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1、(10)申请公布号 CN 104034862 A (43)申请公布日 2014.09.10 CN 104034862 A (21)申请号 201410299332.4 (22)申请日 2014.06.26 G01N 33/24(2006.01) (71)申请人 兰州大学 地址 730000 甘肃省兰州市城关区天水南路 222 号兰州大学资源环境学院 (72)发明人 魏霞 李勋贵 (54) 发明名称 一种交替冻融作用对土壤可蚀性影响的量化 方法 (57) 摘要 本发明提供一种交替冻融作用对土壤可蚀性 影响的量化方法， 包括以下步骤 ： 冻融循环步骤 ： 将过筛的风干土按照预先设计的含水量配置后放。
2、 入温控箱进行交替冻融 ； 土壤风干步骤， 将完成 冻融周期的土壤在干燥环境下进行风干 ； 以及模 拟降雨步骤， 将风干后的土壤装入试验土槽进行 模拟降雨试验。本发明的技术方案解决了如何提 供一种实用、 有效的量化交替冻融作用对土壤可 蚀性影响的方法。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104034862 A CN 104034862 A 1/1 页 2 1. 一种交替冻融作用对土壤可蚀性影响的量化方法， 其特征在于， 包括以下步骤。
3、 ： 冻融循环步骤， 将过筛的风干土按照预先设计的含水量配置后放入温控箱进行交替冻 融 ； 土壤风干步骤， 将完成冻融周期的土壤在干燥环境下进行风干 ； 模拟降雨步骤， 将风干后的土壤装入试验土槽进行模拟降雨试验。 2. 根据权利要求 1 所述的交替冻融作用对土壤可蚀性影响的量化方法， 其特征在于 ： 所用交替冻融的土壤需要过 5mm 筛。 3. 根据权利要求 1 所述的交替冻融作用对土壤可蚀性影响的量化方法， 其特征在于 ： 所用交替冻融土壤的含水量为 10和 20两种。 4. 根据权利要求 1 所述的交替冻融作用对土壤可蚀性影响的量化方法， 其特征在于 ： 所用交替冻融土壤按照每1.5kg。
4、装入内径为25cm， 高度为20cm的带盖塑料容器中进行交替 冻融。 5. 根据权利要求 1 所述的交替冻融作用对土壤可蚀性影响的量化方法， 其特征在于 ： 交替冻融的周期为 3 和 6。 6. 根据权利要求 1 所述的交替冻融作用对土壤可蚀性影响的量化方法， 其特征在于 ： 交替冻融的最高温度是 4和最低温度是 -12。 7. 根据权利要求 1 所述的交替冻融作用对土壤可蚀性影响的量化方法， 其特征在于 ： 交替冻融的温度变化速率分别是 -12 /24h 和 4 /24h。 8. 根据权利要求 1 所述的交替冻融作用对土壤可蚀性影响的量化方法， 其特征在于 ： 所述风干时间是 7 天。 权 。
5、利 要 求 书 CN 104034862 A 2 1/3 页 3 一种交替冻融作用对土壤可蚀性影响的量化方法 技术领域 0001 本发明涉及一种土壤可蚀性的量化方法， 尤其是涉及交替冻融作用对土壤可蚀性 影响的量化方法。 背景技术 0002 土壤侵蚀是重要的环境问题之一， 土壤侵蚀是指在陆地表面， 水力、 风、 冻融和重 力等外力作用下， 土壤、 土壤母质及其它地面组成物质被破坏、 剥蚀、 转运和沉积的全部过 程。土壤侵蚀的主要类型有水力侵蚀、 风力侵蚀和冻融侵蚀。前两种类型侵蚀多发生在春 夏秋三季， 而冻融侵蚀则发生在冬春季节。 目前有关土壤侵蚀的研究很多， 但主要集中在水 力侵蚀和风力侵蚀。
6、， 尤其水力侵蚀的研究已非常成熟。 由于侵蚀发生环境的恶劣、 侵蚀过程 的复杂性以及监测和实验模拟的困难等原因， 冻融侵蚀的研究相对滞后。我国冻土面积约 占国土面积的75， 冻融侵蚀分布广泛。 据第二次全国土壤侵蚀遥感调查资料统计， 全国水 土流失总面积 356 万 km2 中， 存在冻融侵蚀的面积就有 126.89 万 km2， 所占比例为 35.6， 占全国总面积的 13.36， 主要分布在西藏、 青海、 新疆、 内蒙古、 甘肃、 四川、 黑龙江 7 省区， 青藏高原及其附近的高山区是冻融侵蚀分布最集中且侵蚀最强烈的区域。 冻融侵蚀对人类 生存与发展的影响已逐渐突显并引起了人们越来越多的关。
7、注。相关研究表明， 认为冻融侵 蚀加快了土壤流失速度， 使大量农、 林、 草地被破坏， 降低了土地生产力。 冻融侵蚀的速度已 不亚于暴雨造成的水土流失。而作为长江、 黄河主要源头的青藏高原， 冻融侵蚀面积增大， 已严重地影响了当地人民的生产、 生活和地区经济的发展。 同时， 冻融侵蚀的产物也成为长 江、 黄河泥沙的主要来源之一。 因此， 开展冻融侵蚀研究意义重大， 然而到目前为止， 对冻融 侵蚀的研究十分欠缺。本发明利用室内的交替冻融试验和模拟降雨试验， 来研究交替冻融 作用对土壤可侵性的影响， 为冻融侵蚀的研究拓展了一种新方法和新思路， 该发明对冻融 侵蚀的研究具有重要的科学指导意义。 因此。
8、， 如何提供一种实用、 有效的量化冻融作用对土 壤可蚀性影响的方法， 就成了值得解决的问题。 发明内容 0003 本发明是为了解决如何提供一种实用、 有效的量化交替冻融作用对土壤可蚀性影 响的方法的问题， 提出一种利用室内交替冻融试验和模拟降雨试验来量化交替冻融作用对 土壤可蚀性影响的方法的技术方案， 本发明通过以下技术方案实现。 0004 本发明提供一种量化交替冻融作用对土壤可蚀性的影响方法， 即利用室内交替冻 融试验和模拟降雨试验来确定土壤的可蚀性。 0005 本发明量化交替冻融作用对土壤可蚀性影响的方法， 其操作步骤如下 ： 0006 (1) 试验土样的筛分与配置 ： 试验土壤需要风干过。
9、 5mm 筛， 含水量有 10和 20 两种。 0007 (2) 试验土样的冻融循环 ： 将过筛后配好的两种不同含水量的土壤， 按照每 1.5kg 的标准装入每个内径为25cm， 高为20cm的带盖塑料桶中， 两种含水量的土壤各需要装8桶， 说 明 书 CN 104034862 A 3 2/3 页 4 共需 16 桶。将装好土样的桶放置在温控箱中进行冻融交替循环， 冻融循环为 3 次和 6 次两 种。 0008 (3) 试验土样的风干 ： 将满足冻融循环周期设计的土样桶从温控箱中取出， 相同 含水量和相同冻融循环次数的土样， 在干燥环境下晾置在同一张 1.5m*1.5m 的牛皮纸上进 行风干，。
10、 并在牛皮纸的边缘进行含水量和循环次数的标记， 风干时间为一周。 0009 (4) 模拟降雨试验 ： 将风干后的土样装入试验 0.5m*0.2m*0.08m 的土槽中进行模 拟降雨试验， 每个土槽装入的试验用土量为 2.9kg， 结构处理一致， 坡度均为 5， 模拟降雨 的降雨形式为连续降雨， 所选降雨强度为 50mm/min,25mm/min,75mm/min,100mm/min 四种。 0010 (5) 土壤可蚀性的比较 ： 将两种含水量和两种冻融循环次数下的土样在模拟降雨 试验中的产沙量与未进行任何冻融作用的土样在模拟降雨下的产沙量进行比较， 说明不同 含水量和冻融循环次数对土壤可蚀性的。
11、影响。 0011 与现有技术相比， 本发明具有以下优点和效果 ： 0012 (1) 对试验土样进行了风干筛分处理和不同含水量的重新配置， 试验结果更具有 一致性和对比性 ； 0013 (2) 与传统的室内冻融循环设计相比， 本发明中的冻融循环设计过程同时考虑了 风干过程， 所以冻融循环设计更为合理， 与自然界的交替冻融现象更为吻合 ； 0014 (3) 与传统的室内冻融循环设计相比， 冻融循环设计中的最低温度、 最高温度以及 温度的变化速度与自然界的交替冻融循环更为吻合。 附图说明 0015 图 1 是两种含水量和两种冻融循环次数下的产沙强度对比图 ； 0016 图 2 是 10含水量时两种冻。
12、融循环周期下的产沙强度对比图 ； 0017 图 3 是 20含水量时两种冻融循环周期下的产沙强度对比图 ； 0018 图 4 是冻融循环周期为 3 时两种含水量下的产沙强度对比图 ； 0019 图 5 是冻融循环周期为 6 时两种含水量下的产沙强度对比图。 具体实施方式 0020 下面结合附图和具体实施方式， 对本发明作进一步详细说明。 0021 以下实施例中， 整个实验是在位于美国普渡大学校园内的美国农业部土壤侵蚀国 家重点实验室完成。其他实验参数如下。 0022 试验用土 ： Alfi sol， 风干， 过 5mm 筛 ； 0023 试验含水量 ： 10， 20 ； 0024 冻融循环的周。
13、期 ： 3 次和 6 次 ； 0025 冻融循环的温度控制 ： 最高温度为 4， 最高温度为 -12 ； 0026 冻融循环的速度控制 ： 交替冻融的温度变化速率分别是 -12 /24h 和 4 /24h。 0027 土壤风干时间 ： 一周 ； 0028 试验土槽尺寸 ： 4 个 0.5m*0.2m*0.08m 土槽 ； 0029 试验土槽坡度 ： 5 ； 0030 装填形式 ： 从槽底至上依次是 2cm 天然沙、 纤维和 5cm 试验用土 ； 说 明 书 CN 104034862 A 4 3/3 页 5 0031 降雨设备 ： 摇摆式人工降雨设备 ； 0032 喷头组合形式 ： 4 个喷头对。
14、喷， 喷头距地面 2.45m ； 0033 实验所选降雨强度 ： 50mm/min,25mm/min,75mm/min,100mm/min ； 0034 降雨形式 ： 连续降雨。 0035 实施例一 ： 0036 将已经完成冻融循环周期并且风干的土壤 (10含水量， 冻融周期为 3)， 按照每 个土槽1.45kg进行均匀施加于试验土槽中， 进行模拟降雨试验。 降雨过程中采用50mm/min 降雨60min， 每5min接一个径流全样， 然后切换至25mm/min降雨20min， 每5min接取一个径 流全样， 然后切换至 75mm/min 降雨 10min， 每 3min 接取一个径流全样， 。
15、然后切换至 100mm/ min， 每3min接取一个径流全样， 整个试验历时100min。 试验结束后， 将试验径流样品称重， 然后加入明矾水沉淀 24h， 然后倒掉上面的清液， 将倒掉清液后的径流泥沙样放置大的烘 箱， 105烘24h， 等彻底干燥后， 取出称重。 即可根据空瓶重、 湿重和干重计算出每个土槽的 径流泥沙样品。与控制试验槽 ( 未经过任何冻融循环的土壤 ) 的试验结果进行对比， 即可 分析出不同含水量和冻融循环周期下产沙强度的增加量， 即交替冻融作用对土壤可蚀性的 影响量。 0037 实施例二 ： 0038 本实施例与实施例一的不同在于， 施加于土槽的土壤的冻融周期为 6。 0039 实施例三 ： 0040 本实施例与实施例一的不同在于， 施加于土槽的土壤的含水量为 20， 冻融周期 为 3。 0041 实施例四 ： 0042 本实施例与实施例一的不同在于， 施加于土槽的土壤的含水量为 20， 冻融周期 为 6。 0043 以上实施例中的试验数据如图 1 5 所示。 说 明 书 CN 104034862 A 5 1/3 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104034862 A 6 2/3 页 7 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104034862 A 7 3/3 页 8 图 5 说 明 书 附 图 CN 104034862 A 8 。