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风蚀指地表松散物质被风吹扬或搬运的过程,以及地表受到风吹起颗粒的磨蚀作用。干燥的土壤和地表上空相对稳定的风力是发生严重风蚀的主要条件。风蚀的主要形态为吹扬、跳跃、滚动、磨蚀和擦蚀。

简介

风沙对地表物质的吹蚀和磨蚀作用。风吹过地表时,产生紊流,使沙离开地表,从而使地表物质遭受破坏,称为吹蚀作用;风沙流紧贴地面迁移时,沙砾对地面物质的冲击、摩擦的作用,称为磨蚀作用。风使
风蚀过程示意图

风蚀过程示意图

作用在风日多、风速大的干燥区极为盛行。在陡峭的岩壁上,经风蚀形成大小不等、形状各异的小洞穴和凹坑,称为风蚀壁龛;孤立突起的岩石,经长期风蚀,易形成柱状,称风蚀柱,或形成顶部大、基部小的形似蘑菇的岩石,称风蚀蘑菇;松散物质组成的地面,经风吹蚀,形成宽广而轮廓不大明显的风蚀洼地,它们多呈椭圆形,成行分布,并沿主要风向伸展;干旱、半干旱区的耕地如无防风设施,很易受到风蚀,土粒吹蚀后形成风蚀沙地,沙粒及岩石碎屑吹蚀后,石砾或基岩裸露,称为砾漠或石漠(又称戈壁。)

主要形态

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。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<20μm的颗粒。在风蚀过程中,悬浮一般占总的土壤颗粒的3%~40%,搬运的高度最高、距离最远,是沙尘暴主要构成部分,土壤损失最为明显。由于比较细小的土壤颗粒通常含较多的有机质和营养物质,所以悬浮颗粒是最富含有机质和植物营养物质的部分。

蠕移

直径在500~1000μm大的土壤颗粒和团聚体,由于太大不能离开地表,但受跃移过程中旋转的颗粒碰撞冲击而松动,随风滚动。表面滚动占总的土壤颗粒的7%~25%,影响到当地的沉积并对植物产生伤害。

影响因素

20世纪40年代初,以Chepil为代表的美国农业部科学家对土壤风蚀防治进行了一系列的研究工作。经过60多年的时间,许多学者通过田间和室内便携式风洞试验对农田风蚀和沙尘扬起进行了一系列的调查研究,结果表明采取特殊的保护措施,如作物残茬覆盖,增加地表粗糙度以及改变土壤特性,有效地减少了农田风蚀土壤的
新藏公路沿线的风蚀地貌

新藏公路沿线的风蚀地貌

损失。土壤风蚀的严重性是由1)风速;2) 地表土壤物理特性;3) 地表覆盖及粗糙度状况决定的。
风速风速是风蚀的启动力,风速增加时,风向上抬起土壤的力和拖曳力也相应增加,引起大颗粒侵蚀,同时搬运能力也相应增加。如果在农田地表没有或很少保护的情况下,大风可以在短时间内搬运走大量的土壤。引起土壤颗粒在风流中开始移动的风速值叫临界风速值。临界风速值取决于土壤覆盖物和土壤的可侵蚀性。板结的或有不易侵蚀物质(如植物、残茬或石头等)覆盖的地表,临界风速将比光秃的、疏松表面土壤的临界风速高。
风蚀强度取决于风的侵蚀力,土壤或岩石的抗蚀性以及地表的粗糙度。风的土壤搬运量大约与风速的平方成正比。
一般情况下,表面越粗糙风蚀越轻,但极细微颗粒的光滑表面能够经受相当高的风速而不被侵蚀。
测量局部地块风蚀量E的方程可表示为:
E=f(I,e,k,L,N,)
式中I为土壤抗蚀性,e为局部性风的条件因子,k为地表糙率,L为与一定风向相对的地面宽度,N为植物覆盖度。研究表明,在距地表30厘米以上,风速急骤减小,风所挟带的沙粒90%以上在地表30厘米的高度以内,故近地表范围内的磨蚀与擦蚀作用最强烈。风蚀使土壤颗粒在空间上重新分布和分选,深刻地影响人类的生产和生活环境。

土壤特性

地表土壤物理特性包括土壤颗粒大小的分布和土块及结皮层的动态稳定性。
Chepil(1941年)在土壤特性方面做了大量的工作,研究水稳性团聚体和干土块与风蚀度之间的关系,Chepil和Woodruff指出直径小于0.84mm的颗粒最易于风蚀。因此,小于0.84mm的土壤颗粒增加时,易于被侵蚀的土壤粒子也相应增加。由于土壤风蚀是先发生分离,土块和结皮层的动态稳定性就显得尤其重要。土块、结皮层以及水分增加了土壤的凝聚力,从而减少了土壤分离和产生疏松粒子的数量。Chepil对含有不同比例侵蚀成分的土样进行了测试,通过测试运移的土壤量,计算出不同团聚体大小对地表的保护程度。结果表明,大得不能被风搬运的团聚体,才能提供最大程度的保护。

地表覆盖

Fryrear应用便携式风洞估计了平坦地表、已耕地表和含有非侵蚀性土块的已耕地表的土壤损失。结果得出,20%非侵蚀性土块覆盖的地表与无土块覆盖的地表相比,土壤损失减少56%;40%和60%.土块覆盖的地表分别减少82%和89%,地表粗糙度在控制风蚀方面是很有效的,并建立了土壤粗糙度系数与地表粗糙度之间的关系,定量方程为:k=e-0.48SR.
柴达木盆地的风蚀地貌

柴达木盆地的风蚀地貌

Hagen研究了作物残茬对风蚀的影响原因,结果表明:倒伏残茬抑制了地表土壤的扬起,增加了临界风速;直立残茬减小了土壤表面的摩阻速度并拦截了跃移的土壤;试验证明直立残茬比倒伏残茬对风蚀的控制更有效。Fryrear通过室内和田间风洞试验研究了倒伏残茬覆盖百分率与土壤损失的关系,当20%覆盖时,减少土壤损失[57%,50%覆盖时,减少土壤损失95%.其土壤损失比表达式为:SLRc=1.81e-0.072SC(R2=-0.94),但仅在8%~80%覆盖下验证了此方程。Bilbro和Fryrear[利用Fryrear(1985)的试验数为:
SLRc=e-0.0438SC(R2=0.94)。
SLR是指已知处理条件下被侵蚀土壤与平坦、裸露地表最大土壤损失之比。Horning(1998)等通过风洞模拟试验研究土壤损失比与地表粗糙度及地表覆盖率之间的关系,从图中可以看出他们均服从指数关系,把倒伏残茬覆盖和地表粗糙度分别作为独立变量,得出定量方程为[13]
SLR=e-0.5SC×e-0.52SR
式中 SLR——土壤损失比; SC——倒伏残茬覆盖率,%; SR——地表粗糙度,cm.
此式说明作物残茬保护地表是有效且可行的控制风蚀的方法,而地表粗糙度的增加,也可以明显地降低风蚀。对残茬覆盖和地表粗糙度能有效的减小风蚀的理解,可更好地开发和应用保护性耕作来减少农田风蚀、土壤源的损失以及沙尘暴的发生。

发生地区

风蚀主要发生在干旱、半干旱气候区和遭受周期性干旱的湿润地区。
中国风蚀地貌主要分布区在青海柴达木,南疆和田、罗布泊,东疆哈密、吐鲁番,北疆克拉玛依附近地区。柴达木风沙地貌中67%为风蚀地貌,尤其西北部,与构造线方向大致相同的强劲西风吹蚀第三纪泥、砂岩系,形成顺着风向排列的残余长丘,长10-100m甚至数千米。新疆罗布泊古楼兰雅丹地区风蚀地貌十分发育,有风蚀条形土墩与洼地相间组合的典型的雅丹地貌。和田以北麻札塔格(山)的风蚀蘑菇也很典型。东疆大风口七角井、天山达坂城、北疆老风口附近广布风蚀城堡、残丘言山等。克拉玛依东北乌尔和的风城平顶层状墩台,高10-30m。此外塔里木盆地东南部库姆塔格风蚀柱、吐鲁番西部的风蚀穴也都十分典型。

作用结果

由于岩石的性质、产状多种多样,风蚀结果造成雅丹地形:风蚀残丘、风蚀柱、风蚀谷、风蚀洼地、风城、风蚀壁龛、风棱石、石蘑菇等。千姿百态的风蚀景观,既有一定的科学研究价值又可供游览观光。增加植被覆盖,减低风速,扩大地表覆盖度,保蓄土壤水分,是防止风蚀的重要措施。

风蚀地貌

风力对地面物质的吹蚀和风沙的磨蚀作用,统称风蚀。风蚀作用形成风蚀地貌。中国沙漠地区的风蚀地貌,除被广大沙丘所埋没的以外,在大风区域还有广泛的出露,特别是正对风口的迎风地段,发育更为典型。主要分布在柴达木盆地的西北部,塔里木盆地东端的罗布泊洼地,东疆以及准噶尔盆地的西北部等地。由于岩层的性质和产状等因素的影响,它们具有种种不同的形态,主要是:

风蚀城堡

大部分见于岩性强弱相间的沉积岩(主要是砂岩泥岩等)地区。它们是在流水侵蚀的基础上,由于岩性软硬不同,导致差别性的风力吹蚀,从而形成许多层状墩台,相对高度多数为10~30米;有的由于岩层平铺,墩台顶部多平坦,故称“蚀余方山”;亦有生成宝塔状的。乌尔禾的“风城”就是其中最典型的代表之一。
乌尔禾“风城”位于准噶尔盆地古尔班通古特沙漠西北部的乌尔禾地区,方圆有数十公里。它发育在白垩纪岩层为主的构造台阶上,由岩性软硬不同的吐鲁谷砂岩和泥岩水平互层所组成。这里气候干燥、雨量少,但常以暴雨形式出现,冲沟相当发育。白垩纪地层一般都含有较多的盐分,在干燥气候条件下,风化盐化作用很强,造成一层疏松的风化壳,使地层表面变得很疏松。而这种疏松易受侵蚀的地层,又正位于准噶尔西部著名的大风口上,经常受到六七级以上大风的吹蚀。长期风化剥蚀,风的吹蚀的结果,在原来暴雨侵蚀地貌的基础上,形成了状如城堡、亭台楼阁、宫殿等蚀余方山地形。砂岩比较坚硬,当泥岩受到砂岩保护时,往往形成上部大、下部小的蕈状。此外,还有塔状、柱状等多种地形,甚至还有的象人形、有的象珍禽异兽等奇特形态,活龙活现,栩栩如生。蚀余方山的相对高度大都有二三十米,高者可达50米。从高处远眺,沟谷两旁不同形态的土体相互组合在一起,高低起伏,宛如一座古城废址中街巷两边栉比相连的断垣残壁。因为这种地貌形态主要是由风的吹蚀作用形成的,因此称之为“风城”。
像乌尔禾“风城”这样的风蚀地貌,还广泛见于新疆东部兰新铁路十三间房风口以南一带。这里常年刮大风,十三间房年平均风速有9.3米/秒;第三纪的红色砂岩受到强烈风蚀,“风城”地貌也十分典型。塔里木盆地东端罗布泊洼地,在楼兰古城东北孔雀河畔一带,新第三纪红褐色粉砂岩出露的地区,也有风蚀城堡分布,一般高20~25米,顶部平坦,古代烽火台多建于其上。

长丘地

风蚀长丘,形似一条细长的垄岗,长度一般在10~200米不等,也有延伸数公里的;高度多在10~20米,也有40~50米的。风蚀劣地,是一种支离破碎的残丘地面,丘体矮小,一般只有几米长,高度也不超过10米。它们多分布在背斜构造等非常发育,地层软硬相间,且风向又与构造方向相一致的地区。以柴达木盆地西北部分布最广,面积有2万多平方公里。

石窝

花岗岩、伟晶花岗岩、砾岩和粗砂岩等粗粒岩组成的向阳迎风的岩壁上,常常可以见到形状各异、大小不等而密集的孔穴,有的高可及人,远望犹如窗格和蜂窝,这种地貌称为石窝。它的形成是:沙漠地区白昼阳光强烈照射,使岩壁增热,岩体里的矿物体积膨胀;夜晚温度骤降,矿物体收缩。由于矿物的热力性质各不相同,其体积的膨胀和收缩也有差异。这样,一胀一缩,在不同矿物的界面间就产生了应力(膨胀时产生压应力,收缩时产生张应力),使矿物彼此松解,岩面风化剥落。此外,岩石内含有一些可溶性盐类,也可通过毛细管水上升到岩石表面,由于水分很快蒸发,盐分重新结晶,体积扩张,也使岩石表面松散破碎。风化的岩面,经风力的吹蚀,最初形成很多浅小的凹坑;以后,风挟带沙子就沿凹坑磨蚀(旋磨),使凹坑不断加深扩大,最后形成状如蜂窝的石窝(风蚀穴)地形。塔克拉玛干沙漠北部库车盐水沟的砂岩峭壁上,这种石窝十分发育;在吐鲁番盆地西北部一些石质丘陵的迎风坡上,也可见到这种蜂窝石。

石蘑菇

孤立突起的岩石,尤其是裂隙很发育的不大坚实的岩石,受到长期风蚀作用以后,形成上部大、基部小的地形,很像蘑菇,故称风蚀蘑菇,或石蘑菇。它形成的原因是由于近地面的气流含沙量大,孤突的岩石下部受到风沙的磨蚀较上部为甚,下部变得愈来愈小,最后变成上大下小的蕈状。特别是当下部的岩性较上部软弱,易于风化变得疏松时,更有利于风蚀蘑菇的形成。风蚀蘑菇在吐鲁番盆地西北部的石质丘陵地区,准噶尔盆地西北部的乌尔禾和塔克拉玛干沙漠西部麻扎塔格等地都可见到。风蚀蘑菇一般多是在基岩地区发育的风蚀城堡等地貌的一种附生形态。

风蚀雅丹

雅丹与上述的风蚀地貌不同,它是发育在第四纪河湖相的土状堆积物中,以罗布泊洼地西北部的古楼兰附近最为典型。罗布泊洼地西北部及甘肃西部疏勒河下游;风蚀雅丹地貌广泛分布,面积有2600平方公里,仅次于柴达木盆地的西北部,是中国第二个面积最大的风蚀地貌分布区。“雅丹”是维吾尔语“陡壁的小丘”之意,后来用它来泛指风蚀土墩和风蚀凹地相间的地貌组合。高起的土墩多作长条形,排列方向与主风向平行;相对高度多在4~10米,长度不等。土墩组成物质全为粉沙、细沙和沙质粘土水平互层,沙质粘土往往构成土墩顶面,向下风方向作1~2度的倾斜,四周由几种坡向的坡面组成,坡度通常上陡下缓。

白龙堆

在罗布泊盐碱地北部的东西两侧,粘土土墩的顶面是灰白色盐碱块;又因它弯曲而长,形状似龙,故名“白龙堆”。关于白龙堆,中国古书上早有记述。《汉书·地理志》中就有“白龙堆,乏水草,沙形如卧龙”的记载。《周书》西域传中更对白龙堆的分布位置作了叙述:“鄯善,古楼兰所治,城方一里,地多沙卤,少水草,北即白龙堆,西北有流沙数百里”。
雅丹地貌在喀什三角洲平原的西南部、吐鲁番盆地燕木什以南冲积平原等地也都有广泛分布。但由于长期受风蚀破坏,土墩面积变得愈来愈小,形成风蚀土丘,使地面崎岖起伏,支离破碎。

防治技术

美国

19世纪初美国大量采用铧式犁开荒,将数千万公顷干旱、半干旱草原开垦成农田,耕翻后多次耙压碎土、裸露休闲,几十年获得了好收成,粮食大量出口,为美国带来了丰厚的经济利益。至20世纪30年代,连续数年在美国西部刮起的举世震惊的“黑风暴”,大风在没有遮拦的农田裸地上横扫,成千上万吨表土被风刮走。1934年5月一场典型的沙尘暴从美国西部刮起,连续三天,横扫2/3国土,把3亿多吨土壤卷进大西洋。仅这一年美国毁坏300多万公顷耕地,冬小麦减产510万吨,导致16万农民倾家荡产逃离西部,留下的人生活极其困难,还有不少人死于沙尘暴引起的肺炎。
“黑风暴”惊醒了人们,推动了各种保水保土耕种方法的研究。经过半个世纪研究,开发出免耕法,并与退耕种草、植树造林建立防风屏障等措施相结合,有效地扼制住沙尘暴的再度猖獗。美国60%耕地实行免耕 法种植。免耕法核心技术:一是残茬覆盖。淘汰铧式犁,土壤不翻耕,秸秆覆盖田面;二是使用茬地播种机“铁茬”播种,随播种深施化肥;三是采用除草剂与浅锄相结合清除杂草。美国农业部农业研究中心(USDA——ARS)1979年报告,与传统耕作法对比,免耕、秸秆覆盖处理,土壤贮水量增加,径流量和蒸发量减少,增强土壤抗风蚀能力,从而提高了作物产量。

澳大利亚

澳大利亚干旱面积625 万km2,占国土面积81%.从20世纪初以来几十年翻耕作业,导致土壤风蚀和水蚀严重,土层变浅。科学家预测如不采取措施,100年后澳大利亚耕地面积将减少50%.20世纪 70年代以来澳政府在全国建立了保护性作耕试验站。大量实验证明秸秆覆盖是一项防止风蚀、保持水土的有效耕作方法。残茬覆盖减少水土流失90%,减少风蚀70%~80%(见表2)。

加拿大

加拿大位于北美,气候寒冷,夏季土壤休闲期长,土壤翻耕后,裸露休闲18~21个月。由于缺乏覆盖物导致土壤水分蒸发,增加土壤盐碱度和土壤风蚀、水蚀。20世纪50年代,加拿大开始研究保护性耕作。集中解决了免耕播种机、除草剂等关键技术,现在已全部淘汰铧式犁,实行残茬覆盖免耕播种。研究表明免耕法有利于减少土壤侵蚀,保蓄水分,改善土壤结构,增加作物产量。

前苏联

前苏联旱区分布在北纬50~53度,包括草原带与半荒漠带,约有耕地9700万hm2,年降雨量350~450mm.干旱、风蚀和水蚀是农业的主要威胁。风蚀面积7000 万hm2,沙尘暴是该地区的主要灾难。20世纪50年代试验无壁犁耕法,又叫马尔采夫耕作法。包括留高茬(20cm),、无壁犁深松35~40cm,茬地播种机播种,能保留雨雪,减轻风蚀、水蚀,提高作物产量,在前苏联得到大面积推广应用。

中国

免耕法是最大限度地减少土壤耕作和将作物残茬留于地表的一种耕作体系,是一种改良的、集约的、防治水蚀和风蚀的作物生产方法。免耕法耕作体系取消了耕翻、耙耱、平地等传统作业。只有条播作为主要作业保留下来,但比传统条播难度更大。相对坚硬的土壤和地表残留物增加了条播的难度。因此,免耕播种机要求切割土壤能力更强,同时能清理开沟器附近的残茬,不致造成种子堵塞。施肥通常和播种同时进行,肥料施在种子近旁。除草以化学除草为主,辅助以机械浅锄除草。
作物残留物覆盖能有效的减少大风引起的沙尘颗粒运动。一方面它可以吸收一部分风力,减少风对土壤的作用力;另一方面,由于把作物的残茬留在土壤表面,把根茬留在土壤里,它们都能保护土壤颗粒不被风力移动。

风蚀解说

魔兽争霸真三国无双3.9D路人解说之一。第一次在YY2426马蜂真三竞技公会崭露头角,生涩腼腆。曾被夜未眠小队队长采乐邀请至小队担任视频解说,渐渐地,在各大真三竞技公会都时有风蚀的影子,从一个羞涩小男生蜕变成如今的寂寞老男人。
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