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1、第四章 影響土壤侵蝕的因素,教學目標：掌握影響土壤侵蝕的因素和作用機理。 也就是搞清楚兩個問題： 哪些因素影響土壤侵蝕？ 這些因素是如何起作用的？ 主要參考書： 唐克麗主編. 中國水土保持. 科學出版社，2004年 黃炎和等著.閩南地區(qū)的土壤侵蝕與治理.中國農(nóng)業(yè)出版 社,2002年,E=f（ctgspcm） E：土壤侵蝕 c：氣候 t：地形 g：地質(zhì) s：土壤 pc：植被 m：人類活動,第一節(jié) 氣候,主要內(nèi)容： 降水、風。對于南方來說，最重要的是降雨。,,1986年4月20日安溪官橋水保站的一場降雨過程,一場降雨過程中，雨強是不斷變化的！,降雨對土壤的作用：

2、 雨滴打擊地面：濺蝕和堵塞土壤孔隙（與雨滴特征有關(guān)）； 產(chǎn)流沖刷：水蝕區(qū)的侵蝕動力（與降雨量、雨強、降雨侵蝕力等有關(guān)）。,一、主要降雨參數(shù),1、雨滴特征 大小、分布、終點速度、動能等。 雨滴大小 雨滴大小的測定方法：濾紙色斑法。,濾紙色斑法的具體做法是： 取一張濾紙，在其表面薄薄地涂上一層水溶性的1：10的曙紅（干時無色、遇水變紅）和滑石粉的混合粉未，當雨滴落在濾紙上后，每一個雨滴就產(chǎn)生一個永久性的粉紅色圓形色斑。 實際雨滴在濾紙上所形成的色斑直徑與雨滴直徑密切相關(guān)（竇葆璋率定）: d=0.365D 0.712 d為雨滴直徑；D為色斑直徑。,雨滴色斑直徑還

3、受到濾紙性能的影響。 但是，就同一濾紙而言，其性能是一定的。 所以，只要采用與竇褒璋相同的濾紙，就能采用以上式子計算雨滴直徑。 濾紙是：新華造紙廠出品的直徑為150mm的定性中速濾紙。 通過這一實驗，可以得到什么數(shù)據(jù)？ 雨滴直徑：d,,,色斑直徑,,,雨滴直徑,利用色斑法測得閩南的雨滴直徑： 最小雨滴直徑為0.58，最大雨滴直徑為6.09。, 雨滴的分布(Best分布) 一定雨強下，大小雨滴的比例構(gòu)成。 F=1exp(d/a)n 其中 a=AIP 式中 : F為雨滴中直徑小于或等于d的雨滴 累積體積（%）； d為雨滴直徑(mm)； I為降雨強度（mm/m

4、in）； n、a、p為常數(shù)。(實際應(yīng)用時發(fā)現(xiàn)n、a不是常數(shù)） 福建： a=3.39I0.27 n不是常數(shù)，nI關(guān)系受地理位置影響。 閩南： n=5.19I0.11,1990年4月11日14:35-53時段雨滴分布特征,雨滴大小分布的例子: 閩南地區(qū)天然降雨雨滴的分布是遵守如下的函數(shù)關(guān)系的： F=1exp(d/a)n 其中 a=AIP （A=3.39，P=0.27） n=5.19I0.11,雨滴的中數(shù)直徑 指所有大于這一直徑的雨滴總體積等于小于這一直徑的雨滴總體積時的雨滴直徑。,假如告訴你雨強，能計算中數(shù)直徑嗎（以閩南為例）？ 以閩南為例: F=1exp(

5、d/a)n 其中 a=AIP （A=3.39，P=0.27） n=5.19I0.11,降雨的終點速度 雨滴降落到地面時的速度。 當d<1.9時，用修正的沙玉清公式計算，即： V=0.496antilog(28.32+6.524log0.1d-(log0.1d)2)-3.665 當d1.9時，用修正的牛頓公式計算，即： V=（17.20-0.844d）（0.1d） 式中： V 雨滴的降落速度（m/s） d 雨滴的直徑（） 閩南雨滴最小終點速度是2.28m/s，最大的雨滴降落終點速度是9.41m/s。,1990年4月11日14:35-53時段雨滴分布特征,降雨動

6、能 E=1/2*mv2 根據(jù)每次降雨雨滴組成，即可計算該次降雨在單位面積上每1mm降雨量的降雨動能。 很多人研究建立了雨強與動能的關(guān)系 福建省動能與雨強關(guān)系是冪函數(shù)關(guān)系： e=34.32I0.27,降雨動能的簡便算法: 通過回歸建立動能與容易獲得的降雨參數(shù)的關(guān)系,尋找簡便算法. （以閩南為例）： 一場降雨總動能ET與降雨量P的回歸關(guān)系： ET=11.36P1.17 月降雨量與月降雨總動能的回歸關(guān)系： EMT=9.85PM1.14 年降雨量與月降雨總動能的回歸關(guān)系： EYT=（EMT） M=1，2，3，，12。,2、 降雨侵蝕力,是指降雨引起土壤侵蝕

7、的潛在能力。 是通用土壤流失方程（USLE）的一個計算參數(shù)。 USLE: A=RKLSPC 威斯奇邁爾(Wischmeier)的研究工作 REI30 式中：E 一次降雨總動能； I30 一次降雨過程中連續(xù)30分鐘最 大降雨強度。 是經(jīng)驗公式，用于研究區(qū)以外要校正！, R值的雨量算法（經(jīng)驗式）,R1.73510（1.5lgP1/P-0.818） 式中： P1 多年平均月降雨量； P 多年平均年降雨量； R 年降雨侵蝕力。,其他研究者的成果,不同研究條件下，有不同的值計算方法。 比如黃土高原： RE60I10 東北黑土地區(qū)： RE60I30,降雨侵蝕力R最佳

8、計算組合的確定,原則：保留威氏結(jié)構(gòu)，同時又與土壤流失量有顯著相關(guān)，用于 通用土壤流失方程（USLE）時能合理預測土壤流失量。 以閩南為例： REI60 式中：R 降雨侵蝕力指標（J.cm/m2.h）； E 一場侵蝕性降雨總動能（J/m2）； I60 該場降雨最大60min雨強（cm/h）；,降雨侵蝕力R值的簡便算法,以閩南為例： R0.0016Pi1.9288 式中：R 年降雨侵蝕力指標（英制單位） Pi 各月降雨總量（mm）,閩南地區(qū)的R值年內(nèi)分布,閩南地區(qū)多年平均R值年內(nèi)分布圖,R值及其分布,以閩南為例,閩南地區(qū) R 值的年際分布,

9、典型站點的R值年際變化圖,閩 南 降 雨 侵 蝕 力 R 值 的 空 間 分 布,3、降雨量,降雨量的大小、分布, 降雨量的年際分布特征,降雨的年際變化很大。 以閩南為例： 閩南地區(qū)降雨量的年際變化很大 最大年降雨量一般為平均降雨量的1.31.8倍 最大年降雨量一般為最小年降雨量的1.73.0倍。,閩南地區(qū)主要站點的降雨量的年際變化, 降雨量的年內(nèi)分布特征,有三種模式：,,溫帶降雨,熱帶降雨,亞熱帶降雨,閩南地區(qū)：,弱雙峰分布,降雨的空間分布特征,4、降雨強度,單位時間的降雨量。 平均雨強：一場降雨的單位歷時降雨量。 時段雨強：均勻雨強段內(nèi)的單位歷時降雨量。 最大時段雨強：一場雨中的時段最大降

10、雨量。,1986年4月20日安溪官橋水保站的一場降雨過程,閩南地區(qū)的降雨強度,均勻雨強段發(fā)生次數(shù)最多、歷時最長的是小于2 mm/hr的降雨 大于等于20 mm/hr的均勻雨強段發(fā)生的次數(shù)不多、歷時不長，然而其降雨量卻很大，占全年降雨的31.1%。,1987年均勻雨強段發(fā)生的次數(shù)、雨量和歷時分布圖,二、降雨與土壤侵蝕,1、降雨量與土壤侵蝕量 可蝕性降雨 所謂可蝕性降雨是指能產(chǎn)生地表徑流而引起土壤流失模數(shù)1t/km2的降雨量。 在閩南，順坡拋荒地可蝕性降雨的臨界雨量標準為10.7，其它各處理小區(qū)的可蝕性降雨的臨界雨量標準變化于15.124.6之間。,不同處理的可蝕性降雨的臨界雨量標準,閩南地區(qū)多年

11、平均總降雨量中有80%以上屬于可蝕性降雨?？晌g性降雨的年內(nèi)分布規(guī)律與降雨年內(nèi)分布規(guī)律相似，集中在至月份。,月土壤侵蝕量與降雨量的關(guān)系, 土壤侵蝕與次降雨量的關(guān)系,順坡休耕拋荒區(qū) 采取了工程和植物措施后 緩坡 14 22 26 18,不同處理降雨量與土壤侵蝕量的回歸分析表,順坡休耕拋荒區(qū)： y=a+bx b0， 采取了工程和植物措施后的變化規(guī)律因坡度而異 在較緩坡度下，降雨量與土壤侵蝕量不存在顯著相關(guān)。,當坡度提高到14時遵循y=axb，且有a0，b1的回歸特征，其圖象如圖。,當小區(qū)坡度為22時，土壤侵蝕量（y）與降雨量（x）之間遵守y=aebx的指數(shù)曲線變化規(guī)律，且都有a0，b0的回歸特征，

12、其圖象如圖,當小區(qū)坡度為26時，土壤侵蝕量（y）與降雨量（x）之間遵守y=axb的冪函數(shù)變化規(guī)律，且有a0，0

13、量呈線性關(guān)系。 第二，采取了一定工程和植物措施后低坡度區(qū)二者沒有顯著關(guān)系。,第三，采取了工程和植物措施后1422各小區(qū)的土壤侵蝕量隨降雨量的變化遵守y=axb且a0，b1或y=aebx，且a0，b0的函數(shù)規(guī)律。 第四，當坡度達到26時，各工程和植物措施區(qū)的土壤侵蝕量隨降雨量的變化遵守y=axb，且a0，0

14、間關(guān)系也發(fā)生了一定的變化： 首先是相關(guān)系數(shù)普遍下降。 第二，關(guān)系方程中冪指數(shù)發(fā)生了明顯變化 10和26坡度級的冪指數(shù)b值由順坡拋荒區(qū)的b1降為0

15、土壤侵蝕量沒有顯著相關(guān)，而I10、I20和I30與土壤侵蝕量之間存顯著的相關(guān)性，并遵守y=axb，且0

16、，但是決定著y隨x遞增規(guī)律的b值，在不同的下墊面條件下是有變化的，順坡拋荒區(qū)b恒大于1，順坡植草區(qū)恒01。,第二節(jié) 地形,主要受坡度、坡長、坡向、坡形、溝壑密度等次級因子的影響。,一、坡度 1、坡度對滲透量的影響 水分入滲量與坡度成反比關(guān)系： 坡度小，流速小則入滲量大；坡度大，流速大則入 滲量小。 2、坡度對徑流的影響 關(guān)系比較復雜（徑流與坡度、降雨和入滲有關(guān)）。 不考慮入滲時，坡度與徑流成反比關(guān)系。 為什么？ 受雨面積不同！坡度大，受雨面積小，徑流?。环粗踩?！,3、坡度與土壤侵蝕的關(guān)系 哈德遜（N.W.Hudson）指出，隨著坡度的增大，土壤侵蝕量增加得更快； 津格（A.W.Zin

17、gg）的研究也表明，坡度增加一倍，土壤侵蝕量增加2.61-2.80倍； 霍頓（R.E.Horton）認為，在較小坡度下，侵蝕量與坡度之間的關(guān)系可表達為E=Asb b為1.35-1.40,因此，土壤侵蝕量與坡度之間的關(guān)系可以描述為： 隨著坡面坡度的增加，土壤侵蝕量呈冪函數(shù)方式（冪指數(shù)b大于1）遞增。 土壤侵蝕量與坡度的冪函數(shù)關(guān)系規(guī)律，只有在較低坡度下是存在的，當坡度增加到一定的界限時，隨著坡度的增加，土壤侵蝕量反而下降,出現(xiàn)臨界坡度。 臨界坡度: 當坡度增加到一定值，土壤侵蝕量不隨坡度增加而增加，反而出現(xiàn)下降趨勢，這一坡度就叫臨界坡度。 福建25-27.6,二、坡長,在其他條件相同的情

18、況下，水力侵蝕強度決定于坡長。 土壤侵蝕量隨坡長的變化遵守冪函數(shù)規(guī)律，但其變化速率卻因研究條件不同而異。,坡度(S)坡長(L)因子與土壤侵蝕的關(guān)系: 坡度(S)坡長(L)因子是美國通用土壤流失方程（USLE）中的因子，含義是： 任一坡度坡長條件下的土壤流失量與特定坡度、坡長（22.13m，9%）的標準小區(qū)土壤流失量的比值。 根據(jù)研究，閩南地區(qū)的LS值可用下式表達： LS=0.080.350.66 為坡長（m） 為坡度（） 上式的含義：LS值指任一坡度坡長條件下土壤流失量與坡度為10、坡長為20 m的徑流小區(qū)土壤流失量的比率。,三、坡形,自然界的坡形一般可分為直線

19、形坡、凸形坡、凹形坡和階段形坡四種基本類型。,1、直線形坡 從分水嶺到坡底坡度保持不變。 嚴重侵蝕發(fā)生在下半部。 2、凸形坡 坡度隨著距分水嶺距離的增大而增大。 侵蝕嚴重程度也隨著增加。 3、凹形坡 坡的上半部較陡，下半部較緩。 上部侵蝕，下部沉積。 4、階段形坡 斜直坡與階地相間的復式坡形。 可增加入滲，減少徑流量，降低徑流流速。,第三節(jié) 地質(zhì),地質(zhì)因素中主要是巖性和構(gòu)造運動對土壤侵蝕有較大的影響。 一、巖性 巖石的基本特性，對風化過程、風化產(chǎn)物、土壤類型及抗蝕能力都有重要影響。 容易風化的巖石易受強烈侵蝕，如花崗巖等； 塊狀堅硬的巖石可抵抗較大的沖刷； 巖石透水性

20、對于降雨的滲透、地表徑流和地下潛水的形成有重要影響。,二、新構(gòu)造運動 是引起侵蝕基準變化的根本原因。土壤侵蝕地區(qū)如果地面上升運動比較顯著，就會引起這個地區(qū)沖刷的復活。,第四節(jié) 土壤,是侵蝕作用的主要對象，所以它的特性，尤其是透水性、抗蝕性和抗沖性對土壤侵蝕有很大影響。 一、土壤的透水性（滲透性） 透水性決定著地表徑流的大小。所以土壤對水分的滲透能力是影響土壤侵蝕的重要因子。 如何測量土壤的滲透性？,降雨-徑流的關(guān)系,T, min,入滲率, cm/min,入滲率, i,Unit: cm3 per unit area (cm2) per time (min), i.e., e.g., = (

21、cm3/cm2)/(min) = cm/min,單位時間入滲土壤的水量,,穩(wěn)定入滲率, is,Unit: cm3 per unit area (cm2) per time (min), i.e., e.g., = (cm3/cm2)/(min) = cm/min,入滲的測定方法,徑流觀測法； 單（雙）環(huán)法。,,,單環(huán)法,,,Keep water head in the infiltrometer to be about 5 cm depth.,雙環(huán)法,Keep water head to be about 5 cm depth. Maintain water level to be the s

22、ame in both inside and outside rings.,Rainfall Simulator,土壤透水能力決定于土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)性、孔隙度、剖面構(gòu)造、土壤濕度等。 質(zhì)地越粗，透水越好； 結(jié)構(gòu)越好，透水性與持水量越大； 持水量取決于孔隙度； 透水性與孔隙大小有關(guān)； 透水性較小的土層距地面越近，越易侵蝕； 濕度大，透水性差。,二、土壤的抗蝕性 指土壤抵抗雨滴打擊分散和抵抗徑流懸浮的能力。 可用分散率、分散系數(shù)和侵蝕率表示。 分散率：土壤在水中的分散程度的指標。 測定方法：1%的懸濁液1000ml，震蕩20次，然后測定粉粒（0.02-0.002mm）和粘粒（0.002m

23、m）的含量與機械法全分散粉粒和粘粒的含量的比值的百分數(shù)。,計算： 分散率=（水散粉粒+水散粘粒）/（粉粒+粘粒）*100% 分級： 5.2%-15%為耐蝕性土壤；15%-55%為易蝕性土壤。南方花崗巖在25%-64%。 分散系數(shù)：土壤團聚體在水中破壞的指標。 隨有機質(zhì)和粘粒含量的增高而降低。 東北黑土：11.4 河田侵蝕紅壤：41.0,侵蝕率：表示土壤可蝕性程度的指標。 三、土壤抗沖性 土壤抵抗地表徑流的機械破壞和推動下移的能力。 用土壤崩解度表示。,第五節(jié) 植被,一、攔截雨滴 次降雨量（10-20mm）有15-40%首先為樹冠截流；5-10%林內(nèi)蒸發(fā)；50-80%入滲土壤。 二、調(diào)節(jié)地表徑流 枯枝落葉吸收降雨，很少形成地表徑流， 好的植被只有1%的降雨形成地表徑流。,三、固結(jié)土體 四、改良土壤性狀 五、降低風速，防止風害,第六節(jié) 人類活動,一、人類加劇土壤侵蝕的活動 破壞森林 陡坡開荒 過度放牧 不合理的耕作方式 工程建設(shè),二、人類控制土壤侵蝕的積極作用 改變地形 改良土壤 改善植被,