東北黑土區凍融作用與水蝕過程耦合機理研究

《東北黑土區凍融作用與水蝕過程耦合機理研究》是依託北京師範大學，由張科利擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：東北黑土區凍融作用與水蝕過程耦合機理研究
• 依託單位：北京師範大學
• 項目負責人：張科利
• 項目類別：面上項目

項目摘要

凍融作用對東北黑土區的水土流失具有重要影響，探明凍融作用機理、定量評價凍融侵蝕的泥沙貢獻對東北黑土區侵蝕預報和防澇保土都具有重要意義。本課題將通過野外小區和小流域徑流泥沙觀測、土壤剖面溫度水分監測、田間原位實驗和室內模擬實驗等手段，系統研究東北黑土區凍融交替變化規律、凍融作用對土壤性狀影響、凍融作用的侵蝕產沙貢獻等理論和現實問題，提出考慮凍融作用條件下的土壤可蝕性估算公式和融化層厚度時空變化模式，確定凍融作用對坡面侵蝕和小流域侵蝕的泥沙貢獻率。課題研究成果不僅可以為凍融侵蝕研究提供理論基礎，也可以豐富和完善我國土壤侵蝕預報模型研究。本課題的創新在於研究手段上將徑流泥沙觀測和土壤性狀變化監測相結合，建立凍融作用與坡面及小流域侵蝕產沙的直接關係。預期研究成果既有理論問題和過程機理探索層面，又有關注實際問題解決的套用層面。

結題摘要

凍融交替循環是我國東北地區土壤侵蝕重要的作用方式之一。凍融交替循環破壞土壤結構，減少徑流下滲，加劇區域水土流失，深入研究研究凍融侵蝕發生機理和評價其侵蝕量貢獻大小對東北黑土地區的水土保持具有重要意義。本項目通過野外原位監測、徑流小區觀測、小流域徑流泥沙監測和室內模擬實驗和野外現場調查等方法，系統研究了不同土地利用下土壤溫度及含水量變化、凍融循環對土壤性質的影響、凍融循環對坡面土壤分離過程影響、凍融作用對坡面和小流域產流產沙的影響，以及凍融作用對切溝侵蝕的影響。本課題取得的主要進展和結論概況如下： （1）凍融作用減小了坡面和小流域的產流量，徑流係數分別減小0.07 和0.03。受凍融作用影響，土壤可蝕性K值可增大2.67倍。凍融循環影響的結果使小降雨事件也可以引起較為嚴重土壤侵蝕。 （2）凍融期時間長度隨深度增加而逐漸縮短。表層土壤往往經歷晝融夜凍的頻繁凍融交替作用，農地表層土壤溫度變化大於草地和林地，冬季最低溫度也低於草地和林地。林地凍融循環次數少於草地和農地。 （3）凍融循環作用會顯著地改變土壤性質。凍融循環作用導致土壤水穩性團聚體含量減少，土壤容重減小，土壤透水性普遍增強。土壤初始含水量的多少對凍融循環作用的影響效果有顯著影響。 （4）凍融循環作用顯著改變土壤分離能力和臨界切應力大小，而且不同土壤類型有不同的回響程度。沉積型、原生型和退化型的土壤分離能力分別增大 11.3%、36.5%和 28.6%，細溝可蝕性分別增大 11.1%、36.3%和16.9%。 （5） 凍融循環導致切溝溝壁失穩而加劇切溝侵蝕，侵蝕方式為土體剝落和塊狀崩落，崩落物體積與平均溝深和平均溝寬呈較好的線性關係。 （6）土壤磁化率技術可以用於土壤侵蝕與沉積速率估算。利用磁化率技術估算東北黑土區年均土壤侵蝕量為733.5 t/yr，侵蝕模數為4630.5 t/km2/yr，相當於每年侵蝕表土3-4 mm。