第二章 改良土壤、防止土壤侵蚀效应

1．02 34．5 33．8
13～26 1．16 24．4
22．5
1．08 37．2 34．4
农耕 地
0～20 20～39
1．73 0．43
21．0 19．8
24．5 21．4
0．86 0．96
45．8 56．4
53．3 61．3
不同地类土壤的抗冲能力
采
地类
样
地
点
冲刷模数（g/L）
采
样
0~10 cm
林内
1. 单位毫米降雨的雨滴 动能与雨强关系不密 切；
2. 赤松林1－200mm/hr, 26.8 J/m2.mm。
林外
1. 单位毫米降雨的雨 滴动能与雨强关系 密切。
2. E=A+blnI
雨滴组成、分布、林冠高度、 终点速度一定。
不同植物冠下降雨动能与截留面积的关系 J/(m2.mm)
测量 项目
2.75 11.96 4.85
1.6051
67.50
0.1998
4.85
0.2455
6.86
输沙模 数
t/km2 0
0.01 0
35.74 0
30.32 0
0.09 0.07
467.0
0 13.6 0.07
4．49 38．98 57．30
12龄沙棘
0．58
2．00
4．64
28龄柠条
10．51 40．23 61．34
16龄沙棘 自然草地
2．19 0．40
1．41 2．64
2．82 5．47
自然草地
32．37 60．24 59．45
农地
17．91 3．34
1．10
农地
209.21 50．90 59．45
五、控制土壤侵蚀的效果
28.6
50:24
径流
径流深 mm
最大径流 模数
L/(s.km2)
0.0081
0.87
0.0266
1.24
0.1647
2.12
0.3958
345.0
1.5117
3.600
1.7712
8.050
0.982
1.400
0.1318
2.160
0.7772
4.85
1.450
127.0
0.234 0.321 0.7772
具有相当的生产能力；
费用相对比较低；
生物
只有坡面得到防护，
工程措施的效益才会发挥出来。
工
程
第一节 对水蚀因素的控制作用
一、水蚀因素 二、对降雨动能的影响 三、对径流侵蚀的影响 四、对土壤抗蚀性的影响 五、控制侵蚀的效果
泥石流
立式拦沙坝
卧式拦沙坝
根系剪切试验
土壤剪切试验
坡面防护措施试验
降雨：降雨动能、径流动能； 土壤：土壤抗蚀力（分散与悬浮能
力）； 地貌：坡度、坡长、凸、凹； 地质：风化能力； 植被：类型、覆盖度、发育状况。
二、对降雨动能的影响
1.雨强变化
（Ic<C）P<C 林内 I内 < 林外I外 （Ic=C〕P>C 林内 I内 = 林外I外
林内 I 分布不均，林外分布均匀
1961.11. 17~21
1962.09. 21~30
1962.07. 26~28
1961.09. 26~30
1961.10. 06~13
测站
王家河 巍家沟 王家河 巍家沟 王家河 巍家沟 王家河 巍家沟 王家河 巍家沟 王家河 巍家沟 王家河 巍家沟 王家河 巍家沟
一次洪水拦泥沙效益
雨情
雨量 mm
扶风野河 林场
龄林地 龄林地 密草地
56．41 54．35 55．38
疏草地
70．76
疏草地
67．88
农田
66．43
农田
66．67
甘肃子午岭不同地类土壤抗蚀性
地类
测定深 度
(mm)
有机 质
(%)
<0.005m m胶体含 （％）
持水当 量
（％）
胶体与 持水当 量之比
分散率 侵蚀率 （％） （％）
灌木 林
西弗吉尼亚空旷地和硬阔叶混交林内外 降雨强度、降雨量 mm/h，mm
环境 5min雨强
15min雨强
降雨量
夏季 冬季 夏季 冬季 夏季 冬季
空旷 地
林内
30．0 25．4
16．3 13．2
18．3 14．5
9．4 7．9
12．2 14．5 9．1 11．4
2.雨滴大小组成变化
雨滴中径D50：*在一次降雨中以该直径为界， 大于这一直径的雨滴的总体积，等于小于 这一直径的雨滴的总体积。
外大；
4. 林内D503.5mm,林外D50 0.74－2.11mm；
5. 极大、极小的雨滴。
不同作物植冠下的雨滴中径与截留面积之间的相关关系 mm
测量项 目
汤菜 范围
D50(P)
1.2~2 .7
D50(M) 1.8~2 .8
D50(L D)
4.5~6 .3
甜菜
相关系 数
+0.444
范围
1.7~3. 0
集中径流对不同物质的极限切应力
物质
细粒石英砂 粗粒石英砂
壤土 石英 砂砾 短期种植的草皮 柳树 覆盖 粗粒 砂岩 石灰层(厚1~2cm,长
4~6cm) 铺石路
粒径大小
0.4~1.0 可达到2
－ 5~15
－ － 40~50 － －
切应力(N/m2)
2.45~2.94 3.96
9.81~11.77 12.66
结构合理、配置得当、保护良好的林地、 基本或完全中止土壤侵蚀过程。
通用流失方程式
A=RKLSCP
植被的覆 被率(%)
20
R－降雨因子
40
K－土壤因子
60
L－坡长因子 S－坡度因子
80
C－作物管理因子（植被）
P－水土保持措施因子
减少的侵 蚀量(%)
92
94
98 99.9
西吉小流域治理
30%
森林覆被率 0
83.79 83.36
5.68 17.41
不同地类的土壤侵蚀率
采样地点 土地类型 侵蚀率(%) 采用地点 土地类型 侵蚀率(%)
7龄林地
65．64
龄林地
58．10
13龄林地
60．85
龄林地
54．13
（刺槐林 地）
耀县柳林 林场
19龄林地 25龄林地 密草地
65．83 61．80 52．79
（刺槐林 地）
+0.155
1.6~3. 3
+0.732
4.0~4. 2
土豆
相关系 数
+0.751
范围
1.4~1 .9
+0.599
1.5~2 .4
+0.562
4.7~5 .9
裸地
相关系 数
+0.984
2.1
+0.966
+0.107
注：P－植冠下，M－植冠间隙，LD－叶片滴下雨滴的位置
华山松林内外的雨滴体积累计曲线
20~30c
40~50c
地 点
m
m
地类
冲刷模数（g/L）
0~10 cm
20~30c m
40~50c m
麟
5龄沙棘
1．85
2．13
5．10 安
13龄柠条
11．72 44．17 52．30
游
塞
9龄沙棘
0．51
0．54
1．93
18龄柠条
9．02 43．25 49．51
12龄沙棘
0．50
1．58
1．60
22龄柠条
土壤可蚀性：
d'h' Ep ME
‘d’－大于0.05mm颗粒与其在Nacl中分 散后的部分之比
h’－大于0.25mm团粒在100mm/min 的水流中冲1h后的含量
土壤侵蚀系数：
ke
2.3.206 t
log wb wb wa
Wb－土壤样本总重量 Wa－样本被侵蚀后的残留量 t－侵蚀发生的时间
作用
13年 生
34.87
43.41
16年 生
45.82
51.05
53.57 56.36
10.51 19.08
刺槐林地土壤风干率
地类
林木年龄
草地 农田
山地 褐土 风干 率(%)
>0.5m m
>0.25 mm
4年生
16．8 3
21.53
7年生
24．7 1
28.51
13年 生
66．7 3
72.16
16年 生
0～9 9～19
3．05 1．80
30．8 29．8
23．3 20．9
1．32 1．43
35．8 31．4
25．6 22．0
乔木 林
4～19 19～31
2．31 1．08
25．6 25．7
25．1 22．5
1．02 1．14
37．1 43．1
36．0 38．3
草地
0～13 2．47 25．4
25．0
低林分高度，保护枯枝落叶层。
三、对径流侵蚀的影响
水流的作用：推离、悬移、摩擦 侵 蚀 过 程 ：击溅、分散、迁移 侵 蚀 发 展 ：溅蚀、面蚀、细沟、沟蚀
径流的侵蚀力：
搬运泥沙能力 对底层土壤的切应力
Tc s 35 q 53
Tc 径流的泥沙输送量
s 坡度
q－单宽流量
－系数，取决于地表性状
汤菜 范围
Ke(P)
5.6~9 .6
Ke(M) 7.7~1 0.2
Ke(LD) 1.3~6 .2
甜菜
相关 系数 +0.194
+0.790
+0.995
范围
8.1~1 0.5 6.9~9. 8 0.6~4. 8
土豆
相关 系数
+0.62 7
+0.62 1
+0.95 5
范围
6.7~ 8.1 7.2~ 9.6 0.4~ 3.4
雨滴分布表达式：
F 1 e(d)n a
d－雨滴直径 a 、n －参数，雨强的函数
林内与林外雨滴组成的差异
林外 1. D50与I关系密切，成正
变关系；
2. 黄土高原 a=3.58I 0.25 n=2.44I-0.06；
3. D50受雨型影响大。
林内 1. D50与林内降雨I关系不
密切；
2. 黄土高原a=2.51,n=2.61 3. 雨滴直径分布范围比林
水蚀的定义*
是由于雨水降落在地面并以径流形式离开地面时， 经过水的分散和搬运而造成的一种土壤侵蚀。
与风蚀、重力侵蚀并称为土壤侵蚀。
引起土壤水蚀的基本动力
降雨雨滴打击地表土壤颗粒促使其结构分散的雨 滴动能；
剥蚀地表土壤颗粒同时搬动已分散的土粒到沉积 区的地表径流的切应力和搬运力。
一 、水蚀因素
历时 时:分
12.7
15:40
12.8
16:33
58.9
40:15
49.6
39:39
80.3
135:30
84.2
-
30.1
49:45
26.8
49:40
119.6
131:20
110.3
100:02
56.0 56.9 119.6
36:10 18:56 131:20
106.8
114:05
28.7
76:40
影响因子：
土壤性质 植被状况
1. 水稳性团聚体的数量、粒径大小； 2. 有机质含量； 3. 生物活性及分泌物多少； 4. 根毛的数量； 5. 土壤质地。
刺槐林地土壤风干率
地类
林木年龄
草地 农田
白善 土
风干 率(%)
>0.5 mm
>0.25 mm
4年 生 34.33
41.87
7年 生 39.03
41.57
第二章 改良土壤、防止土壤侵蚀效应
第一节 对水蚀因素的控制作用 第二节 林木根系固持土体作用
水土流失强度与特点
黄土高原：沟壑密度4－6/km2
≥1000t/km2.a 轻度侵蚀
≥10000t/km2.a 极强烈侵蚀轻度侵蚀
最高 66400 t/km2.a
42mm/a
南方： ≥ 1000t/km2.a 强烈侵蚀
19.61~29.42 39.23 47.07 54.92 ≥98.07
植被的影响
对径流流速的影响：地表粗糙度、单宽流量 对径流流量的影响：截留、入渗 对地表结皮的影响：枯枝落叶
四、对土壤抗蚀性的影响
土壤的抗蚀性指标
DR－土壤分散率
侵蚀率:
BR DR.ME Col
ME－水分当量 Col－土壤胶体含量
rv2 fs
8g τ 径流作用于土壤的剪切力 fs－土壤因子 v－径流的流速 r－径流的密度
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回目录页
不同林分径流量与流速的比较
项目
裸地
草地
油松
刺槐
沙棘
虎榛子
油松×刺 槐
流量(%) 100
55．23 35．00 15．00 12．13 11．93 12．42
流速(%) 100
60．23 36．22 13．22 11．41 6．18 10．06
水土保持林－控制土壤侵蚀的重要生物措施
庞大的根系固持、网络、改良土壤； 枯枝落叶层消灭降雨动能，拦截、过滤、分散径流； 树干对土体的支撑； 林冠及地被物对降雨的拦截； 土壤较高的渗蓄能力； 生物小循环对土壤理化性质的改良。
生物措施的特点
从根本上改善生态环境条件；
控制侵蚀的效益随林龄的增加而增加；
裸地 相关系 数 +0.930 11.0
+0.506
+0.874
注：P－植冠下，M－植冠间隙，LD－叶片滴下雨滴的位置
小结
1. 林冠是否可以起到消能的作用，决定于林冠的 特性与高度；
2. 在林冠截留未饱和时可以起到一定的消能作用； 3. 一般在高强度降雨时可以起到消能作用，在低
强度降雨时作用有限； 4. 当林冠高度达到8－9m以上时，V Vk； 5. 水土保持林配置：复层结构，垂直郁闭度、降
3.动能
E=1/2mv2
m
体积
直径d, m=f(d), m=π/6.d3.ρ
V
降落高度h, v=f(h) ,v=gt
E=f(d,h)
终点速度Vk
雨滴在降落过程中，重力和空气阻力 达到平衡时雨滴所具有的最大速度。
林冠高度＞8～9米时，可达到Vk； 林冠高度＜8～9米时，达不到Vk。
林内外降雨动能差别
坡度
10％ 2％ 49％
减少侵蚀量
62.5％ 64.3% 62.6%
黄土人工林
西峰：植被的平均减沙效益为99％。
10年生刺槐有林75.1－99.0，陡坡退耕为76.9－99.85%。
延安：人工林减沙83.4－100%。
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