IMHE OpenIR  > 成都山地所知识仓储(2009年以前)
基于降雨侵蚀过程的土壤可蚀性研究
Alternative TitleStudy on the Soil Erodibility based on Rainfall Processes
徐佩
Thesis Advisor王玉宽
2009
Degree Grantor中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所
Place of Conferral成都
Degree Name博士
Degree Discipline自然地理学
Keyword侵蚀过程 土壤可蚀性 可蚀性指标ki 模型
Abstract土壤可蚀性是土壤侵蚀研究领域一项重要研究内容。人们很早就认识到土壤本身的性质和状态对土壤侵蚀有着直接的影响,但由于对土壤可蚀性的认识、研究目标、研究侧重和深度以及研究手段、技术条件和地域等差异,土壤可蚀性研究目前尚存在测定方法和技术不统一、指标可比性差、研究成果适宜范围有限等问题。基于这一认识,本论文提出从能够揭示土壤可蚀性本质的坡面水蚀动力过程角度开展土壤可蚀性研究。由于时间、精力和财力等方面原因,本论文仅开展了基于降雨侵蚀过程的土壤可蚀性研究,不涉及径流侵蚀过程的土壤可蚀性研究。 在总结前人研究方法和成果的基础上,通过大量室内及室外人工模拟降雨实验,本论文提出了一套测定降雨土壤可蚀性实验技术参数;并以长江上游为研究区选择了9种耕地土壤,3种地表处理,通过微小区人工模拟降雨实验提出了降雨土壤可蚀性指标Ki的概念、实验技术及计算方法。 尽管通过微小区人工模拟降雨实验提出的Ki估算方程式能够更加真实地反映实际的降雨土壤可蚀性,但是所需实验经费昂贵,大范围测定存在困难。为了解决无资料地区降雨土壤可蚀性Ki的计算问题,本文通过数学统计方法,从众多土壤理化性质中提取影响降雨可蚀性的主要土壤性质参数,计算出土壤性质和降雨可蚀性指标Ki的关系式,建立了以土壤性质作为参数的Ki经验估算模型。这样就可以利用常规土壤普查资料来计算Ki值的估算模型,使模型更有应用价值。 以下是研究所取得的初步成果。 一、降雨土壤可蚀性测定方法与技术 论文在借鉴前人研究基础上,通过改进完善提出了用于野外实验测定土壤可蚀性的设备,并通过实验检测,确定了一套测定降雨土壤可蚀性的实验技术参数。降雨土壤可蚀性实验技术包括了实验设备以及人工模拟降雨机和野外实验区地表处理技术。其中实验设备包括了野外人工模拟降雨设备和用于测定降雨土壤可蚀性的微型小区。测定技术参数包括了实验区的规格、降雨雨强标准、微小区坡度等。具体结论如下: 1)微小区:微型小区规格为0.35m×0.35m,制作材料为不锈钢,边框高度为10cm,小区的一边焊接集流槽并由右而左呈一定倾角,保证径流顺利产出。 2)实验区:实验区大小1.5m×1.5m。实验区中心布置微小区,微小区整体插入实验区土体内,边框高出地表0.5-1cm。微小区周边1米范围地表处理与小区内相同,达到内外一致。正式实验前先进行湿润性降雨,使表层土壤含水率达到田间持水量。 3)实验降雨强度:70 mm/h 4)实验区及微小区地面坡度:10° 二、降雨土壤可蚀性指标 以往衡量土壤可蚀性的指标多用于区域土壤可蚀性评价,可用于土壤侵蚀预报模型的指标较少,且多为具体土壤侵蚀模型而建立,不同模型间土壤可蚀性指标无法借用。本次基于水蚀过程的可蚀性研究其目标之一,是建立具有通用性的可以直接用于土壤侵蚀预报的降雨土壤可蚀性指标。 通过对比分析研究,本论文提出了降雨土壤可蚀性指标Ki,它是指以坡度10°的微小区作为标准,在该坡度下单位降雨侵蚀力(EI)所产生的土壤侵蚀率,其表达形式如下: 式中,Ki为降雨土壤可蚀性(g/KJ),Di为降雨产流15min后稳定侵蚀率(g/min.m2),E为降雨动能(KJ/m2.mm),I为降雨可蚀性测定雨强(mm/min)。 三、降雨土壤可蚀性影响因素 论文测定了包括土壤机械组成、有机质、微团聚体、水稳性团聚体,土壤容重、毛管孔隙度、PH值、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁含量等单因素指标或几个性质组合指标共22个指标。通过数理统计分析,确定出包括>0.25mm和>1mm水稳性团聚体含量、水稳性团聚体系数、分散率、硅铁铝率、硅铁铝铁率等土壤性质参数是影响和控制降雨土壤可蚀性的重要因素。 四、降雨土壤可蚀性估算模型 在实测降雨可蚀性的基础上,通过主成分分析法从众多土壤理化性质中提取出影响降雨可蚀性的主要土壤性质参数,分别建立了4因子变量,3因子变量和单因子变量的降雨土壤可蚀性Ki的估算模型。考虑到单因子模型难以完整地反映土壤性质对降雨分散作用的敏感性,而过多因子模型又过于复杂而不便于使用。本文推荐4因子模型作为长江上游地区典型土壤的降雨可蚀性Ki的估算模型,其表达式为: Ki=-713.72-6.01X1+0.73X2+468.9X3+100.1X4 (R2=0.519,p=0.011) 式中,Ki为降雨土壤可蚀性(g/KJ),X1为容重(g/cm3),X2为粘粒含量(%),X3为>0.25mm团聚体(%),X4为硅铝率(%)。 该估算模型既有一定估算精度,形式上又简单明了,且土壤性质参数都能通过常规实验手段测定或从土壤普查资料中获取,有利于模型的应用和推广。
Other AbstractThough lots of rainfall simulation experiments in laboratory or in field, we selected 17 types soil to test soil rainfall erodibility in field and set up soil rainfall indexes and calculation method. At last, we established soil rainfall erodibility estimation model which is based on soil traits parameters by mathematical statistics analysis. The main conclusions are as follows: 1. The methods and technologies of testing soil rainfall erodibility Experimental technologies include the layout of micro plot in experiment field, standard of rainfall intensity, the slope gradient of micro plot. (1). Micro plot: the size is 0.35 m×0.35 m;(2). Micro plot experiment field: the size is 1.5m×1.5m;(3). Experimental rainfall intensity: 70mm/h;(4). Slope gradient : 10°. 2. Indexes of soil rainfall erodibility This study proposed taking 10°micro plot as standard, and taking the rainfall erosion rate under this slope and rainfall erosion ability as a index to measure the soil rainfall erodibility by comparative and analytic research,, the formula is as follows: In this formula, Ki is rainfall erodibility(g/KJ), Di is stable erosion rate after rainfall flow 15min, E is rainfall kinetic energy(KJ/m2.mm), I is the rainfall intensity(mm/min). 3. Factors affecting soil rainfall erodibility Through mathematical statistics analysis, We determined some indexes of soil physicochemical properties including >0.25mm and >1mm of water stable aggregate content,water stable aggregate coefficient, SiO2/AL2O3, organic content as main indexes which influence on and control soil rainfall erodibility. 4. Soil rainfall erodibility estimation model Baseon on principal component analysis with 21 types of soill parameters such as soil bulk density, soil texture and so on., We found that soil physicochemical characters which impact on soil rainfall erodibility can be classified into 4 categories: soil structure factors, soil texture factors, soil porosity factors and soil mineral factors. Soil rainfall erodibility model based on soil physicochemical properties was established by multiple regression analysis as below: (R2 = 0.519, ρ= 0.011) In the formula, Ki is rainfall erodibility(g/KJ), X1(bulk density, g/cm3), X2(clay particle, %), X3(>0.25mm aggregate, % ), and X4(Saf, %).
Subject Area土壤学
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.imde.ac.cn/handle/131551/2174
Collection成都山地所知识仓储(2009年以前)
山区发展研究中心
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GB/T 7714
徐佩. 基于降雨侵蚀过程的土壤可蚀性研究[D]. 成都. 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,2009.
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