黄土高原水蚀风蚀交错带土壤风蚀规律的Be-7示踪研究

Soil erosion is strong in the Wind-Water Erosion Crisscross Region of the Loess Plateau due to the combined action of water and wind. Most research focused on soil water erosion in this region so far, while that on wind erosion was very limited, which may be caused by without suitable techniques and methods. This study will choose beryllium-7 as a tracer, use erosion plots, field investigation, remote-sensing image and GIS analyzing, to study the pattern of soil wind erosion in the Wind-Water Erosion Crisscross Region of the Loess Plateau. Beryllium-7, whose content decreases obviously with the increasing of soil depth, is selected since it has high sensitivity to soil erosion or sedimentation. Based on research results of soil wind erosion, this project will clarify the background value of Be-7, and its distribution in the soil profile during the windy months; study the wind erosion at different slope gradient; estimate wind erosion rate for farmland at the conditions of standing crop residue kept and bare surface left; show the distribution of wind erosion rate on different positions of a loess hill, and analyze main influence factors; state impacts of vegetation distribution to wind erosion on loess hill slope with the cross distribution of vegetation and bare soil surface, and discuss interrelations of their distribution. This project provides a theoretical basis for further study of the development of wind erosion estimation model, soil erosion monitoring and control, and wind-water erosion mechanism in the Wind-Water Erosion Crisscross Region of the Loess Plateau.

黄土高原水蚀风蚀交错带受水力和风力两相侵蚀的耦合作用，土壤侵蚀极其强烈。目前对该区域的土壤水蚀规律已有较深刻的认识，但对风蚀规律的研究，由于受到研究方法的限制而明显不足。本项目利用Be-7在土壤表层垂直分布变化明显，对土壤侵蚀和沉积敏感性高的特点，基于已有的研究成果，在典型区域采用建立风蚀观测小区、野外调查、遥感与地理信息系统相结合的方法，弄清研究区风蚀期土壤的Be-7背景值及其剖面分布特征；阐明不同坡度坡面土壤风蚀量与坡度的关系；估算坡耕地在裸露和留茬条件下的风蚀速率，揭示坡面风蚀速率的空间分布特征及其主要影响因素；分析斑块状植被的坡面分布与土壤风蚀强度的空间关系。通过对上述规律的研究，为黄土高原水蚀风蚀交错带土壤风蚀估算模型的建立，土壤侵蚀监测、防治及风水复合侵蚀机理的深化奠定理论基础。

黄土高原水蚀风蚀交错带受风蚀和水蚀的交错作用，土壤风蚀潜能高于风蚀为主和水蚀为主的区域，成为黄土高原的高侵蚀中心。目前对该区域的土壤侵蚀研究，尤其是风蚀研究十分欠缺。因为风蚀现行研究技术方法的精度和风蚀颗粒的难追踪性。项目基于Be-7示踪技术，通过在水蚀风蚀交错带选择典型坡面修建风蚀观测小区，研究了水蚀风蚀交错带典型土壤类型的Be-7背景值及其在土壤剖面中的分布特征，明确了坡面风蚀速率空间分布规律，建立了风蚀速率与坡度之间的相关系，在田间尺度对比分析了不同措施下坡耕地的土壤风蚀情况，并提出了研究区域有效控制坡耕地土壤风蚀的办法。研究结果表明，对研究区域的代表性土壤类型（粉粘土、沙土、沙壤土和粉壤土），Be-7均主要分布在0-1 cm土层内，随土层深度增大呈指数递减，Be-7背景值在风季均低于雨季，Be-7背景值受土壤类型和降雨量的共同影响。土壤张弛质量深度（h0）在风季均大于雨季，该值与土壤粘粒含量和降雨量线性负相关。风蚀速率空间分布和近地表跃移颗粒的方向分布体现了研究区域的有效合成风向（北风）下垫面微地形变对风蚀的影响。在0°-25°范围内，土壤风蚀速率随坡度增大呈线性或指数增大，但20°是个转折坡度，当坡度>20°时，风蚀速率的增大速率较小坡度条件下减缓。在田间尺度，对分别位于迎风坡和背风坡的翻耕裸露和留茬坡耕地层土壤的Be-7活度分析发现，坡向和耕作措施均对土壤风蚀有显著的影响。风蚀主要发生在迎风坡面，背风坡的风蚀速率显著小于迎风坡。在坡面部位、坡向、坡度等条件类似条件下，翻耕后裸露的坡耕地土壤风蚀速率远大于留茬耕地。该现象表明免耕、留茬能有效控制土壤风蚀。因此，建议在研究区域采取免耕、留茬的方法有效控制土壤风蚀。本研究确认了Be-7示踪技术在该区域土壤风蚀研究中的适用性，为区域土壤侵蚀研究提供了简单可行的方法，也为开展该区域的风水交错侵蚀研究奠定了基础。