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土壤学

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水土流失

由于流动的水,风或冰的作用以及重力的作用,土壤剖面不断受到破坏。这些侵蚀过程将土壤颗粒从A层清除,并使地下层暴露于风化作用,导致腐殖质,植物养分和有益的土壤生物体流失。这些损失不仅对农业和林业至关重要,而且对土壤,土壤的清除,运输和后续沉积也可能因损坏建筑物,桥梁,涵洞和其他结构而产生重大的经济后果。

侵蚀过程

由水引起的侵蚀可根据气候和地形而采取多种形式。降雨撞击不受植被或人造结构阻碍的陆地表面的力量足以将近15米(6英寸)的物质从接近1米(39英寸)的A层向空中升起。雨滴的冲击破坏了将土壤团聚体保持在一起的键,并将颗粒物从地表径流射入流动的水中。通过表层水(表层侵蚀)或通过小通道中的水流(钻蚀)全面清除土壤颗粒,是大部分水源于裸露土地表面的水土流失的原因。更为壮观但较不普遍的侵蚀类型是沟壑侵蚀,其中水集中在过深而难以耕种的河道中;河岸侵蚀,流中的饱和水流冲入下方的运动水中。在完全被水浸透的山坡土壤中,可以看到相同的作用于河岸侵蚀的作用力。重力能够克服将土壤颗粒保持在一起的内聚力,可以使整个土壤剖面向下滑坡运动,这种现象称为质量运动。这种运动可能是缓慢的(土壤蠕变),快速的(泥石流或泥石流),或者有时是灾难性的(滑坡)。

风蚀的机理取决于土壤质地和土壤颗粒的大小。淤泥或粘土大小的干燥土壤颗粒可以通过风远距离运输。直径为0.05毫米(0.002英寸)至0.5毫米(0.02英寸)的细颗粒大小的较大颗粒可以在空中悬空​​高达25厘米(10英寸),然后在短时间内掉落到地面飞行中,只有在持续不断的风的推动下才能反弹。较粗的沙粒不会被抬起,但会沿着地面翻滚。风蚀的主要原因是较小的土壤颗粒的跳跃运动,称为盐化过程。这些土壤的风吹表面的质地变得更粗糙,使其化学反应性降低,也无法保留植物养分或捕获污染物。在干旱地区,风蚀经常会产生砾石地面,称为沙漠路面。

土壤侵蚀率

土壤侵蚀和沉积是自然的地貌过程,可以改变地形,并为土壤剖面的发展提供新的母体材料。当侵蚀速度大大超过在没有人类土地使用的情况下的预期侵蚀速度时,这些过程就成为土壤保护的问题,这种情况称为加速侵蚀。通过测量沉积物的迁移和积累,山坡上的质量运动以及地貌的放射性碳测年,可以估算正常土壤侵蚀的速率。每年每公顷的土壤流失量从不到0.02吨到超过10公吨(每英亩0.01到4.5吨)不等。相比之下,每年每公顷自然土壤的形成速度为0.2至9公吨。正常土壤侵蚀的年平均速率接近每公顷1公吨(0.45吨每英亩),而天然土壤形成的平均年均侵蚀速率接近0.7吨每公顷(0.3吨每英亩)。规则是大范围的变化,但是每年每公顷超过10公吨的土壤流失速度预示着加速的侵蚀。重要的是要注意,这种加速的土壤流失相当于土壤深度小于1毫米(0.04英寸),这使得很难在短时间内观察到侵蚀破坏。

当气候和地形固定并且土壤覆盖率发生变化时,水蚀造成的土壤流失速率对植被具有可预测的显着依赖性。如图所示,无论位置如何,林地或永久性牧场的侵蚀损失通常很小,谷物作物种植的土地的侵蚀损失中等至高,果园,葡萄园和大田作物种植的土地的侵蚀损失非常高。