复合侵蚀的受控模拟：降雨强度和冻融循环对风蚀作用在不同风成砂土中的差异性影响

《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

研究东北复合侵蚀中水蚀与冻融循环对风蚀的差异化影响，通过室内模拟降雨（0/50/100mm h?1）和冻融循环（0/1/7/15次），结合风洞试验发现降雨显著抑制风蚀（率降95.5%-98.4%），冻融则加剧风蚀（率增53%-246%），并影响土壤强度与结构。

　　

摘要

由于东北地区独特的气候和地形，包括水-风侵蚀以及冻融-风侵蚀在内的复合侵蚀现象非常普遍。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，水侵蚀和冻融循环对风侵蚀的不同影响的研究仍然有限。本研究通过受控的室内模拟实验，探讨了水侵蚀和冻融作用后风侵蚀的特征及其相关的土壤性质。实验中，风成沙质土壤样本经历了模拟降雨（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，与单独的风侵蚀相比，降雨处理（50和100毫米/小时）显著抑制了随后的风侵蚀，使风侵蚀率降低了95.5%-98.4%，沉积物搬运高度减少了20-34厘米。相比之下，未经冻融处理的土壤中，风侵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%上升到了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%，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（CaCO?）含量也随之减少。此外，降雨强度对风侵蚀率有显著的直接负面影响，并通过改变小于0.25毫米的土壤团聚体（WT<0.25 mm）对其产生间接负面影响；而冻融循环则对风侵蚀率有显著的直接影响。这些发现为易受复合侵蚀影响的地区制定针对性的土壤保护策略提供了重要依据。

通俗语言总结

包括水-风侵蚀和冻融-风侵蚀在内的复合侵蚀在东北地区较为常见，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，水侵蚀和冻融循环如何不同地影响风侵蚀的研究仍然不足。本研究在受控的室内条件下，研究了水侵蚀和冻融作用后的风侵蚀及其相关土壤性质。结果表明，降雨可以降低风侵蚀率，而冻融循环则会增加风侵蚀率。降雨增强了土壤的抗剪强度和紧实度，而冻融循环则减弱了这些特性。降雨强度对风侵蚀率有显著的直接负面影响，并通过改变小于0.25毫米的土壤团聚体对其产生间接负面影响；相反，冻融循环则对风侵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。