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风力侵蚀

土沙粒在风力作用下所产生的吹扬、搬运和堆积过程。风对地表所产生的剪切力和冲力引起细小的土壤从团粒或者从土块分离,继之土粒或沙粒被风挟带,当风速降低之后,土沙粒则从空气中沉降下来。这三个过程是先后连续和互有影响的。风蚀的强度受风力强弱、地表状况、粒径和比重等综合因素的影响,当气流的上升力和冲击力大于土粒和沙粒的重力以及颗粒间相互联结力,并克服地表的摩擦阻力,土粒或沙粒就会卷入气流,随风运行。

土沙粒在风力作用下所产生的吹扬、搬运和堆积过程。风对地表所产生的剪切力和冲力引起细小的土壤从团粒或者从土块分离,继之土粒或沙粒被风挟带,当风速降低之后,土沙粒则从空气中沉降下来。这三个过程是先后连续和互有影响的。风蚀的强度受风力强弱、地表状况、粒径和比重等综合因素的影响,当气流的上升力和冲击力大于土粒和沙粒的重力以及颗粒间相互联结力,并克服地表的摩擦阻力,土粒或沙粒就会卷入气流,随风运行。这种挟裹大量土沙粒的气流称为风沙流。形成风沙流之后,风对地表的冲力就大大增加,风对地表的磨蚀作用也显著加强,能使更多的土粒从土块和团聚体里搬走。土沙粒开始起动的临界风速,随粒径和地表状况等具体条件而变化,但通常把细粒沙开始起动的临界风速5米/秒称为起沙风。

风蚀形式 风力对土沙粒的吹扬搬运,由于土沙粒的大小和质量不同,而出现三种运动形式:①吹扬:土沙粒中粒径小于0.1毫米的粉沙、粘粒,重量极小,可被风卷扬至高空随风运行。②跃移:粒径在0.25~0.5毫米的中细粒沙,受风力冲击脱离地表,升高到几厘米的峰值后,在该处风的水平分力远远大于在土壤表面原处所受到的水平分力,这时风就给沙粒一个水平加速度,因为沙粒受到风力及本身重力双重影响,以两者的合力方向,沿着平滑的轨迹急速下降,返回地表。跃移的沙粒在返回地表时带着较大的能量撞击地表,可迫使原来不易为风力所移动的较大一些的粒子产生移动。③滚动:粒径0.5~2毫米的较大的颗粒,不易被风吹离地表,沿沙面滚动或滑动。在三种运动方式中,以跃移为沙子移动的主要方式,从重粘土到细沙的各类土壤,滚动占全部土沙移动量的7~25%,跃移占55~72%,吹扬占3~28%。

风蚀的危害 在无保护、干燥、松散的土壤上,当风速极大时,一般的土壤风蚀会发展成为尘暴或尘霾,给国民经济和人类生活带来极严重的损害。在干旱半干旱地区一般把风蚀对地表的破坏使土地丧失生产能力称为“沙化”。由土壤风蚀导致土地“沙化”的现象不只是一个国家或个别地区的现象,而是不同程度的遍及亚洲、非洲、澳洲、美洲各大陆的干旱和半干旱区。土壤风蚀现象,也发生在湿润地区无植被保护的裸露的沙质土壤以及沿海的海岸沙地上。

影响风蚀的因素 主要有气候、地表及土壤、植物生长状况等因素。风速及其吹袭的持续时间和湍流的程度是直接影响风蚀的气候因素。风搬运土沙的数量,以输沙率来表示。输沙率是单位时间内通过单位宽度的沙量,以吨·米-1·小时-1来表示。根据拜格诺(R.A Bagnold)的研究,输沙率和风速(超过沙粒开始运动的正常起动速度部分)的三次方成正比,所以当风速增大时,输沙率显著的增加。降水、湿度和温度也影响土壤的干燥程度。土壤在湿润状态下凝聚力强,不会发生风蚀;反之,土壤缺少水分,凝聚力减小,则引起风蚀。土壤中的水稳性团粒结构在抵抗风蚀方面起较大作用。土壤的抗蚀性,也决定了土块的大小。一般易风蚀的土壤的土块易碎,而抗风蚀性强的土壤的土块不易碎。土壤的腐殖质是影响土质比重和土块强度的一个因素,因而腐殖质和风蚀有着比较复杂的关系。抗蚀性土壤的可代换性钙的饱和度,一般倾向于增多。从土壤的pH值来看,一般pH值高的土壤易受风蚀。影响风蚀的植物因素,包括植物的高度、密度、枝叶的茂密程度等。每一丛植物都是风运动过程中的障碍物,植物承受了风的压力,同时削弱了风的动能,减轻了风对地面的压力,正是植物对风的摩擦作用增加了地表的粗糙度,保护了地表。

防治风蚀的措施 为了防止风蚀,首先应该合理利用土地,根据土壤的肥力、土壤风蚀的程度以及土壤的抗蚀性进行土地的分类,根据不同类型土地的特点进行合理利用的规划,提出综合治理措施的方案。在干旱和半干旱区要充分利用一切可以利用的水源进行灌溉,营造农田和牧场的防护林,并采取防止风蚀的农业技术措施。为了固定流动沙丘,应采取工程措施与造林种草相结合的办法,以期达到削弱风力,或者增加地表粗糙度的目的。防护林带可以降低带间土地近地面层的风速,并削弱气流的湍动交换作用,减轻和防止了土壤风蚀。在无林带地区或林带的幼龄阶段,可采用人工防风障,或增加风季的作物覆盖度、留茬、改良土壤、增加土壤的抗蚀能力等综合措施。为了固定流动沙丘,在半干旱地区可以直接在沙丘上造林种草,选用适合的植物种也可以用飞机播种固沙。在干旱地区为了防止铁路和公路沙害,常采用机械沙障和植物固沙相结合的办法。机械沙障是利用柴草或粘土等材料,在沙丘上插成或铺成格状或带状的拦沙障,先固沙然后在障间再造林种草。为了改变沙丘地形,也可以采用风力或水力拉沙,风力拉沙是利用聚风障,增大风力,籍以削平沙丘。水力拉沙限于有自流引水或有机械抽水条件的沙丘地,开渠引水,籍水力冲拉沙丘,使地形变平坦,为利用沙地创造条件。在沙丘上造林种草增加植物覆盖度,是减免风蚀沙害的根本途径,植物同时能提供燃料、饲料、肥料,枯枝落叶及腐朽的根系还能改良土壤提高沙地肥力。