土壤细沟可蚀性快速测定方法

摘要

本发明涉及一种土壤细沟可蚀性快速测定方法，是通过选取一个坡面作为试验区，开挖相同规格的细沟，分别对细沟进行径流冲刷，测定并计算细沟流量与侵蚀率、细沟流速和径流剪切力，并以细沟的侵蚀率作为Y值，以径流剪切力为X值，绘制散点图，然后进行线性拟和，拟和直线的斜率即为细沟可蚀性值。本方法适用于各种不同的坡面条件，对试验环境的要求不高；占有较小的试验面积；试验布置简单，主要依靠供水装置；测定简便快速，在野外完成一次测定仅需要数小时；测定结果可靠。

说明书

技术领域

本发明属于水土保持技术领域，具体涉及一种土壤细沟可蚀性的快速测定方法。 

背景技术

水土流失是世界性的生态环境问题。水土流失不仅带走大量肥沃的土壤，造成土地退化，并且将泥沙、污染物质带入河流、湖泊与塘库，导致洪灾、水环境污染等一系列问题。 

坡面侵蚀，特别是细沟侵蚀是水土流失的重要原因。细沟可蚀性用来表示土壤抵抗细沟径流冲刷的能力，是定量计算坡面侵蚀的关键参数，现有的测定方法主要适用于室内条件，不能满足在自然坡面上快速测定细沟可蚀性的需要。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简便和快速，并且对试验设备和条件没有过高的要求，适用于野外各种复杂环境下土壤的细沟可蚀性快速测定方法。 

本发明的技术方案如下： 

一种细沟可蚀性快速测定方法，包括如下步骤： 

步骤一、地表处理 

选取一个坡面作为试验区，试验区顺着顺坡方向长不小于3m，宽不小于1.5m，坡度在5°-10°。去除试验区内地表杂草，使地表裸露，并对地表进行 翻耕，耙平，翻耕的深度为地表以下至少10cm。 

步骤二、细沟规格的确定： 

在试验区内按照顺坡方向开挖细沟5条，细沟长度L为2m，细沟横断面为U型，横断面宽度d为5cm，深度D为5cm，沟底与坡面平行，相邻细沟间距离10cm； 

步骤三、水分控制 

水分控制是测定的关键。因为细沟是在土壤含水量达到饱和的状态下开始发育，所以测定前需要通过各种措施保证土壤水分饱和：1)对试验区进行喷水，使表土尽量湿润；2)在试验区上方开挖水坑，并持续注入清水，通过下渗和侧渗，使试验区土壤下部饱和，以减少试验区表土水分的下渗；3)在试验区左右两侧开挖导流沟，并与上方水坑连通，保持径流持续在导流沟中流动，以从侧面保证试验区土壤的饱和。 

步骤四、测试设备布置 

在细沟的上坡方向上方有水源，水源通过供水管道给细沟供水，供水管道上有一个阀门控制径流的流量大小和关闭，在细沟上坡方向沟头放置双层塑料网垫；在细沟下坡方向出口安装集流槽，并连接塑料软管，用于将径流泥沙导出收集。 

步骤五、流量控制 

采用5个不同流量的清水径流通过双层塑料网垫分别对5个细沟进行冲刷，控制流量分别在2、4、6、8、10L/min左右。 

步骤六、细沟实际流量与侵蚀率测定 

每2min用量筒通过塑料软管取集留槽内全部的样品一次，记录样品体积V 与取样时间T₁，样品体积V单位为L，取样时间T₁单位为s，利用公式R＝V/T₁计算得到每个细沟内的实际流量R，流量单位为L/s； 

将每个量筒内的全部样品转入空盒重量为W₁的铝盒中，置入烘箱于105℃温度下烘干24小时，然后进行称重，获得干沙和铝盒总重量W₂，利用公式 计算得到细沟侵蚀率E，细沟侵蚀率E的单位换算成kg/(m²·s)； 

步骤七、细沟流速测定 

采用亚甲基兰溶液为染色剂，待细沟径流稳定后，在细沟入口滴入染色剂，记录染色剂随径流到达细沟出口的时间T₂，利用公式v＝L/T₂计算得到细沟径流的流速v，其中流速v单位为m/s，L为细沟长度，单位为m，T₂为测量时间，单位为s，重复3次取平均值； 

步骤八、径流剪切力计算 

利用公式 计算得到径流剪切力τ，式中，γ为水容重，取值9800N/m³；s为水力坡度，s＝sin(α)，α为地表坡度，单位为°；h为水深，单位为m；Q为流量，单位为L/s；d为细沟宽度，单位为cm；v为细沟流速，单位为m/s；最终计算得到的径流剪切力τ单位换算为N/m²； 

步骤九、细沟可蚀性计算 

以细沟的侵蚀率作为Y值，以径流剪切力为X值，绘制散点图，然后进行线性拟和，拟和直线的斜率即为细沟可蚀性值，细沟可蚀性值的单位为kg/(m²·s·Pa)。 

采用本发明的方法测定土壤细沟可蚀性，具有如下优点： 

1)适用于各种不同的坡面条件，对试验环境的要求不高；2)占有较小的 试验面积；3)试验布置简单，主要依靠供水装置；4)测定简便快速，在野外完成一次测定仅需要数小时；5)测定结果可靠。 

附图说明

图1为本发明试验区内示意图； 

图2为本发明细沟的截面图； 

图3为本发明具体实施例一的散点图。 

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明做进一步的阐述，以帮助对本发明的理解。本发明所采用的供水系统等测量设备均可在市场上购买或者简单加工得到。 

实施例一 

试验地点：中国科学院成都山地所万州生态环境试验站，具体位置在重庆市万州区长岭镇。 

具体步骤如下： 

步骤一、地表处理 

确定试验区，将一片坡度为10°的玉米地拔掉全部玉米，并连根清除干净。划出试验区沿着顺坡方向长度为3m，宽度为1.5m。将试验区内杂草清除干净，翻耕地表10cm土壤，并耙平。 

步骤二、细沟规格的确定 

如附图1、2所示，在试验区内按照顺坡方向开挖相同规格的细沟5条，细 沟长度L为2m，细沟横断面为U型，横断面宽度d为5cm，深度为5cm，沟底与坡面平行，相邻细沟间距离至少10cm； 

步骤三、水分控制 

开挖试验区上方水坑6以及两侧导流沟7，并使水坑和导流沟连通，将试验区上方水坑及两侧导流沟充满径流，使试验区充分饱和； 

通过下面三种方式保持土壤水分饱和，一是对试验区进行喷水，使表土水分饱和；二是在试验区上方开挖的水坑6中持续注入清水，通过下渗和侧渗，使试验区土壤下部饱和；三是保持径流持续在导流沟7中流动，从侧面保证试验区土壤水分饱和。 

步骤四、测试设备布置 

在细沟的上坡方向上面，有水源8，水源8通过供水管道10给细沟1供水，供水管道10上有一个阀门9。在使用时，通过阀门控制流量大小，将水通过双层塑料网垫2分别对5条细沟进行径流冲刷，在细沟下坡方向的出口安装的集流槽3用于收集冲刷下来的水和土壤，并通过连接的塑料软管4收集到量筒5中，进行下一步的测定。 

步骤五、具体测定和计算 

通过测定单位时间的径流体积与设计流量进行对比，调节供水系统径流流量，当测定流量超过设计流量时，将供水流量减少，当测定流量低于供水流量，将供水流量增加，反复调节供水阀门直至测定流量与供水流量的误差小于5％； 

将调节后的径流通过塑料网垫导入细沟； 

每2min用量筒通过塑料软管取集留槽内全部的样品一次，记录样品体积V与取样时间T₁，样品体积V单位为L，取样时间T₁单位为s，利用公式R＝V/T₁计 算得到每个细沟内的实际流量R，流量单位为L/s； 

采用亚甲基兰溶液为染色剂，待细沟径流稳定后，在细沟入口滴入染色剂，记录染色剂随径流到达细沟出口的时间T₂，利用公式v＝L/T₂计算得到细沟径流的流速v，其中流速v单位为m/s，L为细沟长度，单位为m，T₂为测量时间，单位为s，重复3次取平均值； 

测定的流量、流速如下表 

  流量(L/s)>  细沟流速(m/s)>  0.034>  0.23>  0.065>  0.30>  0.104>  0.41>  0.132>  0.41>  0.168>  0.38>

将每个量筒内的全部样品转入空盒重量为W₁的铝盒中，置入烘箱于105℃温度下烘干24小时，然后进行称重，获得干沙和铝盒总重量W₂，利用公式 计算得到细沟侵蚀率E，细沟侵蚀率E的单位换算成kg/(m²·s)；细沟侵蚀率如下表； 

  流量(L/s)>  含沙量(g/L)>  细沟侵蚀率kg/(m²·s)>  0.034>  4.6>  0.002>  0.065>  10.7>  0.007>  0.104>  8.4>  0.008>  0.132>  11.2>  0.015>  0.168>  11.5>  0.019>

通过公式 计算得到径流剪切力τ，式中，γ为水容重，取值9800N/m³；s为水力坡度，s＝sin(α)，α为地表坡度，单位为°；h为水深，单位为m；Q为流量，单位为L/s；d为细沟宽度，单位为cm；v为细沟流速，单位为m/s；最终计算得到的径流剪切力τ单位换算为N/m²； 

将计算出的细沟侵蚀率与径流剪切力分别作为纵坐标和横坐标绘制散点图 (见附图3)，拟和直线的斜率为0.0018，即细沟可蚀性为0.0018kg/(m²·s·Pa)。