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东北黑土冻融作用机理与春季解冻期土壤侵蚀模拟研究

作　者: 刘佳
导　师: 范昊明
学　校: 沈阳农业大学
专　业: 水土保持与荒漠化防治
关键词: 春季解冻期 冻融作用 土壤侵蚀模拟 黑土
分类号: S157
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


在我国东北地区,土壤侵蚀有其独特的侵蚀特点,东北黑土区土壤冻层较深、冻结时间较长,广泛分布着冻融侵蚀,对坡面、沟道侵蚀的影响非常大,使该区农业生产率降低,农业生产的可持续发展、土地资源的保护以及人民生产生活都受到了极大的危害。严重的冻融侵蚀同水力侵蚀和重力侵蚀复合起来,对该区的工农业生产造成极大影响。我国至今很少有开展关于冻融作用对春季融雪及解冻期降雨与未完全解冻土壤侵蚀关系的定量研究,使得难以对这一时期的土壤侵蚀进行准确的预测与评价。本文通过调查分析我国东北黑土的性质、降雪、春季解冻期径流、降雨资料,结合已有研究成果,分析黑土的性质和其冻融环境条件。通过冻融循环试验分析冻融作用对不同含水率及不同温差土壤可蚀性的影响关系,从机理上分析冻融作用对黑土可蚀性的影响规律；通过对黑土进行春季解冻期融雪坡面的冲刷模拟和室内春季解冻期降雨的模拟试验,研究春季解冻期黑土坡面的土壤侵蚀状况,得出如下结论：(1)冻融作用对黑土可蚀性影响冻融作用能够通过改变黑土的理化性质使可蚀性发生变化,通过对黑土机理性质的研究发现：冻融作用使土壤容重减小、孔隙度增大、团聚体水稳性减小,但其渗透系数、粘聚力及内摩擦角的变化都不明显。此外,不同含水率、不同冻融温差对土壤上述物理力学性质有不同程度的影响。(2)解冻期融雪对坡面土壤侵蚀影响经过冻融循环作用后黑土的坡面侵蚀量总体高于未经冻融循环的对照试验；且两者在坡面冲刷过程中也表现出不同侵蚀规律,经冻融循环作用后坡面侵蚀量随冲刷时间增大而急剧减小,之后趋于波动稳定状态。冻融温差、循环次数、含水率、流量、解冻深度都不同程度的影响着坡面冲刷的侵蚀量。其中流量是主导因子,其次是冻融温差、解冻深度、含水率,再者是冻融循环次数。通过对25组试验的坡面冲刷过程进行描述分析发现,冻融循环试验坡面和对照试验坡面的发育过程存在明显差异。(3)解冻期降雨对坡面土壤侵蚀影响在室内模拟解冻期降雨的试验中发现,土壤含水率对解冻期侵蚀的影响最大,降雨雨强次之,最小的是土壤解冻深度；黑土的侵蚀量随含水率的增加而增加,随雨强的增大而增大,并且土壤侵蚀量在一段时间过后趋于稳定；土壤解冻深度也能影响坡面侵蚀量的大小。

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摘要  10-11ABSTRACT  11-13第一章 绪论  13-21  1.1 研究的目的、意义  13-14  1.2 解冻期土壤侵蚀国内外研究进展  14-18    1.2.1 冻融作用对土壤可蚀性影响的研究  14-17    1.2.2 融雪径流对土壤侵蚀的影响研究  17-18    1.2.3 春季解冻期降雨对土壤侵蚀的影响研究  18  1.3 研究方法与技术路线  18-21    1.3.1 研究目标  18-19    1.3.2 研究内容  19    1.3.3 研究方法  19    13.4 拟解决的关键问题  19    1.3.5 技术路线  19-21第二章 黑土冻融发生的环境条件分析  21-25  2.1 黑土分布  21-22  2.2 黑土分布区气候特征  22  2.3 黑土分布区土壤侵蚀特征  22-23  2.4 本章小结  23-25第三章 冻融循环对黑土可蚀性的影响分析  25-39  3.1 引言  25  3.2 黑土冻融作用机理  25-27    3.2.1 黑土性质  25    3.2.2 试验方案  25-27  3.3 试验结果与分析  27-36    3.3.1 冻融循环对黑土物理性质的影响  27-33    3.3.2 冻融循环对黑土力学性质的影响  33-36  3.4 本章小结  36-39第四章 春季解冻期融雪径流对黑土坡面侵蚀影响的模拟研究  39-53  4.1 引言  39-40  4.2 试验研究方法  40-42    4.2.1 试验条件  40    4.2.2 试验土样  40    4.2.3 土样制备  40-41    4.2.4 试验设计  41-42    4.2.5 试验装置与试验过程  42  4.3 结果与分析  42-52    4.3.1 冻融前后黑土坡面侵蚀对比分析  43-46    4.3.2 冻融作用与坡面土壤侵蚀间的关系  46-50    4.3.3 冻融作用对坡面侵蚀形态的影响  50-52  4.4 本章小结  52-53第五章 春季解冻期降雨对黑土坡面侵蚀影响的模拟研究  53-65  5.1 引言  53  5.2 试验研究方法  53-55    5.2.1 土样制备及模拟径流小区设计  53    5.2.2 模拟降雨装置  53-54    5.2.3 试验设计  54-55  5.3 结果与分析  55-62    5.3.1 模拟降雨侵蚀量直观分析结果  55    5.3.2 不同土壤含水率对黑土春季解冻期降雨侵蚀的影响  55-58    5.3.3 不同雨强对黑土春季解冻期坡面侵蚀的影响  58-59    5.3.4 不同土壤解冻深度对黑土春季解冻期坡面侵蚀的影响  59-60    5.3.5 春季解冻期降雨对坡面产流的影响  60-61    5.3.6 春季解冻期降雨对坡面细沟发育的影响  61-62  5.4 结论  62-65第六章 结论与展望  65-69  6.1 结论  65-66  6.2 展望  66-69参考文献  69-73致谢  73-75攻读硕士学位期间发表的学术论文  75

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中图分类: > 农业科学 > 农业基础科学 > 土壤学 > 水土保持
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