土壤根系含量对风蚀影响的风洞模拟研究
发布时间：2020-05-27 01:47
【摘要】：风蚀是重要的地表外营力侵蚀过程,是地表物质在遭受风力及其所携带物质的破坏性作用后发生位移或损失的过程。广泛发生于世界上干旱和半干旱地区的土壤风蚀,不仅会对地表造成严重的破坏,导致土壤养分的流失和土地生产力的下降,而且还会对人类的生存环境造成不同程度的破坏甚至灾难性的损害。植物作为重要的风蚀影响因子,能够增大空气动力学粗糙度、提高摩阻风速,有效降低近地表风沙流的侵蚀作用。前人关于植物抗风蚀的研究主要集中在地上部分,关于植物根系对土壤风蚀影响的研究相对薄弱。然而,植物根系是与土壤接触最紧密的部分,不仅能够提高土层结构的稳定性,而且还能减少风沙流对地表物质的直接侵蚀,土壤中根系的含量对于土壤的抗风蚀性具有重要的影响。因此,进一步探究不同风速条件下土壤中植物根系含量与风蚀的量化关系,深入理解植物根系抗风蚀的内在机理对我国北方干旱和半干旱地区的土壤风蚀防治工作具有重要的理论和现实意义。鉴于此,本文通过风洞模拟实验,设计了三种植物模拟根系,对中国北方干旱和半干旱地区的两种典型土壤(黄土和风沙土)在六组风速环境下进行了风蚀,测量并探讨了摩阻风速和根系含量两要素与土壤风蚀的关系,初步构建了土壤根系抗风蚀模型,以期为土壤风蚀防治工作提供科学的理论根据。由风洞模拟实验结果可知：(1)实验用典型黄土粒度组成以粉砂(37.16%)、粗粉砂(35.31%)和极细砂(23.03%)为主,细砂和中砂含量很少；实验用风沙土粒度分布范围较大,细砂含量最多为34.65%,粉砂含量为21.18%,极细砂含量为17.22%,中砂含量为13.426%,粗粉砂含量为13.47%,粗砂含量最少为0.06%；实验用沙以细砂为主(72.63%),中砂和极细砂含量较少分别为：16.2%和11.16%。(2)风洞模拟实验中分别测量了净风床面条件和携沙风床面条件下的风速廓线,净风条件下的风速廓线采用对数函数拟合,风沙流中的风速廓线采用幂函数拟合。在半对数坐标轴上,净风条件下的风速廓线为倾斜的直线,而风沙流中的风速廓线为上凸的曲线；风洞模拟实验中观测到的风沙流通量廓线出现类似于砾质戈壁风沙流结构的特征,输沙量在一定高度达到最大值,并随着风速的增大而增高,呈现出明显的“象鼻”效应。(3)在任何大于临界风蚀风速的条件下：风蚀速率与摩阻风速呈现明显的三次方幂函数关系,风速越大风蚀样品被风沙流侵蚀的速率越大,这和此前大多数学者的测量结果相似；土壤风蚀速率与根系含量存在线性关系。相同风速条件下,土壤中根系含量越多风蚀速率越小。然而,风蚀速率在一定根系含量时出现较大波动。分析认为,植物根系绕流现象对土壤风蚀的作用存在正反两个方面,携带大量细小颗粒的湍流在根系与侵蚀面之间快速运动,很可能会增加土壤风蚀量；土壤抗风蚀模型可以用风蚀速率与摩阻风速和根系含量的幂函数关系表示。由此可知,风蚀量主要取决于风速,风对颗粒的搬运能力决定了风沙流的侵蚀和搬运能力,植物根系在一定条件下能够有效地降低土壤的风蚀量,提高土壤的抗风蚀能力。因此,在实施防风固沙生物工程和干旱区耕作性土壤保护等工作中,应该提高对植物根系的重视,合理布置植物密度,充分发挥根系的抗风蚀效能。
【图文】：
实验样品的合理制备是本实验能否顺利完成的关键，，风蚀样品不仅要体现壤风蚀的主要特征，又要反应出不同类型和含量的植物根系对于止壤风蚀作差异。实验不考虑含水量对于±X谭缡吹挠跋欤笛檠肪巳斯ず娓纱怼ｅ义涎樽爸玫暮侠戆沧坝氲魇允潜Ｕ鲜笛樗忱瓿傻闹匾跫笛樗婕暗降暮透ㄖ璞赣蟹缟扯ρХ缍础⒈贤泄堋⒎缢倮咭恰ⅲ祝桑裕樱遥羌骋恰⑸臣拔Ｄ夥缟潮呓绮愣杓频募馀⒌舶搴痛痔窃Ｊ笛楣讨兴幸瞧靼部吭诵辛己谩ｅ义希笔笛檠返闹票稿义衔沟檬笛榻峁哂幸欢ㄆ毡樾裕笛檠
本文编号：2682746
【图文】：
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