1、 土壤物理學(xué)論文論文題目 中國水土流失地區(qū)土壤溝蝕的研究進展學(xué) 院： 研究生院專 業(yè)： 年 級： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 2011年12月10號中國水土流失地區(qū)土壤溝蝕的研究進展摘要：為了解決土壤侵蝕制約著社會、經(jīng)濟、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展的環(huán)境問題。采用野外調(diào)查綜和分析方法研究該問題，侵蝕溝徑流沖刷是土壤侵蝕產(chǎn)沙的主要來源。論述了中國土壤溝蝕研究的主要方法，分析了土壤從細溝侵蝕淺溝侵蝕切溝侵蝕沖溝侵蝕的演變機理，評述了細溝侵蝕、淺溝侵蝕、切溝侵蝕的研究進展，提出溝蝕過程中有待加強的研究領(lǐng)域，對科學(xué)地指導(dǎo)水土保持措施配置有重要的實踐意義。關(guān)鍵詞：土壤溝蝕；演變機理；細溝侵蝕；淺溝侵蝕；研究進展0 引言我

2、國是一個水土流失嚴(yán)重的國家，根據(jù)水利部2005年全國第3次水土流失普查數(shù)據(jù)顯示，侵蝕溝徑流沖刷是侵蝕產(chǎn)沙的主要來源，全國水蝕面積達356.92萬km21，占全國國土總面積的37.2%。了解侵蝕溝侵蝕已取得的研究成果，掌握其發(fā)展動態(tài)，將為探討侵蝕溝的形成機制和制定合理的防治方案提供借鑒和指導(dǎo)。1 水營力作用下土壤溝蝕研究方法1.1 野外調(diào)查和定位測試一般適用于小區(qū)坡面地塊尺度內(nèi)的侵蝕溝研究，主要開展坡面因子的調(diào)查、原狀土抗沖試驗、土壤入滲試驗、崩解試驗、抗剪切試驗等；植被主要研究根的分布其抗拉性；采用徑流小區(qū)法觀測降雨和泥沙侵蝕量的變化；采用測針板法機型侵蝕溝調(diào)查。1.2 人工模擬法通過人工模擬

3、實驗研究降雨徑流與土壤抗侵蝕性的定量關(guān)系，適用于小尺度的定位模擬。通過模擬天然降雨動力條件對原狀土的侵蝕沖刷以取得不同土壤的的侵蝕量和侵蝕溝的演變，人工模擬降雨法的優(yōu)點是可根據(jù)實驗需求，設(shè)計降雨，快速獲得實驗結(jié)果；缺點是縮短了降雨的間歇時間，使土壤沒有重復(fù)性，降雨強度和到達地面的雨滴能量與天然降雨有很大差異，而且設(shè)備安裝比較麻煩。1.3 室內(nèi)理化性質(zhì)測定法適用于各種尺度侵蝕溝土壤屬性現(xiàn)狀調(diào)查，主要是通過室內(nèi)測定土壤的機械組成、容重、孔隙度、水穩(wěn)性團聚體含量、入滲特性、有機質(zhì)含量等評價土壤的抗侵蝕性能。利用室內(nèi)理化性質(zhì)、野外調(diào)查測定數(shù)據(jù)和侵蝕溝土壤抗侵蝕性數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，進行區(qū)域內(nèi)侵蝕溝侵蝕趨

4、勢預(yù)測。1.4 核素示蹤方法現(xiàn)代核素示蹤法包括穩(wěn)定性稀土元素示蹤法和放射性核素示蹤法。國內(nèi)首次將REE示蹤法應(yīng)用于黃土區(qū)土壤侵蝕垂直分布的研究2。常用的放射性示蹤核素主要包括7Be，137Cs，210Pb和226Ra/232Th，這些核素在土壤剖面中具有獨特的垂直分布特征及分布深度。單一核素示蹤得到的結(jié)果相對來說比較粗糙，而利用多種放射性核素復(fù)合示蹤研究小流域內(nèi)各地貌單元的產(chǎn)沙量，國內(nèi)研究較少。1.5 全站儀、三維激光掃描、3S的應(yīng)用傳統(tǒng)的侵蝕溝調(diào)查方法精度低，周期長，人為造成的誤差大，缺乏靈活性和動態(tài)性?，F(xiàn)代科技的發(fā)展使土壤侵蝕調(diào)查趨于自動化、智能化3。全站儀包括測角系統(tǒng)、測距系統(tǒng)，完成二維

5、地形數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)的采集；三維激光掃描包含三維信息、x,y,z,RGB顏色信息、物體反色率的信息；利用遙感DEM屬性信息提取功能、GPS的定位和面積周長功能；GIS的面線生成、數(shù)據(jù)查詢、屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)預(yù)處理、等高線附值、DEM的生成等功能，可以進行區(qū)域侵蝕溝的時空動態(tài)研究。1.6 定量統(tǒng)計模型法國內(nèi)外對于侵蝕溝的研究還處于初階段，國內(nèi)學(xué)者在美國的修正水土流失通用方程（RUSLE）、荷蘭學(xué)者開發(fā)的土壤侵蝕預(yù)報方程（LISEM）和美國學(xué)者開發(fā)的土壤水蝕過程模型（WEEP）的大背景下，建立了一批我國區(qū)域水土侵蝕數(shù)學(xué)模型，如國內(nèi)修正K因子模型、土壤抗蝕性預(yù)測模型、土壤抗沖性模型。2 土壤溝蝕演變機理研究

6、溝蝕是指匯集在一起的地表徑流沖刷，破壞土壤及母質(zhì)，形成切入地表以下溝壑的土壤侵蝕形式，包括細溝、淺溝、切溝和沖溝等侵蝕形式，其演變機制分述如下4-6。2.1 細溝侵蝕坡面水流形成初期，水層較薄，速度較慢，由于地表凸起物的阻擋，形成繞流，流線不平行且沒有固定的路徑，只能均勻地帶走土壤表層中的細小顆粒，形成層狀侵蝕，地表徑流沿坡面漫流時，繼續(xù)接納沿途降水，到一定距離，引起地面凹陷，徑流集中，地表上會逐漸形成細小而密集的溝，稱為細溝侵蝕（如圖1a），表現(xiàn)為“V”型下切。2.2 淺溝侵蝕溝頭不斷下切加深、下切溝頭間徑流對溝底沖刷加深、溝壁崩塌加寬、鄰近的細溝合并和溝頭溯源侵蝕加長，使細溝間的差異更大，

7、匯集較上一次更多的徑流，沖走更多的土壤，沖刷-耕作-沖刷如此不斷循環(huán)，再發(fā)生暴雨時，便能吸收更大范圍內(nèi)的徑流匯集，形成淺溝股流，繼而發(fā)生淺溝侵蝕(如圖1b)，沖槽表現(xiàn)為“U”型。2.3 切溝侵蝕流路上形成一系列跌水，繼而出現(xiàn)下切溝頭，溝頭的上溯下延形成淺溝溝槽，由于溝槽的襲奪作用，使淺溝間的水流匯入淺溝溝槽，水流對溝槽的沖刷，使溝槽內(nèi)再次出現(xiàn)下切溝頭，淺溝迅速加深，溝壁崩塌，淺溝溝槽不斷加寬，有多級跌水，在發(fā)展過程中，這些跌水不斷下切侵蝕和溯源侵蝕產(chǎn)生切溝侵蝕，比淺溝(如圖1b)形態(tài)深、寬。2.4 沖溝侵蝕當(dāng)切溝深度發(fā)展到一定時，出現(xiàn)溝壁崩塌，形成溝床崩積物，坡面進入不穩(wěn)定時期，溝槽兩側(cè)開始出

8、現(xiàn)掉塊、小崩塌，隨后又被水流挾帶流失，產(chǎn)生沖溝侵蝕(如圖1c)，這時侵蝕溝發(fā)育到末期，進入到不穩(wěn)定時期，溝底下切已緩和，溝頭的溯源侵蝕和溝坡溝岸的崩塌還在發(fā)生。3 我國溝蝕研究進展3.1 細溝侵蝕研究進展陸兆熊7等認(rèn)為在降雨條件下，坡面出現(xiàn)12cm的小溝即是細溝侵蝕的開始；唐克麗8的研究認(rèn)為細溝的寬、深變化在110cm。鄭粉莉9等的描述則是細溝侵蝕深度一般不超過30cm，寬可達50cm，大多數(shù)的細溝深度小于20cm，寬小于30cm。細溝侵蝕是坡耕地上的主要侵蝕方式，產(chǎn)沙量較大。賈志軍等10利用人工降雨，采用雨后量測的方法研究了細溝侵蝕量與坡度的關(guān)系，在集水區(qū)面積相等，降雨特征以及下墊面基本一致

9、的前提下，坡度與單位面積細溝侵蝕量呈正相關(guān)。鄭粉莉11等利用調(diào)查、量測的方法，研究了坡耕地細溝侵蝕的影響因素。細溝侵蝕影響因素以及各因素之間的關(guān)系的研究取得了豐碩的研究成果，對于促進細溝侵蝕過程及侵蝕預(yù)報起到了重要作用。3.2 淺溝侵蝕研究進展淺溝侵蝕是我國黃土高原特有的侵蝕方式，對其研究是從土壤侵蝕分類和坡面土壤侵蝕垂直帶劃分開始的，而對其進行定量分析起于20世紀(jì)80年代。目前研究仍局限在淺溝侵蝕量、淺溝發(fā)生的臨界坡長與坡度及其影響因素、集水面積、淺溝橫斷面形態(tài)等方面。淺溝水流水力學(xué)特性、淺溝槽與淺溝區(qū)泥沙輸移關(guān)系、淺溝侵蝕過程動力機制等方面的較為系統(tǒng)的研究報道較少12。唐克麗等13通過定位

10、觀測及人工模擬降雨試驗得出發(fā)生淺溝的臨界坡度為1520。張永光等14根據(jù)地形臨界理論，確定了漫崗黑土區(qū)淺溝和切溝侵蝕發(fā)生的地形臨界（S-A）關(guān)系。龔家國等15通過野外放水沖刷實驗研究，得出在坡度18左右時，淺溝攜沙水流的流速最小，阻力最大，此時水流的能量分配在侵蝕與攜沙之間達到平衡；淺溝水流在坡度26左右時流速達到最大，水流功率達到最大。鄭粉莉等16研究得出淺溝發(fā)育初期和中期階段，淺溝侵蝕量占總坡面侵蝕產(chǎn)沙的58；淺溝發(fā)育后期，淺溝侵蝕量占總坡面侵蝕產(chǎn)沙的2659。3.3 切溝侵蝕研究進展切溝侵蝕在現(xiàn)代土壤侵蝕中具有重要位置。張新和、鄭粉莉等17從切溝發(fā)展階段劃分、切溝發(fā)展過程的主要方式、切溝

11、侵蝕影響因素、切溝侵蝕預(yù)報模型和切溝侵蝕測量技術(shù)等方面較全面論述了切溝侵蝕研究現(xiàn)狀，提出了切溝侵蝕研究待加強的研究領(lǐng)域有：切溝侵蝕發(fā)生演變過程、切溝侵蝕影響機理，切溝侵蝕預(yù)報模型，切溝侵蝕研究法與技術(shù)。游智敏，劉寶元等18利用GPS進行切溝侵蝕監(jiān)測研究，通過對比不同時相的DEM來獲取該時間段的切溝侵蝕變化，展示了GPS在切溝侵蝕研究中的優(yōu)越性。秦高遠，周躍等19通過測定典型切溝土壤性質(zhì)，侵蝕釘法結(jié)合全站儀測量，研究發(fā)現(xiàn)研究地區(qū)土壤水保功能較差；在雨季切溝侵蝕程度較大，特別是溝頭溯源侵蝕，在一個雨季內(nèi)估計能推進1m左右；全站儀測量生成的三維圖能有效表征侵蝕溝變化。4 未來溝蝕研究方向和熱點（1）

12、侵蝕溝發(fā)展過程和機理的研究：建立侵蝕溝動態(tài)模型，如借鑒水土流失通用方程，吸收國外過程模型的優(yōu)點，建立溝蝕形態(tài)發(fā)展的過程模型。（2）侵蝕溝影響因子：通過侵蝕機理和過程分析獲得意義明確、帶量綱、適用范圍廣的土壤指標(biāo)。（3）侵蝕溝分類和分級：定性定量的確定土壤侵蝕溝分類標(biāo)準(zhǔn)，從侵蝕學(xué)角度（非統(tǒng)計學(xué)）來確定土壤侵蝕分級依據(jù)。（4）大尺度溝蝕格局與規(guī)律：系統(tǒng)研究多種尺度土壤溝蝕過程及其相關(guān)地表過程。參考文獻1李智廣,曹煒，等.我國水土流失狀況與發(fā)展趨勢研究J.中國水土保持,2008,6(1):57-62.2田均良,周佩華,劉譜靈，等.土壤侵蝕REE示蹤法研究初報J.水土保持學(xué)報,1992.6(4):23

13、-27.3何福紅,李勇等.基于GPS不同測量間距的DEM地形信息提取溝蝕參數(shù)對比J.水土保持學(xué),2006,20(5):116-204張新和.黃土坡面片蝕_細溝侵蝕_切溝侵蝕演變與侵蝕產(chǎn)沙過程研究D.西北農(nóng)林科技大學(xué),2007.5劉力.紫色土和黃土坡耕地土壤侵蝕過程對比研究D.西北農(nóng)林科技大學(xué),2006.6陳宗偉.在建高速公路土壤侵蝕規(guī)律及其防治體系研究-以湖北滬蓉西高速公路宜長段為例D.2006,.7陸兆熊,蔡強國,朱同新,王貴平.黃土丘陵溝壑區(qū)土壤侵蝕過程研究J.中國水土保持,1991(11)：19-228鄭粉莉,唐克麗,周佩華.坡耕地細溝侵蝕的發(fā)生、發(fā)展和防治途徑的探討J.中國水土保持,1

14、987(1)；36-489鄭粉莉.黃土區(qū)坡耕地細溝間侵蝕與細溝侵蝕的研究J.土壤學(xué)報,1998,35(1):95-103.10王貴平,白迎平,賈志軍,衛(wèi)中平,李俊義.細溝發(fā)育及侵蝕特征初步研究J.中國水土保持,1988(5)：24-3011鄭粉莉,唐克麗,周佩華.坡耕地細溝侵蝕影響因素的研究J.土壤學(xué)報,1989,26(2):99-116.12鄭粉莉,高學(xué)田.坡面土壤侵蝕過程研究進展J.地理科學(xué),2003,3(2):230-235.13張科利,唐克麗,王斌科.黃土高原坡面淺溝侵蝕特征值的研究J.水土保持學(xué)報,1991,5(2):8-13.14張永光,劉寶元等.東北漫崗黑土區(qū)地形因子對淺溝侵蝕的影響分析J.水土保持學(xué)報,2007,21(1)；35-3915龔家國,王文龍,郭軍權(quán).黃土丘陵溝壑區(qū)淺溝水流水動力學(xué)參數(shù)實驗研究J.中國水土保持科學(xué),2008,6(1)：93-1