【摘 要】
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我国黄土高原北部季节性冻融区土壤在秋末及春初季节受冻融交替作用极易发生侵蚀,影响该区域农业生产活动。为探究季节性冻融对土壤理化性质及水蚀过程的影响,本研究以黄土高原季节性冻融区三种典型土壤为研究对象,通过室内冻融模拟试验和坡面放水冲刷试验,测定土壤理化性质,研究冻融过程中土壤理化性质的变化规律;利用EPIC模型估算土壤可蚀性K值,分析冻融对其影响规律;观测冲刷过程中坡面产流产沙过程,分析总产流产沙
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“黄土高原冻融对水蚀过程作用机理研究”（编号:41771311）； 国家自然科学基金项目“尼罗河上游丘陵区水土保持与高产高效农业研究”（编号:41561144011）； 西部之光项目（编号:XAB2016B08）；
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我国黄土高原北部季节性冻融区土壤在秋末及春初季节受冻融交替作用极易发生侵蚀,影响该区域农业生产活动。为探究季节性冻融对土壤理化性质及水蚀过程的影响,本研究以黄土高原季节性冻融区三种典型土壤为研究对象,通过室内冻融模拟试验和坡面放水冲刷试验,测定土壤理化性质,研究冻融过程中土壤理化性质的变化规律;利用EPIC模型估算土壤可蚀性K值,分析冻融对其影响规律;观测冲刷过程中坡面产流产沙过程,分析总产流产沙量、产流产沙速率及水动力学参数的变化规律,探究其对不同冻融条件的响应,为该地区土壤侵蚀预报及防治提供科学依据。得到主要结论如下:（1）冻融交替过程中各层土壤温度总体呈波动式下降趋势,以表层土壤温度变化最为剧烈;各层土壤含水量总体呈波动式减小趋势,其变化过程受温度影响较大。冻融过程中各土层土壤温度总体呈波动式下降趋势,表层土壤温度变化最剧烈,在冻融交替15次后,仅0～10cm土层为解冻层。冻融过程中各土层土壤含水量总体呈波动式减小趋势,其变化过程受温度影响,经过反复冻融交替后,非解冻层土壤含水量因水分相变而减少,0～5cm层土壤含水量因水分蒸散而减小。冻融过程中各土层土壤含盐量总体呈波动式减小趋势,其变化趋势与土壤含水量变化趋势大致相同,经反复冻融交替后,非解冻层土壤含盐量迅速减少,0～5cm和5～10cm层土壤含盐量减少量相对较小。（2）随着冻融交替次数的增加,塿土、黄绵土及风沙土的容重、土壤抗剪强度、土壤硬度总体呈显著减小趋势;土壤孔隙度、饱和导水率、崩解速率总体呈显著增加趋势。冻融交替过程中,塿土、黄绵土及风沙土的容重随冻融交替次数的增加总体呈显著减小的趋势,在冻融交替10次之后,呈逐渐稳定的趋势,在冻融交替20次时达到最低水平;塿土、黄绵土及风沙土的土壤孔隙度总体呈现显著增加的趋势,冻融交替次数对土壤孔隙度有显著影响（p<0.05）,在冻融交替10～15次之后,呈逐渐稳定的趋势,在冻融交替15～20次时达到最高水平;塿土、黄绵土及风沙土的土壤抗剪强度随着冻融交替次数的增加总体呈显著减小的趋势（p<0.05）,在冻融交替20次时达到最低水平;塿土、黄绵土及风沙土的土壤硬度随着冻融交替次数的增加总体呈显著减小的趋势（p<0.05）,在冻融交替10～15次后趋于稳定;塿土和黄绵土的饱和导水率随冻融交替次数的变化总体呈显著增加趋势（p<0.05）,风沙土的饱和导水率随冻融交替次数的变化总体呈先增大后减小再增大的趋势;三种供试土壤的崩解速率随冻融交替次数的变化总体呈显著增加趋势（p<0.05）,在冻融交替10次后崩解速率趋于稳定;三种供试土壤的粘粒含量随冻融交替次数显著减少（p<0.05）,砂粒含量呈增加趋势,塿土和黄绵土砂粒含量显著增加（p<0.05）;塿土、黄绵土和风沙土的有机质含量随冻融交替次数的变化总体呈先增加后减少再增加的趋势。（3）土壤可蚀性K值随冻融交替次数增加呈增大趋势,在冻融交替10～15次后逐渐趋于稳定。冻融交替过程中,土壤可蚀性K值与测定的所有土壤理化指标均显著相关（p<0.05）,冻融交替前后测定的土壤理化性质各指标之间相关性显著,经主成分分析后筛选出三个主成分,其累计方差达到91.02%。（4）三种供试土壤坡面产流量总体随冻融交替次数增加呈现先增大后减小再增大的变化趋势,产沙量总体呈增大趋势;产流速率在开始时急剧增长,后趋于稳定;产沙速率在开始时急剧增长,后呈下降趋势。在冻融交替过程中,塿土、黄绵土和风沙土坡面径流总量随冻融交替次数的变化总体呈先增大后减小再增大的趋势,泥沙总量总体呈增大趋势,在冻融交替15次时,分别达到最大值。坡面放水冲刷过程中,产流速率在开始时急剧增长,后稳定波动变化,冻融交替次数越大,波动幅度越大;产沙速率在开始时急剧增长,后急剧波动下降,随着冲刷时间增加,其减小速度逐渐放缓,在冲刷结束时,达到最小值;随着冻融交替次数的增加,产沙速率和产流速率总体呈增加趋势。通过相关分析可知产沙总量与径流总量、土壤类型、冻融交替次数、土壤可蚀性K值、土壤容重、孔隙度、抗剪强度、土壤硬度、饱和导水率、崩解速率、粘粒含量、粉粒含量、砂粒含量和有机质含量均显著相关（p<0.01）,由主成分分析可知这些变量可以解释其90.54%的变化。
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