡面侵蝕的影響102-109
• 6.3.1 坡度條件下耕作措施對坡面侵蝕的影響102-106
• 6.3.2 降雨強度條件下耕作措施對坡面侵蝕的影響106-109
• 6.4 耕作措施對坡面土壤水分入滲的影響109-114
• 6.4.1 坡度條件下耕作措施對坡面土壤水分入滲的影響109-111
• 6.4.2 降雨強度條件下耕作措施對坡面土壤水分入滲的影響111-114
• 6.5 坡度對耕作措施坡面產流產沙入滲的影響114-116
• 6.6 降雨強度對耕作措施坡面產流產沙入滲的影響116-118
• 6.7 小結118-119
• 第七章 土壤結皮和耕作措施的交互作用119-126
• 7.1 相關分析119-120
• 7.2 多因素方差分析120-121
• 7.3 逐步回歸分析與通徑分析121-124
• 7.4 小結124-126
• 第八章 結論126-129
• 8.1 耕作措施下不同類型土壤結皮的形成及特征126
• 8.2 土壤結皮坡面水動力學特征126-127
• 8.3 土壤結皮對坡面土壤侵蝕的影響127
• 8.4 耕作措施對坡面土壤侵蝕的影響127-128
• 8.5 土壤結皮與耕作措施交互作用128-129
• 參考文獻129-137
• 致謝137-138
• 作者簡介138

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 鐘壬琳;張平倉;;紫色土坡面產流產沙模擬試驗研究[J];浙江水利科技;2011年02期

2 陳椿庭;關于明渠水流的六區(qū)流態(tài)[J];人民長江;1995年03期

3 袁建平,蔣定生,甘淑;影響坡地降雨產流歷時的因子分析[J];山地學報;1999年03期

4 郭太龍;王全九;王力;樊軍;;黃土坡面水力學特征參數與土壤侵蝕量間關系研究[J];中國水土保持科學;2008年04期

5 朱顯謨;黃土高原土地的整治問題[J];水土保持通報;1984年04期

6 蔣定生,黃國俊;地面坡度對降水入滲影響的模擬試驗[J];水土保持通報;1984年04期

7 劉志,江忠善;雨滴打擊作用對黃土結皮影響的研究[J];水土保持通報;1988年01期

8 吳發(fā)啟,范文波;坡耕地黃X⊥兩崞さ睦砘災史治鯷J];水土保持通報;2001年04期

9 江忠善;劉志;;降雨因素和坡度對濺蝕影響的研究[J];水土保持學報;1989年02期

10 吳發(fā)啟,趙西寧,崔衛(wèi)芳;坡耕地耕作管理措施對降雨入滲的影響[J];水土保持學報;2003年03期

中國碩士學位論文全文數據庫 前1條

1 范文波;坡耕地土壤結皮的成因及其作用研究[D];西北農林科技大學;2001年

  本文關鍵詞：基于不同耕作措施下土壤結皮的形成及其對侵蝕的影響研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：302155