风蚀发生机理及其防治技术(1)

风蚀发生机理及其防治技术(1) 摘要：土壤风蚀是全球性土地退化的主要原因之一,也是世界上许多国家和地区的主要环境问题之一。该文描述了国内外对土壤风蚀发生机理、防治理念和技术的研究,提出农业上实行保护性耕作，林业上植树造林，牧业上防止草原退化是人类可以用来治理和控制土壤风蚀的3种重要措施，以及我国治沙生产实践的明机械沙障防沙是当前对流沙进行综合治理的措施，已为世界所公认，是理想而有效的措施。我国土壤风蚀和土地退化问题日趋严重,应在全国进行大力宣传,转变土壤风蚀治理的观念,使人们从思想上认识风蚀防治要从植树、种草、农田保护、机械沙障4个方面综合进行，同时,国家要从政策上、资金上为农田保护性耕作的大规模实施提供保证,促进保护性耕作在全国范围内的推广应用。　　关键词：土壤风蚀 防治技术 保护性耕作引 言：土壤风蚀是干旱、半干旱以及部分半湿润地区土地沙漠化与沙尘暴灾害的首要环节,也是世界上许多国家和地区的主要环境问题之一。全球极易发生土壤风蚀的地区包括：北非、近东、中亚、东南亚部分地区、西伯利亚平原、澳大利亚、南美洲南部以及北美洲的干旱、半干旱地区。目前,全球有9亿人口受到沙漠化的影响；2/3即100多个国家和地区受其危害；全球陆地面积的1/4,即3.592×109hm2受到沙漠化的威胁。每年因沙漠化造成的经济损失约达423亿美元[1].其中,我国受土壤风蚀及土地沙漠化影响的面积占国土总面积的1/2以上[2],主要分布于北方,尤以旱作农田为甚。土壤风蚀严重影响了这些地区的资源开发和社会经济的持续发展。土壤风蚀问题愈来愈受到国际社会的广泛关注。　　1、风蚀发生机理　　1.1 沙粒起动机制　　土壤风蚀是指一定风速的气流作用于土壤或土壤母质,土壤颗粒发生位移造成土壤结构破坏、土壤物质损失的过程[3].它的实质是气流或气固两相流对地表物质的吹蚀和磨蚀过程。风蚀过程主要包括土壤团聚体和基本粒子的分离、输送和沉积[4].　　粒子的初始运动很少引起注意,人们主要进行运动模型的研究[5].1962年之前,bagnold描述到颗粒在主风力作用下沿着地表滚动大约30cm才开始脱离地面（即跃移运动）。1962年bisal和nielsen通过用双筒望远镜观察放在狭窄的盘子里的颗粒运动,发现大多数易蚀颗粒随着风速强度的增加,摆动增强,然后离开地表[6].1971年lyles和krauss通过风洞观察得出,当有效风速达到临界值时,直径小于0.84mm的颗粒开始前后摆动,当风力或运动的颗粒碰撞强到足以迫使稳定的表面土壤颗粒运动时,分离就发生了。分离之后,土壤颗粒通过风可以在空中或沿着土壤表面输送,直到最后风速降低时沉积[7].　　半个多世纪以来，中外科学家对静止沙粒受力起动机制进行了深入的研究，并形成了多种假说，其中以冲击碰撞说较有代表性。1980年吴正和凌裕泉在风洞中用高速摄影的方法对沙粒运动过程进行了研究[8].他们认为在风力作用下，当平均风速约等于某一临界值时，外别突出的沙粒在湍流流速和压力脉动作用下，开始振动或前后摆动，但并不离开原来的位置，当风速增大超过临界值后，振动也随之加强，迎面阻力和上升力相应增大，并足以克服重力的作用，气流的旋转力矩促使某些最不稳定的沙粒首先沿沙面滚动或滑动。由于沙粒几何形状和所处空间位置的多样性，以及受力状况的多变性，因此在滚动过程中，一部分沙粒碰到地面凸起沙粒的冲击时，就会获得巨大冲量。受到突然冲击力作用的沙粒，就会在碰撞瞬间由水平运动急剧地转变为垂直运动，骤然向上起跳进入气流运动，沙粒在气流作用下，由静止状态达到跃起状态。　　1.2 沙粒运动形式　　风力作用下土壤颗粒主要有3种运动类型[5]（图1）：悬移、跃移和蠕移。　　图1　风蚀过程示意图　　fig.1　schematicdiagramofwinderosionprocess　　跃移：当中等粒子（100～500μm）被驱动时,在短时间内它们进入风流中,随后由于重力又落下来,促使它们碰撞并加入到其他土壤颗粒的运动中,这种输送方式叫做跃移。跃移颗粒占总的土壤运动的50%～80%,跃移高度小于120cm,大部分在30cm左右[9],研究跃移土壤颗粒的升起高度（h）与前进距离（l）比为1∶10.由于跃移是发动其他类型输送的原因,所以在控制措施里是很重要的。另外,由于土壤颗粒的巨大作用,跃移是植物伤害的主要原因。　　悬移：指来自于很小土壤颗粒的垂直和水平运动,在跃移和直接风力作用下,直径100μm或更小的颗粒将被刮起来,悬浮到风中随风输送；在远距离搬运过程中,主要是