平筛和旋筛测定土壤风蚀可蚀性的比较研究

王培信, 常春平, 王仁德, 李继峰, 杨 钦, 赵望龙, 郭中领

(1.河北师范大学 资源与环境科学学院, 石家庄050016; 2.河北省科学院地理科学研究所, 石家庄 050021)

土壤风蚀是表层土壤在风力吹蚀及风沙流磨蚀下发生分离、搬运、沉积的动力过程，其发生与发展受地表风力强弱和土壤可蚀性的制约[1]。土壤可蚀性的概念由Middeton在1930年水蚀研究中首次提出[2]，随后引入风蚀研究中，1942年Chepil提出了(Soil erodibility by wind)土壤风蚀度(粒径<0.84 mm)的概念，用来反映土壤遭受风蚀的脆弱性程度，它是土壤性质中的一个重要方面，它是评价土壤是否易受侵蚀营力破坏的性能，也是土壤对侵蚀营力分离和搬运作用的敏感性[3]。干团聚体组成(ASD)是影响土壤可蚀性的重要参数，同时也是土壤风蚀模型的重要影响参数，通过对干团聚体平均几何直径(GMD)的计算可以进一步阐示出干团聚体特征从而间接量化土壤可蚀性，而土壤的机械组成是分析土壤各项指标参数，搭建模型，进行风蚀预报的先行步骤之一。

20世纪40年代美国土壤学家Chepil进行风洞试验分析土壤风蚀与地表粗糙度、干土块结构时提出用干筛测量风力作用下土壤可蚀性的方法[3]，1952年Chepil设计旋转筛分法对土壤进行旋筛处理，这种方法成为确定可蚀性颗粒含量的经典方法[4]，1982年Skidmore等人使用旋转筛分法将粒度组成与风蚀度联系起来，将>0.84 mm的土壤颗粒称为不可蚀颗粒(NEP)而<0.84 mm的土壤颗粒称为可侵蚀颗粒(EP)而0.005～0.5 mm的土壤颗粒称为最容易被侵蚀的颗粒MEP[5]，旋转筛分法在后期得到Fryrear的增补改进，主要是增加了马达、支架、筒筛，但基本原理没变[6]。20世纪中叶美国中西部大平原地区频发沙尘暴，逐步引起美国政府开始加快风蚀研究的进程，90年代末美国农业部提出RWEQ，WEPS两个土壤风蚀模型，其中土壤颗粒组成数据来源同样沿用旋转筛分法进行粒度分析。旋转筛分成为确定土壤中抗蚀物含量的经典方法[7-8]。在美国土壤协会杂志的调查显示在1996—2000年之间其绝大多数研究均使用旋筛筛分法进行研究[9]，随着遥感和理信息技术的深入发展结合模型模拟在干旱半干旱地区进行应用，王牧兰等利用GIS方法对浑善达克沙地景观格局变化进行了研究[10]；康相武等以及敖艳红等通过对遥感影像的解译分析了20世纪末和21世纪初浑善达克沙地土地沙漠化时空演变规律[11-12]，李春兰等通过高程数据对浑善达克沙地典型区正镶白旗的荒漠化的特征分析[13]；国内有利用RWEQ模型结合遥感和地理信息技术的应用[14]，张国平从全国的风蚀面积的蚀积变化中通过RWEQ模型计算出全国风场的风力指数[15]；巩国丽等应用RWEQ模型分析了锡林郭勒盟防风固沙服务功能的时空变化趋势[16]；江凌等应用RWEQ青海省年均风蚀模数进行了估算[17]，同时和137CS相互印证进行修正的研究[18-20]。而国内的风蚀研究的粒度组成分析主要利用平筛筛分法，而且在我国适用范围广泛，同时也有通过修正其方程的工作，平筛震荡机对土壤大颗粒组织的破坏，相对于旋筛的筛分方式有可能造成可蚀性颗粒的质量分数的偏差，尤其是对于不同土地利用方式的土壤。

本文通过对平筛和旋筛测定土壤干团聚体指标GMD和土壤可蚀性分数EF，并对两种筛分获得的结果进行对比，探讨在不同的筛分方式对土壤干团聚体筛分结果的影响。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

坝上高原位于内蒙古高原的东南前缘，包括康保、沽源、张北地区以及尚义、丰宁、围场县的一部分区域。本次采样区域主要位于康保县内，该地区为低山丘陵区，岗梁盆地纵列分布，是河北省唯一没有外流河的县，气候属于中温带季风气候，大陆性气候特征显著，有“十年九旱”的说法。植被属于干旱半干植被，农牧业发展对该地区的植被的破坏较为严重，年降水量较少且集中，年均降水量不足400 mm，年蒸发量较大平均值为1 762.7 mm，全县由北向南无霜期为85～100 d，热量资源不足。尤……