复合侵蚀的受控模拟：降雨强度和冻融循环对风蚀作用在风成砂土中的不同影响

《Soil Science Society of America Journal》：Controlled simulation of compound erosion: Differential impacts of rainfall intensity and freeze–thaw cycles on wind erosion in Aeolian sandy soil

复合侵蚀对东北农业生态系统的影响及交互作用机制研究

　　

摘要

在中国东北部，由于该地区独特的气候和地形，复合侵蚀（包括水蚀-风蚀以及冻融-风蚀相互作用）现象十分普遍。这些过程对农业生态系统构成了严重威胁。然而，关于在土壤条件一致的情况下，水蚀和冻融循环对风蚀的不同影响的研究仍然有限。本研究利用受控的室内模拟实验，探讨了水蚀和冻融作用后风蚀的特征及其相关的土壤性质。风成沙土样本分别经历了模拟降雨（0、50和100毫米/小时）和冻融循环（0、1、7和15次），随后在风洞中以9-15米/秒的风速进行测试。结果表明，与单独的风蚀相比，降雨处理（50和100毫米/小时）显著抑制了随后的风蚀作用，使风蚀率降低了95.5%-98.4%，同时减少了沉积物的输送高度20-34厘米。相比之下，未经冻融处理的土壤，风蚀率随着风速和冻融循环次数的增加而增加，从一次循环后的53%上升至15次循环后的246%。在50和100毫米/小时的降雨强度下，降雨使土壤的抗剪强度提高了45.7%-69.1%，并使土壤紧实度增加了2.9-5.9倍；而冻融循环则使土壤的抗剪强度降低了37.5%-47.0%，土壤紧实度减少了40.4%-72.5%。随着降雨强度和冻融循环次数的增加，土壤中的有机碳（C）、总氮（N）和碳酸钙（CaCO₃）含量也随之减少。此外，降雨强度对风蚀率有显著的直接负面影响，并通过改变小于0.25毫米的土壤颗粒（WT_<0.25?mm）间接降低了风蚀率；而冻融循环则对风蚀率有显著的直接影响。这些发现为易受复合侵蚀影响地区的土壤保护策略制定提供了重要依据。

通俗语言总结

在中国东北部，复合侵蚀（包括水蚀-风蚀和冻融-风蚀相互作用）很常见，对农业生态系统构成严重威胁。然而，关于在土壤条件一致的情况下，水蚀和冻融循环如何不同地影响风蚀的研究仍然不足。本研究在受控的室内条件下，研究了水蚀和冻融处理后风蚀及土壤性质的变化。结果显示，降雨可以减少风蚀率，而冻融循环则会增加风蚀率。降雨增强了土壤的抗剪强度和紧实度，而冻融循环则降低了这些性能。降雨强度对风蚀率有显著的直接负面影响，并通过改变小于0.25毫米的土壤颗粒间接降低了风蚀率；相反，冻融循环对风蚀率有显著的直接影响。这些发现为易受复合侵蚀影响地区的土壤保护策略制定提供了关键依据。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。