风力作用对后续典型黑土溅蚀和片蚀影响的试验研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 戴清源 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 孙莉英 |
| 关键词 | 典型黑土区 风水复合侵蚀 风洞试验 人工模拟降雨试验 溅蚀和片蚀 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 东北典型黑土区晚春和初秋干旱多风，夏季降雨集中，风水交替驱动产生的风水复合侵蚀加剧了水力侵蚀的危害，威胁东北黑土区粮食安全。然而，风水复合侵蚀过程复杂，风力作用对后续水力侵蚀的影响机理尚不明确。本研究通过风洞试验和室内人工模拟降雨试验，结合室内分析测试和三维重建技术，厘清前期风力作用导致的风力吹蚀和风沙沉积对后续黑土溅蚀和片蚀过程的影响机理，解析风力吹蚀和风沙沉积对后续黑土溅蚀和片蚀粒径分选特征的影响规律，明晰风力吹蚀和风沙沉积对后续黑土溅蚀和片蚀土壤表面团聚体特征的影响规律，量化风力作用对后续溅蚀和片蚀的贡献，探究多因素对黑土溅蚀和片蚀过程及侵蚀泥沙粒径组成的作用机制，以期深化东北典型黑土区坡耕地风水复合侵蚀机理，为东北典型黑土区坡耕地风水复合侵蚀精准防控提供理论和数据支撑。得到的主要结论如下： （1）揭示了风力吹蚀和风沙沉积对后续典型黑土（JS；采自48°59′N，125°16′E；KS：采自48°3′N，125°49′E；LS；采自43°01′N，125°41′E）溅蚀过程的影响规律和机理。在100 mm h-1 降雨强度下，前期风力吹蚀显著抑制了后续黑土溅蚀过程，贡献率从高到低依次为-45.34±19.64%（LS）、-43.48±21.44%（JS）和-21.39±67.97%（KS），风蚀凹坑的出现增加雨滴击溅搬运的难度从而抑制溅蚀率。细颗粒沉积抑制了后续溅蚀过程，对平均溅蚀率的贡献从高到低依次为-74.50±4.68%（JS）、-42.89±26.29%（KS）和-5.13±44.93%（LS）。粗颗粒沉积条件对后续溅蚀过程有一定的促进作用，对平均溅蚀率的贡献从高到低依次为109.23±88.85%（LS）、26.87±51.99%（KS）和7.90±50.64%（JS）。 （2）明析了风力吹蚀和风沙沉积对后续典型黑土（JS）片蚀过程影响规律和机理。在100 mm h-1 降雨强度下，15 m s-1 和20 m s-1 风速风蚀对缓坡（3°）稳定产流率的贡献分别为-6.54±0.99%和-26.47±2.92%，对缓坡（3°）平均产沙率的贡献分别为-6.40±54.23%和-69.37±9.72%，对陡坡（7°）稳定产流率的贡献分别为-8.25±4.62%和-11.99±5.29%，对陡坡（7°）平均产沙率的贡献分别为53.86±20.56%和-19.32±57.53%。缓坡条件下，前期风力吹蚀抑制了黑土坡面的产流率和产沙率，抑制程度随风速的增加而显著增加。而在陡坡条件下，因水流动力增强前期风力吹蚀的抑制作用减弱甚至逆转。细颗粒沉积和粗颗粒沉积对缓坡（3°）稳定产流率的贡献分别为-3.69±7.76%和1.53±2.21%，对缓坡（3°）平均产沙率的贡献分别为-28.75±28.88%和89.06±70.47%；对陡坡（7°）稳定产流率的贡献分别为-43.03±9.96%和-4.02±7.98%，对陡坡（7°）平均产沙率的贡献分别为-55.09±26.43%和-1.02±63.92%。风沙沉积对产流产沙的影响具有粒级和坡度依赖性，细颗粒沉积通过形成表土结皮减少产流产沙率。 （3）明确了风力吹蚀和风沙沉积对后续典型黑土溅蚀和片蚀泥沙粒径分选特征的影响规律。在100 mm h-1 降雨强度下，前期风力吹蚀促进了后续溅蚀和片蚀泥沙中粉粒的富集（ERsi>1），粉粒被优先侵蚀，而黏粒和砂粒的富集受到抑制（ERcl 和ERsa<1）。细颗粒沉积促进了溅蚀泥沙中砂粒的分选（ERsa>1），但抑制了黏粒和粉粒的分选（ERcl 和ERsi<1）。在不同坡度条件下，片蚀泥沙中粉粒富集率均大于1，表明粉粒被优先侵蚀，而黏粒富集率小于1，在不同试验条件下，细颗粒沉积片蚀泥沙砂粒富集率最低，而无风力作用条件下后续片蚀泥沙砂粒富集率最高。 （4）探讨了风力吹蚀和风沙沉积对后续典型黑土溅蚀和片蚀土壤表面团聚体特征的影响规律。在100 mm h-1 降雨强度条件下，风力吹蚀增加了后续溅蚀和片蚀土壤表面粗颗粒团聚体（>1 mm）含量，而对后续溅蚀和片蚀土壤表面团聚体水稳定性的影响并不显著。风沙沉积均降低了后续溅蚀和片蚀土壤表面粗颗粒团聚体（>1 mm）含量，风沙沉积对后续溅蚀和片蚀土壤表面团聚体水稳定性影响差异显著。 （5）解析了影响因素对后续典型黑土溅蚀和片蚀过程及侵蚀泥沙粒径组成的作用机制。地理探测器单因素分析结果表明土壤粒径组成对典型黑土溅蚀率的影响最大（q=0.18），而风力作用对片蚀稳定产流率的影响最大（q=0.48），坡度对片蚀平均产沙率的影响最大（q=0.30）。地理探测器多因素交互作用分析结果表明前期风力作用与土壤粒径组成交互作用对后续典型黑土溅蚀率影响最大（q=0.4），前期风力作用与坡度交互作用对后续典型黑土片蚀稳定产流率、片蚀泥粉粒和砂粒组成的影响较大。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 111 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/215708]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 戴清源. 风力作用对后续典型黑土溅蚀和片蚀影响的试验研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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