林业工程课件-荒漠化防治原理

荒漠化防治原理第一节风蚀荒漠化防治的风沙物理学原理第二节风蚀荒漠化防治的生态学原理

第三节水蚀荒漠化的防治原理第四节盐渍荒漠的防治原理第一节风蚀荒漠化防治的风沙物理学原理一、风力侵蚀作用（一）沙粒的起动起动风速理论公式表3-1沙粒粒径与起沙风速值（新疆莎车）沙粒粒径（mm)起沙风速（m/s)0.1~0.254.00.25~0.50.5~1.0>1.05.66.77.1表3-2不同含水率时沙粒的起动风速值不同含水率下沙粒的起动风速（m/s)含

水

率（%）沙粒粒径（mm）干燥状态12342.0~1.09.010.812.0——1.0~0.56.07.09.512.0—0.5~0.254.85.87.512.0—0.25~0.1753.84.66.010.512.0起动风速（m/s)地表状况戈

壁

滩12.0风蚀残丘9.0半固定沙丘7.0流

沙5.0表3-3不同地表状况下沙粒的起动风速（二）风力作用过程（3-3）D=f(v*)2式中

D——侵蚀力；V*——侵蚀床面上的摩阻流速。。1．风力侵蚀作用风的侵蚀能力（二）风力作用过程（3-4）W

= f

（Vp、dp、Sa、a）式中

W——磨蚀量（g/kg）；Vp——颗粒速度（cm/s）；dp——颗粒直径（mm）；Sa——被蚀物稳定度（J/m2）；a——入射角（。）。1．风力侵蚀作用磨蚀强度（二）风力作用过程悬移质占

3%~38%跃移质占

55%~72%2．风力输移作用当风速大于启动风速时，土壤和沙粒物质随风

运动，其运动方式有悬移、跃移、蠕移3种形式。悬移质占7%~25%搬运比例*Q

=

f（

P

V3

）

（3-5）g在特定条件下输沙量与风速的关系（新疆莎车）为：V3.7Q

=

1.47×10-3

（3-6）式中Q——输沙率[g/（cm

.min）]；V——风速（m/s）。（二）风力作用过程2．风力输移作用风的搬运能力与摩阻流速的3次方成正比：土壤颗粒被风搬运的距离取决于风速大小、土壤颗粒或团聚体的粒径和重量，以及地表状况。（二）风力作用过程3．风力沉积作用（1）沉降堆积（2）阻遇堆积（三）影响风蚀的因素1．土壤抗蚀性我国干旱区风成沙的力度成分，以细沙为主，很难形成抗风蚀的结构单位，易被吹蚀。土壤抵抗风蚀的性能主要取决于土粒质量及土壤质地、有机质含量等。表3-5我国干旱区主要沙漠沙的粒度组成沙漠名称各粒级（mm）>1.00

1.00~0.50

0.50~0.25

0.25~0.10

0.10~0.05

<0.050.02—19.324.001.98—0.010.010.27———塔克拉玛干沙漠—古尔班通古特沙漠—巴丹吉林沙漠—腾格里沙漠乌兰布和沙漠库布齐沙漠宁夏河东沙区平

均微量3.401.600.781.100.161.004.548.7023.406.6117.311.9017.9911.4934.1568.2061.4086.8872.1185.3075.0569.0141.9719.109.824.909.5211.706.1614.740.673.75土壤有机质能促进土壤团聚体的形成并提高其稳定性，提高抗蚀能力。2．地表土袭降雨还有促进风蚀的一面。因为雨滴击坏了土块和团聚体，提高了土壤的可蚀性。3由耕作过程形成的地表土袭，能够通过降低地表风速和拦截运动的泥沙颗粒来减慢土壤风蚀。降雨降雨使表层土壤湿润而不能被风吹蚀。降雨还通过促进植物生长间接地减少风蚀。4．土丘坡度表3-7坡面上相对于平坦地面的风蚀量坡度（%）坡度（%）相对风蚀量坡顶

坡上部相对风蚀量坡顶

坡上部0~1.5（平坦）

1003.0

1501001306.010.03206602303705．裸露地块长度风力侵蚀强度随被侵蚀地块长度而增加，对于一定的风力，挟沙能力是一定的。土壤可蚀性越高（抗蚀性越低），则饱和路径长度越短。6．植被覆盖增加地面植被覆盖（生长的作物或作物残体），是降低风的侵蚀性最有效的途径。植被的保护作用与植物种类（决定覆盖度和覆盖季节）、植物个体形状和群体结构、行的走向等有关。二、风沙运动规律（一）风沙流结构特征1．沙粒粒径随高度的分布特征高度

cm高度

cm粒>0.1mm径%<0.1mm粒>0.1mm径%<0.1mm120.9679.0467.9292.08218.2581.7574.4995.51312.8087.2082.1997.81410.5589.4592.0297.9858.7291.28101.7598.25表3-8风沙流中沙粒粒径随高度的分布特征%2．含沙量随高度的分布特征表3-9不同高度风沙流中含沙量的分布（V=9.8m/s）高度（cm）0~1010~2040~5050~6060~70沙量（%）20~30

30~4079.32

12.3

4.79

1.50

0.95

0.400.743．含沙量随风速变化风沙流中含沙量与风速的关系表3-10

风速与含沙量的关系（新疆莎车）离地面2m高处风速（m/s）

4.5

5.5

6.5

7.4

13.215.00~10cm高度的含沙量[g/(cm·min)]

0.37

1.04

1.20

2.27

19.44

35.58结构数S表征判断风沙流饱和程度的特征值当

=1时，吹蚀量和堆积量相等，地面无堆积；当

<1>1时，为不饱和状态，继续吹时为饱和状态，形成堆积；当蚀。风沙流结构式（二）沙丘的移动1.沙丘移动的方向和方式沙丘移动的方向移动的总方向是和起沙风的年合成风向大致相一致。沙丘移动的方式取决于风向及其变率，分为3种情况（图3-5）。2、沙丘移动的速度沙丘移动的速度取决于风速和沙丘本身的高度。沙丘在单位时间里前移的距离与背风坡一测堆积的总沙量的关系2、沙丘移动的速度沙丘移动的速度取决于风速和沙丘本身的高度。三、风蚀与沙质荒漠化（一）土地风蚀退化土壤退化表现在如下几个方面：土壤流失土壤质地变化生产力降低磨蚀（一）土地风蚀退化土壤退化表现在如下几个方面：（3）养分流失三、风蚀与沙质荒漠化（二）风蚀荒漠化的成因类型我国北方现代荒漠化土壤中94.5%为人为因素所致！四、风蚀荒漠化防治的基本原理风蚀荒漠化的实质就是土地的风蚀退化过程。制定风蚀荒漠化防治的技术措施主要依据土壤风

蚀原因及风沙运动规律，即蚀积原理。原理和途径概括为下述几个方面：增大地表粗糙度，降低近地层风速阻止气流对地面直接作用提高沙粒起动风速，增大抗蚀能力改变风沙流蚀积规律第二节风蚀荒漠化防治的生态学原理植物治沙成为防治土地沙质荒漠化最

有效的首选措施。利用植物改造沙质荒漠

化土地，首要问题是植物在流沙上如何成

活与保存，及其改造流沙环境的生态功能。一、植物对流沙环境的适应性原理可以利用天然植物在流沙地区去恢复和建立植被，这便是植物治沙的物质条件和理论基础。干旱和流沙的活动性是影响植物最普遍、最深刻的2个限制因素，是制定各项植物治沙技术措施的主要依据。（一）植物对干旱的适应性在长期干旱气候条件下，流沙上分布的植物，产生一定的适应干旱的特征，表现为：萌芽快，根系生长迅速而发达具有旱生形态结构和生理机能植物化学成分发生变化（二）植物对风蚀、沙埋的适应流动沙丘上的植物对风蚀、沙埋的适应能力可归纳为以下4种类型：1．速生型适应2．稳定型适应3．选择型适应4．多种繁殖型适应沙拐枣、花棒、杨柴、梭梭、木蓼等。杨柴、沙拐枣、红柳、骆驼刺、沙柳、麻黄、沙蒿、白刺、沙竹、牛心朴子、沙旋复花等。例例（二）植物对风蚀、沙埋的适应沙生植物对流沙环境活动性的适应途径

主要是避免风蚀，适度沙埋。沙埋的适度范围可用沙埋厚度与灌木本身高度之比值（A）来衡量。A=0~0.7为适度沙埋，A>0.7为过度沙埋。天然灌木、半灌木产生灌丛沙堆效应，以消除风蚀。（三）植物对流沙环境变异性的适应植物对环境变异的适应性变化，亦即沙地植被演替规律，这是恢复天然植被和建立人工植被各项技术措施的理论基础。二、植物对流沙环境的作用原理（一）植物固沙作用植物以其茂密的枝叶和聚积枯落物庇护表

层沙粒，降低近地层风速，加速土壤形成过程，提高临界风速值，起到固沙作用。当沙面逐渐

稳定以后，便开始了成土过程。二、植物对流沙环境的作用原理（二）植物的阻沙作用输沙量与风速的三次方成正相关，风速的降低，起到阻沙作用。植被阻沙作用大小与覆盖度有关，不同植物固沙和阻沙能力取决于近地层枝叶分布状况。灌木固沙和阻沙能力较强。二、植物对流沙环境的作用原理（三）植物改善小气候作用在植被覆盖下，反射率、风速、水面蒸发量显著降低，相对湿度提高。小气候改变后，加速成土过程。（四）植物对风沙土的改良植物对风沙土的改良作用，主要表现在以下几个方面：①机械组成发生变化。②物理性质发生变化。③水分性质发生变化。④有机质含量增加。⑤氮、磷、钾三要素含量增加。⑥碳酸钙含量增加，PH值提高。⑦土壤微生物数量增加。⑧沙层含水率减少。二、植物对流沙环境的作用原理第三节水蚀荒漠化的防治原理一、水力侵蚀作用（一）侵蚀起动流速起动流速或临界流速分为滑动起动和滚动起动2种。泥沙颗粒的滑动起动流速滚动起动流速搬动的沙粒颗粒的体积或重量总与流速的六次方成正比，即G∞V6。起动流速的经验公式（二）水力侵蚀作用过程1．水流侵蚀作用水力侵蚀作用分为下蚀和侧蚀2种方式。土壤侵蚀模数侵蚀深度转化式侵蚀强度分为微度、轻度、中度、强度、极度和剧烈侵蚀6级。2．水流搬运作用水流搬运作用有悬移和推移2种。坡面流挟沙能力经验公式水流挟沙能力经验公式侵蚀率3．泥沙堆积泥沙沉速公式泥沙的沉积条件可分为3个不同区域：在COD线以上V*>V*e，FOD部分以推移为主，其余以悬移为主。在EOD线以下V*<V*c及V*<w，泥沙迅速淤积。在COE线左侧w<V*<V*c，不发生过多沉积。二、土壤侵蚀规律水力侵蚀过程中剥蚀、搬运和沉积3种状态的发生

是在不同条件下，水的破坏力大于土体的抵抗力的结果。（一）雨滴击溅侵蚀雨滴溅蚀主要表现在下列3个方面：破坏土壤结构，形成“板结”。直接打击地面，产生土粒飞溅和沿坡面迁移。雨滴打击增强地表薄层径流的紊动强度，导致了侵蚀和输沙能力增大。降雨侵蚀力指标（二）地表径流侵蚀1．坡面径流侵蚀冲刷流速和粒径、容重间关系稳定条件下，水流流过单位面积坡面时产生的冲刷作用2．沟蚀侵蚀沟谷分为浅沟、切沟、冲沟、坳沟4个不同发育阶段。坡面径流集中向下切入底土，形成深度超过1m，宽度超过深度0.5~1倍以上（在生产影响下可达几倍到几十倍）的宽而浅的沟道，即浅沟。浅沟径流集中切入地面很深，出现沟头，即为切沟。切沟的深度为10~50m，横断面呈“V”字型。切沟进一步发育，跌水出现在上游，横断面一般呈“V”型或宽“U”型，下游出现堆积物及冲积物，即冲沟阶段。冲沟发育到一定阶段时，侵蚀沟逐步停止发育，坡脚形成稳定的坡积物，沟头和沟坡上逐渐长出植物，称为坳沟阶段或安息阶段。（三）下渗侵蚀水流下渗，增加了土体重力，土体颗粒

之间凝聚力减弱，发生滑坡、崩塌、泻溜等，造成土壤侵蚀。水力对土壤侵蚀还有混合侵蚀。最常见的混合侵蚀就是泥石流。三、影响土壤水蚀的因素（一）降雨对土壤水蚀的影响雨型降雨强度降雨量（二）地形对土壤水蚀的影响坡度坡面坡度是决定径流冲刷能力的基本因素之一。条件相同时，坡度愈大，流速愈大，土壤侵蚀量愈大。坡度对雨滴的击溅侵蚀也有一定影响。坡长条件相同时，坡面长度直接影响水力侵蚀强度。（二）地形对土壤水蚀的影响结合降雨条件，归纳起来有三种情况：⑴特大及较大暴雨情况下，坡长与径流量、冲刷量均成正相关；⑵降雨平均强度小，或平均强度较大而持续时间较短的情况下，坡长与径流量成反相关，而与冲刷量成正相关；⑶一次降雨量很小，历时也很短的情况下，坡长与径流量、冲刷量均成负相关。地形地形对水力侵蚀的影响，是坡度和坡长综合作用的结果。坡向坡向不同，太阳辐射不同，从而影响土壤环境因子的不同，其侵蚀过程也有差异。（二）地形对土壤水蚀的影响（三）土壤条件对水力侵蚀的影响土壤是影响径流的因素。影响土壤的因素有土壤质地、土壤结构及水稳性、土壤孔隙、剖面结构、土层厚度、土壤湿度及土地利用方式等。（四）植被对土壤侵蚀的影响植被对抑制土壤侵蚀发生起积极作用。拦截降雨调节径流团结土体改良土壤性状（五）人为活动对水力侵蚀的影响人为活动的影响有2个作用：是人为过度的经济活动，成为水蚀荒漠化发生、发展的主导因素；是人们促进退化土壤逆转。第四节盐渍荒漠化的防治原理一、盐渍土的形成与分布（一）盐渍土的形成盐渍土形成条件主要有：1．物质来源岩石风化物；含盐地层风化和再循环；火山活动的产物；深层盐水外冒；风蚀风积盐类；生物累积的盐分等等。第四节盐渍荒漠化的防治原理一、盐渍土的形成与分布（一）盐渍土的形成盐渍土形成条件主要有：2．地形条件土壤盐分的累积必须具有适宜的地形条件。从大中地形来看，低洼地区积盐形成渍土。从小地形来看，高处积盐，形成盐斑。第四节盐渍荒漠化的防治原理一、盐渍土的形成与分布（一）盐渍土的形成盐渍土形成条件主要有：水文条件地下水位高，矿化度高是形成盐渍化的重要条件。气候条件干旱、半干旱地区或季节性干旱地区，易于积盐。第四节盐渍荒漠化的防治原理一、盐渍土的形成与分布（一）盐渍土的形成盐渍土形成条件主要有：生物条件植被稀疏或光板地极易积盐形成盐渍化。人为因素灌溉地区，人为用水不当，造成或加强盐渍化。（二）我国盐渍土的分布我国盐渍土主要分布在干旱、半干旱和亚湿润的干旱地区，主要有滨海、华北、西北、东北、灌区次生等五大盐渍土区。其中三北防护林地区是我国盐渍土集中分布区，盐碱地2170.48万hm2，占全区土地总面积的5.3%。沼泽盐土三北地区境内共有5个亚类：旱盐土

草甸盐土碱化盐土（苏打盐土）滨海盐土二、水肥盐运动规律（一）水盐运动规律垂直运动水盐垂直运动有积盐和脱盐2种。水平运动大地形在洼处形成盐渍化。小地