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1、第四章第四章 影响土壤侵蚀的因素影响土壤侵蚀的因素教学目标：掌握影响土壤侵蚀的因素和作用机理。教学目标：掌握影响土壤侵蚀的因素和作用机理。也就是搞清楚两个问题：也就是搞清楚两个问题： 哪些因素影响土壤侵蚀？哪些因素影响土壤侵蚀？ 这些因素是如何起作用的？这些因素是如何起作用的？主要参考书：主要参考书： 唐克丽主编唐克丽主编. . 中国水土保持中国水土保持. . 科学出版社，科学出版社，20042004年年 黄炎和等著黄炎和等著. .闽南地区的土壤侵蚀与治理闽南地区的土壤侵蚀与治理. .中国农业出版中国农业出版 社社,2002,2002年年 vE=f（ctgspcm） E E：土壤侵蚀：土壤侵蚀
2、 c c：气候：气候 t t：地形：地形 g g：地质：地质 s s：土壤：土壤 pc pc：植被：植被 m m：人类活动：人类活动 第一节第一节 气候气候v主要内容：主要内容：v 降水、风。对于南方来说，最重要的是降雨。降水、风。对于南方来说，最重要的是降雨。 19861986年年4 4月月2020日日安溪官桥水保站安溪官桥水保站的一场降雨过程的一场降雨过程一场降雨过程中，雨强是不断变化的！一场降雨过程中，雨强是不断变化的！v降雨对土壤的作用：降雨对土壤的作用：v 雨滴打击地面：溅蚀和堵塞土壤孔隙（与雨滴打击地面：溅蚀和堵塞土壤孔隙（与雨滴雨滴特征特征有关）；有关）；v 产流冲刷：水蚀区的侵
3、蚀动力（与产流冲刷：水蚀区的侵蚀动力（与降雨量、雨降雨量、雨强、降雨侵蚀力强、降雨侵蚀力等有关）。等有关）。 一、主要降雨参数一、主要降雨参数v1 1、雨滴特征、雨滴特征 大小、分布、终点速度、动能等。大小、分布、终点速度、动能等。 雨滴大小雨滴大小 雨滴大小的测定方法：滤纸色斑法。雨滴大小的测定方法：滤纸色斑法。 v 滤纸色斑法的具体做法是：滤纸色斑法的具体做法是：v 取一张滤纸，在其表面薄薄地涂上一层水溶性取一张滤纸，在其表面薄薄地涂上一层水溶性的的1 1：1010的曙红的曙红（干时无色、遇水变红）（干时无色、遇水变红）和滑石粉的和滑石粉的混合粉未，当雨滴落在滤纸上后，每一个雨滴就产混合粉
4、未，当雨滴落在滤纸上后，每一个雨滴就产生一个永久性的粉红色圆形色斑。生一个永久性的粉红色圆形色斑。v 实际雨滴在滤纸上所形成的实际雨滴在滤纸上所形成的色斑直径与雨滴直色斑直径与雨滴直径密切相关（窦葆璋率定）径密切相关（窦葆璋率定）: : v d=0.365D 0.712v d d为雨滴直径；为雨滴直径；D D为色斑直径。为色斑直径。v 雨滴色斑直径还受到雨滴色斑直径还受到滤纸性能滤纸性能的影响。的影响。v 但是，就同一滤纸而言，其性能是一定的。但是，就同一滤纸而言，其性能是一定的。v 所以，只要采用与窦褒璋相同的滤纸，就能采所以，只要采用与窦褒璋相同的滤纸，就能采用以上式子计算雨滴直径。用以上
5、式子计算雨滴直径。v 滤纸是：新华造纸厂出品的直径为滤纸是：新华造纸厂出品的直径为150mm150mm的定性的定性中速中速滤纸。滤纸。v 通过这一实验，可以得到什么数据？通过这一实验，可以得到什么数据？v 雨滴直径：雨滴直径：d d 色色斑斑直直径径雨雨滴滴直直径径v利用色斑法测得闽南的雨滴直径：利用色斑法测得闽南的雨滴直径：v 最小雨滴直径为最小雨滴直径为0.580.58，最大雨滴直径为，最大雨滴直径为6.096.09。v 雨滴的分布雨滴的分布(Best(Best分布分布) )v 一定雨强下，大小雨滴的比例构成。一定雨强下，大小雨滴的比例构成。v F=1 F=1expexp(d/a)(d/a
6、)n n 其中其中 a=AI a=AIP P v 式中式中 : F : F为雨滴中直径小于或等于为雨滴中直径小于或等于d d的雨滴的雨滴 v 累积体积（累积体积（% %）；）；v d d为雨滴直径为雨滴直径(mm)(mm)；v I I为降雨强度（为降雨强度（mm/minmm/min）；）；v n n、a a、p p为常数。为常数。( (实际应用时发现实际应用时发现n n、a a不是常数）不是常数）v 福建：福建： a=3.39I a=3.39I0.270.27 v n n不是常数，不是常数，n nI I关系受地理位置影响。关系受地理位置影响。v 闽南：闽南： n=5.19I n=5.19I0.
7、110.11雨滴直径（雨滴直径（mmmm）雨滴累积体积雨滴累积体积F F（% %）0.5830.7890.96181.12291.27431.34501.42551.56621.70701.83811.96832.09872.21902.33952.4510019901990年年4 4月月1111日日14:35-5314:35-53时段雨滴分布特征时段雨滴分布特征v雨滴大小分布的例子雨滴大小分布的例子: : 闽南地区天然降雨雨滴的分布是遵守如下的闽南地区天然降雨雨滴的分布是遵守如下的函数关系的：函数关系的： F=1 F=1expexp(d/a)(d/a)n n 其中其中 a=A a=AI IP
8、 P （A=3.39A=3.39，P=0.27P=0.27） n=5.19 n=5.19I I0.110.11v雨滴的中数直径v 指所有大于这一直径的雨滴总体积等于小于这一直径的雨滴总体积时的雨滴直径。v v 假如告诉你雨强，能计算中数直径吗（以闽南假如告诉你雨强，能计算中数直径吗（以闽南为例）？为例）？v 以闽南为例以闽南为例: :v F F=1=1expexp( (d d/a)/a)n n 其中其中 a=A a=AI IP P （A=3.39A=3.39，P=0.27P=0.27） n=5.19 n=5.19I I0.110.11v v降雨的终点速度降雨的终点速度v 雨滴降落到地面时的速度
9、。雨滴降落到地面时的速度。v 当当d0 y=a+bx b0，v采取了工程和植物措施后的变化规律因坡度而异采取了工程和植物措施后的变化规律因坡度而异在较缓坡度下，降雨量与土壤侵蚀量不存在显著在较缓坡度下，降雨量与土壤侵蚀量不存在显著相关。相关。v当坡度提高到当坡度提高到1414时遵时遵循循y=axy=axb b，且有，且有a0a0，b1b1的回归特征，其图的回归特征，其图象如图。象如图。v当小区坡度为当小区坡度为2222时，时，土壤侵蚀量（土壤侵蚀量（y y）与降）与降雨量（雨量（x x）之间遵守）之间遵守y=aey=aebxbx的指数曲线变化的指数曲线变化规律，且都有规律，且都有a0a0，b0
10、b0的回归特征，其图象如的回归特征，其图象如图图 v当小区坡度为当小区坡度为2626时，时，土壤侵蚀量（土壤侵蚀量（y y）与降）与降雨量（雨量（x x）之间遵守）之间遵守y=axy=axb b的幂函数变化规的幂函数变化规律，且有律，且有a0a0，0b10b0a0，b0b0的函的函数变化规律；也包含了数变化规律；也包含了y=axy=axb b, ,且有且有a0a0，b1b1的函数的函数变化规律。各小区土壤侵蚀变化规律。各小区土壤侵蚀量与降雨量的关系图象如图。量与降雨量的关系图象如图。 18各工程+植物措施区土壤侵蚀量随降雨量的变化图象 26各工程+植物措施区土壤侵蚀量随降雨量的变化图象14各工
11、程+植物措施区土壤侵蚀量随降雨量的变化图象22各工程+植物措施区土壤侵蚀量随降雨量的变化图象小结小结v第一，顺坡抛荒区的土壤侵蚀量与降雨量呈第一，顺坡抛荒区的土壤侵蚀量与降雨量呈线性关系。线性关系。v第二，采取了一定工程和植物措施后低坡度第二，采取了一定工程和植物措施后低坡度区二者没有显著关系。区二者没有显著关系。v第三，采取了工程和植物措施后第三，采取了工程和植物措施后14142222各各小区的土壤侵蚀量随降雨量的变化遵守小区的土壤侵蚀量随降雨量的变化遵守y=axy=axb b且且a0a0，b1b1或或y=aey=aebxbx，且，且a0a0，b0b0的函数规律。的函数规律。v第四，当坡度达
12、到第四，当坡度达到2626时，各工程和植物措施时，各工程和植物措施区的土壤侵蚀量随降雨量的变化遵守区的土壤侵蚀量随降雨量的变化遵守y=axy=axb b，且，且a0a0，0b10b0,b1a0,b1的函数图象。的函数图象。 顺坡植草区降雨强度与土壤侵蚀顺坡植草区降雨强度与土壤侵蚀v与顺坡抛荒区比较，雨强与土壤侵蚀量之间关系也发生了一与顺坡抛荒区比较，雨强与土壤侵蚀量之间关系也发生了一定的变化：定的变化：首先是相关系数普遍下降。首先是相关系数普遍下降。第二，关系方程中幂指数发生了明显变化第二，关系方程中幂指数发生了明显变化v1010和和2626坡度级的幂指数坡度级的幂指数b b值由顺坡抛荒区的值
13、由顺坡抛荒区的b1b1降降为为0b10b1b1的函数变化规律的函数变化规律v等高平台区等高平台区1414、2626小区时段最大雨强与土壤侵蚀量之间存在极显著小区时段最大雨强与土壤侵蚀量之间存在极显著的相关关系，并遵守的相关关系，并遵守y=axy=axb b，且，且b1b1的函数变化规律的函数变化规律1010的等高平台区平均雨强和的等高平台区平均雨强和6060分钟最大时段雨强与土壤分钟最大时段雨强与土壤侵蚀量没有显著相关，而侵蚀量没有显著相关，而I I1010、I I2020和和I I3030与土壤侵蚀量之间与土壤侵蚀量之间存显著的相关性，并遵守存显著的相关性，并遵守y=axy=axb b，且，
14、且0b10b13.3281工程和植物措施区的工程和植物措施区的b b变化较大，有些变化较大，有些b1b1，有些区，有些区0b10b1，摇摆不定。，摇摆不定。v第三、以第三、以|r| 0.7|r| 0.7为标准判断因子的主次为标准判断因子的主次顺坡抛荒区：各时段最大雨强是主导因子顺坡抛荒区：各时段最大雨强是主导因子工程和植物措施各小区：各时段最大雨强是次要影响工程和植物措施各小区：各时段最大雨强是次要影响因子，有的小区甚至不存在相关关系。因子，有的小区甚至不存在相关关系。3 3、降雨动能与土壤侵蚀量、降雨动能与土壤侵蚀量 降雨动能与土壤侵蚀量的关系，大部分情况下，降雨动能与土壤侵蚀量的关系，大部
15、分情况下，遵守遵守y=axy=axb b的函数变化规律，但是决定着的函数变化规律，但是决定着y y随随x x递递增规律的增规律的b b值，在不同的下垫面条件下是有变值，在不同的下垫面条件下是有变化的，化的，顺坡抛荒区顺坡抛荒区b b恒大于恒大于1 1，顺坡植草区顺坡植草区恒恒0b10b1，而，而其它工程和生物措施组合其它工程和生物措施组合的的b b有些小有些小区区0b10b1b1。第二节第二节 地形地形 v主要受坡度、坡长、坡向、坡形、沟壑密度等次级主要受坡度、坡长、坡向、坡形、沟壑密度等次级因子的影响。因子的影响。v一、坡度一、坡度v 1 1、坡度对渗透量的影响、坡度对渗透量的影响v 水分入
16、渗量与坡度成反比关系水分入渗量与坡度成反比关系：v 坡度小，流速小则入渗量大；坡度大，流速大则入坡度小，流速小则入渗量大；坡度大，流速大则入v 渗量小。渗量小。v2 2、坡度对径流的影响、坡度对径流的影响v 关系比较复杂（径流与坡度、降雨和入渗有关）。关系比较复杂（径流与坡度、降雨和入渗有关）。v 不考虑入渗时不考虑入渗时，坡度与径流成反比关系。，坡度与径流成反比关系。v 为什么？为什么？v 受雨面积不同！坡度大，受雨面积小，径流小；反之也然！受雨面积不同！坡度大，受雨面积小，径流小；反之也然！v3 3、坡度与土壤侵蚀的关系、坡度与土壤侵蚀的关系v哈德逊哈德逊（N.W.HudsonN.W.Hu
17、dson）指出，随着坡度的增大，土壤）指出，随着坡度的增大，土壤侵蚀量增加得更快；侵蚀量增加得更快；v津格津格（A.W.ZinggA.W.Zingg）的研究也表明，坡度增加一倍，土）的研究也表明，坡度增加一倍，土壤侵蚀量增加壤侵蚀量增加2.61-2.802.61-2.80倍；倍； v霍霍顿顿（R.E.HortonR.E.Horton）认认为为，在在较较小小坡坡度度下下，侵侵蚀蚀量量与与坡度之间的关系可表达为坡度之间的关系可表达为E=AsE=Asb bb b为为1.35-1.40 1.35-1.40 v 因此，土壤侵蚀量与坡度之间的关系可以描述为：因此，土壤侵蚀量与坡度之间的关系可以描述为：v
18、随随着着坡坡面面坡坡度度的的增增加加，土土壤壤侵侵蚀蚀量量呈呈幂幂函函数数方方式式（幂幂指指数数b b大大于于1 1）递增。）递增。v 土土壤壤侵侵蚀蚀量量与与坡坡度度的的幂幂函函数数关关系系规规律律，只只有有在在较较低低坡坡度度下下是是存存在在的的，当当坡坡度度增增加加到到一一定定的的界界限限时时，随随着着坡坡度度的的增增加加，土土壤壤侵侵蚀蚀量量反而下降反而下降, ,出现临界坡度。出现临界坡度。v临界坡度临界坡度: :v 当当坡坡度度增增加加到到一一定定值值，土土壤壤侵侵蚀蚀量量不不随随坡坡度度增增加加而而增增加加，反反而而出现下降趋势，这一坡度就叫临界坡度。出现下降趋势，这一坡度就叫临界
19、坡度。v 福建福建25-27.6 25-27.6 二、坡长二、坡长v 在其他条件相同的情况下，水力侵蚀强度决定于坡长。在其他条件相同的情况下，水力侵蚀强度决定于坡长。 v 土壤侵蚀量随坡长的变化遵守幂函数规律，但其变化速土壤侵蚀量随坡长的变化遵守幂函数规律，但其变化速率却因研究条件不同而异。率却因研究条件不同而异。 v坡度坡度(S)(S)坡长坡长(L)(L)因子与土壤侵蚀的关系因子与土壤侵蚀的关系: :v 坡度坡度(S)(S)坡长坡长(L)(L)因子是美国通用土壤流失方程（因子是美国通用土壤流失方程（USLEUSLE）中的因子，含义是：中的因子，含义是：v 任一坡度坡长条件下的土壤流失量与特定
20、坡度、坡长任一坡度坡长条件下的土壤流失量与特定坡度、坡长（22.13m22.13m，9%9%）的标准小区土壤流失量的比值。）的标准小区土壤流失量的比值。v 根据研究，闽南地区的根据研究，闽南地区的LSLS值可用下式表达：值可用下式表达：v LS=0.08LS=0.080.350.350.660.66v 为坡长（为坡长（m m）v 为坡度（为坡度（）v 上式的含义：上式的含义：LSLS值指任一坡度坡长条件下土壤流失量与值指任一坡度坡长条件下土壤流失量与坡度为坡度为1010、坡长为、坡长为20 m20 m的径流小区土壤流失量的比率。的径流小区土壤流失量的比率。三、坡形v 自然界的坡形一般可分为直线
21、形坡、凸形坡、凹形坡和阶段形坡四种基本类型。v1、直线形坡、直线形坡v 从分水岭到坡底坡度保持不变。从分水岭到坡底坡度保持不变。v 严重侵蚀发生在下半部。严重侵蚀发生在下半部。v2、凸形坡、凸形坡v 坡度随着距分水岭距离的增大而增大。坡度随着距分水岭距离的增大而增大。v 侵蚀严重程度也随着增加。侵蚀严重程度也随着增加。v3、凹形坡、凹形坡v 坡的上半部较陡，下半部较缓。坡的上半部较陡，下半部较缓。v 上部侵蚀，下部沉积。上部侵蚀，下部沉积。v4、阶段形坡、阶段形坡v 斜直坡与阶地相间的复式坡形。斜直坡与阶地相间的复式坡形。v 可增加入渗，减少径流量，降低径流流速。可增加入渗，减少径流量，降低径
22、流流速。 第三节第三节 地质地质v地质因素中主要是岩性和构造运动对土壤侵蚀有较大的影响。地质因素中主要是岩性和构造运动对土壤侵蚀有较大的影响。v 一、岩性一、岩性v 岩石的基本特性，对风化过程、风化产物、土壤类型及岩石的基本特性，对风化过程、风化产物、土壤类型及抗蚀能力都有重要影响。抗蚀能力都有重要影响。v 容易风化的岩石易受强烈侵蚀，如花岗岩等；容易风化的岩石易受强烈侵蚀，如花岗岩等；v 块状坚硬的岩石可抵抗较大的冲刷；块状坚硬的岩石可抵抗较大的冲刷；v 岩石透水性对于降雨的渗透、地表径流和地下潜水的形岩石透水性对于降雨的渗透、地表径流和地下潜水的形成有重要影响。成有重要影响。v二、新构造运
23、动二、新构造运动v 是引起侵蚀基准变化的根本原因。土壤侵蚀地区是引起侵蚀基准变化的根本原因。土壤侵蚀地区如果地面上升运动比较显著，就会引起这个地区冲刷如果地面上升运动比较显著，就会引起这个地区冲刷的复活。的复活。第四节第四节 土壤土壤v 是侵蚀作用的主要对象，所以它的特性，尤其是透是侵蚀作用的主要对象，所以它的特性，尤其是透水性、抗蚀性和抗冲性对土壤侵蚀有很大影响。水性、抗蚀性和抗冲性对土壤侵蚀有很大影响。v 一、土壤的透水性（渗透性）一、土壤的透水性（渗透性）v 透水性决定着地表径流的大小。所以土壤对水分透水性决定着地表径流的大小。所以土壤对水分的渗透能力是影响土壤侵蚀的重要因子。的渗透能力
24、是影响土壤侵蚀的重要因子。v 如何测量土壤的渗透性？如何测量土壤的渗透性？ 降雨降雨- -径流的关系径流的关系降雨或灌溉量降雨或灌溉量T, min入渗率入渗率, , cm/min储存量储存量入渗量入渗量入渗率入渗率, iUnit: cm3 per unit area (cm2) per time (min), i.e., e.g.,= (cm3/cm2)/(min)= cm/min 单位时间入渗土壤的水量单位时间入渗土壤的水量it稳定入渗率稳定入渗率, isUnit: cm3 per unit area (cm2) per time (min), i.e., e.g.,= (cm3/cm2)/
25、(min)= cm/minitis入渗的测定方法入渗的测定方法v径流观测法；径流观测法；v单（双）环法。单（双）环法。单环法单环法Graduated CylinderKeep water head in the infiltrometer to be about 5 cm depth.双环法双环法vKeep water head to be about 5 cm depth.vMaintain water level to be the same in both inside and outside rings.Graduated CylinderRainfall Simulatorv土壤透水
26、能力决定于土壤质地、结构性、孔隙度、土壤透水能力决定于土壤质地、结构性、孔隙度、剖面构造、土壤湿度等。剖面构造、土壤湿度等。v 质地越粗，透水越好；质地越粗，透水越好；v 结构越好，透水性与持水量越大；结构越好，透水性与持水量越大；v 持水量取决于孔隙度；持水量取决于孔隙度；v 透水性与孔隙大小有关；透水性与孔隙大小有关；v 透水性较小的土层距地面越近，越易侵蚀；透水性较小的土层距地面越近，越易侵蚀；v 湿度大，透水性差。湿度大，透水性差。 v二、土壤的抗蚀性二、土壤的抗蚀性v 指土壤抵抗雨滴打击分散和抵抗径流悬浮的能力。指土壤抵抗雨滴打击分散和抵抗径流悬浮的能力。v 可用分散率、分散系数和侵
27、蚀率表示。可用分散率、分散系数和侵蚀率表示。v 分散率分散率：土壤在水中的分散程度的指标。：土壤在水中的分散程度的指标。v 测定方法测定方法：1%1%的悬浊液的悬浊液1000ml1000ml，震荡，震荡2020次，然后测次，然后测定粉粒（定粉粒（0.02-0.002mm0.02-0.002mm）和粘粒（）和粘粒（0.002mm0.002mm）的含量）的含量与机械法全分散粉粒和粘粒的含量的比值的百分数。与机械法全分散粉粒和粘粒的含量的比值的百分数。v计算：计算：v 分散率分散率=（水散粉粒（水散粉粒+水散粘粒）水散粘粒）/（粉粒（粉粒+粘粒）粘粒）*100%v分级：分级：v 5.2%-15% 5
28、.2%-15%为耐蚀性土壤；为耐蚀性土壤；15%-55%15%-55%为易蚀性土壤。南方为易蚀性土壤。南方花岗岩在花岗岩在25%-64%25%-64%。v 分散系数：分散系数：土壤团聚体在水中破坏的指标。土壤团聚体在水中破坏的指标。v 随有机质和粘粒含量的增高而降低。随有机质和粘粒含量的增高而降低。v 东北黑土：东北黑土：11.411.4v 河田侵蚀红壤：河田侵蚀红壤：41.041.0v侵蚀率侵蚀率：表示土壤可蚀性程度的指标。：表示土壤可蚀性程度的指标。v三、土壤抗冲性三、土壤抗冲性v 土壤抵抗地表径流的机械破坏和推动下移的能力。土壤抵抗地表径流的机械破坏和推动下移的能力。v 用土壤崩解度表示
29、。用土壤崩解度表示。v 第五节第五节 植被植被v一、拦截雨滴一、拦截雨滴v 次降雨量（次降雨量（10-20mm10-20mm）有）有15-40%15-40%首先为树冠截流；首先为树冠截流；5-10%5-10%林内蒸发；林内蒸发；50-80%50-80%入渗土壤。入渗土壤。v二、调节地表径流二、调节地表径流v 枯枝落叶吸收降雨，很少形成地表径流，枯枝落叶吸收降雨，很少形成地表径流， 好的植好的植被只有被只有1%1%的降雨形成地表径流。的降雨形成地表径流。v三、固结土体三、固结土体v四、改良土壤性状四、改良土壤性状v五、降低风速，防止风害五、降低风速，防止风害第六节第六节 人类活动人类活动v一、人类加剧土壤侵蚀的活动一、人类加剧土壤侵蚀的活动v 破坏森林破坏森林v 陡坡开荒陡坡开荒v 过度放牧过度放牧v 不合理的耕作方式不合理的耕作方式v 工程建设工程建设v二、人类控制土壤侵蚀的积极作用二、人类控制土壤侵蚀的积极作用v 改变地形改变地形v 改良土壤改良土壤v 改善植被改善植被
