土壤侵蚀原理

土壤侵蚀原理第一章绪论1.1课程性质及使用对象1.2课程涉及范围及与其他课程关系1.3土壤侵蚀及其危害1.4土壤侵蚀原理研究历史与现状1.1课程性质及使用对象本书是高等院校“水土保持与荒漠化防治专业”本科生学习“土壤侵蚀原理”课程所用教材。“土壤侵蚀原理”是高等院校“水土保持与荒漠化防治”专业本科生的一门核心专业基础课程。本教材主要用于“水土保持与荒漠化防治专业”本科生教学，同时可供森林资源类和环境保护类有关专业本科生作为教学用书。也可作为水土保持与荒漠化防治、土地利用、国土整治、环境保护等方面从事科学研究、教学、管理和生产实践人员的参考书。1.2课程涉及范围及与其他课程关系1.2.1课程涉及范围“土壤侵蚀原理”课程涉及到水力学、水文学、土壤学、气象学、生态学和岩土力学等学科内容。在理论教学中，以讲授土壤侵蚀侵蚀形式、土壤侵蚀发生发展规律和分析影响土壤侵蚀的自然因子为主。在课程实习等实践教学环节中，要求学生较为深刻地认识在不同外营力作用下土壤侵蚀的发生发展过程。1.2.2与其他课程关系在土壤侵蚀规律方面，土壤侵蚀原理以与影响土壤侵蚀自然因素有关的学科为基础，在土壤侵蚀防治方面，随着新技术的不断应用，与许多学科发生了相互渗透、相互促进的作用。土壤侵蚀原理与气象学、水文学的关系主要体现在各种气象因素和不同气候类型对土壤侵蚀都有直接或间接的影响，并形成不同的水文特征。土壤侵蚀原理与地学的关系主要体现在地貌、地质及地理对土壤侵蚀量和土壤侵蚀过程的影响。土壤侵蚀与土壤学及土地资源学的关系体现在土壤、母质及浅层基岩是土壤侵蚀作用破坏的主要对象。不同的土壤具有不同的蓄水、透水和抗蚀能力。土壤侵蚀与流体力学、水力学、水文学学科的关系更为密切，无论是水力侵蚀、风力侵蚀还是重力侵蚀导致的径流、泥沙、风沙流等，都与以上学科有紧密联系。土壤侵蚀与环境科学的关系在于土壤侵蚀所研究的问题正是山区、丘陵区和风沙区的生态环境问题。1.3土壤侵蚀及其危害1.3.1我国土壤侵蚀概况我国是世界土壤侵蚀最严重的国家之一，其范围遍及全国各地。土壤侵蚀的成因复杂，危害严重，主要侵蚀类型有水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀和冰川侵蚀等。土壤侵蚀的发生除自然因素影响外，另一重要原因就是人类不合理的活动。虽经几十年的不断努力，土壤侵蚀的综合治理取得了显著成效。但由于种种人为不合理活动，导致土壤侵蚀面积和侵蚀程度不断扩大加剧的趋势还没有从根本上得到遏制。1.3.2土壤侵蚀危害破坏土地吞食农田西北黄土区、东北黄土区和南方化岗岩“崩岗”地区土壤侵蚀最为严重。黄土高原的侵蚀沟头一般每年前进1～3m。辽宁省12个市建国以来由于土壤侵蚀已损失土地71.2万hm2（1068万亩）。严重的土壤侵蚀导致土地“沙化”。在我国西北干旱草原和与风沙区相邻的黄土丘陵区，常因风蚀危害造成土地“沙化”现象。降低土壤肥力加剧干旱发展土壤中含有大量氮、磷、钾等各种营养物质，土壤流失也就是肥料的流失。据湖北省有关部门观测分析，坡耕地每年流失土壤约2.1亿t，其中含有机质273万t，氮、磷、等养分231万t。坡耕地水、土、肥流失后，土地日益瘠薄，田间持水能力降低，加剧了干旱发展。据统计全国多年平均受旱面积约1960万hm2（2.94亿亩），成灾面积约673.3万hm2（1.01亿亩）。淤积抬高河床加剧洪涝灾害土壤侵蚀使大量坡面泥沙被冲蚀、运搬后沉积在下游河道，消弱了河床泄洪能力，加剧了洪水危害。淤塞水库湖泊影响开发利用新中国成立以来，初步估计全国各地由于土壤侵蚀而损失的各类水库、山塘等库容历年累计在200亿m3以上。1.4土壤侵蚀原理研究历史与现状1.4.1国际上研究历史与现状前苏联前苏联土壤侵蚀学科始于18世纪中叶，进入19世纪，开展了土壤侵蚀调查，编绘了部分区域面蚀和沟蚀分布图。1917年10月前苏联革命胜利后不久，在奥尔诺夫斯克州成立了世界第一个土壤保持试验站—诺沃西里试验站(1923)。1967年以后，全国有200多个科研单位从事土壤侵蚀及其综合治理的研究。这期间在侵蚀研究方法上有很大改进。欧洲欧洲防治山洪、泥石流、滑坡等自然灾害最早从阿尔卑斯山区各国开始，然后推向全欧洲。1884年，奥地利制定了世界第一部有关防止土壤侵蚀的《荒溪治理法》，总结出一套综合防治土壤侵蚀的森林―工程措施体系。到现在，欧洲已建立起生物措施、工作措施、土地利用调整、法律措施等综合治理体系。美国美国从19世纪50年代后期逐渐兴起土壤侵蚀的防治工作，19世纪30年代在美国土壤保持局第一任局长贝内特博士(H.H.Bennett)的积极支持下，美国设立19个保土试验站。1956年后威斯迈尔(W.H.Wischmeier)推出了通用土壤流失方程式(简称USLE)。近年来美国主要研究内容为研制评估、预测和监测土地生产能力和土地资源变化的新技术。日本17世纪后期，学者河村瑞贤提出荒山恢复建议，要把造林与工程措施相结合，被政府采纳。1897年为防治山区灾害，制定了《森林法》。第二次世界大战后，日本重又开始治山工作，并于1953年设立水土保持对策协议会，制订基本对策。尽管日本防止土壤侵蚀的工程措施、工程施工方法较为先进，但其理论研究相对来说较为滞后。1.4.2国内研究历史与现状早在公元前10世纪的西周时期，就有“平治水土”之说，《诗经》中记述了朴素的土壤侵蚀防治原理及合理土地利用的重要性。1940年旧黄河水利委员会的一些科技人员针对治黄工作，提出了防治泥沙问题，并成立了林垦设计委员会，开展水土保持造林工作。新中国成立后，1956年成立了国务院水土保持委员会，1991年，第七届全国人大常务委员会第20次会议一致通过了《中华人民共和国水土保持法》，至此我国的水土保持工作逐步走向了法制化、规范化和科学化的道路。在土壤侵蚀防治和水土保持教研方面，建国初期在原北京林学院林业专业首先设置了“森林改良土壤学”课程，1980年北京林业大学成立了水土保持系，1985年开始培养博士研究生。其后西北林学院、山西农业大学、甘肃农业大学、山东农业大学和华北水电学院等高等院校相继成立了水土保持专业或开设了水土保持课程。1985年中国水土保持学会成立。到目前为止我国土壤侵蚀方面的研究取得了丰硕成果，某些理论研究成果已步入世界前沿或达到国际领先水平。第2章土壤侵蚀类型土壤侵蚀原理第2章土壤侵蚀类型教学目的掌握土壤侵蚀、水土流失、水土保持等的基本概念，掌握土壤侵蚀应力、土壤侵蚀类型及类型划分，土壤侵蚀形式、土壤侵蚀程度及强度。教学方法课堂讲授计划学时约2学时第2章土壤侵蚀类型2.1土壤侵蚀及其与水土流失关系2.2导致土壤侵蚀的营力2.3土壤侵蚀类型及类型划分2.4土壤侵蚀形式2.5土壤侵蚀程度及强度2.1土壤侵蚀及其与水土流失关系土壤侵蚀《中国大百科全书·水利卷》（1992.3）对土壤侵蚀(soilerosion)的定义为：土壤及其母质在水力、风力、冻融、重力等外营力作用下，被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。水土流失水土流失（waterandsoilloss）在《中国水利百科全书·第一卷》（1990.12）中定义为在水力、重力、风力等外营力作用下，水土资源和土地生产力的破坏和损失，包括土地表层侵蚀及水的损失，亦称水土损失。从土壤侵蚀和水土流失的定义中可以看出，二者虽然存在着共同点，即都包括了在外营力作用下土壤、母质及浅层基岩的剥蚀、运搬和沉积的全过程；但是也有明显差别，即水土流失中包括了在外营力作用下水资源和土地生产力的破坏与损失，而土壤侵蚀中则没有。水土流失与土壤侵蚀关系水土保持在《中国大百科全书·农业卷》（1990.9）中水土保持的定义为：防治水土流失，保护、改良与合理利用山丘区和风沙区水土资源，维护和提高土地生产力，以利于充分发挥水土资源的经济效益和社会效益，建立良好生态环境的事业。2.2导致土壤侵蚀的营力内营力内营力作用是由地球内部能量所引起的。其主要表现是地壳运动、岩浆活动、地震等。地壳运动使地壳发生变形和变位，改变地壳构造形态，因此又称为构造运动(tectonicmovement)。其运动形式有垂直运动、水平运动、褶皱运动和断裂运动四种形式。岩浆活动是地球内部的物质运动（地幔物质运动）。地震也是内营力作用的一种表现。它往往是与断裂、火山现象相联系，世界主要火山带、地震带与断裂带分布的一致性是这种联系的反映。地壳：厚度为5～35km地幔：厚度为35～2900km地核：厚度为2900～5120km地壳的上部为疏散沉积物,中部为沉积物和玄武岩，下部为硅镁层。地幔分为上地幔和下地幔两层。上地幔由橄榄岩质的超基性岩石组成，为岩浆源地，下地幔含有更多的铁。地核主要由铁和镍组成。地球内部构造外营力作用外营力作用的主要能源来自太阳能。包括风化作用、剥蚀作用、搬运作用和堆积作用等形式。风化（weathering）作用就是指矿物、岩石在地表新的物理、化学条件下所产生的一切物理状态和化学成分的变化，是在大气及生物影响下岩石在原地发生的破坏作用。各种外营力作用（包括风化、流水、冰川、风、波浪等）对地表进行破坏，并把破坏后的物质搬离原地，这一过程或作用称为剥蚀(denudation)作用。风力搬运风化、剥蚀后的碎霄物质，随着各种不同的外营力作用转移到其它地方的过程称为搬运(transportation)作用。水力搬运被搬运的物质由于介质搬运能力的减弱或搬运介质的物理、化学条件改变，或在生物活动参与下发生堆积或沉积，称为堆积作用或沉积(deposition)作用。土石山区河道沉积黄土地区河道沉积土石山区堆积2.3土壤侵蚀类型及类型划分根据土壤侵蚀研究和其防治的侧重点不同，土壤侵蚀类型（thetypeofsoilerosion）的划分方法也不一样。最常用的方法主要有按导致土壤侵蚀的外营力种类来划分、按土壤侵蚀发生的时间划分和按土壤侵蚀发生的速率划分三种。按导致土壤侵蚀的外营力种类划分在我国引起土壤侵蚀的外营力种类主要有水力、风力、重力、水力和重力的综合作用力、温度(由冻融作用而产生的作用力)作用力、冰川作用力、化学作用力等，因此土壤侵蚀类型就有水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀、冰川侵蚀、混合侵蚀、化学侵蚀和生物侵蚀等类型。水力侵蚀类型冰川侵蚀类型风力侵蚀类型冻融侵蚀类型重力侵蚀类型土壤侵蚀类型混合侵蚀类型化学侵蚀类型生物侵蚀类型按土壤侵蚀发生时间划分以人类在地球上出现的时间为分界点，将土壤侵蚀划分为两大类，一类是人类出现在地球上以前所发生的侵蚀，称之为古代侵蚀(ancienterosion)；另一类是人类出现在地球上之后所发生的侵蚀，称之为现代侵蚀(modernerosion)。按土壤侵蚀发生速率划分依据土壤侵蚀发生的速率大小和是否对土资源造成破坏，将土壤侵蚀划分为加速侵蚀(acceleratederosion)和正常侵蚀(normalerosion)。非人为活动影响时人类出现后土壤侵蚀古代侵蚀加速侵蚀地质侵蚀加速侵蚀现代侵蚀正常侵蚀正常侵蚀人类出现前按土壤侵蚀发生时间和土壤侵蚀发生速率划分的土壤侵蚀类型关系古代正常侵蚀-洼地现代加速侵蚀-侵蚀沟2.4土壤侵蚀形式水力侵蚀形式水力侵蚀(watererosion)是指在降雨雨滴击溅、地表径流冲刷和下渗水分作用下，土壤、土壤母质及其他地面组成物质被破坏、剥蚀、搬运和沉积的全部过程。雨滴击溅侵蚀在雨滴击溅作用下土壤结构破坏和土壤颗粒产生位移的现象称为雨滴击溅侵蚀(raindropsplasherosion)，简称为溅蚀（splasherosion）。面蚀分散的地表径流冲走地表土粒称之为面蚀(surfaceerosion)。按面蚀发生的地质条件、土地利用现状和发生程度不同，面蚀可分为层状面蚀、砂砾化面蚀、鳞片状面蚀和细沟状面蚀。耕地层状面蚀耕地层状面蚀耕地砂砾化面蚀鳞片状面蚀鳞片状面蚀细沟状面蚀沟蚀集中的地表径流冲刷地表，切入地面带走土壤、母质及基岩，形成沟壑的过程称之为沟蚀(gullyerosion)。由沟蚀形成的沟壑称作侵蚀沟。根据沟蚀发生的严重程度及侵蚀沟外貌特征，可将侵蚀沟分为