降雨和耕作措施对黑土区坡面土壤侵蚀过程的影响研究

发布时间：2018-12-15 01:10

【摘要】：东北黑土区作为我国重要的粮食生产基地,对保障国家粮食安全具有举足轻重的作用。由于不合理的农田管理方式导致该区土壤侵蚀加剧,平均黑土层厚度已由20世纪50年代的60~80 cm下降至目前的20~40 cm,严重威胁国家粮食安全。为此,本文基于模拟降雨试验,共设计了20个处理,包括3种耕作措施(无垄作、顺坡和横坡耕作)、3种降雨强度(50、75、100 mm h 1)、5种不同降雨雨型(增强型:50 75 100 125 mm h 1)、减弱型:125 100 75 50 mm h 1、峰值型:50 75 100 125 100 75 50 mm h 1、谷值型:100 75 50 75 100 mm h 1、均匀型:75 mm h 1),以及1个坡度(5°,即顺坡垄作改横坡垄作的临界坡度),对比分析不同降雨强度和雨型下不同耕作措施对黑土区坡面土壤侵蚀过程的影响,以期为黑土区坡面侵蚀防治提供重要科学依据。论文取得以下主要研究结论:1.探究了无垄作坡面土壤侵蚀过程,发现当降雨强度由50 mm h 1增加到75 mm h 1和由75 mm h 1增加到100 mm h 1时,无垄作坡面径流量分别增加了68.2%和84.6%;而坡面侵蚀量分别增加了83.8%和243.7%。降雨雨型对无垄作坡面径流量的影响不明显,而对侵蚀量影响显著。各雨型侵蚀总量的排序为增强型减弱型均匀型,其中增强型和减弱型的侵蚀量分别是均匀型的2.7倍和2.3倍。2.辨析了不同降雨强度和降雨雨型下顺坡垄作对黑土区坡面侵蚀过程的影响,结果表明,顺坡垄作坡面径流量和侵蚀量皆随降雨强度的增加而增大,顺坡垄作的径流总量和侵蚀总量较无垄作坡面增加了1.2~1.7倍和1.3~2.1倍。其稳定阶段的径流强度、侵蚀率和径流含沙量分别是无垄作坡面的2.1~2.4倍、4.5~5.2倍和1.2~2.0倍。降雨量相同的情况下,不同雨型间顺坡垄作坡面径流量差异较小,而侵蚀量差异明显。各雨型间侵蚀量的大小顺序为峰值型谷值型减弱型均匀型增强型。除125 mm h 1雨强外,各雨型的起始雨强产生的侵蚀量对总侵蚀量的贡献率较大。顺坡垄作加剧坡面侵蚀的主要原因,一是由于垄沟的集中汇流作用增大了顺坡垄作的流速,二是顺垄垄沟的侵蚀方式由片蚀转变为细沟侵蚀。3.探讨了横坡垄作方式下断垄前后的坡面侵蚀过程,发现在降雨强度为50mm h 1和降雨量为37.5 mm时,横坡垄作可分别减少坡面径流强度和侵蚀率97.6%和99.7%。当降雨强度为75和100 mm h 1时,横坡垄有被冲垮的现象发生,其累计降雨量分别为32.5和36.6 mm,说明垄高为15 cm和垄间距为65 cm的横坡垄,其垄沟在极端侵蚀性降雨条件下的拦蓄能力约为35.5 mm。在降雨强度为75和100 mm h 1条件下,横坡垄被冲垮前坡面径流强度和侵蚀率较无垄作坡面分别减少了98%和97%;当横坡垄被冲垮后,坡面侵蚀率急剧增大,其值较无垄作坡面增加了13.2~25.6倍。不同雨型对横坡垄作坡面径流量影响存在差异,各雨型间径流量大小顺序为减弱型均匀型增强型,增强型降雨的径流总量是均匀型的64.6%,而减弱型降雨的径流总量是均匀型的1.2倍;各雨型间侵蚀总量大小则表现为均匀型减弱型增强型,均匀型降雨的侵蚀总量分别为增强型和减弱型降雨的2.1倍和1.5倍。在极端侵蚀性降雨条件下,当降雨转化为的坡面径流超过横坡垄的蓄水能力后,横坡垄发生垮塌,坡面侵蚀方式迅速演变为细沟侵蚀,从而加剧了坡面土壤侵蚀,因此需要合理设置横坡垄规格,防止极端侵蚀性降雨条件下断垄引起的更为严重的土壤侵蚀。4.对比分析了不同耕作方式对黑土区坡面侵蚀过程的影响,结果显示,在横坡垄被冲垮前,坡面侵蚀率排序为顺坡垄作无垄作坡面横坡垄作坡面,顺坡垄作坡面侵蚀率分别是无垄作坡面和横坡垄作坡面的2.3~3.2倍和350~890倍。但在横坡垄被冲垮后,在75 mm h 1降雨强度下,坡面侵蚀率排序为横坡垄作坡面顺坡垄作无垄作坡面,横坡垄作坡面侵蚀率分别是无垄作坡面和顺坡垄作坡面的13.2倍和3.5倍;在100 mm h 1降雨强度下,坡面侵蚀率排序为横坡垄作坡面顺坡垄作无垄作坡面,横坡垄作坡面侵蚀率分别是无垄作坡面和顺坡垄作坡面的3.6倍和1.6倍。
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【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S157.1

【共引文献】