略论风蚀发生气理及其防治技术 略论风蚀发生气理及其防治技术 略论风蚀发生气理及其防治技术 文章来自教育网 摘要摘要:土壤风蚀是全球性土地退化的主要原因之一,也是世界上许多国家和地区的主要环境新问题之一。该文描述了国内外对土壤风蚀发生气理、防治理念和技术的探究,提出农业上实行保护性耕作,林业上植树造林,牧业上防止草原退化是人类可以用来治理和控制土壤风蚀的3种重要办法,以及我国治沙生产实践的总结表明机械沙障防沙是当前对流沙进行综合治理的办法,已为世界所公认,是理想而有效的办法。我国土壤风蚀和土地退化新问题日趋严重,应在全国进行大力宣传,转变土壤风蚀治理的观念,使人们从思想上熟悉风蚀防治要从植树、种草、农田保护、机械沙障4个方面综合进行,同时,国家要从政策上、资金上为农田保护性耕作的大规模实施提供保证,促进保护性耕作在全国范围内的推广应用。
1、风蚀发生气理
1.1 沙粒起动机制
土壤风蚀是指一定风速的气流功能于土壤或土壤母质,土壤颗粒发生位移造成土壤结构破坏、土壤物质损失的过程[3.它的实质是气流或气固两相流对地表物质的吹蚀和磨蚀过程。风蚀过程主要包括土壤团聚体和基本粒子的分离、输送和沉积[4. 半个多世纪以来,中外科学家对静止沙粒受力起动机制进行了深入的探究,并形成了多种假说,其中以冲击碰撞说较有代表性。1980年吴正和凌裕泉在风洞中用高速摄影的方法对沙粒运动过程进行了探究[8.他们认为在风力功能下,当平均风速约等于某一临界值时,外别突出的沙粒在湍流流速和压力脉动功能下,开始振动或前后摆动,但并不离开原来的位置,当风速增大超过临界值后,振动也随之加强,迎面阻力和上升力相应增大,并足以克服重力的功能,气流的旋转力矩促使某些最不稳定的沙粒首先沿沙面滚动或滑动。由于沙粒几何外形和所处空间位置的多样性,以及受力状况的多变性,因此在滚动过程中,一部分沙粒碰到地面凸起沙粒的冲击时,就会获得巨大冲量。受到忽然冲击力功能的沙粒,就会在碰撞瞬间由水平运动急剧地转变为垂直运动,骤然向上起跳进入气流运动,沙粒在气流功能下,由静止状态达到跃起状态。 风力功能下土壤颗粒主要有3种运动类型[5(图
1)摘要:悬移、跃移和蠕移。
图1 风蚀过程示意图
Fig.1 Schematicdiagramofwinderosionprocess 悬移摘要:指来自于很小土壤颗粒的垂直和水平运动,在跃移和直接风力功能下,直径100μm或更小的颗粒将被刮起来,悬浮到风中随风输送;在远距离搬运过程中,主要是%26lt;20μm的颗粒。在风蚀过程中,悬浮一般占总的土壤颗粒的3%~40%,搬运的高度最高、距离最远,是沙尘暴主要构成部分,土壤损失最为明显。由于比较细小的土壤颗粒通常含较多的有机质和营养物质,所以悬浮颗粒是最富含有机质和植物营养物质的部分。 1.3 风蚀的影响因素 1.3.1 风速
风速是风蚀的启动力,风速增加时,风向上抬起土壤的力和拖曳力也相应增加,引起大颗粒侵蚀,同时搬运能力也相应增加。假如在农田地表没有或很少保护的情况下,大风可以在短时间内搬运走大量的土壤。引起土壤颗粒在风流中开始移动的风速值叫临界风速值。临界风速值取决于土壤覆盖物和土壤的可侵蚀性。板结的或有不易侵蚀物质(如植物、残茬或石头等)覆盖的地表,临界风速将比光秃的、疏松表面土壤的临界风速高。 地表土壤物理特性包括土壤颗粒大小的分布和土块及结皮层的动态稳定性。 1.3.3 地表覆盖及粗糙度状况
Fryrear[8应用便携式风洞估计了平坦地表、已耕地表和含有非侵蚀性土块的已耕地表的土壤损失。结果得出,20%非侵蚀性土块覆盖的地表和无土块覆盖的地表相比,土壤损失减少56%;40%和60%.土块覆盖的地表分别减少82%和89%,地表粗糙度在控制风蚀方面是很有效的,并建立了土壤粗糙度系数和地表粗糙度之间的关系,定量方程为摘要:k=e-0.48SR. SLRc=e-0.0438SC(R2=0.
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4)。 SLR=e-0.5SC×e-0.52SR
式中 SLR——土壤损失比; SC——倒伏残茬覆盖率,%; SR——地表粗糙度,cm.
此式说明作物残茬保护地表是有效且可行的控制风蚀的方法,而地表粗糙度的增加,也可以明显地降低风蚀。对残茬覆盖和地表粗糙度能有效的减小风蚀的理解,可更好地开发和应用保护性耕作来减少农田风蚀、土壤源的损失以及沙尘暴的发生。
2、风蚀防治技术
2.1 农田上实行保护性耕作技术防治风蚀
2.1.1 国外实行保护性耕作技术防治农田风蚀的经验
(1)美国治理沙尘暴的经验。 “黑风暴”惊醒