第四章__影响土壤侵蚀的因素

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 影响土壤侵蚀的因素,教学目标：掌握影响土壤侵蚀的因素和作用机理。,也就是搞清楚两个问题：,哪些因素影响土壤侵蚀？,这些因素是如何起作用的？,主要参考书：,唐克丽主编,.,中国水土保持,.,科学出版社，,2004,年,黄炎和等著,.,闽南地区的土壤侵蚀与治理,.,中国农业出版,社,2002,年,E=f,（,ctgspcm,）,E,：土壤侵蚀,c,：气候,t,：地形,g,：地质,s,：土壤,pc,：植被,m,：人类活动,第一节 气候,主要内容：,降水、风。对于南方来说，最重要的是降雨。,1986,年,4,月,20,日,安溪官桥水保站,的一场降雨过程,一场降雨过程中，雨强是不断变化的！,降雨对土壤的作用：,雨滴打击地面：溅蚀和堵塞土壤孔隙（与,雨滴,特征,有关）；,产流冲刷：水蚀区的侵蚀动力（与,降雨量、雨,强、降雨侵蚀力,等有关）。,一、主要降雨参数,1,、雨滴特征,大小、分布、终点速度、动能等。, 雨滴大小,雨滴大小的测定方法：滤纸色斑法。,滤纸色斑法的具体做法是：,取一张滤纸，在其表面薄薄地涂上一层水溶性,的,1,：,10,的曙红,（干时无色、遇水变红）,和滑石粉的,混合粉未，当雨滴落在滤纸上后，每一个雨滴就产,生一个永久性的粉红色圆形色斑。,实际雨滴在滤纸上所形成的,色斑直径与雨滴直,径密切相关（窦葆璋率定）,:,d=0.365D,0.712,d,为雨滴直径；,D,为色斑直径。,雨滴色斑直径还受到,滤纸性能,的影响。,但是，就同一滤纸而言，其性能是一定的。,所以，只要采用与窦褒璋相同的滤纸，就能采,用以上式子计算雨滴直径。,滤纸是：新华造纸厂出品的直径为,150mm,的定性,中速,滤纸。,通过这一实验，可以得到什么数据？,雨滴直径：,d,色斑直径,雨滴直径,利用色斑法测得闽南的雨滴直径：,最小雨滴直径为,0.58,，最大雨滴直径为,6.09,。, 雨滴的分布,(Best,分布,),一定雨强下，大小雨滴的比例构成。,F=1,exp,(,d/a),n,其中,a=AI,P,式中,: F,为雨滴中直径小于或等于,d,的雨滴,累积体积（,%,）；,d,为雨滴直径,(mm),；,I,为降雨强度（,mm/min,）；,n,、,a,、,p,为常数。,(,实际应用时发现,n,、,a,不是常数）,福建：,a=3.39I,0.27,n,不是常数，,n,I,关系受地理位置影响。,闽南：,n=5.19I,0.11,雨滴直径（,mm,）,雨滴累积体积,F,（,%,）,0.58,3,0.78,9,0.96,18,1.12,29,1.27,43,1.34,50,1.42,55,1.56,62,1.70,70,1.83,81,1.96,83,2.09,87,2.21,90,2.33,95,2.45,100,1990,年,4,月,11,日,14:35-53,时段雨滴分布特征,雨滴大小分布的例子,:,闽南地区天然降雨雨滴的分布是遵守如下的函数关系的：,F=1,exp,(,d/a),n,其中,a=A,I,P,（,A=3.39,，,P=0.27,）,n=5.19,I,0.11,雨滴的中数直径,指所有大于这一直径的雨滴总体积等于,小于这一直径的雨滴总体积时的雨滴直径。,假如告诉你雨强，能计算中数直径吗（以闽南,为例）？,以闽南为例,:,F,=1,exp,(,d,/a),n,其中,a=A,I,P,（,A=3.39,，,P=0.27,）,n=5.19,I,0.11,降雨的终点速度,雨滴降落到地面时的速度。,当,d0,，,采取了工程和植物措施后的变化规律因坡度而异,在较缓坡度下，降雨量与土壤侵蚀量不存在显著相关。,当坡度提高到,14,时遵,循,y=ax,b,，且有,a0,，,b1,的回归特征，其图,象如图。,当小区坡度为,22,时，,土壤侵蚀量（,y,）与降,雨量（,x,）之间遵守,y=ae,bx,的指数曲线变化,规律，且都有,a0,，,b0,的回归特征，其图象如,图,当小区坡度为,26,时，,土壤侵蚀量（,y,）与降,雨量（,x,）之间遵守,y=ax,b,的幂函数变化规,律，且有,a0,，,0b0,，,b0,的函数变化规律；也包含了,y=ax,b,且有,a0,，,b1,的函数,变化规律。各小区土壤侵蚀量与降雨量的关系图象如图。,18,各工程,+,植物措施区土壤侵蚀量随降雨量的变化图象,26,各工程,+,植物措施区土壤侵蚀量随降雨量的变化图象,14,各工程,+,植物措施区土壤侵蚀量随降雨量的变化图象,22,各工程,+,植物措施区土壤侵蚀量随降雨量的变化图象,小结,第一，顺坡抛荒区的土壤侵蚀量与降雨量呈,线性关系。,第二，采取了一定工程和植物措施后低坡度,区二者没有显著关系。,第三，采取了工程和植物措施后,14,22,各,小区的土壤侵蚀量随降雨量的变化遵守,y=ax,b,且,a0,，,b1,或,y=ae,bx,，且,a0,，,b0,的函数规律。,第四，当坡度达到,26,时，各工程和植物措施,区的土壤侵蚀量随降雨量的变化遵守,y=ax,b,，且,a0,，,0b0,b1,的函数图象。,顺坡植草区降雨强度与土壤侵蚀,与顺坡抛荒区比较，雨强与土壤侵蚀量之间关系也发生了一,定的变化：,首先是相关系数普遍下降。,第二，关系方程中幂指数发生了明显变化,10,和,26,坡度级的幂指数,b,值由顺坡抛荒区的,b1,降,为,0b1,的函数变化规律,等高平台区,14,、,26,小区时段最大雨强与土壤侵蚀量之间存在极显著,的相关关系，并遵守,y=ax,b,，且,b1,的函数变化规律,10,的等高平台区平均雨强和,60,分钟最大时段雨强与土壤,侵蚀量没有显著相关，而,I,10,、,I,20,和,I,30,与土壤侵蚀量之间,存显著的相关性，并遵守,y=ax,b,，且,0b1,工程和植物措施区的,b,变化较大，有些,b1,，有些区,0b1,，摇摆不定。,第三、以,|r| 0.7,为标准判断因子的主次,顺坡抛荒区：各时段最大雨强是主导因子,工程和植物措施各小区：各时段最大雨强是次要影响,因子，有的小区甚至不存在相关关系。,3,、降雨动能与土壤侵蚀量,降雨动能与土壤侵蚀量的关系，大部分情况,下，遵守,y=ax,b,的函数变化规律，但是决定着,y,随,x,递增规律的,b,值，在不同的下垫面条件下是有变化的，,顺坡抛荒区,b,恒大于,1,，,顺坡植草区,恒,0b1,，而,其它工程和生物措施组合,的,b,有些,小区,0b1,。,第二节 地形,主要受坡度、坡长、坡向、坡形、沟壑密度等次级,因子的影响。,一、坡度,1,、坡度对渗透量的影响,水分入渗量与坡度成反比关系,：,坡度小，流速小则入渗量大；坡度大，流速大则入,渗量小。,2,、坡度对径流的影响,关系比较复杂（径流与坡度、降雨和入渗有关）。,不考虑入渗时,，坡度与径流成反比关系。,为什么？,受雨面积不同！坡度大，受雨面积小，径流小；反之也,然！,3,、坡度与土壤侵蚀的关系,哈德逊,（,N.W.Hudson,）指出，随着坡度的增大，土壤,侵蚀量增加得更快；,津格,（,A.W.Zingg,）的研究也表明，坡度增加一倍，土,壤侵蚀量增加,2.61-2.80,倍；,霍顿,（,R.E.Horton,）认为，在较小坡度下，侵蚀量与坡度之间的关系可表达为,E=As,b b,为,1.35-1.40,因此，土壤侵蚀量与坡度之间的关系可以描述为：,随着坡面坡度的增加，土壤侵蚀量呈幂函数方式（幂指数,b,大于,1,）递增。,土壤侵蚀量与坡度的幂函数关系规律，只有在较低坡度下是存在的，当坡度增加到一定的界限时，随着坡度的增加，土壤侵蚀量反而下降,出现临界坡度。,临界坡度,:,当坡度增加到一定值，土壤侵蚀量不随坡度增加而增加，反而出现下降趋势，这一坡度就叫临界坡度。,福建,25-27.6,二、坡长,在其他条件相同的情况下，水力侵蚀强度决定于坡长。,土壤侵蚀量随坡长的变化遵守幂函数规律，但其变化速,率却因研究条件不同而异。,坡度,(S),坡长,(L),因子与土壤侵蚀的关系,:,坡度,(S),坡长,(L),因子是美国通用土壤流失方程（,USLE,）,中的因子，含义是：,任一坡度坡长条件下的土壤流失量与特定坡度、坡长,（,22.13m,，,9%,）的标准小区土壤流失量的比值。,根据研究，闽南地区的,LS,值可用下式表达：,LS=0.08,0.35,0.66,为坡长（,m,）,为坡度（,）,上式的含义：,LS,值指任一坡度坡长条件下土壤流失量与,坡度为,10,、坡长为,20 m,的径流小区土壤流失量的比率。,三、坡形,自然界的坡形一般可分为直线形坡、凸形坡、,凹形坡和阶段形坡四种基本类型。,1,、直线形坡,从分水岭到坡底坡度保持不变。,严重侵蚀发生在下半部。,2,、凸形坡,坡度随着距分水岭距离的增大而增大。,侵蚀严重程度也随着增加。,3,、凹形坡,坡的上半部较陡，下半部较缓。,上部侵蚀，下部沉积。,4,、阶段形坡,斜直坡与阶地相间的复式坡形。,可增加入渗，减少径流量，降低径流流速。,第三节 地质,地质因素中主要是岩性和构造运动对土壤侵蚀有较大的影响。,一、岩性,岩石的基本特性，对风化过程、风化产物、土壤类型及,抗蚀能力都有重要影响。,容易风化的岩石易受强烈侵蚀，如花岗岩等；,块状坚硬的岩石可抵抗较大的冲刷；,岩石透水性对于降雨的渗透、地表径流和地下潜水的形,成有重要影响。,二、新构造运动,是引起侵蚀基准变化的根本原因。土壤侵蚀地区,如果地面上升运动比较显著，就会引起这个地区冲刷,的复活。,第四节 土壤,是侵蚀作用的主要对象，所以它的特性，尤其是透,水性、抗蚀性和抗冲性对土壤侵蚀有很大影响。,一、土壤的透水性（渗透性）,透水性决定着地表径流的大小。所以土壤对水分,的渗透能力是影响土壤侵蚀的重要因子。,如何测量土壤的渗透性？,降雨,-,径流的关系,降雨或灌溉量,T, min,入渗率,cm/min,储存量,入渗量,入渗率,i,Unit: cm,3,per unit area (cm,2,) per time (min),i.e., e.g.,= (cm,3,/cm,2,)/(min),= cm/min,单位时间入渗土壤的水量,i,t,稳定入渗率,i,s,Unit: cm,3,per unit area (cm,2,) per time (min),i.e., e.g.,= (cm,3,/cm,2,)/(min),= cm/min,i,t,i,s,入渗的测定方法,径流观测法；,单（双）环法。,单环法,Graduated,Cylinder,Keep water head in the infiltrometer to be,about 5 cm depth.,双环法,Keep water head to be about 5 cm depth.,Maintain water level to be the same in both inside and,outside rings.,Graduated,Cylinder,Rainfall Simulator,土壤透水能力决定于土壤质地、结构性、孔隙度、,剖面构造、土壤湿度等。,质地越粗，透水越好；,结构越好，透水性与持水量越大；,持水量取决于孔隙度；,透水性与孔隙大小有关；,透水性较小的土层距地面越近，越易侵蚀；,湿度大，透水性差。,二、土壤的抗蚀性,指土壤抵抗雨滴打击分散和抵抗径流悬浮的能力。,可用分散率、分散系数和侵蚀率表示。,分散率,：土壤在水中的分散程度的指标。,测定方法,：,1%,的悬浊液,1000ml,，震荡,20,次，然后测,定粉粒（,0.02-0.002mm,）和粘粒（,0.002mm,）的含量,与机械法全分散粉粒和粘粒的含量的比值的百分数。,计算：,分散率,=,（水散粉粒,+,水散粘粒）,/,（粉粒,+,粘粒）*,100%,分级：,5.2%-15%,为耐蚀性土壤；,15%-55%,为易蚀性土壤。南方,花岗岩在,25%-64%,。,分散系数：,土壤团聚体在水中破坏的指标。,随有机质和粘粒含量的增高而降低。,东北黑土：,11.4,河田侵蚀红壤：,41.0,侵蚀率,：表示土壤可蚀性程度的指标。,三、土壤抗冲性,土壤抵抗地表径流的机械破坏和推动下移的能力。,用土壤崩解度表示。,第五节 植被,一、拦截雨滴,次降雨量（,10-20mm,）有,15-40%,首先为树冠截流；,5-10%,林内蒸发；,50-80%,入渗土壤。,二、调节地表径流,枯枝落叶吸收降雨，很少形成地表径流， 好的植,被只有,1%,的降雨形成地表径流。,三、固结土体,四、改良土壤性状,五、降低风速，防止风害,第六节 人类活动,一、人类加剧土壤侵蚀的活动,破坏森林,陡坡开荒,过度放牧,不合理的耕作方式,工程建设,二、人类控制土壤侵蚀的积极作用,改变地形,改良土壤,改善植被,