Question

风力侵蚀的影响因素

Answer 1

风力侵蚀的影响因素有：气候、土壤、植物、人为因素。

①气候：包括风、降水、温度和湿度等因素。风的因素包括风速、风向、吹袭持续时间和湍流的程度等。通常风速越大，持续时间越长，风的涡动性越强，土壤的风蚀强度越烈。同时，这些因素又加速土壤水分蒸发，使其变干而加剧风蚀。降水、湿度、温度等因素都直接影响风蚀的严重程度。

②土壤：干燥而松散的砂土、砂壤土和失去结构的粘土最易受风蚀。土壤中水稳性团粒结构抗风蚀的能力较大，松散无结构的土壤如黄土，最容易引起风蚀。土壤的抗风蚀性能也与土壤的粒度和土块大小有密切关系。抗蚀性土壤的可代换性钙的饱和度一般倾向于增多。土壤的pH数值高的一般易受风蚀。

③植物：可增加地面粗糙度，削弱贴近地面的风沙流速度，减小风力吹蚀和搬运的能力。植物覆盖地面，使气流不能直接作用于砂质地表,防止了风的吹飏作用;同时也使阳光不能直接照射地面，从而减少了沙丘表层水分的蒸发,加强了砂粒间的团聚力。植物枯枝落叶的堆积,使地面有机质逐渐增多，促进了成土作用。

④人为因素：长期粗放的耕作，过度的放牧、樵采，以及其他掠夺式利用风沙地区的土地、草原，都会促进风蚀的发展。

风沙移动规律：

风对地表所产生的剪切力和冲力引起细小土壤从团粒或者从土块分离,称为风的磨蚀作用;继之土粒或砂粒被风带走，称为搬运作用；当风速降低之后土粒或砂粒从空气中沉降下来,称为沉积作用。这3种作用相互联系、相互影响。

风蚀的强度受风力强弱、地表状况、粒径和比重大小等综合因素的影响。当气流的上升力和冲击力大于土粒或砂粒的重力和颗粒间的相互联结力并能克服地表的摩擦力时，土粒或砂粒就被卷入气流，随风运行。

形成风沙流之后，风对地表的冲击力和磨蚀作用就显著加强，能将更多的土粒从土块和团聚体里搬走。土砂粒开始起动的临界风速，因粒径和地表状况等具体条件而有差别。但通常把细粒砂开始起动的临界风速5米/秒称为起沙风。

Answer 2

风力侵蚀一般是指风力作用动力学过程的前三个阶段。

风蚀是一个复杂的风沙物理过程，其是否发生及发生的强度由气流状况和下垫面状况共同决定。气流为颗粒的侵蚀、搬运提供了动力来源，又称动力因子;下垫面状况决定了地表抵抗风力侵蚀的能力大小，称为抗蚀因子。此外，土地利用、农业结构、耕作制度、放牧强度、樵采方式等人为活动通过改变下垫面和气流的天然状况，也影响着风力侵蚀的过程，称为人为因素。

需要注意的是，风蚀的影响因素和风蚀强度间可能并非简单的线性关系，影响因素的微小改变可能会导致风蚀强度的急剧增加。实验研究证明，在干旱多风的气候作用下，当地表植被和表层土壤遭到破坏后，土壤风蚀强度将急剧倍增，戈壁化和沙漠化速度会比植被发育良好的地区高出数倍、十余倍甚至百余倍。之所以出现这种现象，是因为下垫面性状和风蚀之间存在着正反馈作用。在风速不变的情况下，下垫面性质的恶化导致风蚀加剧，从而使下垫面性质进一步恶化，为风蚀的进一步加剧创造条件，从而形成一个不需要进一步强化外部驱动力就能逐渐加强风蚀作用的自组织过程。

(一)动力因子

风力侵蚀的动力来源是大气环流，它由不同空间尺度的天气过程产生，主要受大尺度天气对流系统控制。大气环流的侵蚀力大小由风速、气流结构及其时空动态等参数决定，目前通常将风速作为描述风蚀动力因子的主要参数。

通常情况下，风速越大，其侵蚀力越强。理论上讲，在其他条件相同的情况下，风蚀量和风蚀模数随风速增大而增大。但实验观测表明，当风速过小时则没有侵蚀性，只有风速超过某个临界值时，才能诱导土壤颗粒从地表中升离出来形成风蚀。这个临界值称为起动风速。风蚀量取决于实际风速超过起动风速的部分。与地表颗粒的起动方式相对应，也存在着两种起动风速:①流体起动风速(或称静态阈值)，即完全凭靠风力的直接作用使土壤颗粒开始运动的最小风速;②撞击起动风速(或称动态阈值)，即当有来自上风方向跃迁砂砾撞击的辅助作用时，使土壤颗粒开始运动的最小风速。一般来说，流体起动风速比撞击起动风速高出20%左右。

美国212个地区的风速观测表明，只有每小时平均风速大于5.4m/s的风才具有侵蚀性，当风速超过该侵蚀下限时，风蚀量与平均风速的立方成正比。据我国的野外观测及实验室测定，当风速为5～6m/s时，开始出现风蚀现象;风速到6～7m/s时出现风沙流;风速≥10m/s时，随风速的增大，风蚀量呈上升趋势，输沙率随风速的变化遵循幂函数关系。

(二)抗蚀因子

1.地表物质的质地

地表物质是风力侵蚀的对象，质地不同的地表物质，其水稳性结构、碳酸钙含量、有机质、机械组成和团粒结构等不同，抗风蚀能力有较大差异。

在相似风速条件下，松散砂土的抗风蚀能力要比具有一定团粒结构的砂壤土低得多(表11-3)。另外，不同粒级颗粒的起动风速和抗风蚀能力不同，土壤中粉粒(0.05～0.002mm)和黏粒(<0.002mm)含量越高，形成的土壤结构越稳定，抗蚀能力越强;相反，砂粒(>0.05mm)比例高则难以形成团粒结构，抗风蚀能力低。直径为0.08～0.25mm的土壤颗粒抗蚀能力最低。土壤中石砾含量越多，抗蚀能力就越高。作为胶结物质的物理性黏粒(粒径<0.01mm)的含量越多，抗蚀能力就越高。

在粉砂壤土和砂质壤土中，含1%～5%的碳酸钙会引起土块破裂和土块机械稳定性降低，增加风蚀量;在壤质砂土中，随着碳酸钙含量的增加，风蚀量反而下降。土壤有机质也是影响风蚀量的一个重要因子。有机质含量高的土壤抗风蚀能力强，分解后的有机质会降低土壤的抗蚀性。

表11-3 土壤结构、物质组成对风蚀强度的影响

(据吴正本，1962)

2.地表物质的含水量

地表松散堆积物中非饱和的水分往往通称土壤水，土壤水可以在土层颗粒表面形成水化膜，水化膜的静电作用使土壤颗粒产生黏着力，将土壤颗粒黏合在一起，从而提高土壤的抗风蚀能力。因此，随土壤含水量的增加，颗粒起动风速增高，风蚀率降低(表11-4)。研究表明，流沙土样的临界起沙风速随含水量的增加呈线性关系增长，而农田土样的临界起沙风速随含水量的增加呈二次幂函数关系增长。但流动沙丘土壤对含水量的响应要比农田土壤更敏感。流沙含水量降到2%附近时，风蚀量已经很小，再增加含水量，风蚀量已不会有明显变化，而农田土壤含水量的这一临界点在4%附近。还有研究表明，土壤水的存在形式也对起动风速有着重要影响:当土壤水由水化膜的形式转变到毛细水时，土壤的抗蚀性能将极大地提高。

3.植被覆盖

当地表有植被发育时，相当于覆盖了一层保护层，可显著减弱气流对地表物质的破坏和分离，增加地表颗粒的起动风速，减少风蚀量。黄土的风洞实验表明，在相同的风速下，随着植被覆盖度的增加，风蚀量和风蚀率急剧下降(表11-5)。刘玉璋等(1992)利用砂土进行风洞实验，发现植被覆盖度<20%时，风蚀的起动风速在7～8m/s，且随覆盖度的增加而增加;当植被覆盖度在20%～60%时，起动风速在8.0～8.7m/s，但随盖度增大起动风速的增加比较缓慢;当植被覆盖度>60%，起动风速迅速增大(表11-6)。

表11-4 不同土壤含水量与风蚀量的关系 (实验风速:15.5m/s)

(据刘玉璋等，1992)

表11-5 不同植被覆盖下的风蚀量 (实验风速:12.7m/s)

(据董治宝等，1996)

表11-6 不同植被覆盖度与土壤风蚀的关系

(据刘玉璋等，1992)

除影响侵蚀区地表的抗蚀能力外，植被在颗粒的沉积过程中也起着重要作用。植被可以直接“截留”近地表风沙流中所携带的颗粒，使其产生附着沉积。据风沙物理学理论，植被对悬移颗粒的沉降作用不仅与植被密度(疏透度)有关，而且与植被高度有关。植被密度越大、高度越高，沉降颗粒的作用越强。另外，植被的存在可增加的粗糙度，影响近地表风场，使气流在运行时受到阻滞而发生涡旋减速，削弱其载荷能力，从而产生颗粒沉积。具体来讲，草地、灌丛和乔木林因高度不同，形成的粗糙度也有很大差异。草地植株低矮，形成的粗糙度较小，一般仅有数十厘米;灌丛植株较高，除具有较大的粗糙度外，还在粗糙度高度以上产生一定的低风速层;乔木林植株高大，粗糙度最大，特别是成片的林带对风速的影响更大，产生的低风速层更厚。

(三)人为因素

人为因素对风蚀荒漠化的影响以间接作用为主，即通过改变气流或下垫面状况、影响风力侵蚀的动力因子和抗蚀因子，进而加速或减缓风蚀荒漠化的进程。人类目前还很难影响大尺度天气系统过程和中尺度天气过程，但可通过改变植被覆盖状况、土地利用方式、小尺度地形、修建人工构筑物等方式影响近小尺度气流或近地表气流的状况。

总体而言，人为因素对风力侵蚀的影响主要还是通过改变下垫面的状况和地表抗蚀因子而实现。影响风蚀荒漠化的常见人为因素有土地利用类型、水资源的开发、矿产资源的开采、耕作、各种工程活动等。其中，土地利用类型、工程活动和耕作方式直接影响着地表覆盖物的类型、植被覆盖度、植物群落结构和土壤结构等抗蚀因子;水资源的开发利用可通过影响区域地下水位，进而影响土壤含水量、植被覆盖度和植物群落结构等抗蚀因子;水资源的开发还可能造成干旱区河流、湖泊等地表水域萎缩，使大量松散沉积物暴露在风力作用下;矿产资源的开采不仅会破坏地表植被和原有岩体的结构，降低地表的抗风蚀能力，开采活动中产生的尾矿堆还会为风力侵蚀提供新的物质来源。

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