本文關(guān)鍵詞：降雨條件下鄂南幾個紅壤團(tuán)聚體破碎特征及坡面侵蝕響應(yīng)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：我國南方紅壤區(qū)具有豐富的水熱資源,但其季節(jié)性分配不均,加之人口密度大造成人為對土地擾動頻繁,使得土壤侵蝕是制約該地區(qū)農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的主要原因之一。針對南方紅壤區(qū)土壤侵蝕過程和機(jī)制的研究,對該區(qū)土壤侵蝕防治、農(nóng)業(yè)和社會可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的作用。根據(jù)《中國水土流失與生態(tài)安全·南方紅壤區(qū)卷》的調(diào)查結(jié)果顯示,面狀侵蝕是我國南方紅壤丘陵區(qū)最普遍、面積和比例都是最大的水土流失方式,包括降雨條件下的濺蝕和細(xì)溝間侵蝕,還包括坡面徑流引起的細(xì)溝侵蝕。因此,認(rèn)識并掌握該區(qū)主要侵蝕方式的侵蝕機(jī)制和規(guī)律十分必要。本文選取湖北省咸寧市賀勝橋鎮(zhèn)的第四紀(jì)紅黏土、泥質(zhì)頁巖發(fā)育的紅壤為研究對象,利用室內(nèi)模擬方法研究了團(tuán)聚體動態(tài)破碎特征和孔隙特征,并基于團(tuán)聚體破碎特征系統(tǒng)研究了團(tuán)聚體破碎對坡面侵蝕過程的作用機(jī)制。獲得的主要結(jié)論如下:1.利用濕篩法和Le Bissonnais(LB)法系統(tǒng)分析了供試土樣團(tuán)聚體穩(wěn)定性。同時,考慮到紅壤黏粒含量高這一特性,分析了團(tuán)聚體在不同前期含水率條件下團(tuán)聚體穩(wěn)定性和破碎特征。土壤前期含水率越大,團(tuán)聚體破碎程度越小。隨著前期含水率的升高,第四紀(jì)紅黏土發(fā)育的2個紅壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均重量直徑先增大后減小,拐點(diǎn)出現(xiàn)在含水率為15%條件下;泥質(zhì)頁巖發(fā)育的2個紅壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均重量直徑顯著增大。提高團(tuán)聚體前期含水率,降低團(tuán)聚體破碎程度,能被雨滴擊濺遷移的物質(zhì)就少,濺蝕量少。2.利用室內(nèi)條件下的模擬降雨試驗(yàn),研究了團(tuán)聚體在降雨過程中破碎特征。在團(tuán)聚體動態(tài)破碎和不同破碎機(jī)制的基礎(chǔ)上,分析其對細(xì)溝間侵蝕過程和濺蝕過程的影響。(1)細(xì)溝間侵蝕過程中,降雨前期團(tuán)聚體主要以消散破碎為主,表現(xiàn)出在土壤表面迅速形成大量微團(tuán)聚體,隨著降雨的進(jìn)行,團(tuán)聚體主要以雨滴打擊下的機(jī)械破碎為主,團(tuán)聚體破碎相對緩慢。徑流泥沙濃度受團(tuán)聚體破碎程度的減小和表土結(jié)構(gòu)的發(fā)育的影響,隨降雨時間逐漸減小。徑流泥沙粒徑隨降雨時間表現(xiàn)出大顆粒含量增多的趨勢,其中土樣QX2和SX3在產(chǎn)流后降雨0?24 min內(nèi),泥沙含量主要集中在100?250μm范圍內(nèi)(45.87%?53.13%),產(chǎn)流后降雨36?60 min內(nèi),泥沙含量主要分布在100?250μm、250?500μm和500?1000μm范圍內(nèi);土樣QX4和SX1徑流泥沙顆粒分布在200μm范圍內(nèi),表現(xiàn)出泥沙含量隨粒徑的增大而減少,各粒級范圍內(nèi)的顆粒含量均隨著降雨的進(jìn)行伴隨著波動變化。(2)隨前期含水率的升高,第四紀(jì)紅黏土發(fā)育2個紅壤濺蝕量呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,在含水率為15%時達(dá)到最小;泥質(zhì)頁巖發(fā)育2個紅壤濺蝕量隨前期含水率的升高顯著減小。團(tuán)聚體水穩(wěn)性較高的土樣,濺蝕粒徑分布呈雙峰曲線分布,主要分布1?0.5 mm和0.05 mm范圍內(nèi),且前期含水率越高,0.05 mm濺蝕顆粒含量越大;而團(tuán)聚體水穩(wěn)定性較差的土樣,除前期含水率為20%外,濺蝕粒徑分布呈單峰曲線分布,主要分布在0.25?l mm。(3)降雨過程中,累積濺蝕量隨著降雨時間呈冪函數(shù)增加。濺蝕顆粒中,不同土樣濺蝕顆粒富集率表現(xiàn)出不同的變化趨勢,其中粒級為0.25?1 mm團(tuán)聚體最易發(fā)生遷移。(4)降雨過程中,團(tuán)聚體在降雨前期最容易發(fā)生破碎,不同土樣隨降雨時間的破碎特征可用以下關(guān)系式表示:D=1.02RMI+1.77T0.06,其中D為破碎團(tuán)聚體粒徑分形維數(shù),RMI為相對機(jī)械破碎指數(shù),T為降雨時間。(5)總濺蝕量隨著團(tuán)聚體破碎呈冪函數(shù)增加,用下式表示:M=(3.8×10-14)RMI·D32.36,其中M為濺蝕量,RMI為相對機(jī)械破碎指數(shù),D為破碎團(tuán)聚體粒徑分形維數(shù)。3.通過室內(nèi)模擬干濕循環(huán)試驗(yàn),利用同步輻射顯微CT掃描技術(shù)和圖像分析技術(shù),定量研究對團(tuán)聚體孔隙特征變化。在此基礎(chǔ)上,利用偏最小二乘回歸法首次系統(tǒng)研究了團(tuán)聚體孔隙特征與團(tuán)聚體破碎和集中水流內(nèi)土壤分離之間的關(guān)系。(1)在干濕循環(huán)的作用下,團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)變得相對疏松,孔隙間連通性得到改善,團(tuán)聚體呈現(xiàn)明顯的復(fù)雜的疏松多孔結(jié)構(gòu)。具體表現(xiàn)在:團(tuán)聚體中總孔隙度增加,孔隙數(shù)量減少,加長孔隙度和100μm孔隙度增加。(2)通過偏最小二乘回歸法得出的結(jié)果表明,總孔隙數(shù)量、75?100μm孔隙度、總孔隙度和100μm孔隙度是控制團(tuán)聚體在LB法測定下的水穩(wěn)定性和抗壓法測定下的力穩(wěn)性的主要孔隙特征因子。團(tuán)聚體孔隙度越大,其孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,由此增加團(tuán)聚體孔隙中的空氣壓力、加快水分的進(jìn)入速率以及增加團(tuán)聚體中裂隙傳播和相互作用的概率。(3)通過偏最小二乘回歸法得出的結(jié)果表明,100μm孔隙度、總孔隙度、規(guī)則孔隙度、30?75μm孔隙度和加長孔隙度是控制集中水流下土壤分離速率的主要孔隙特征因子。其中,土壤分離速率與100μm孔隙度、總孔隙度和加長孔隙度顯著正相關(guān)。土壤結(jié)構(gòu)的破裂主要取決于土壤中微小裂隙以及孔隙或裂隙的幾何形態(tài)。
【關(guān)鍵詞】：紅壤 團(tuán)聚體 破碎 細(xì)溝間侵蝕 濺蝕 細(xì)溝侵蝕 孔隙特征
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S157
【目錄】：

• 摘要8-11
• ABSTRACT11-14
• 1 引言14-15
• 2 文獻(xiàn)綜述15-33
• 2.1 土壤侵蝕的主要過程和機(jī)制15-24
• 2.1.1 濺蝕16-19
• 2.1.2 細(xì)溝間侵蝕19-22
• 2.1.3 細(xì)溝侵蝕22-24
• 2.2 團(tuán)聚體形成和破碎機(jī)制概述24-31
• 2.2.1 團(tuán)聚體形成機(jī)制和主要影響因素24-26
• 2.2.2 團(tuán)聚體破碎機(jī)制和主要影響因素26-31
• 2.3 土壤團(tuán)聚體破碎和坡面侵蝕過程31-32
• 2.4 現(xiàn)存問題及不足32-33
• 3 研究目標(biāo)、研究內(nèi)容及技術(shù)路線33-35
• 3.1 研究目標(biāo)33
• 3.2 研究內(nèi)容33-34
• 3.3 技術(shù)路線圖34-35
• 4 采樣點(diǎn)概況及土樣基本性質(zhì)分析35-46
• 4.1 采樣點(diǎn)概況35
• 4.2 供試土樣采集35-37
• 4.3 供試土樣理化性質(zhì)測定37
• 4.4 供試土樣基本理化性質(zhì)37-40
• 4.5 供試土樣團(tuán)聚體穩(wěn)定性測定40-43
• 4.5.1 濕篩法（Yoder法）40-41
• 4.5.2 Le Bissonnais法（LB法）41-42
• 4.5.3 團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)及參數(shù)42-43
• 4.6 供試紅壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性43-46
• 4.6.1 基于濕篩法測定團(tuán)聚體的穩(wěn)定性43-44
• 4.6.2 基于LB法測定團(tuán)聚體的穩(wěn)定性44-46
• 4.7 小結(jié)46
• 5 降雨過程中土壤破碎對細(xì)溝間侵蝕的影響46-57
• 5.1 土樣制備與模擬降雨47-48
• 5.1.1 土樣制備47
• 5.1.2 試驗(yàn)裝置47-48
• 5.1.3 模擬降雨48
• 5.2 結(jié)果與分析48-54
• 5.2.1 降雨過程中徑流特征48-50
• 5.2.2 降雨過程中侵蝕特征50-54
• 5.2.2.1 坡面產(chǎn)沙強(qiáng)度50-51
• 5.2.2.2 徑流泥沙濃度51-52
• 5.2.2.3 泥沙粒徑分布52-54
• 5.3 討論54-56
• 5.4 小結(jié)56-57
• 6 降雨過程中團(tuán)聚體破碎及其對濺蝕的影響57-83
• 6.1 不同前期含水率下團(tuán)聚體破碎特征及其對濺蝕的影響57-67
• 6.1.1 土樣制備與模擬降雨57-59
• 6.1.1.1 土樣制備57-58
• 6.1.1.2 試驗(yàn)裝置58
• 6.1.1.3 模擬降雨58-59
• 6.1.1.4 粘土礦物測定59
• 6.1.1.5 數(shù)據(jù)處理59
• 6.1.2 結(jié)果與分析59-65
• 6.1.2.1 不同前期含水率條件下濺蝕特征59-61
• 6.1.2.2 不同前期含水率團(tuán)聚體水穩(wěn)性特征61-64
• 6.1.2.3 不同前期含水率水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒徑分布特征64-65
• 6.1.3 討論65-66
• 6.1.4 小結(jié)66-67
• 6.2 雨滴打擊作用下團(tuán)聚體破碎特征及對濺蝕過程的影響67-83
• 6.2.1 土樣制備與模擬降雨67-69
• 6.2.1.1 土樣制備67-68
• 6.2.1.2 試驗(yàn)裝置68
• 6.2.1.3 模擬降雨68-69
• 6.2.1.4 數(shù)據(jù)處理69
• 6.2.2 結(jié)果與分析69-78
• 6.2.2.1 降雨過程中濺蝕特征69-73
• 6.2.2.2 降雨過程中破碎團(tuán)聚體粒徑分布特征73-75
• 6.2.2.3 團(tuán)聚體穩(wěn)定性對降雨過程中團(tuán)聚體破碎的影響75-76
• 6.2.2.4 降雨過程中濺蝕量與團(tuán)聚體分形維數(shù)的關(guān)系76-78
• 6.2.3 討論78-81
• 6.2.4 小結(jié)81-83
• 7 基于團(tuán)聚體孔隙特征的團(tuán)聚體破碎和土壤分離速率研究83-119
• 7.1 基于同步輻射微CT的團(tuán)聚體孔隙特征研究83-96
• 7.1.1 土樣制備與孔隙觀測84-88
• 7.1.1.1 土樣制備84
• 7.1.1.2 團(tuán)聚體孔隙觀測84-87
• 7.1.1.3 孔隙結(jié)構(gòu)分析87-88
• 7.1.1.4 數(shù)據(jù)處理88
• 7.1.2 結(jié)果與分析88-95
• 7.1.2.1 團(tuán)聚體孔隙形態(tài)特征88-90
• 7.1.2.2 團(tuán)聚體孔隙特征90-95
• 7.1.3 討論95-96
• 7.1.4 小結(jié)96
• 7.2 團(tuán)聚體孔隙特征對團(tuán)聚體破碎的影響96-111
• 7.2.1 團(tuán)聚體穩(wěn)定性測定96-97
• 7.2.1.1 LB法測定團(tuán)聚體水穩(wěn)性96
• 7.2.1.2 抗壓法測定團(tuán)聚體力穩(wěn)性96-97
• 7.2.1.3 數(shù)據(jù)處理97
• 7.2.2 結(jié)果與分析97-108
• 7.2.2.1 團(tuán)聚體平均重量直徑97-99
• 7.2.2.2 團(tuán)聚體粒徑分布99-101
• 7.2.2.3 抗張強(qiáng)度變化特征101
• 7.2.2.4 團(tuán)聚體孔隙特征與團(tuán)聚體水穩(wěn)性和力穩(wěn)性的定量關(guān)系101-108
• 7.2.3 討論108-110
• 7.2.4 小結(jié)110-111
• 7.3 團(tuán)聚體孔隙結(jié)構(gòu)對集中水流下土壤分離速率的影響111-119
• 7.3.1 土樣制備與模擬徑流111-113
• 7.3.1.1 試驗(yàn)裝置111
• 7.3.1.2 土樣準(zhǔn)備111-112
• 7.3.1.3 模擬徑流112-113
• 7.3.1.4 數(shù)據(jù)處理113
• 7.3.2 結(jié)果與分析113-117
• 7.3.2.1 土壤分率速率113-114
• 7.3.2.2 團(tuán)聚體孔隙特征與土壤分離的定量關(guān)系114-117
• 7.3.3 討論117-118
• 7.3.4 小結(jié)118-119
• 8 主要結(jié)論與研究展望119-121
• 8.1 主要結(jié)論119-120
• 8.2 研究展望120-121
• 參考文獻(xiàn)121-139
• 致謝139-141
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果141-143

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：272037