河北坝上地区土地沙化现代过程及其防治

1、河北坝上土地沙化现代过程河北坝上土地沙化现代过程及其防治及其防治报告人：常春平报告人：常春平一、河北坝上地区概况一、河北坝上地区概况一、河北坝上地区概况一、河北坝上地区概况农田沙化粗化农田沙化粗化草地退化草地退化扬沙浮尘大气污染大气污染二、二、近近3030年来沙化土地时空变化年来沙化土地时空变化19831983年年20002000年年20102010年年二、二、近近3030年来沙化土地时空变化年来沙化土地时空变化土地沙化动态变化（1983-2000）土地沙化动态变化（2000-2010）结论：结论：坝上地区近30年沙化土地演变趋势，经历了1983-2000年不断恶化，2000-2010年轻度逆

2、转的过程。三、土地风蚀沙化机理研究三、土地风蚀沙化机理研究野外观测点三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理新型随风式平口集沙仪新型随风式平口集沙仪BSNE集沙仪集沙仪三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理连续自动称重式集沙仪连续自动称重式集沙仪激光风沙颗粒传感器激光风沙颗粒传感器三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理便携式风速仪便携式风速仪梯度风速仪梯度风速仪三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理干筛筛分分析显微镜拍照+MiVnt软件分析三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理结论结论1 1：原位土壤可风蚀部分与高风速条件下所

3、收集风蚀物的粒度组成相似，与低风速条件下所收集风蚀物粒度组成差距较大，表现出风速越大，相似程度越高，风速越小，相似程度越低的趋势。原位土壤和不同风速下所收集风蚀物的原位土壤和不同风速下所收集风蚀物的粒度组成粒度组成关系图关系图三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理总体风蚀物粒度组成随风速的变化风蚀物平均粒径随风速的变化风蚀物平均粒径随风速的变化各粒级风蚀物百分含量随风速的变化各粒级风蚀物百分含量随风速的变化结论2：风蚀物平均粒径随着风速的增大呈指数规律增大；0.050.1mm粒级风蚀物含量随风速的增大而降低，其它各粒级风蚀物含量均随风速的增大而增大。三、土地风蚀沙化的内在机理三、

4、土地风蚀沙化的内在机理分层风蚀物粒度组成随风速的变化分层风蚀物平均粒径随风速的变化分层风蚀物平均粒径随风速的变化分层风蚀物粒径范围随风速的变化分层风蚀物粒径范围随风速的变化结论3：分层风蚀物平均粒径随风速的增大趋势与总体一致；随着风速的增加，各高度层风蚀物的粒径范围在不断扩大。三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理风蚀物粒度组成随高度的变化不同风速不同风速条件条件下风蚀物平均粒下风蚀物平均粒径随高度的变化径随高度的变化14.8m/s风速条件下风蚀物各风速条件下风蚀物各粒级含量随高度的变化粒级含量随高度的变化结论4：各种风速条件下，风蚀物平均粒径均随高度的增加呈指数规律递减，0.1

5、0.5mm粒级风蚀物的含量均随高度增加而降低，其它粒级风蚀物的含量则随高度的增加而增加。三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理 结论：如果地块足够长，风力挟带的土壤颗粒浓度随顺风距离而增加，并逐渐达到该风速条件下的最大值，此点以远土壤表面基本达到蚀积动态平衡 沿风向沿风向60cm 高度内农田风蚀物总量变化高度内农田风蚀物总量变化风蚀饱和路径长度三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理采集风蚀原状土采集风蚀原状土风洞风洞三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理翻耕耙平地翻耕耙平地翻耕不耙平地翻耕不耙平地莜麦留茬地莜麦留茬地三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风

6、蚀沙化的内在机理野外观测结果野外观测结果风洞模拟结果风洞模拟结果结论：无论是野外观测，还是风洞模拟得到的农田风蚀量随风速变化均符合指数函数，反映的是有限沙源供应条件下风蚀量随风速的变化。三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理不可风蚀物含量对不可风蚀物含量对风蚀量的影响风蚀量的影响易风蚀物含量对易风蚀物含量对风蚀量的影响风蚀量的影响结论1：农田风蚀量随不可风蚀颗粒含量的增多呈线性规律减小，随易风蚀颗粒物含量的增多呈线性规律增大。三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理翻耕耙平地翻耕耙平地翻耕不耙平地翻耕不耙平地结论2：随着土地沙化程度的不断加重，农田土壤风蚀强度也明显增

7、大。三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理翻耕耙平地翻耕耙平地莜麦留茬地莜麦留茬地翻耕不耙平地翻耕不耙平地退耕地退耕地小麦留茬地小麦留茬地1年撂荒地年撂荒地三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理缓坡耕地横截面示意图缓坡耕地横截面示意图三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理不同地貌部分风速与风蚀量关系不同地貌部分风速与风蚀量关系地貌部分与风蚀量关系地貌部分与风蚀量关系三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地

8、风蚀沙化的内在机理风蚀前风蚀前风蚀后风蚀后-NEPEPEPEPNEPNEPtppqspp。三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理采采样点样点地地类类主要参数主要参数值值土壤容重土壤容重/gm-3风蚀量风蚀量/gm-2a-1风蚀风蚀厚度厚度/cm/g/%/%/%/%后照阳后照阳河河村村翻耕地120.8515.9284.0813.3686.641.36851616.200.12留茬地128.4414.6885.3213.3686.641.3922960.500.07兴隆村兴隆村南南

9、翻耕地153.9218.6681.3412.3087.701.36374739.070.35留茬地140.8515.2884.7212.9087.101.39011889.640.14西五福西五福堂村西堂村西翻耕地167.9516.6283.3812.5787.431.35693617.650.27留茬地165.0516.9483.0614.1885.821.38832107.140.15兴隆村兴隆村东东翻耕地131.8221.7078.3011.7988.211.35625673.340.42留茬地143.6223.9976.0118.0082.001.38252213.590.16平均平均

10、144.0617.9782.0313.5686.441.37002852.140.21NEPtNEPpEPpNEPp。EPp。观测点观测点地类地类Main parametersBulk density/ gcm-3Erosion depth/cm /g /% /% /% /%5PRF284.7914.7685.2411.3288.683665.881.52400.24 OSF144.329.790.38.8891.12857.251.53240.06 6PRF248.3712.8287.1811.0188.991981.251.48520.13 OSF233.2914.0285.9812.95

11、87.05861.441.49760.06 7PRF151.2910.7589.2510.0989.91579.311.25250.05 OSF111.407.4492.567.1792.83357.001.36970.03 8PRF477.7928.8571.1523.6976.312251.88 1.42980.16 OSF334.5423.1776.8321.1378.87868.00 1.52450.06 9PRF420.0624.5675.4421.2878.721643.81 1.42810.12 OSF259.1416.2283.7816.5783.43-427.13 1.433

12、8-0.03 10PRF660.9233.7566.2531.6568.35810.75 1.56320.05 OSF725.8440.7859.2235.1664.841778.19 1.39590.13 11PRF70.644.2995.712.9697.044643.81 1.4230.33 OSF52.253.1996.813.596.5-1052.44 1.4756-0.07 12PRF333.2921.878.219.8880.12924.00 1.32650.07 OSF285.3421.778.320.0579.95676.19 1.38830.05 13PRF310.6521

13、.8378.1719.1180.891269.00 1.24390.10 OSF291.7221.6878.3220.0479.96685.50 1.57730.04 14PRF746.2835.4764.5334.0365.97556.00 1.5310.04 OSF540.832.1267.8829.270.81053.63 1.50320.07 Average334.14 19.95 80.06 17.98 82.02 1199.17 1.4453 0.08 NEPtNEPpEPpNEPp。EPp。采样点采样点地类地类估算结果（估算结果（t/km2）土壤容重土壤容重（gm-3）风蚀厚度风

14、蚀厚度（cm）事件前事件后风蚀事件后照阳河村后照阳河村南南翻耕耙平地3665.887776.004111.381.52400.27莜麦留茬地857.252357.001499.751.53240.10兴隆村南兴隆村南翻耕耙平地848.632506.631657.941.45230.11莜麦留茬地1239.381586.06346.691.45280.02兴隆村北兴隆村北翻耕耙平地1981.252834.88853.631.48520.06莜麦留茬地861.441277.69416.251.49760.03贺旺营村北贺旺营村北翻耕耙平地579.311545.13965.811.25250.08莜

15、麦留茬地357.00899.06542.061.36970.04平均1298.772597.811299.191.44580.09三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理风蚀物与原位土壤粒度组成的比较风蚀物与原位土壤粒度组成的比较结论：结论：农田风蚀会造成土壤中粉沙和黏粒的含量相对减少，砾石和粗沙相对含量的增加。如果风蚀长期持续进行，必然造成的农田土壤的沙化，甚至是砾石化，这就是风蚀沙化的内在机理。三、土地风蚀沙化的内在机理三、土地风蚀沙化的内在机理地类地类细颗粒细颗粒t/(km2a)有机质有机质t/(km2a)速效氮速效氮t/(

16、km2a)速效钾速效钾t/(km2a)速效磷速效磷t/(km2a)翻耕杷平地翻耕杷平地4739.0754.030.200.310.06留茬地留茬地1889.6421.540.080.120.03地类地类细颗粒细颗粒(万万t) 有机质有机质(万万t)速效氮速效氮(t)速效钾速效钾(t)速效磷速效磷(t)现现 状状1491.5317.00630.00967.50202.50全部翻耕全部翻耕2132.5824.31900.001395.00270.00全部留茬全部留茬850.479.69360.00540.00135.00坝上地区农田风蚀造成的土壤肥力损失强度坝上地区农田风蚀造成的土壤肥力损失强度坝

17、上地区农田风蚀造成的土壤肥力损失量坝上地区农田风蚀造成的土壤肥力损失量四、土壤风蚀模型研究四、土壤风蚀模型研究100100m 试验田试验田2015-2016年春季连续观测年春季连续观测2015年翻耕、年翻耕、2016年留茬年留茬仪器布设仪器布设四、土壤风蚀模型研究四、土壤风蚀模型研究结论：RWEQ模型对大风蚀事件的预测效果尚可，对较小风蚀事件风蚀通量的预测效果较差。误差产生主要原因是：土壤性质和设定的起沙风速（5m/s）。四、土壤风蚀模型研究四、土壤风蚀模型研究基于基于此，此，我们我们给给出出含有含有砾石数据的适合于河北砾石数据的适合于河北坝上地区的土壤风蚀可坝上地区的土壤风蚀可蚀性（蚀性（E

18、F）的预测方程：）的预测方程：EF = -0.012砾石砾石含量含量（%） + 0.845 R2 = 0.469, P 0.001 四、土壤风蚀模型研究四、土壤风蚀模型研究风蚀影响因子风蚀影响因子风力侵蚀因子风力侵蚀因子粗糙干扰因子粗糙干扰因子土壤抗蚀因子土壤抗蚀因子起沙风速起沙风速地表粗糙度地表粗糙度土壤可蚀性土壤可蚀性土壤含水率土壤含水率风蚀影响因子风蚀影响因子风蚀影响要素风蚀影响要素建立标准基础模型建立标准基础模型粗糙干扰因子输入粗糙干扰因子输入土壤抗蚀因子输入土壤抗蚀因子输入建立风蚀经验模型建立风蚀经验模型模型验证与修订模型验证与修订四、土壤风蚀模型研究四、土壤风蚀模型研究四、土壤风蚀

19、模型研究四、土壤风蚀模型研究式中，式中，Qw t为风洞条件下翻耕耙平地的风蚀模数为风洞条件下翻耕耙平地的风蚀模数g/（m2hr.）；）；Uwt为风洞条件下的起沙风速（为风洞条件下的起沙风速（m/s）；）；a1为与为与土壤类型有关的常数项，取值土壤类型有关的常数项，取值6.8179；b1为表征风蚀强度随风为表征风蚀强度随风速变化快慢的常数项，取值速变化快慢的常数项，取值0.3593。公式公式1四、土壤风蚀模型研究四、土壤风蚀模型研究公式公式2式中，式中，Sdt为大田条件下的农田土壤输沙强度（为大田条件下的农田土壤输沙强度（gm-1hr.-1）；）；z0为地表粗糙度（为地表粗糙度（cm）；）；a2

20、为与土壤类型有关的常数项，取为与土壤类型有关的常数项，取值值1.4606；b2为表征风蚀强度随地表粗糙度变化快慢的常数为表征风蚀强度随地表粗糙度变化快慢的常数项，取值项，取值-10.49。四、土壤风蚀模型研究四、土壤风蚀模型研究公式公式3式中，式中，R为随地表粗糙度为随地表粗糙度z0变化的风蚀强度与标准值的比值变化的风蚀强度与标准值的比值。包含粗糙干扰因子的农田风蚀经验模型为：包含粗糙干扰因子的农田风蚀经验模型为：式中各符号的含义与式式中各符号的含义与式3和式和式5相同相同公式公式4四、土壤风蚀模型研究四、土壤风蚀模型研究式中，式中，Fdt为大田条件下的农田土壤风蚀量（为大田条件下的农田土壤风

21、蚀量（gm-2）；）；ef 为土壤中易风蚀物的含量；为土壤中易风蚀物的含量；a3、b3为与土壤质地有关为与土壤质地有关的常数项，取值分别为的常数项，取值分别为10362.0和和4690.9。公式公式5四、土壤风蚀模型研究四、土壤风蚀模型研究式中，式中，E为为随土壤中易风蚀物含量随土壤中易风蚀物含量(ef)变化的风蚀变化的风蚀量量与标准与标准值的比值值的比值。包含土壤可蚀性因子的农田风蚀经验模型为：包含土壤可蚀性因子的农田风蚀经验模型为：式中各符号的含义与式式中各符号的含义与式3和式和式8相同相同公式公式6公式公式7四、土壤风蚀模型研究四、土壤风蚀模型研究式中，式中，Sdt为大田条件下的农田土壤

22、输沙强度（为大田条件下的农田土壤输沙强度（gm-1hr.-1）；）；wf为表层土壤含水率（为表层土壤含水率（%）；）；a4、b4为与土壤类型有关的常为与土壤类型有关的常数项，取值分别为数项，取值分别为-0.3951和和2.4329。公式公式8四、土壤风蚀模型研究四、土壤风蚀模型研究式中，式中，W为为随土壤含水率随土壤含水率(wf)变化的风蚀变化的风蚀量量与标准值的比值与标准值的比值。包含土壤含水率因子的农田风蚀经验模型为：包含土壤含水率因子的农田风蚀经验模型为：式中各符号的含义与式式中各符号的含义与式3、式、式5、式、式8、式、式11相同相同公式公式9公式公式10四、土壤风蚀模型研究四、土壤风蚀模型研究次风蚀事件、风蚀期或风蚀季农田风蚀量计算模型可表达为次风蚀事件、风蚀期或风蚀季农田风蚀量计算模型可表达为：公式公式3公式公式6公式公式9式中，式中，Qdt为大田条件下次风蚀事件、风蚀期或风蚀季的农田为大田条件下次风蚀事件、风蚀期或风蚀季的农田土壤风蚀模数（土壤风蚀模数（thm-2）。四、土壤风蚀模型研究四、土壤风蚀模型研究地类地类地点地点主要模型输入参数主要模型输入参数模型模型(M)计算计算结果结果(t/hm2)粒度对比法粒度对比法(L)估估算结果算结果(t/hm2)比值比值(M/L)z0 (cm)ef