Characteristics and parameterization of farmland soil wind erosion in arid and semi-arid areas of China： progress and challenges

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00160

Journal of Desert Research ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (3): 105-117.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00160

Characteristics and parameterization of farmland soil wind erosion in arid and semi-arid areas of China： progress and challenges

Yue Zhang¹(), Siyu Chen¹(), Hongru Bi¹, Jiahui Cao¹, Yuan Luo², Yongqi Gong¹, Yu Chen¹

^1.College of Atmospheric Sciences / Key Laboratory for Semi-Arid Climate Change of the Ministry of Education，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China
^2.Hunan Meteorological Observatory / Hunan Meteorological Bureau，Changsha 410118，China

Received:2021-08-15 Revised:2021-11-10 Online:2022-05-20 Published:2022-06-01
Contact: Siyu Chen

Abstract

Abstract:

The arid and semi-arid areas in China are the important agricultural development regions. There are serious wind-erosion and dust emission in these regions， which threaten the sustainable development of agriculture and the balance of ecosystem. At present， dust emission schemes in weather and climate models only consider wind erosion over desert， and those occurred in farmland are seriously ignored or underestimated. It leads to large uncertainty for estimating dust physical processes and its climate impacts. This review summarizes scientific findings that have been published regarding the characteristics and parameterization of wind erosion in arid and semi-arid areas of China since the 1950s. The research progress and existing problems of wind erosion observation and numerical simulation in arid and semi-arid areas of China are discussed. It is of great significance for preventing and controlling wind-erosion， land desertification and understanding the impact of land use change on air pollution in arid and semi-arid areas of China in future.

Key words: arid and semi-arid area, farmland, soil wind erosion, wind tunnel experiment, parameterization

CLC Number:

S157

Yue Zhang, Siyu Chen, Hongru Bi, Jiahui Cao, Yuan Luo, Yongqi Gong, Yu Chen. Characteristics and parameterization of farmland soil wind erosion in arid and semi-arid areas of China： progress and challenges[J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(3): 105-117.

Figures/Tables 3

References 127

1	王凤娇，杨延征，上官周平.西北五省（区）耕地质量等别差异性比较［J］.干旱地区农业研究，2015，33（2）：230-236.
2	李生秀.旱地：农业发展的寄托［J］.自然杂志，2008，30（6）：344-349.
3	山仑.中国旱区农业持续发展的技术途径［J］.科技导报，2014，32（23）：1.
4	朱鹤健.土壤地理学［M］.北京：高等教育出版社，2010.
5	王静，孙兆军.西北地区荒漠化宜农荒地植被快速恢复技术［J］.安徽农业科学，2011，39（27）：16950-16954.
6	张百平，张雪芹，郑度.关于严格限制西北干旱区荒地开垦的若干对策与建议［J］.干旱区研究，2013，30（1）：1-4.
7	董治宝，陈渭南.植被对风沙土风蚀作用的影响［J］.环境科学学报，1996，16（4）：7.
8	韩永翔，张强，董光荣，等.沙尘暴的气候环境效应研究进展［J］.中国沙漠，2006，26（2）：307-311.
9	王仁德，常春平，郭中领，等.适用于河北坝上地区的农田风蚀经验模型［J］.中国沙漠，2017，37（6）：23-30.
10	董治宝，陈渭南，董光荣，等.关于人为地表结构破损与土壤风蚀关系的定量研究［J］.科学通报，1995，40（1）：4.
11	张强，王胜.论特强沙尘暴（黑风）的物理特征及其气候效应［J］.中国沙漠，2005，25（5）：675-681.
12	曾庆存，程雪玲，胡非.大气边界层非常定下沉急流和阵风的起沙机理［J］.气候与环境研究，2007，12（3）：244-250.
13	Howarth C， Viner D， Dessai S，et al.Enhancing the contribution and role of practitioner knowledge in the Intergovernmental Panel on Climate Change（IPCC） Working Group（WG） II process：insights from UK workshops［J］.Climate Services，2017，5：3-10.
14	Moulin C， Chiapello I.Impact of human-induced desertification on the intensification of Sahel dust emission and export over the last decades［J］.Geophysical Research Letters，2006，33：L18808.
15	Hoffmann C， Funk R， Wieland R，et al.Effects of grazing and topography on dust flux and deposition in the Xilingele grassland，Inner Mongolia［J］.Journal of Arid Environments，2008，72（5）：792-807.
16	Ginoux P， Prospero J M， Gill T E，et al.Global-scale attribution of anthropogenic and natural dust sources and their emission rates based on MODIS Deep Blue aerosol products［J］.Reviews of Geophysics，2012，50（3）：3005.
17	Xi X， Sokolik I N.Quantifying the anthropogenic dust emission from agricultural land use and desiccation of the Aral Sea in Central Asia［J］.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，2016，121（20）：12270-12281.
18	李玄姝，常春平，王仁德.河北坝上土地利用方式对农田土壤风蚀的影响［J］.中国沙漠，2014，34（1）：23-28.
19	臧英，高焕文.国外农田风蚀发生机理与防治技术的研究［J］.农业工程学报，2002，18（3）：4.
20	张楚莹，王书肖，邢佳，等.中国能源相关的氮氧化物排放现状与发展趋势分析［J］.环境科学学报，2008，28（12）：2470-2479.
21	胡敏，唐倩，彭剑飞，等.我国大气颗粒物来源及特征分析［J］.环境与可持续发展，2011（5）：5.
22	黄宁，辜艳丹.粉尘释放和沉积机制的研究进展［J］.地球科学进展，2009，24（11）：1175-1184.
23	Zhang C L， Zou X Y， Gong J R，et al.Aerodynamic roughness of cultivated soil and its influences on soil erosion by wind in a wind tunnel［J］.Soil and Tillage Research，2004，75：53-59.
24	He J， Cai Q， Cao W.Wind tunnel study of multiple factors affecting wind erosion from cropland in agro-pastoral area of Inner Mongolia，China［J］.Journal of Mountain Science，2013，10（1）：68-74.
25	Avecilla F， Panebianco J E， Buschiazzo D E.A wind-tunnel study on saltation and PM₁₀ emission from agricultural soils［J］.Aeolian Research，2016，22：73-83.
26	Wang X， Lang L， Yan P，et al.Aeolian processes and their effect on sandy desertification of the Qinghai-Tibet Plateau：a wind tunnel experiment［J］.Soil and Tillage Research，2016，158：67-75.
27	Chepil W S.Dynamics of wind erosion：I.nature of movement of soil by wind［J］.Soil Science，1945，60（4）：305-320.
28	Chepil W S， Woodruff N P， Siddoway F H，et al.Vegetative and nonvegetative materials to control wind and water erosion［J］.Soil Science Society of America Journal，1963，27（1）：86-89.
29	Gillette D A.Threshold friction velocities for dust production for agricultural soils［J］.Journal of Geophysical Research，1988，93（D10）：12645-12662.
30	Saleh A.Measuring and predicting ridge-orientation effect on soil surface roughness［J］.Soil Science Society of America Journal，1994，58：1228-1230.
31	Armbrust D V， Chepil W S， Siddoway F H.Effects of ridges on erosion of soil by wind［J］.Soil Science Society of America Journal，1964，28（4）：557-560.
32	Lopez M V， Sabre M， Gracia R.Tillage effects on soil surface conditions and dust emission by wind erosion in semiarid Aragon（NE Spain）［J］.Soil and Tillage Research，1998，45：91-105.
33	Fister W， Ries J B.Wind erosion in the central Ebro Basin under changing land use management.Field experiments with a portable wind tunnel［J］.Journal of Arid Environments，2009，73（11）：996-1004.
34	Basaran M， Uzun O， Kaplan S，et al.Tillage-induced wind erosion in semi-arid fallow lands of Central Anatolia，Turkey［J］.Soil and Water Research，2017，12（3）：17221.
35	Hagen L J.Crop residue effects on aerodynamic processes and wind erosion［J］.Theoretical and Applied Climatology，1996，54（1）：39-46.
36	杨秀春，严平，刘连友，等.农牧交错带不同农田耕作模式土壤风蚀的风洞实验研究［J］.土壤学报，2005，42（5）：737-743.
37	赵彦军，赵士杰，董立江，等.不同垄向带状留茬间作农田防风蚀能力的风洞试验［J］.农机化研究，2009，31（10）：137-139.
38	韩亚雄.带状间作农田抗风蚀机理试验研究［D］.呼和浩特：内蒙古农业大学，2010.
39	吴姗姗，牛健植，蔺星娜.京郊延庆农田保护性耕作措施对土壤风蚀的影响［J］.中国水土保持科学，2020，18（1）：60-70.
40	王一菲，郑粉莉，张加琼，等.冻融作用对典型黑土土壤风蚀的影响［J］.水土保持学报，2020，34（5）：34-41.
41	南岭，董治宝，肖锋军.农牧交错带农田土壤风蚀PM₁₀释放特征［J］.中国沙漠，2017，37（6）：1079-1084.
42	刘玉璋，董光荣，李长治.影响土壤风蚀主要因素的风洞实验研究［J］.中国沙漠，1992，12（4）：44-52.
43	王仁德，邹学勇，赵婧妍.半湿润区农田土壤风蚀的风洞模拟研究［J］.中国沙漠，2012（3）：640-646.
44	王仁德，安晨宇，苑依笑，等.不同时间尺度下农田土壤风蚀可蚀性的变化［J］.中国沙漠，2021，41（5）：202-209.
45	张春来，邹学勇，董光荣，等.植被对土壤风蚀影响的风洞实验研究［J］.水土保持学报，2003，17（3）：31-33.
46	邱云霄，黎燕武，余新晓，等.秸秆覆盖对农田土壤风蚀及细颗粒物释放的影响［J］.水土保持学报，2020，34（4）：131-144.
47	Liu M X， Wang J A， Yan P.Wind tunnel simulation of ridge-tillage effects on soil erosion from cropland［J］.Soil and Tillage Research，2006，90：242-249.
48	Bagnold R A.The Physics of Wind Blown Sand and Desert Dunes［M］.London，UK：Methuen，1941：265.
49	Gillette D A.On the production of soil wind erosion aerosols having the potential for long range transport［J］. Journal of Geophysical Research：Atmospheres，1974，8（3/4）：735-744.
50	Shao Y， Raupach M R， Findlater P A.Effect of saltation bombardment on the entrainment of dust by wind［J］.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，1993，98（D7）：12719-12726.
51	Gillette D A， Passi R.Modeling dust emission caused by wind erosion［J］.Journal of Geophysical Research-Atmospheres，1988，93（D11）：14233-14242.
52	Marticorena B， Bergametti G.Modeling the atmospheric dust cycle：1.design of a soil-derived dust emission scheme［J］.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，1995，100.
53	Shao Y.A model for mineral dust emission［J］.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，2001，106：20239-20254.
54	Shao Y.Physics and Modeling of Wind Erosion［M］.Berlin，Germany：Springer Science & Business Media，2008.
55	Kok J F， Parteli E J R， Michaels T I，et al.The physics of wind-blown sand and dust［J］.Reports on Progress in Physics，2012，75（10）：106901.
56	Alfaro S C， Gaudichet A， Gomes L，et al.Modeling the size distribution of a soil aerosol produced by sandblasting［J］.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，1997，102（D10）：11239-11249.
57	Shao Y.Simplification of a dust emission scheme and comparison with data［J］.Journal of Geophysical Research，2004，109：D10202.
58	Kok J F， Mahowald N M， Albani S，et al.An improved dust emission model with insights into the global dust cycle's climate sensitivity［J］.Atmospheric Chemistry & Physics，2014，14（5）：6361-6425.
59	朱好，张宏升.沙尘天气过程临界起沙因子的研究进展［J］.地球科学进展，2001，26（1）：30-38.
60	Zhao C， Liu X H， Leung L R.The spatial distribution of mineral dust and its shortwave radiative forcing over North Africa：modeling sensitivities to dust emissions and aerosol size treatments［J］.Atmospheric Chemistry and Physics，2010，10（18）：8821-8838.
61	Han Z W.Model study on particle size segregation and deposition during Asian dust events in March 2002［J］.Journal of Geophysical Research Atmospheres，2004，109：D19205.
62	Han Z， Zhe X， Jia W L.Direct climatic effect of aerosols and interdecadal variations over East Asia investigated by a regional coupled climate-chemistry/aerosol model［J］.Atmospheric and Oceanic Science Letters，2011，4（6）：299-303.
63	Han Z， Li J， Guo W.A study of dust radiative feedback on dust cycle and meteorology over East Asia by a coupled regional climate-chemistry-aerosol model［J］.Atmospheric Environment，2013，68：54-63.
64	Han Y， Wang K， Liu F.The contribution of dust devils and dusty plumes to the aerosol budget in western China［J］.Atmospheric Environment，2016，126：21-27.
65	Zhang X Y， Han Y M， Sun Y B，et al.Asian dust，eolian iron and black carbon-connections to climate changes［M］//Late Cenozoic Climate Change in Asia.2014：339-433.
66	张小曳，龚山陵.中国的人为沙漠化因素对亚洲沙尘暴的贡献［J］.气候变化研究进展，2005，1（4）：147-150.
67	张小曳，车慧正.国际沙尘暴研究计划进展显著［R］//中国气象科学研究院年报，2006：59.
68	Che H， Qi B， Zhao H.Aerosol optical properties and direct radiative forcing based on measurements from the China Aerosol Remote Sensing Network（CARSNET） in eastern China［J］.Atmospheric Chemistry and Physics，2018，18（1）：405-425.
69	Shao Y， Dong C H.A review on East Asian dust storm climate，modeling and monitoring［J］.Global and Planetary Change，2006，52（1/4）：1-22.
70	Tegen I， Fung I.Modeling of mineral dust in the atmosphere：sources，transport，and optical thickness［J］.Journal of Geophysical Research Atmospheres，1994，99（D11）：22897-22914.
71	Ginoux P， Chin M， Tegen I，et al.Sources and distributions of dust aerosols simulated with the GOCART model［J］.Journal of Geophysical Research Atmospheres，2001，106：20255-20273.
72	黄美元，王自发.东亚地区黄沙长距离输送模式设计［J］.大气科学，1998，22（4）：625-637.
73	Alfaro S C， Gomes L， Rajot J L，et al.Modeling mineral aerosol production by wind erosion：emission intensities and aerosol size distributions in source areas［J］.Journal of Aerosol Science，2001，31（S1）426-427.
74	Zender C S， Bian H， Newman D.Mineral Dust Entrainment and Deposition（DEAD） model：description and 1990s dust climatology［J］.Journal of Geophysical Research，2003，108（D14）：4416.
75	吴成来.CESM地球系统模式中沙尘起沙过程的改进及其应用［D］.北京：中国科学院大学，2013.
76	Shao Y.A model for predicting aeolian sand drift and dust entrainment on scales from paddock to region［J］.Australian Journal of Soil Research，1996，34：309-342.
77	Shao Y， Wyrwoll K H， Chappell A，et al.Dust cycle：an emerging core theme in Earth system science［J］.Aeolian Research，2011，2（4）：181-204.
78	Shao Y， Ishizuka M， Mikami M，et al.Parameterization of size-resolved dust emission and validation with measurements［J］.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，2011，116（D8）：D08203.
79	雷航，林朝晖，孙建华.一个改进的沙尘天气数值预测系统及其模拟试验［J］.气候与环境研究，10（3）：669-684.
80	Tegen I， Fung I.Modeling of mineral dust in the atmosphere：sources，transport，and optical thickness［J］.Journal of Geophysical Research Atmospheres，1994，99（D11）：22897-22914.
81	Claquin T， Schulz M， Balkanski Y，et al.Uncertainties in assessing radiative forcing by mineral dust［J］.Tellus B，1998，50（5）：491-505.
82	Gong S L， Zhang X Y， Zhao T L，et al.Characterization of soil dust aerosol in China and its transport and distribution during 2001 ACE-Asia：2.model simulation and validation［J］.J.Geophys.Res，2003，108（D9）.
83	Uno I， Yumimoto K， Shimizu A，et al.3D structure of Asian dust transport revealed by CALIPSO lidar and a 4DVAR dust model［J］.Geophysical Research Letters，2008，35（6）：341-356.
84	Huang Z， Huang J， Bi J，et al.Dust aerosol vertical structure measurements using three MPL lidars during 2008 China-U.S.joint dust field experiment［J］.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，2010，115：D00K15.
85	Huneeus N， Schulz M， Balkanski Y，et al.Global dust model intercomparison in AeroCom phase I［J］.Atmospheric Chemistry Physics，2011，11（15）：7781-7816.
86	Zender C S， Miller R L R L， Tegen I.Quantifying mineral dust mass budgets：terminology，constraints，and current estimates［J］.Eos Transactions American Geophysical Union，2013，85（48）：509-512.
87	张宏升，朱好，彭艳，等.沙尘天气过程沙地下垫面沙尘通量的获取与分析研究［J］.气象学报，2007，65（5）：744-752.
88	Zhao C， Liu X， Ruby Leung L，et al.Radiative impact of mineral dust on monsoon precipitation variability over West Africa［J］.Atmospheric Chemistry and Physics，2010，11（5）：91-103.
89	段佳鹏.尘卷风热力学效率初探及其对沙尘气溶胶的贡献［D］.南京：南京信息工程大学，2013.
90	Chen S， Huang J， Qian Y，et al.Effects of aerosols on autumn precipitation over mid-eastern China［J］.Journal of Tropical Meteorology，2014，20（3）：242-250.
91	Philip S， Martin R V， Snider G，et al.Anthropogenic fugitive，combustion and industrial dust is a significant，underrepresented fine particulate matter source in global atmospheric models［J］.Environmental Research Letters，2017，12（4）：44018.
92	董治宝.土壤风蚀预报简述［J］.中国水土保持，1999（6）：17-19.
93	Woodruff N， Siddoway F.A wind erosion equation［J］.Soil Science Society of America Journal，1965，29：602-608.
94	Hagen L J.A wind erosion prediction system to meet user needs［J］.Journal of Soil and Water Conservation，1991，46（2）：106-111.
95	Wagner L E.A history of wind erosion prediction models in the United States Department of Agriculture：The Wind Erosion Prediction System（WEPS）［J］.Aeolian Research，2013，10：9-24.
96	Tatarko J， Sporcic M A， Skidmore E L.A history of wind erosion prediction models in the United States Department of Agriculture prior to the Wind Erosion Prediction System［J］.Aeolian Research，2013，10：3-8.
97	Tatarko J， van donk S J， Ascough J C，et al.Application of the WEPS and SWEEP models to non-agricultural disturbed lands［J］.Heliyon，2016，2（12）：e00215.
98	Gregory J M， Vining R， Peck L，et al.TEAM：The Texas Tech Wind Erosion Analysis Model［R］.1999.
99	董治宝.建立小流域风蚀量统计模型初探［J］.水土保持通报，1998，18（5）：55-62.
100	Xuan J.Dust emission factors for environment of Northern China［J］.Atmospheric Environment，1999，33（11）：1767-1776.
101	黄富祥，高琼.毛乌素沙地不同防风材料降低风速效应的比较［J］.水土保持学报，2001，15（1）：27-30.
102	Tong D Q， Dan M， Wang T，et al.Long-term dust climatology in the western United States reconstructed from routine aerosol ground monitoring［J］.Atmospheric Chemistry and Physics，2012，12（11）：5189-5205.
103	高尚玉.京津风沙源治理工程效益［M］.北京：科学出版社，2012.
104	Fryrear D， Sutherland P， Davis G，et al.Wind erosion estimates with RWEQ and WEQ［C］//Proceedings of Conference Sustaining the Global Farm：10th International Soil Conservation Organization Meeting.West Lafayette，USA：Purdue University，1999：760-765.
105	van Pelt R S， Zobeck T M.Validation of the Wind Erosion Equation（WEQ） for discrete periods［J］.Environmental Modelling and Software，2004，19：199-203.
106	Youssef F， Visser S， Karssenberg D，et al.Calibration of RWEQ in a patchy landscape：a first step towards a regional scale wind erosion model［J］.Aeolian Research，2012，3：467-476.
107	Pi H， Sharratt B.Evaluation of the RWEQ and SWEEP in simulating soil and PM₁₀ loss from a portable wind tunnel［J］.Soil and Tillage Research，2017，170：94-103.
108	Fryrear D W， Wassif M M， Tadrus S F，et al.Dust measurements in the Egyptian northwest coastal zone［J］.Transactions of the Asabe，2008，51（4）：1255-1262.
109	Donk van，Skidmore.Measurement and simulation of wind erosion，roughness degradation and residue decomposition on an agricultural field［J］.Earth Surface Process and Landforms，2003，28：1243-1258.
110	Funk R， Skidmore E L， Hagen L J.Comparison of wind erosion measurements in Germany with simulated soil losses by WEPS［J］.Environmental Modelling and Software，2004，19：177-183.
111	Feng G， Sharratt B.Validation of WEPS for soil and PM₁₀ loss from agricultural fields within the Columbia Plateau of the United States［J］.Earth Surface Process and Landforms，2007，32：743-753.
112	Feng G， Sharratt B.Evaluation of the SWEEP model during high winds on the Columbia Plateau［J］.Earth Surface Process and Landforms，2009，34：1461-1468.
113	Pi H， Feng G， Sharratt B S，et al.Validation of SWEEP for contrasting agricultural land use types in the Tarim Basin［J］.Soil Science，2014，179：433-445.
114	Hagen L J.Evaluation of the Wind Erosion Prediction System （WEPS） erosion submodel on cropland fields［J］.Environmental Modelling and Software，2004，19：171-176.
115	Visser S M， Stroosnijder L， Chardon W J.Nutrient losses by wind and water，measurements and modeling［J］.Catena，2005，63：1-22.
116	Visser S M， Sterk G， Karssenberg D.Wind erosion modelling in a Sahelian environment ［J］.Environmental Modelling and Software，2005，20：69-84.
117	Fryrear D， Stout J， Hagen L，et al.Wind erosion：field measurement and analysis［J］.Transactions of ASAE，1991，34：155-160.
118	Gregory J M， Wilson G R， Singh U B，et al.TEAM：integrated，process-based wind-erosion model［J］.Environmental Modelling and Software，2004，19：205-215.
119	Singh U B， Gregory J M， Wilson G R.Texas Erosion Analysis Model：Theory and Validation［C］//Proceedings of Wind Erosion：An International Symposium/Workshop.Manhattan，USA：USDA-ARS Wind Erosion Research Unit，1997.
120	Böhner J， Schäfer W， Conrad O，et al.The WEELS model：methods，results and limitations［J］.Catena，2003，52：289-308.
121	周勤迁.东北地区农田土壤风蚀的数值模拟研究［D］.长春：中国科学院东北地理与农业生态研究所，2014.
122	李胜龙，李和平，林艺，等.东北地区不同耕作方式农田土壤风蚀特征［J］.水土保持学报，2019，33（4）：110-118.
123	曹馨元.农田风蚀大气颗粒物（PM₁₀和PM_2.5）排放模式优化及全球尺度排放评估［D］.北京：中国科学院大学，2019.
124	Tegen I， Werner M， Harrison S P，et al.Relative importance of climate and land use in determining present and future global soil dust emission［J］.Geophysical Research Letters，2004，31（5）：325-341.
125	Sokolik I N， Toon O B.Direct radiative forcing by anthropogenic airborne mineral aerosols［J］.Nature，1996，381：681-683.
126	Chen S， Jiang N， Huang J，et al.Quantifying contributions of natural and anthropogenic dust emission from different climatic regions.Atmos［J］.Environ，2018，191：94-104.
127	Zhang J Q， Zhang C L， Chang C P，et al.Comparison of wind erosion based on measurements and SWEEP simulation：a case study in Kangbao County，Hebei Province，China［J］.Soil & Tillage Research，2017，165：169-180.

地区	地表状况	实验处理	风速 /(m?s^-1)	输沙量 /g	输沙率 /(g?cm^-2?min^-1)	参考文献
中国西北半干旱区青海省贵南县	草原植被，板栗土壤，含36%的砂粒、53%的粉粒和11%的黏粒	最大土块直径1.0 cm	15		0.098	Zhang等^[23]
中国西北半干旱区青海省贵南县	草原植被，板栗土壤，含36%的砂粒、53%的粉粒和11%的黏粒	最大土块直径增加至5.0 cm	15		0.0046	Zhang等^[23]
内蒙古自治区锡林郭勒盟太仆寺旗头支箭乡小河套村	原状栗钙土	自然风干处理，无残茬	8		0.000135	杨秀春等^[36]
			10		0.000354
			15		0.004352
			20		0.008811
			24		0.021420
内蒙古自治区武川县旱作农业区	砂质栗钙土，砂粒含量67%、粉粒含量31.5%、黏粒含量1.5%	茬高20 cm，平均植被覆盖率55%，带宽3 m，距地表0.6 m处	5	0.023		赵彦军等^[37]
			6	0.051
			9	0.063
			12	0.081
			15	0.117
内蒙古自治区武川县干旱区	栗钙土，多孔隙，沙性，有机质含量低	带宽8 m，距风洞出口120 cm，收集高度0—70 cm	6	12.2		韩亚雄^[38]
			9	15.0
			12	12.5
			15	6.7
			18	23.5
青藏高原干旱区	分级草地和草原收集的沙质土壤	无植被覆盖，地面0—10 cm，完全粉碎用于模拟动物践踏	8		0.00900	Wang等^[26]
			10		0.04890
			12		0.13632
			14		0.26226
			16		0.50638
			18		0.68154
			20		1.26318
			22		2.12892
北京市延庆区	土壤密度1.2 g·cm^-3，含水比例2.32%	地表裸露，有少量结皮，高度0－30 cm	8		0.00026	吴姗姗等^[39]
			12		0.00184
			16		0.00824
			20		0.06655
			24		0.13435
黑龙江省克山县厚层黑土区	有机质含量最高可达15%，孔隙度可达69.7%，黑土区土壤侵蚀严重	集沙高度为60 cm，无覆盖	9		0.00605	王一菲等^[40]
			12		0.02450
			15		0.16127

地区	地表状况	实验处理	风速 /(m?s^-1)	输沙量 /g	输沙率 /(g?cm^-2?min^-1)	参考文献
中国西北半干旱区青海省贵南县	草原植被，板栗土壤，含36%的砂粒、53%的粉粒和11%的黏粒	最大土块直径1.0 cm	15		0.098	Zhang等^[23]
中国西北半干旱区青海省贵南县	草原植被，板栗土壤，含36%的砂粒、53%的粉粒和11%的黏粒	最大土块直径增加至5.0 cm	15		0.0046	Zhang等^[23]
内蒙古自治区锡林郭勒盟太仆寺旗头支箭乡小河套村	原状栗钙土	自然风干处理，无残茬	8		0.000135	杨秀春等^[36]
			10		0.000354
			15		0.004352
			20		0.008811
			24		0.021420
内蒙古自治区武川县旱作农业区	砂质栗钙土，砂粒含量67%、粉粒含量31.5%、黏粒含量1.5%	茬高20 cm，平均植被覆盖率55%，带宽3 m，距地表0.6 m处	5	0.023		赵彦军等^[37]
			6	0.051
			9	0.063
			12	0.081
			15	0.117
内蒙古自治区武川县干旱区	栗钙土，多孔隙，沙性，有机质含量低	带宽8 m，距风洞出口120 cm，收集高度0—70 cm	6	12.2		韩亚雄^[38]
			9	15.0
			12	12.5
			15	6.7
			18	23.5
青藏高原干旱区	分级草地和草原收集的沙质土壤	无植被覆盖，地面0—10 cm，完全粉碎用于模拟动物践踏	8		0.00900	Wang等^[26]
			10		0.04890
			12		0.13632
			14		0.26226
			16		0.50638
			18		0.68154
			20		1.26318
			22		2.12892
北京市延庆区	土壤密度1.2 g·cm^-3，含水比例2.32%	地表裸露，有少量结皮，高度0－30 cm	8		0.00026	吴姗姗等^[39]
			12		0.00184
			16		0.00824
			20		0.06655
			24		0.13435
黑龙江省克山县厚层黑土区	有机质含量最高可达15%，孔隙度可达69.7%，黑土区土壤侵蚀严重	集沙高度为60 cm，无覆盖	9		0.00605	王一菲等^[40]
			12		0.02450
			15		0.16127

区域	时间	起沙通量	临界起沙摩阻速度 /风速/（m·s^-1）	参考文献
阿拉贡中部旱地农田	1995年夏	1.45—11.66 μg·m^-2·s^-1	临界起沙摩阻速度：0.37—0.72	Lopez等^[32]
东北农田	2001年和2013年	3.45—27.58 μg·s^-1（2001年） 0.79—6.33 μg·s^-1（2013年）	临界起沙摩阻速度：0.09—0.71	周勤迁^[121]
河北农田	2005—2011年	平地：0—6 kg·m^-2·h^-1 留茬5 cm：0—3 kg·m^-2·h^-1 留茬10 cm：0—0.9 kg·m^-2·h^-1	风速：5—17	Zhang等^[127]
河北农田	2012年10月至 2013年5月	翻耕耙平地：26.75—59.61 t·hm^-2 莜麦留茬地：10.73—21.33 t·hm^-2	风速：5.5—17.5	王仁德等^[9]
全球农田	2012年	1.40×10⁹ μg·s^-1		曹馨元^[123]
东北农田	2016年和2017年	耕作，无植被覆盖：181.7—86 582.9 t·hm^-2·a^-1 免耕，有植被覆盖：9.89 t·hm^-2·a^-1	2 m高度风速：2—8	李胜龙等^[122]

区域	时间	起沙通量	临界起沙摩阻速度 /风速/（m·s^-1）	参考文献
阿拉贡中部旱地农田	1995年夏	1.45—11.66 μg·m^-2·s^-1	临界起沙摩阻速度：0.37—0.72	Lopez等^[32]
东北农田	2001年和2013年	3.45—27.58 μg·s^-1（2001年） 0.79—6.33 μg·s^-1（2013年）	临界起沙摩阻速度：0.09—0.71	周勤迁^[121]
河北农田	2005—2011年	平地：0—6 kg·m^-2·h^-1 留茬5 cm：0—3 kg·m^-2·h^-1 留茬10 cm：0—0.9 kg·m^-2·h^-1	风速：5—17	Zhang等^[127]
河北农田	2012年10月至 2013年5月	翻耕耙平地：26.75—59.61 t·hm^-2 莜麦留茬地：10.73—21.33 t·hm^-2	风速：5.5—17.5	王仁德等^[9]
全球农田	2012年	1.40×10⁹ μg·s^-1		曹馨元^[123]
东北农田	2016年和2017年	耕作，无植被覆盖：181.7—86 582.9 t·hm^-2·a^-1 免耕，有植被覆盖：9.89 t·hm^-2·a^-1	2 m高度风速：2—8	李胜龙等^[122]

[1]	Chenyu An, Rende Wang, Haitao Zhou, Qing Li, Xinjun Zhang, Chunping Chang, Zhongling Guo, Jifeng Li. Effect of no-tillage in autumn on farmland wind erosion and soil properties in Bashang district [J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(2): 95-103.
[2]	Xiaoqin Yuan, Shengquan Liu, Feng Ai, Zheng Zhang, Qiang Li, Jinyu Jiang, Changchun Shi. Wind erosion resistance of litter of Salix psammophila community in the southeast edge of Mu Us Sandy Land， China [J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(1): 134-138.
[3]	Zhimin Liu, Haibin Yu. Discussion on ecological management of Horqin Sandy Land under the concept of "a living community of montains， waters， forests， farmlands， lakes， grasslands and sandylands" [J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(1): 34-40.
[4]	Feiyao Liu, Quangang You, Siyuan Wu, Cuihua Huang, Jing Pan, Shaoxiu Ma, Xiaojie Chen, Xian Xue. Effects of abandonment and recultivation of farmland on soil hydraulic properties in a typical oasis of arid regions [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(6): 169-178.
[5]	Lizhu Xing, Fangmin Zhang, Kaicheng Xing, Yunpeng Li, Qi Lu, Feifei Lu. Change of soil wind erosion and attribution in Bayannur， Inner Mongolia based on the Revised Wind Erosion Equation [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(5): 111-119.
[6]	Rende Wang, Chenyu An, Yixiao Yuan, Chunlai Zhang, Qing Li, Huimin Zha, Chunping Chang, Zhongling Guo. Changes of soil wind erodibility for farmland in different time scales [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(5): 202-209.
[7]	Yahong Li, Chongfeng Bu, Qi Guo, Yingxin Wei. Ecological functions comparison of moss crust and algae crust in the Mu Us Sand Land [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(2): 138-144.
[8]	Jun Liu, Zhongling Guo, Chunping Chang, Rende Wang, Jifeng Li, Qing Li, Xuyang Wang. Potential wind erosion simulation in the agro-pastoral ecotone of northern China using RWEQ and WEPS models [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(2): 27-37.
[9]	Tongliang Wang, Shaoxiu Ma, Yang Gao, Yulai Gong, Zhishan An. The hybrid of wavelet packet decomposition and machine learning models in wind speed forecasting [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(2): 38-50.
[10]	Xueshang Chang, Guoqiao Chang. Advances in research and prospect on soil moisture in arid and semi-arid areas [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(1): 156-163.
[11]	Mengzhu Liu, Yanfang Wang, Hongwei Pei. The changes of land use and carbon storage in the northern farming-pastoral ecotone under the background of returning farmland to forest （grass） [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(1): 174-182.
[12]	Fanmin Mei, Shan Wang, Lixuan Tang, Jin Su. An improved scheme for modeling wind friction threshold velocity dependent on the aspect ratio of individual element and aerodynamic roughness length [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(6): 98-104.
[13]	Liqiang Kang, Caiyun Li, Junjie Zhang, Xueyong Zou. Characteristics of instantaneous surface shear stress distribution at flexible plant surface [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(5): 49-56.
[14]	Hui Zhang, Chunlai Zhang, Xinyu Liu, Yujie Dai, Songbo Cen, Yaping Shen. Characteristics of wind speed pulsation above a bare farmland surface [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(5): 57-64.
[15]	Cen Songbo, Zhang Chunlai, Dai Yujie, Zhang Hui, Liu Xinyu, Li Qing, Huang Yuhu. Characteristics of PM₁₀ emission from farmland during a wind erosion event [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(3): 145-150.

Characteristics and parameterization of farmland soil wind erosion in arid and semi-arid areas of China： progress and challenges

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