發(fā)布時(shí)間：2020-10-25 23:20

　　 防治東北黑土區(qū)農(nóng)耕地土壤侵蝕對保證我國糧食安全具有重要的意義。據(jù)此,本文以黑龍江省賓縣和吉林省榆樹市侵蝕嚴(yán)重區(qū)農(nóng)耕地為研究對象,以水蝕過程中兩種主要侵蝕動(dòng)力—降雨和匯流為切入點(diǎn),采用田間定位模擬試驗(yàn)和室內(nèi)模擬降雨及匯流沖刷相結(jié)合的研究方法,研究了侵蝕性降雨雨型對典型黑土區(qū)農(nóng)耕地土壤侵蝕過程的影響,分析了降雨和匯流作用對侵蝕方式以片蝕或溝蝕為主的農(nóng)耕地侵蝕的影響和貢獻(xiàn),分別建立了適用于典型黑土區(qū)農(nóng)耕地包含降雨和匯流雙重作用的侵蝕產(chǎn)沙模型,評價(jià)了秸稈覆蓋措施對農(nóng)耕地坡面侵蝕和溝蝕的防治效果。主要結(jié)論如下:(1)揭示了降雨強(qiáng)度對黑土區(qū)農(nóng)耕地侵蝕產(chǎn)沙過程及團(tuán)聚體流失的影響。次降雨過程中降雨強(qiáng)度對農(nóng)耕地徑流量和侵蝕量具有顯著的影響。90 mm h-1降雨強(qiáng)度下徑流量分別為30和60 mm h-1降雨強(qiáng)度下徑流量的11.1和1.75倍,侵蝕量分別為1364.9和3.50倍。次降雨前20 min的侵蝕量占整個(gè)降雨過程總侵蝕量的比例隨著降雨強(qiáng)度的增加而增大,30、60和90 mm h-1降雨強(qiáng)度下,其比例分別為29.1%、48.9%和63.1%。侵蝕泥沙中流失團(tuán)聚體粒級分布主要受雨強(qiáng)的影響,30 mm h-1降雨強(qiáng)度下,侵蝕泥沙中團(tuán)聚體流失以0.25 mm粒級團(tuán)聚體為主,占團(tuán)聚體流失總量的90%;90 mm h-1降雨強(qiáng)度下,侵蝕泥沙中團(tuán)聚體流失以0.25 mm粒級和2~5 mm粒級團(tuán)聚體為主,二者分別占團(tuán)聚體流失總量的31.7%和31.2%。(2)闡明了侵蝕性降雨雨型對黑土區(qū)農(nóng)耕地侵蝕過程的影響。試驗(yàn)設(shè)計(jì)了3種變雨強(qiáng)雨型和1種均勻雨強(qiáng)雨型,其中減弱型降雨(雨強(qiáng)由大到小)引起的侵蝕量最大,其分別是均勻型、延遲型(雨強(qiáng)由小到大)和峰值型(最大降雨強(qiáng)度分布在降雨歷時(shí)中間階段)降雨侵蝕量的1.03、1.36和2.68倍。當(dāng)中大雨強(qiáng)位于次降雨過程初始時(shí)段時(shí),與位于其他時(shí)段相比其侵蝕量對總侵蝕量的貢獻(xiàn)率更大。(3)分析了降雨和匯流作用對侵蝕方式以片蝕或溝蝕為主的農(nóng)耕地侵蝕產(chǎn)沙的影響及其貢獻(xiàn)。兩種侵蝕方式下,在總水量相同的降雨匯流組合試驗(yàn)中,坡面徑流量和侵蝕量隨著降雨強(qiáng)度增加的幅度皆明顯大于隨著匯流強(qiáng)度增加的幅度。在侵蝕方式為以片蝕為主時(shí),增加50 mm h-1降雨強(qiáng)度,坡面徑流的增加率和侵蝕的增加率分別為45.10%和95.28%;增加50 mm h-1匯流強(qiáng)度,坡面徑流的增加率和侵蝕的增加率分別為35.61%和48.38%。當(dāng)侵蝕方式為以溝蝕為主時(shí),增加50 mm h-1降雨強(qiáng)度,坡面徑流的增加率和侵蝕的增加率分別為50.49%和95.50%;增加50 mm h-1匯流強(qiáng)度,坡面徑流的增加率和侵蝕的增加率分別為43.83%和67.95%;兩種侵蝕方式下,降雨和匯流對坡面侵蝕的影響大于對坡面徑流的影響,且降雨作用對侵蝕的貢獻(xiàn)大于匯流作用對侵蝕的貢獻(xiàn)。片蝕為主時(shí),匯流作用對侵蝕的貢獻(xiàn)僅為降雨作用對侵蝕貢獻(xiàn)的50.77%;溝蝕為主時(shí),匯流作用對侵蝕的貢獻(xiàn)僅為降雨作用對侵蝕貢獻(xiàn)的71.15%,反映了匯流作用對溝蝕為主農(nóng)耕地侵蝕的影響大于對片蝕為主農(nóng)耕地侵蝕的影響。(4)建立了適用于我國東北黑土區(qū)的農(nóng)耕地侵蝕模型。基于降雨和匯流雙重作用下兩種侵蝕方式農(nóng)耕地侵蝕產(chǎn)沙特征及水動(dòng)力學(xué)機(jī)理分析,分別建立了侵蝕方式以片蝕和溝蝕為主的農(nóng)耕地產(chǎn)流模型和侵蝕模型,且模型具有較高的預(yù)報(bào)精度。所建立的模型不僅適用于侵蝕方式以片蝕為主和溝蝕為主的區(qū)域,且模型中還包含降雨和匯流雙重侵蝕動(dòng)力因子,更適用于東北黑土區(qū)長坡長侵蝕環(huán)境下降雨和匯流共同作用的農(nóng)耕地侵蝕預(yù)報(bào)。(5)初步探索了東北黑土區(qū)溝蝕發(fā)育過程。侵蝕溝發(fā)育初期,以溯源侵蝕為主并伴隨一定程度的溝壁崩塌,侵蝕溝長度較原始形態(tài)增加了105.1%。侵蝕率較大且隨降雨歷時(shí)波動(dòng)較強(qiáng)。侵蝕溝發(fā)育中后期,溯源侵蝕減弱,侵蝕溝發(fā)育以溝壁崩塌為主,侵蝕溝寬度隨匯流坡長變化的波動(dòng)幅度增大。盡管不同溝蝕發(fā)育階段徑流量的變化相對穩(wěn)定,但是隨著溝蝕發(fā)育程度的增加,坡面總侵蝕量、溝蝕量和溝蝕比例呈現(xiàn)下降的趨勢。(6)探討了秸稈覆蓋措施對農(nóng)耕地坡面片蝕和溝蝕的防治效果。隨著秸稈覆蓋量的增加,坡面徑流量和侵蝕量呈降低趨勢。大雨強(qiáng)條件下(90 mm h-1),坡面覆蓋1 kg m-2玉米秸稈(低覆蓋處理)可使坡面徑流量減少76.08%,侵蝕量減少99.98%;高覆蓋處理(4 kg m-2)對侵蝕的減少量達(dá)100%。溝頭秸稈覆蓋能顯著減少坡面總侵蝕量和溝蝕量,兩種溝蝕發(fā)育階段下,與溝頭無秸稈覆蓋處理相比,溝頭秸稈覆蓋處理坡面總侵蝕量分別減少67.5%和76.7%,溝蝕量分別減少72.3%和69.1%。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：S157.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展
        1.2.1 坡面土壤侵蝕過程研究
        1.2.2 溝蝕發(fā)育過程研究
        1.2.3 秸稈覆蓋措施防蝕效果研究
    1.3 亟需解決的科學(xué)問題
第二章 研究內(nèi)容與方法
    2.1 研究目標(biāo)與內(nèi)容
        2.1.1 研究目標(biāo)
        2.1.2 研究內(nèi)容
    2.2 技術(shù)路線
    2.3 研究方法
        2.3.1 典型黑土區(qū)農(nóng)耕地侵蝕過程定位模擬試驗(yàn)研究
        2.3.2 降雨和匯流對典型黑土區(qū)農(nóng)耕地侵蝕過程的影響研究
        2.3.3 秸稈覆蓋對典型黑土區(qū)農(nóng)耕地侵蝕過程的影響分析
        2.3.4 典型黑土區(qū)農(nóng)耕地溝蝕發(fā)育過程研究
        2.3.5 數(shù)據(jù)分析與處理
第三章 典型黑土區(qū)農(nóng)耕地侵蝕過程的定位模擬試驗(yàn)研究
    3.1 不同降雨強(qiáng)度下農(nóng)耕地侵蝕產(chǎn)沙特征
        3.1.1 不同雨強(qiáng)下農(nóng)耕地侵蝕產(chǎn)沙對比
        3.1.2 降雨強(qiáng)度對農(nóng)耕地侵蝕過程的影響
    3.2 不同雨型下農(nóng)耕地侵蝕產(chǎn)沙特征
        3.2.1 不同雨型下的農(nóng)耕地侵蝕產(chǎn)沙對比
        3.2.2 次降雨過程中雨強(qiáng)分布對農(nóng)耕地徑流和侵蝕的貢獻(xiàn)
        3.2.3 雨型對農(nóng)耕地侵蝕過程的影響
    3.3 農(nóng)耕地團(tuán)聚體流失特征分析
        3.3.1 侵蝕泥沙團(tuán)聚體粒級分布
        3.3.2 表征團(tuán)聚體流失的特征指標(biāo)
    3.4 小結(jié)
第四章 降雨和匯流對片蝕為主農(nóng)耕地侵蝕過程的影響
    4.1 降雨和匯流對農(nóng)耕地侵蝕產(chǎn)沙的影響
    4.2 不同降雨匯流組合下農(nóng)耕地侵蝕過程對比
        4.2.1 產(chǎn)流過程分析
        4.2.2 侵蝕過程分析
    4.3 降雨和匯流對農(nóng)耕地侵蝕產(chǎn)沙的貢獻(xiàn)分析
        4.3.1 降雨侵蝕的貢獻(xiàn)分析
        4.3.2 匯流作用的貢獻(xiàn)分析
        4.3.3 降雨和匯流共同作用的侵蝕貢獻(xiàn)分析
    4.4 降雨匯流雙重作用下徑流水力學(xué)特征及水動(dòng)力學(xué)機(jī)制
        4.4.1 降雨匯流雙重作用下的徑流水力學(xué)特性
        4.4.2 農(nóng)耕地侵蝕發(fā)生時(shí)徑流臨界水動(dòng)力學(xué)條件定量分析
    4.5 降雨匯流雙重作用下農(nóng)耕地侵蝕模型構(gòu)建
        4.5.1 產(chǎn)流模型的建立
        4.5.2 侵蝕模型的建立
        4.5.3 模型驗(yàn)證
    4.6 小結(jié)
第五章 降雨和匯流對溝蝕為主農(nóng)耕地侵蝕過程的影響
    5.1 降雨和匯流對農(nóng)耕地侵蝕產(chǎn)沙的影響
    5.2 不同降雨匯流組合下的農(nóng)耕地侵蝕過程對比
        5.2.1 產(chǎn)流過程分析
        5.2.2 侵蝕過程分析
    5.3 降雨和匯流對農(nóng)耕地侵蝕產(chǎn)沙的貢獻(xiàn)分析
        5.3.1 降雨侵蝕的貢獻(xiàn)分析
        5.3.2 匯流作用的貢獻(xiàn)分析
    5.4 降雨匯流雙重作用下徑流水力學(xué)特征及水動(dòng)力學(xué)機(jī)制
        5.4.1 降雨匯流雙重作用下的徑流水力學(xué)特性
        5.4.2 侵蝕發(fā)生時(shí)徑流臨界水動(dòng)力學(xué)條件定量分析
    5.5 降雨匯流雙重作用下農(nóng)耕地侵蝕模型構(gòu)建
        5.5.1 產(chǎn)流模型建立
        5.5.2 侵蝕模型建立
        5.5.3 模型驗(yàn)證
    5.6 小結(jié)
第六章 兩種侵蝕方式下農(nóng)耕地侵蝕產(chǎn)沙特征對比分析
    6.1 兩種侵蝕方式下降雨與匯流侵蝕產(chǎn)沙對比
    6.2 兩種侵蝕方式下降雨與匯流侵蝕過程對比
        6.2.1 降雨和匯流作用下兩種侵蝕方式的侵蝕產(chǎn)沙過程
        6.2.2 降雨和匯流雙重作用下兩種侵蝕方式的侵蝕產(chǎn)沙過程
    6.3 兩種侵蝕方式下降雨和匯流對侵蝕產(chǎn)沙的貢獻(xiàn)分析
        6.3.1 降雨侵蝕的貢獻(xiàn)分析
        6.3.2 匯流作用的貢獻(xiàn)分析
    6.4 兩種侵蝕方式下侵蝕發(fā)生時(shí)徑流臨界水動(dòng)力條件對比
    6.5 基于降雨和匯流雙重作用的農(nóng)耕地片蝕和溝蝕模型對比
    6.6 小結(jié)
第七章 農(nóng)耕地溝蝕發(fā)育過程的模擬試驗(yàn)研究
    7.1 溝蝕發(fā)育過程分析
    7.2 溝蝕發(fā)育不同階段坡面侵蝕產(chǎn)沙特征
    7.3 溝蝕發(fā)育不同階段侵蝕溝形態(tài)特征
    7.4 溝蝕發(fā)育不同階段徑流水動(dòng)力參數(shù)變化
    7.5 小結(jié)
第八章 秸稈覆蓋對典型黑土區(qū)農(nóng)耕地侵蝕的防蝕效果研究
    8.1 秸稈覆蓋對農(nóng)耕地侵蝕產(chǎn)沙特征的影響
        8.1.1 秸稈覆蓋對農(nóng)耕地產(chǎn)流時(shí)間的影響
        8.1.2 不同秸稈覆蓋水平下農(nóng)耕地侵蝕產(chǎn)沙對比
        8.1.3 秸稈覆蓋對農(nóng)耕地侵蝕過程的影響
    8.2 溝頭秸稈覆蓋對溝蝕發(fā)育的影響
        8.2.1 溝頭秸稈覆蓋對不同發(fā)育階段侵蝕溝侵蝕產(chǎn)沙的影響
        8.2.2 溝頭秸稈覆蓋對不同發(fā)育階段侵蝕溝侵蝕產(chǎn)沙過程的影響
        8.2.3 溝頭秸稈覆蓋下不同發(fā)育階段侵蝕溝徑流水動(dòng)力學(xué)機(jī)理分析
    8.3 小結(jié)
第九章 主要結(jié)論與研究展望
    9.1 主要結(jié)論
    9.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    9.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
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【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2856113