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利用REE示踪法研究黄土坡面土壤侵蚀过程

宋炜  
【摘要】: 坡面土壤侵蚀过程和机理历来是土壤侵蚀学界研究的重点,直接影响到土壤侵蚀预报模型的建立和发展。由于问题的复杂多变以及研究手段的相对局限性,对坡面土壤侵蚀过程尤其是侵蚀形态转变等问题的定量表达仍需进一步研究。本文以黄土坡面土壤侵蚀形态演变规律为研究重点,以新的核素示踪技术为手段,采用水动力学与核素示踪技术相结合、室内人工模拟降雨与稳定性REE元素示踪相结合的方法,利用先进的INAA技术,定量研究了不同雨强次降雨条件下细沟间侵蚀向细沟侵蚀的转变过程、细沟发生发育过程,为深入了解坡面侵蚀过程,建立黄土高原土壤侵蚀预报模型提供了研究基础。 1.提出并建立了一种新的利用REE元素研究坡面土壤侵蚀的方法 根据坡面不同侵蚀方式演变过程定量分析存在问题,提出并建立了人为沿坡面垂直分层布设不同的REE示踪元素,利用室内人工模拟降雨试验和中子活化分析相结合的方法研究坡面侵蚀演变过程。结果表明:本方法研究坡面不同侵蚀方式演变过程具有较满意的精度,对于定量分析坡面侵蚀量误差均控制在20%以内。进一步分析证明,如果试验考虑清水样中REE浓度,室内试验该方法分析误差可控制在10%以内。 2.研究了坡面径流含沙率和侵蚀率随降雨时间的变化趋势 坡面径流含沙率和侵蚀率随降雨时间的变化趋势都可分为缓慢增加、急剧增加和趋于稳定三个阶段,其变化趋势符合Logistic曲线模型,相关性显著。降雨开始10min左右,坡面主要发生溅蚀和面蚀;随后坡面不同深度处REE元素相继出现且含量迅速增长,表明坡面侵蚀由面蚀向细沟侵蚀演变,坡面开始以细沟侵蚀为主;降雨结束时,侵蚀泥沙中各种元素含量增加平缓,坡面细沟发展基本稳定。 3.定量分析了次降雨条件下累积面蚀量、细沟累积侵蚀量及面蚀率、细沟侵蚀率随时间的变化 在试验条件下,随着降雨的进行,坡面面蚀率先缓慢增加趋势后基本保持稳定,而细沟侵蚀率具有随降雨时间急剧增加现象。黄绵土坡面发生细沟侵蚀的时间早于粘黄土坡面12-15min;坡面细沟侵蚀达到稳定的时间粘黄土坡面也比黄绵土坡面滞后约4-8min;累积面蚀量和细沟累积侵蚀量均随降雨时间的延续而增加,且后者增加幅度明显大于前者;降雨结束时,坡面细沟累积侵蚀量约为累积面蚀量的2.5~5.5倍,约占坡面总侵蚀量的80%以上。 4.探讨了坡面侵蚀过程不同阶段划分 摘要 坡面侵蚀过程可以明显分为面蚀、细沟发育和细沟稳定三个阶段。在降雨前 10min左右,面蚀贡献率约占坡面侵蚀总量的90%以上,为面蚀阶段;随着降雨时 间的延续,面蚀贡献率先急剧递减最后在第30min左右基本达到稳定,细沟侵蚀贡 献率则出现相反趋势,此为细沟发育阶段;降雨后期,面蚀和细沟侵蚀贡献率的变 化趋势逐渐变缓且基本达到稳定。该研究结果可望为建立坡面土壤侵蚀预报子模型 提供依据。 5.阐明了坡面产流量随降雨历时的变化规律 在试验条件下,产流量随降雨时间的变化规律基本相同。在降雨前期迅速增加, 随着降雨时间的延续,坡面产流量递增趋势逐渐平缓并达到相对稳定阶段。


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