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《内蒙古农业大学》 2007年
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阴山北麓土壤风蚀的影响因素及运动特性的试验研究

李晓丽  
【摘要】: 近几年随全球气候的变暖,内蒙古阴山北麓地区沙尘暴次数愈加频繁,土地沙化日益严重。本文针对该区域土地沙化的特点,从地表土层的含水量、土壤质地、比重、机械稳定性、植被覆盖度等物理性质出发,通过对沙尘暴天气的风速、野外集沙仪收集到的土壤风蚀物的数据分析整理,考虑在风力的作用下,综合运用风沙颗粒运动学、流体动力学等学科的理论方法,对内蒙古阴山北麓地区土壤风蚀的主要影响因素及风蚀土壤的运动特性进行了分析研究。 本文针对以下几个方面进行了研究,取得了初步成果: 1、通过对沙尘暴的野外观测,首次对集沙仪收集到的土壤风蚀物以0.025 mm为间隔,把0.05~1 mm间的颗粒进行了详细分析,得到了土壤风蚀量沿高度变化、不同粒径区间的百分含量沿高度变化、同一高度不同粒径区间百分含量的变化趋势等,使我们初步了解了该地区风蚀土壤颗粒的分布规律。 2、从集沙仪收集到的土壤风蚀物数据分析得出,该地区不论是旱作耕地还是普通草地,风蚀粒径可分为4部分,即 0.1 mm为最易蚀部分,0.1~0.25 mm为较易蚀部分,0.25~1mm为易蚀部分, 1mm粒径为不易蚀粒径。 3、实验区地表面覆盖大量的结皮,电镜下观察土壤结皮,普通草地结皮呈片状结构,层叠排列,形成紧密的板块状结构,表面相对光滑,当有垂直外力作用(人、畜践踏),结皮出现裂隙,但不松散。耕地表层结皮颗粒粒径增大,细小颗粒少,孔隙增大、增多,受外力后完全破碎松散。 4、根据动力学理论,从单颗粒土壤在气流中所受的作用力出发,采用4/5阶RKF算法,得到了沙粒最大跃移高度Hm关于风蚀物粒径D和垂直起跳初速度v0的通用双因子预测模型: H m = ( 3.7×10?4 D(?1.1869)) v0(0.2162lnD+1.7250);在特定旋转角速度ω,摩阻风速u*下,沙粒最大跃移长度Lm的双因子预测模型: Lm = [a1×10-4D3+a2×10-4D2-a3×10-4D + a4×10-4] v02 +( b1×D3- b2×D2 + b3×D-b4×10-3) v0 -(c1×103D3-c2×103D2 + c3×103D-c4×103),与实际计算结果对比,相关系数均大于0.99。该预测模型为不同粒径沙粒运动轨迹的预测提供了方便。 5、通过理论计算得到单颗粒土壤的运动轨迹: 0.075 mm的土壤颗粒容易发生漂移。集沙仪收集的风蚀物 0.075 mm土壤颗粒的百分含量随高度逐渐增大。研究表明该区域小于0.075 mm的颗粒容易在脱离地面后浮在空中成为悬移的主体。
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