内蒙古后山地区不同地表覆盖条件下土壤抗风蚀效应测试研究

论文摘要

针对我国北方干旱、半干旱地区生态环境脆弱,风蚀沙化成为严重制约该区农业可持续发展瓶颈的现状,选择内蒙古后山的典型风蚀沙化区—武川县农田和召河草原为测试研究对象,利用内蒙古农业大学研制的可移动式风蚀风洞及相关测试设备进行野外原位测试研究。主要研究内容和结果如下:1.应用均匀设计方法设计试验方案,完成了保护性耕作农田土壤风蚀多因素测试试验,用偏最小二乘法建立了保护性耕作农田多因素风蚀数学模型。模型分析和灰色关联度计算表明,各因素对净风输沙率、挟沙风输沙率作用情况为:中心风速最大,植被盖度次之,留茬高度最小;对截留率作用情况为:留茬高度最大,植被盖度次之,中心风速最小;各因素交互作用对输沙率、截留率影响规律相同,作用情况为:留茬高度×植被盖度最大,中心风速×植被盖度次之,中心风速×留茬高度最小。分析结果的一致性说明,用均匀方法设计试验方案,用偏最小二乘法建模,灰色关联理论分析试验数据的方法可行。2.传统耕作农田风蚀模数明显高于保护性耕作农田,风速超过11 m?s-1后风蚀急剧增加。保护性耕作农田风蚀模数随风速变化平缓,并且没有风蚀模数临界点。随风速和植被盖度的增加保护性耕作农田的抗风蚀效率增加,风速为18 m?s-1时,70%盖度下保护性耕作农田的抗风蚀效率达90.8%。3.增加砾石覆盖度可有效抑制传统耕作农田土壤风蚀,并改变输沙量垂向分布规律。输沙量垂向分布曲线随砾石盖度的增加逐渐出现“象鼻”特征,砾石覆盖度越大,风速越高,“象鼻”特征越明显。在相同盖度下,随砾石粒径的增加输沙量略有下降。4.保护性耕作农田风蚀物在水平方向经过5.5m,基本达到平衡稳定状态。输沙量垂向分布曲线呈现出与戈壁地表风沙流相似的“象鼻”效应。风蚀物主要活动在近地表40cm高度范围内,约占风蚀物总质量的90%。5.按正交试验方法设计试验方案,完成了草地风蚀多因素测试试验,用偏最小二乘法建立了草地多因素风蚀数学模型。模型分析与灰色关联度、极差分析得到的结论一致,即各因素对输沙率作用情况为:中心风速最大,植被盖度次之,交互作用最小。分析结果说明,灰色关联理论用于分析草原地表土壤风蚀,方法可行。用偏最小二乘法建立草原地表风蚀模型,分析评价其抗风蚀能力的方法符合要求。6.运用灰色建模理论分别建立了农田及草原地表风蚀模数随风速变化的灰色模型。模型预测值与实测值基本吻合,可以用来预测农田、草原地表风蚀模数随风速的变化规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 土壤风蚀及相关知识
• 1.2 土壤风蚀现状及危害
• 1.2.1 土壤风蚀现状
• 1.2.2 土壤风蚀危害
• 1.3 国外土壤风蚀研究现状
• 1.4 国内土壤风蚀研究现状
• 1.5 土壤风蚀测试方法
• 1.5.1 野外观测和网络监测
• 1.5.2 室内风洞模拟试验
• 1.5.3 移动式风蚀风洞野外原位测试
• 1.6 土壤风蚀研究目前存在的不足与待研究的问题
• 1.6.1 土壤风蚀模型和影响因子方面
• 1.6.2 土壤风蚀与保护性耕作技术结合方面
• 1.6.3 砾石覆盖农田土壤抗风蚀效应方面
• 1.7 选题目的和意义
• 2 研究内容和技术路线
• 2.1 研究内容
• 2.2 研究技术路线
• 2.3 主要测试设备
• 3 农田土壤风蚀测试研究
• 3.1 研究区概况
• 3.2 保护性耕作农田抗风蚀效应测试研究
• 3.2.1 研究内容和试验方案选择
• 3.2.2 输沙率计算
• 3.2.3 截留率计算
• 3.2.4 保护性耕作农田抗风蚀效应的灰色关联分析
• 3.2.5 保护性耕作农田多因素风蚀模型的建立
• 3.3 保护性耕作农田抗风蚀能力分析
• 3.3.1 风蚀模数计算
• 3.3.2 不同植被盖度时风蚀模数随风速的变化规律
• 3.3.3 不同留茬高度时风蚀模数随风速的变化规律
• 3.3.4 农田土壤风蚀模数灰色模型的建立
• 3.3.5 保护性耕作农田的抗风蚀效率
• 3.4 砾石覆盖传统耕作农田抗风蚀效应测试研究
• 3.4.1 测试方法与内容
• 3.4.2 净风时输沙量垂向分布规律
• 3.4.3 挟沙风时输沙量垂向分布规律
• 3.4.4 砾石覆盖传统耕作农田的抗风蚀效率
• 3.5 保护性耕作农田风沙流结构研究
• 3.5.1 研究方法
• 3.5.2 保护性耕作农田风沙流水平分布规律
• 3.5.3 保护性耕作农田风沙流垂向分布规律
• 3.5.4 小结
• 4 草原地表土壤风蚀测试研究
• 4.1 草原地表抗风蚀效应多因素测试研究
• 4.1.1 试验设计与方法
• 4.1.2 风蚀物随高度的变化规律
• 4.1.3 草地输沙率灰色关联度计算分析
• 4.1.4 草地输沙率极差分析
• 4.1.5 草地输沙率数学模型
• 4.1.6 草地输沙率模型精度检验
• 4.1.7 试验因素对草地输沙率影响的曲面图分析
• 4.2 草原地表抗风蚀能力分析
• 4.2.1 不同植被盖度草地风蚀模数随风速的变化规律
• 4.2.2 无退化草地的抗风蚀效率
• 4.3 小结
• 5 结论、建议和创新点
• 5.1 农田土壤风蚀研究结论
• 5.2 草地土壤风蚀研究结论
• 5.3 问题与建议
• 5.4 创新点
• 致谢
• 参考文献
• 附表
• 作者简介