土壤含水率对风沙流结构及风蚀量的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2020.00121

摘要/Abstract

摘要：

通过对科尔沁沙地典型生境（流动沙丘、沙质草地和农田）的土壤进行风洞试验，分析了不同含水率下3类土壤的风沙流结构、输沙率及总输沙量的变化趋势。结果表明：（1）不同含水率下，3类土壤的输沙率随高度的增加均呈现减小趋势，且有良好的指数函数关系。（2）随含水率的增加，流动沙丘和沙质草地土壤风沙流沙粒的平均跃移高度增加、0—12 cm的输沙率占总输沙率之比增加，农田土壤则相反。（3）不同风速下，3类土壤输沙量与含水率的关系可用指数函数或三次函数关系来描述。（4）基于不同风速下输沙量随含水率增加的斜率变化程度，可将含水率分为3个区间：平稳下降区间、跃变区间和衰弱区间；流动沙丘、沙质草地和农田土壤的含水率跃变区间分别为0.79%—1.01%、1.14%—1.72%和2.77%—4.44%。（5）随土壤含水率上升，总输沙量大小排序发生变化：0.00—0.76%时流动沙丘>沙质草地>农田，0.76%—1.35%时沙质草地>流动沙丘>农田，1.35%以上时农田>沙质草地>流动沙丘。

关键词: 风沙流, 含水率, 风蚀, 风洞, 科尔沁沙地

Abstract:

By conducting wind tunnel experiment on soils of three typical habitats （mobile dune， sandy grassland， and farmland） in the Horqin Sandy Land， the sand flow structure， sediment transport rate， and total sediment transport amount were analyzed under different soil water contents. The results showed that：（1） The sediment transport rate of three soil types decreased with the increase of height under different water content， and had a good exponential function relationship. （2） With the increase of water content， the average jump height of wind-quicksand for the soils of mobile dune and sandy grassland increased， and the ratio of sand transport rate of 0-12 cm to total sediment transport rate increased， while the soil of farmland showed the opposite trend. （3） The relationship between sediment transport amount and water content at different wind speeds for three types of soil can be described as an exponential function or a cubic function relationship. （4） Based on the variation degree of sediment transport amount with the increase of water content at different wind speeds， the water content can be divided into three sections： stable decline interval， jump interval， and weakening interval. The jump interval of soil water content of mobile dune， sandy grassland， and farmland was 0.79%-1.01%， 1.14%-1.72%， and 2.77%-4.44%， respectively. （5） With the increase of soil water content， the order of total sediment transport amount changed among the soils， which was mobile dune > sandy grassland > farmland at the range of 0.00-0.76%， sandy grassland > mobile dune > farmland with at 0.76%-1.35%， and farmland > sandy grassland > mobile dune with the water content above 1.35%.

Key words: sand flow, water content, wind erosion, wind tunnel, Horqin Sandy Land

中图分类号:

P425.5

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图/表 6

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类型	2.0—0.5 mm 粗沙粒/%	0.50—0.25 mm 中沙粒/%	0.25—0.10 mm 细沙粒/%	0.10—0.05 mm 极细沙粒/%	<0.05 mm 黏粉粒/%	有机碳含量 /（g·kg^-1）
流动沙丘土	1.66	36.85	56.38	3.61	1.50	0.36
沙质草地土	3.87	32.48	56.20	5.15	2.30	3.32
农田土	4.42	23.55	29.24	27.63	15.16	5.32

类型	2.0—0.5 mm 粗沙粒/%	0.50—0.25 mm 中沙粒/%	0.25—0.10 mm 细沙粒/%	0.10—0.05 mm 极细沙粒/%	<0.05 mm 黏粉粒/%	有机碳含量 /（g·kg^-1）
流动沙丘土	1.66	36.85	56.38	3.61	1.50	0.36
沙质草地土	3.87	32.48	56.20	5.15	2.30	3.32
农田土	4.42	23.55	29.24	27.63	15.16	5.32

流动沙丘土					沙质草地土					农田土
含水率 /%	A	B	R²	P	含水率 /%	A	B	R²	P	含水率 %	A	B	R²	P
0.23	21.5952	4.2366	0.9973	<0.001	0.00	13.8313	4.0125	0.9981	<0.001	0.00	2.5700	4.8167	0.9954	<0.001
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0.79	9.4417	4.6557	0.9921	<0.001	0.42	9.3257	3.6906	0.9990	<0.001	1.85	2.5183	4.9786	0.9937	<0.001
0.90	2.4761	4.8976	0.9433	<0.001	0.76	4.4645	5.7514	0.9934	<0.001	2.77	2.2609	4.8776	0.9980	<0.001
1.01	2.1799	5.7284	0.99	<0.001	1.14	3.9187	5.2143	0.9933	<0.001	3.54	1.8825	4.5302	0.9934	<0.001
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					3.78	0.2919	4.9476	0.9939	<0.001	11.06	0.0652	3.4415	0.9852	<0.001
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										14.43	0.0036	4.9046	0.9924	<0.001

流动沙丘土					沙质草地土					农田土
含水率 /%	A	B	R²	P	含水率 /%	A	B	R²	P	含水率 %	A	B	R²	P
0.23	21.5952	4.2366	0.9973	<0.001	0.00	13.8313	4.0125	0.9981	<0.001	0.00	2.5700	4.8167	0.9954	<0.001
0.50	7.3445	5.5586	0.9883	<0.001	0.23	7.7776	4.7402	0.9974	<0.001	1.35	2.6506	4.6803	0.9921	<0.001
0.79	9.4417	4.6557	0.9921	<0.001	0.42	9.3257	3.6906	0.9990	<0.001	1.85	2.5183	4.9786	0.9937	<0.001
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1.01	2.1799	5.7284	0.99	<0.001	1.14	3.9187	5.2143	0.9933	<0.001	3.54	1.8825	4.5302	0.9934	<0.001
1.47	1.4029	5.7149	0.9965	<0.001	1.72	0.7072	7.2590	0.9978	<0.001	4.44	0.5994	3.8842	0.9901	<0.001
1.79	0.006	4.5969	0.9802	<0.001	2.12	0.7089	5.7780	0.9978	<0.001	6.15	0.4615	3.5199	0.9952	<0.001
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2.53	0.0309	7.4410	0.9632	<0.001	3.47	0.4052	4.5310	0.9982	<0.001	8.45	0.1571	3.9496	0.9936	<0.001
					3.78	0.2919	4.9476	0.9939	<0.001	11.06	0.0652	3.4415	0.9852	<0.001
					4.76	0.0477	4.8167	0.997	<0.001	13.28	0.22	1.4171	0.6909	<0.001
										14.43	0.0036	4.9046	0.9924	<0.001

类型	风速 /（m·s^-1）	指数函数					三次函数
类型	风速 /（m·s^-1）	A	B	C	R²	P	D	E	F	G	R²	P
流动沙丘土	7	-0.5462	5.1831	0.8103	0.5494	<0.001	3.4674	-0.7118	-2.8433	1.0229	0.5451	<0.001
	9	-1.0697	11.0133	0.7823	0.7526	<0.001	7.8165	-3.5574	-3.9731	1.6447	0.7986	<0.001
	11	-1.1917	19.3885	0.6936	0.9211	<0.001	16.6209	-19.0136	6.1908	-0.4841	0.9328	<0.001
	13	-1.5565	32.9572	0.6152	0.9091	<0.001	28.7479	-37.037	14.697	-1.7689	0.9184	<0.001
	15	-1.7729	41.3245	0.5956	0.9207	<0.001	36.0581	-47.6441	19.7102	-2.5445	0.9284	<0.001
	17	-0.1203	90.8630	0.3915	0.9778	<0.001	72.6161	-119.0454	64.2219	-11.3010	0.9511	<0.001
沙质草地土	7	0.019	1.1804	0.4794	0.9839	<0.001	1.1165	-1.5593	0.7098	-0.1024	0.9423	<0.001
	9	-0.1223	4.0236	1.0128	0.8704	<0.001	3.8467	-3.3122	0.9393	-0.0865	0.8650	<0.001
	11	-0.2703	6.9933	1.3621	0.926	<0.001	6.6512	-4.4931	1.0592	-0.085	0.9207	<0.001
	13	-0.5172	10.4638	1.3888	0.9573	<0.001	9.8004	-6.4486	1.4407	-0.1078	0.9557	<0.001
	15	-0.0042	20.3313	0.9664	0.9507	<0.001	19.6473	-16.2609	4.6382	-0.4392	0.9381	<0.001
	17	-0.8425	30.7496	1.0701	0.9788	<0.001	29.2983	-23.4466	6.2424	-0.5440	0.9830	<0.001
农田土	7	-0.3128	0.5876	11.8667	0.5843	<0.001	0.2360	0.0304	-0.0246	0.0021	0.6578	<0.001
	9	-0.2534	0.9783	6.4105	0.671	<0.001	0.6646	-0.0483	-0.0173	0.0015	0.698	<0.001
	11	-0.3337	1.9572	5.6338	0.7163	<0.001	1.5461	-0.2108	-0.0066	0.0011	0.7281	<0.001
	13	-0.2531	2.5535	4.7824	0.9217	<0.001	2.2278	-0.3981	0.0151	0.0002	0.9408	<0.001
	15	-0.9835	7.4932	5.4066	0.8356	<0.001	6.2090	-0.8811	-0.0061	0.0027	0.8658	<0.001
	17	-1.2146	11.5028	5.2745	0.8243	<0.001	10.0765	-1.6990	0.0632	0.0003	0.8418	<0.001