土壤风蚀原理和研究方法及控制技术 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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编辑推荐

适读人群 ：本书可供从事土壤风蚀、土壤侵蚀、流体力学、环境保护科技工作者和相关专业的师生和管理者参考使用。
《土壤风蚀原理和研究方法及控制技术》可供生态学?地理学?水土保持?环境保护等领域科研?工程技术人员和高等院校相关专业师生和管理人员参考?

内容简介

　　《土壤风蚀原理和研究方法及控制技术》以土壤风蚀原理?研究方法及控制技术为核心, 详细介绍了土壤风蚀的影响因素?起尘机理和造成的综合影响?土壤风蚀研究方法和预报预测方法?控制措施和效果评估等? 内容包括: 土壤风蚀的基本概念?国内外土壤风蚀的研究现状?我国土壤风蚀分区; 土壤风蚀的影响和危害;土壤风蚀形成的机理和影响因素; 土壤风蚀起尘机制和运动规律; 土壤风蚀研究方法; 土壤风蚀预报WEPS 模型; 同位素示踪研究方法; 土壤风蚀的控制技术及效果评估等?

目录

目录
第1章绪论1
1.1土壤风蚀的基本概念1
1.2国内外土壤风蚀研究发展历程1
1.2.1国外土壤风蚀研究历程1
1.2.2国内土壤风蚀研究历程5
1.3土壤风蚀类型分区及强度分级7
1.3.1土壤风蚀类型7
1.3.2土壤风蚀强度与程度9
1.4我国土壤风蚀现状12
1.5土壤风蚀研究内容13
参考文献15
第2章土壤风蚀造成的影响及危害18
2.1土壤风蚀对土壤理化性质的影响18
2.1.1土壤风蚀造成土壤养分含量降低18
2.1.2土壤风蚀影响土壤机械组成20
2.2土壤风蚀对植物生长及农牧业的影响21
2.2.1沙尘对植物生长的影响21
2.2.2土壤风蚀对农牧业的影响23
2.3土壤风蚀对气候的影响24
2.3.1土壤风蚀对低层大气的加热效应25
2.3.2土壤风蚀对区域降水的影响25
2.4土壤风蚀对人类生活及健康的危害26
2.4.1沙尘影响环境空气质量26
2.4.2沙尘影响交通安全28
2.4.3沙尘天气影响电力通信29
2.4.4沙尘对人类健康的危害30
2.5土壤风蚀对土壤碳库的影响32
2.5.1土壤风蚀起沙阶段土壤碳库的变化32
2.5.2土壤风蚀物输运阶段土壤碳库的变化33
2.5.3土壤风蚀物沉积区土壤碳库的变化33
参考文献34
第3章土壤风蚀形成的原理和影响因素38
土壤风蚀原理和研究方法及控制技术
3.1土壤风蚀形成的力学原理38
3.1.1风力作用38
3.1.2土壤运动43
3.2土壤风蚀形成的气象条件49
3.2.1风49
3.2.2降水50
3.2.3土壤湿度52
3.2.4气温53
3.3土壤风蚀形成的地表状况54
3.3.1植被覆盖度54
3.3.2裸田地块长度57
3.3.3土壤结皮57
3.3.4土地利用方式58
3.4土壤风蚀形成的土壤内在条件60
3.4.1土壤含水率60
3.4.2土壤机械组成和团聚体结构62
3.4.3土壤组分特性67
3.5土壤风蚀形成的人为因素67
3.5.1耕作68
3.5.2放牧68
3.6风蚀荒漠化的成因和分布69
3.6.1风蚀荒漠化的成因及分布69
3.6.2中国部分地区风蚀简介71
参考文献74
第4章土壤风蚀起尘机制和运动规律77
4.1近地层风特性77
4.1.1大气边界层及近地层77
4.1.2近地层风的流态特征78
4.1.3风速沿垂直高度的分布79
4.2风沙运动83
4.2.1沙粒起动机制83
4.2.2沙粒起动风速及影响因素88
4.2.3沙粒运动形式94
4.3风沙流的结构特征95
4.3.1风沙流分布规律96
4.3.2风沙流结构指标98
4.3.3影响风沙流结构的因素分析99
4.4风沙流输移特性103
4.4.1输沙通量的垂线分布103
4.4.2输沙通量的水平分布104
4.4.3输沙率106
参考文献108
第5章土壤风蚀研究方法110
5.1输沙量调查110
5.1.1输沙量野外观测110
5.1.2输沙量的分布测试112
5.1.3基于输沙量实验结果的数值模拟112
5.1.4不同输沙量下风沙流结构的野外观测114
5.2沙丘移动状况调查116
5.2.1沙丘类型116
5.2.2沙丘移动方式116
5.2.3沙丘移动速度117
5.2.4沙丘移动调查118
5.3地表粗糙度调查124
5.3.1粗糙度概念124
5.3.2不同地表状况下的地表粗糙度调查124
5.4风蚀地貌调查132
5.4.1沙源调查132
5.4.2风蚀地貌调查133
5.5土壤抗蚀性调查138
5.5.1根据土壤理化性质研究土壤抗蚀性138
5.5.2利用风洞实验研究土壤抗蚀性140
5.6近地表风速廓线调查144
5.6.1大气边界层模拟研究144
5.6.2风速廓线调查及模拟147
参考文献149
第6章土壤风蚀模型154
6.1国外土壤风蚀模型154
6.1.1WEQ风蚀模型154
6.1.2帕萨克(Pasak)模型155
6.1.3波查罗夫(Bocharov)模型155
6.1.4得克萨斯侵蚀分析模型(TEAM)156
6.1.5克拉瓦洛维克(Cravailovic)风蚀模型156
6.1.6修正的风蚀模型(RWEQ)156
6.1.7Gillette粉尘释放模型160
6.1.8邵亚平的风蚀评价模型(WEAM)160
土壤风蚀原理和研究方法及控制技术
6.1.9DPM粉尘释放模型161
6.1.10Dustran模型162
6.1.11USEPA推荐的模型163
6.1.12WEPS风蚀预报模型系统164
6.2我国土壤风蚀模型166
6.2.1区域土壤风蚀量统计模型166
6.2.2黄富祥等毛乌素沙地模型167
6.2.3土壤风蚀一类随机过程模型167
6.2.4河北多元统计模型167
6.2.5旱地保护性耕作土壤风蚀模型168
6.2.6赵勇等的分布式土壤风蚀模拟模块169
6.2.7中国科学院寒区旱区环境与工程研究所的风蚀模型169
参考文献171
第7章土壤核示踪技术方法174
7.1土壤核示踪技术方法简介174
7.2土壤核示踪技术研究现状174
7.3土壤核示踪技术特点175
7.4核示踪技术中示踪剂的示踪原理176
7.4.1137Cs示踪技术176
7.4.2210Pbex示踪技术179
7.4.37Be示踪技术181
7.4.4多核素联合示踪土壤侵蚀182
7.5利用核示踪技术计算土壤侵蚀量与速率183
7.5.1137Cs示踪技术的土壤侵蚀速率模型183
7.5.2210Pbex示踪技术的土壤侵蚀速率模型191
7.5.37Be示踪技术的土壤侵蚀速率模型196
7.6核示踪技术在土壤风蚀研究中的应用198
7.6.1137Cs示踪技术在土壤风蚀研究中的应用198
7.6.2210Pb示踪技术在土壤风蚀中的应用203
7.6.37Be示踪技术在土壤风蚀中的应用203
7.6.4137Cs?210Pbex?7Be示踪技术比较206
7.7稀土元素(REE)示踪技术206
7.8不同核素的联合使用207
参考文献208
第8章土壤风蚀控制技术及其效果评估212
8.1保护性耕作技术212
8.1.1保护性耕作的概念和原理212
8.1.2保护性耕作的分类214
8.1.3保护性耕作技术的主要内容215
8.1.4我国保护性耕作存在的主要问题218
8.1.5我国发展保护性耕作的对策219
8.2抑尘剂技术220
8.2.1抑尘剂的概念及作用机理220
8.2.2抑尘剂的发展221
8.2.3抑尘剂的分类224
8.2.4抑尘剂的成本及效益228
8.2.5抑尘剂的应用229
8.2.6抑尘剂存在的主要问题229
8.2.7抑尘剂的发展建议230
8.3防风林技术231
8.3.1防风林的概念231
8.3.2防风林分类232
8.3.3防风林规划设计原则234
8.3.4防风林营造技术要求235
8.3.5我国防风林营造中存在的主要问题238
8.3.6我国防风林建设的对策239
8.4沙障技术240
8.4.1沙障技术的概念240
8.4.2沙障技术的材料选择241
8.4.3沙障设置的技术要求243
8.5防风网技术244
8.5.1防风网的概念和原理244
8.5.2防风网分类244
8.5.3防风网防护效果的影响因素245
8.5.4防风网的安装设计246
8.5.5防风网技术的发展方向248
8.6土壤风蚀防治效果评估技术249
8.6.1地区植被恢复状况评估249
8.6.2土壤风蚀量变化的测算251
8.6.3土壤风蚀防治的综合效益评估252
参考文献268

精彩书摘

第1章绪论
土壤是人类赖以生产和生活的基本自然资源之一，“万物土中生”，多数陆地植物均以土壤为生长基质，土壤也是人类衣食住行的基础?然而，自然力和人力的双重作用导致土壤风蚀量超过土壤最大容许流失量，进而影响土壤肥力?造成空气污染等，产生了一系列生态环境问题?因而，土壤风蚀已成为全球环境?土壤?生态?水土保持等领域研究的热点问题?本章从土壤风蚀基本概念着手，介绍了国内外土壤风蚀研究的发展历程，土壤风蚀的分类分级，然后简要介绍土壤风蚀研究的主要内容，为从总体上宏观了解土壤风蚀服务?
1.1土壤风蚀的基本概念
科学的风蚀概念以侵蚀概念为基础?侵蚀(erosion)的定义为:在各种外在物质，即外在地貌因子作用下，土壤层或其下基岩，即土壤圈和岩石圈的破损?这些外在地貌因子包括水?雪?冰?气(风)?风化物?有机体(植物和动物)及人类等?按外营力性质可将侵蚀分为水蚀?风蚀?重力侵蚀?冻融侵蚀和人为侵蚀等类型?风蚀是一种主要的侵蚀类型?根据侵蚀的概念将风蚀定义为:气流(风力)作用下土壤圈或岩石圈的破损?土壤侵蚀分类分级标准(SL190—1996)中给出的风蚀定义为:在气流冲击作用下，土粒?沙粒或岩石碎屑脱离地表，被搬运和堆积的过程?土壤风蚀是指松散的土壤物质被风吹起?搬运和堆积的过程以及地表物质受到风吹起的颗粒的磨蚀作用?可见，土壤风蚀是在风力作用下，土壤颗粒发生位置移动的过程?
1.2国内外土壤风蚀研究发展历程
1.2.1国外土壤风蚀研究历程
国外土壤风蚀研究可以追溯到古希腊时代，但是直到20世纪30年代，土壤风蚀造成的土地沙化?空气污染等才引起了全世界的广泛关注，由此推动了土壤风蚀科学的产生和发展?总体来看，国外土壤风蚀研究可大致分为以下几个阶段?
(1)第一阶段:20世纪30年代以前，土壤风蚀研究萌芽阶段
20世纪30年代以前，土壤风蚀研究尚处于定性描述阶段?人们对风蚀的科学认识多是在探险或野外考察基础上逐渐积累起来的，多属于感性认识，如Ehrenberg在1847年描述了从非洲输送到欧洲的大气粉尘，奥布鲁切夫于1895年分析了中亚地区的风化作用和吹扬作用?尽管这一阶段的风蚀观察或探险研究相对简单，土壤风蚀原理和研究方法及控制技术缺乏系统性，但是这些定性描述为后来进一步研究土壤风蚀提供和积累了宝贵的原始资料?以Free为代表的科学家从风与土壤颗粒的相互作用?风蚀物质的流失与搬运等方面初步总结了土壤风蚀的认识成果，并认为通过增加土壤水分和有机质含量，改良土壤结构，增加作物残留物?构建防风带等措施均可减轻土壤风蚀?
(2)第二阶段:20世纪30~50年代，土壤风蚀研究定量化阶段
这一阶段是土壤风蚀研究从定性描述到科学化?定量化研究飞跃的阶段?20世纪30年代中期，R.A.Bagnold以其深入利比亚沙漠所获得的丰富的野外观测资料及大量室内风洞模拟实验结果为基础，创立了风沙物理学，使土壤风蚀研究进入崭新的动力学研究阶段?其代表作《风沙和荒漠沙丘物理学》(1941年)标志着土壤风蚀定量化研究的开始，从此开始了土壤风蚀研究的历史新纪元?《风沙和荒漠沙丘物理学》论著全面系统地分析了单个沙粒的运动物理学?小尺度作用?泥沙集聚?沙丘内部结构?沙丘演变与移动和鸣沙等方面，得出许多重要结论?该书多年来一直是人们风蚀研究的必备经典书籍?
20世纪30年代末至50年代，美国中西部大平原和原苏联中亚地区的灾难性“黑风暴”事件，激发了科学界对土壤风蚀研究的热情?土壤风蚀研究从此大规模展开，研究内容涉及风蚀动力学机制?风沙流的磨蚀作用?风蚀流失量估算?土壤理化性质对土壤风蚀的影响?土壤风蚀防治措施等研究工作，初步构建了土壤风蚀研究的理论体系，标志着土壤风蚀研究向定量化研究飞跃?美国的W.S.Chepil的工作较全面和系统，成为现代土壤风蚀科学研究的开拓者?他对土壤风蚀领域的重要贡献主要涉及风蚀力学机制?土壤风蚀因子?土壤风蚀流失量估算?风蚀强度等级及土壤特性，如地表粗糙度?土壤结构稳定性?土壤水分?土壤容重?土壤机械组成?土壤结构?土壤有机质等因子与土壤抗蚀性间关系以及土壤风蚀采样器———集沙仪等方面?50年代中期，苏联的雅库波夫等通过野外观测和风洞模拟试验，研究了微地形?土壤?植被等环境条件与土壤风蚀的关系，为建立和完善防治土壤风蚀的综合农业措施做出了突出贡献?与此同时，包括机械措施?生物措施?农田管理等在内的一系列防治土壤风蚀的措施在实验室模拟研究和野外应用同步开展起来，此时土壤风蚀定量研究已转向土壤风蚀防治措施研究，即土壤风蚀研究从理论研究向应用研究转变?
(3)第三阶段:20世纪60~70年代，土壤风蚀理论的检验与完善阶段
这一阶段从广度上继续进行土壤风蚀的研究?
20世纪60年代，计算机的广泛应用为土壤风蚀研究增加新的手段，数学?物理学?系统科学等的深入渗透使土壤风蚀研究在理论领域得以长足发展?1965年，美国学者Woodruff和Skiddoway基于大量的实验观测数据提出了第一个用于估算田间年风蚀量的著名的风蚀模型(WEQ)?该模型包括气候因子?土壤可蚀性因子?地表粗糙度参数?地面裸露区域的长度和植被覆盖因子共5组11个变量，其中土壤可蚀性与气候因子是最关键的变量?WEQ是美国农业部多年土壤风蚀研究的核心成果，目的在于确定各风蚀因子在土壤风蚀中的作用，进而制定风蚀防治措施?WEQ成为美国官方预报土壤风蚀的正规模型，被编入《农业手册》和《中西部地区水蚀和风蚀量的计算(蓝皮书)》?WEQ风蚀模型中各变量间的关系相当复杂，难以用简单明确的数学公式表达?E.L.Skidmore等于1970年用FORTRAN语言设计程序和滑动计算尺求解WEQ的各种函数关系，以方便该模型的使用?土壤风蚀模型的构建是土壤风蚀研究史上最具有里程碑意义的重要事件，这一风蚀模型的提出标志着土壤风蚀研究实现从现状研究向预测研究的重大转变?这一阶段的模型研究基本上是经验性的，主要考虑的是影响风蚀的关键变量?科学家开始更多地关注风蚀起尘释放的颗粒粒径?化学和矿物学特征及风蚀尘的远距离输送问题;20世纪60年代以后，随着风蚀机理的发展，一些能模拟风蚀物理过程的数学模型逐渐被建立起来?但是，因风蚀问题涉及面广，风蚀基本规律中仍然有许多问题不清楚?(4)第四阶段:20世纪80年代以来，土壤风蚀研究深化阶段这一阶段，从深度和广度上继续深化土壤风蚀模型和起尘机理研究?
20世纪80年代，随着人们对于认识土壤风蚀对全球大气?陆地和海洋影响作用的逐步深入，地理信息系统(GIS)和遥感技术(RS)以及流体力学软件的发展及其在土壤风蚀研究中的广泛应用，可移动式风蚀风洞?风蚀测量仪器和方法以及保护性耕作技术设备的日臻完善，土壤风蚀科技工作者在土壤风蚀尘的起?扬?飘?落的实地观测?卫星遥感观测?风洞模拟和模型模拟以及流体力学模拟等方面开展了大量理论和实证研究与应用?就起尘模型而言，在一些野外风蚀起尘观测和室内风洞实验研究以及风沙物理学理论的支持下，一些学者提出了很多半经验模型，从而可以在时空变化上考虑风蚀过程，克服了经验模型的不足?例如，美国农业部专家组综合风蚀科学?数据库及计算机技术等推进土壤风蚀预报研究，经过修正风蚀方程(RWEQ)的过渡，于20世纪90年代推出了风蚀预报系统(WEPS)，取代曾广泛使用的WEQ?WEPS具有模拟田间条件和土壤风蚀时空变异的能力，不仅能模拟基本的风蚀过程，还能模拟改变土壤风蚀易感性的过程，同时可以分别给出跃移?蠕移和悬浮土壤流失量，这对于研究土壤风蚀对城市环境空气质量的影响至关重要?WEPS是目前最完整?手段最先进的风蚀预报模型，是进行风蚀定量评价?指导风蚀防治实践?协助环境规划与管理的重要技术工具?这一时期，还出现了波查罗夫模型?德克萨斯侵蚀分析模型(TEAM)?Gillette等的模型?修正风蚀方程(RWEQ)?Shao等(1996)的风蚀评价模型(WEAM)?DPM起尘释放模型?Dustran模型等?但这些模型多数是针对农田风蚀而建立的，计算复杂，在实际中的可操作性和可利用性较差?这些模型有助于人们认识起尘机制，为治理风蚀和环境评价提供参考依据?90年代以后，又将土壤风蚀模型与地理信息系统集成起来，可更方便预测预报土壤风蚀?美国农业部WEPS模型目前已经更新到1.3.9(2013-10-30)版本，下载网址:https://www.ars.usda.gov/services/software/download.htm?softwareid=415&modecode;=54-30-05-20?该模型已经在国外广泛应用，尤其是美国正在应用该模型开展全国的土壤风蚀估算?
集沙仪是风蚀研究中重要的风蚀物采集仪器?就集沙仪而言，自20世纪40年代拜格诺研发的第一代集沙仪问世以来，长期以来一直处于探索阶段，直到80年代才开始进入发展黄金期，并向市场化方向发展?这一时期，典型的集沙仪有两款:一款是Wilson和Cooke于1980年设计并由Kuntze于1990年进行了稍许改进的MWAC集沙仪;另一款是土壤风蚀原理和研究方法及控制技术Fryrear于1986年研发并于1993年改进的BSNE集沙仪?其中，MWAC集沙仪由100mL塑料瓶?玻璃进风管和出风管3部分构成，该集沙仪结构简单，进风管可保证时刻正对风向，并能单点采集不同高度的尘粒，Goossens和Offer(2000)通过比较6种集沙仪之后发现，MWAC集沙仪的收集效率可达到90%~95%，且受风速影响较小;而Sterk(1993)的研究表明，MWAC集沙仪的收集效率只有47%?BSNE集沙仪制作简单，操作方便，可用于长期野外风沙观测而无需频繁维修，既可保证其进沙口正对风向，也可单点采集不同高度的风蚀物?目前，国外BSNE集沙仪已较多地用于田间土壤风蚀观测中，而且市场上销售的BSNE集沙仪有标准型?改进型和组合型3种类型?对BSNE集沙仪集沙效率的实验研究表明，在10.4~15.7m/s风速下，洗过的沙粒或者粒径小于250mm的沙粒的集沙效率平均高于89%?
风蚀风洞是土壤风蚀研究中必备的室内外模拟装置，在风蚀研究中具有举足轻重的地位，尤其是可移动式风蚀风洞的研发为野外真实地表土壤风蚀研究创造了条件?可移动式风蚀风洞的应用可追溯到20世纪40年代初，Chepil和Milne便开始使用可移动式风蚀风洞研究农田土壤的飘移问题，但设计者和建造者没有公开或发表该风洞的设计资料?美国农业部土壤风蚀实验室对土壤风蚀研究与发展以及风蚀风洞的设计与制作做出了重要贡献，自1947年，逐步研发了室内风沙环境风洞和野外可移动式风蚀风洞?Zingg(1951)设计了一座可移动式风蚀风洞，并首次发表了该风洞的设计和结构资料，该风洞目前仍然在使用?Ambrust和Box于1967年在BigSpring风蚀试验站建造了改进型的可移动式风蚀风洞，用于测定种植作物对跃移颗粒磨蚀的敏感度，研究裸露农田作物的抗风蚀作用?Gillette等(1978) 土壤风蚀原理和研究方法及控制技术 下载 mobi epub pdf txt 电子书 格式

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