土壤侵蚀是全球性生态环境问题之一，其造成的水土流失导致土壤退化和生产力下降，威胁粮食安全，而土壤侵蚀量的定量监测与评价是开展有效防治的前提和基础。本书主要包括土壤磁化率概念、表现特征，以及采样技术和测定方法；土壤磁化率在土壤侵蚀研究中的应用原理及理论基础，以及土壤磁化率与土壤侵蚀强度在不同时空尺度上的对应关系。同时，介绍了运用磁化率指标识别坡面上侵蚀区和沉积区的技术、坡面多年平均土壤流失量估算方法，以及利用磁化率变化对小流域尺度上多年平均土壤流失量进行反演的技术和利用磁物质示踪土壤侵蚀过程和强度的技术方法。最后，通过几个研究案例，系统讲述了利用磁化率识别、追踪和估算土壤侵蚀的全过程。
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前言
第1章 土壤磁化率及其环境意义 1
1.1土壤磁学及其特征概述 1
1.1.1 土壤磁性与土壤磁学 1
1.1.2 土壤磁性特征及表现 2
1.1.3 影响土壤磁性的因素 3
1.2土壤磁化率概念 6
1.2.1 定义及物理意义 6
1.2.2 土壤粒径与磁化率 7
1.3土壤磁化率表征指标 8
1.3.1 体积磁化率 8
1.3.2 质量磁化率 8
1.3.3 频率磁化率 8
1.4土壤磁化率技术发展过程 9
1.4.1 磁化率技术在土壤侵蚀应用中的发展 9
1.4.2 常见磁化率仪器类型 10
1.5磁化率技术在地学中的应用 12
1.5.1 磁化率与环境演变 13
1.5.2 磁化率与环境污染 13
1.5.3 磁化率与沉积物来源 15
1.5.4 磁化率与土壤再分配 16
1.6基于磁化率技术的土壤侵蚀研究进展 17
1.6.1 土壤侵蚀与剖面磁性分异特征 17
1.6.2 土壤磁性与土壤侵蚀量估算 21
1.6.3 基于文献分析的磁化率技术应用研究 22
1.7本章 小结 32
参考文献 32
第2章 土壤侵蚀过程及其特征 41
2.1土壤侵蚀基本概念 42
2.1.1 土壤侵蚀与水土流失 42
2.1.2 自然侵蚀与加速侵蚀 44
2.1.3 允许土壤流失量及其确定 45
2.1.4 沟间地侵蚀与沟谷侵蚀 46
2.1.5 产流产沙和径流泥沙 47
2.2土壤侵蚀过程 48
2.2.1 水力侵蚀过程 49
2.2.2 风力侵蚀过程 49
2.2.3 重力侵蚀过程 51
2.2.4 复合侵蚀过程 51
2.3土壤侵蚀类型 52
2.3.1 分类目的和意义 52
2.3.2 分类原则 53
2.3.3 主要侵蚀类型 53
2.4土壤侵蚀影响因素 55
2.4.1 自然因素 55
2.4.2 人为因素 57
2.4.3 因素间的交互作用 57
2.5侵蚀与土壤剖面演化 58
2.5.1 土壤剖面发育 58
2.5.2 侵蚀与剖面变化 60
2.5.3 沉积与剖面变化 60
2.5.4 侵蚀与土壤再分配 60
2.6土壤侵蚀与泥沙运移 61
2.6.1 流域侵蚀产沙及影响因素 61
2.6.2 泥沙输移比 63
2.6.3 沉积泥沙的指纹特征 64
2.7土壤侵蚀强度 65
2.7.1 土壤侵蚀强度表述 65
2.7.2 土壤侵蚀强度分级 65
2.7.3 区域水土流失评价 65
2.8本章 小结 67
参考文献 67
第3章 磁化率技术在侵蚀中的应用原理 69
3.1土壤磁化率与成土环境 69
3.1.1 成土母质与土壤磁化率 69
3.1.2 发育过程与土壤磁化率 69
3.2土壤侵蚀与土壤磁化率剖面特征 70
3.3土壤侵蚀与磁化率变化 71
3.3.1 土壤侵蚀与土壤颗粒分选 71
3.3.2 侵蚀过程对磁化率的影响 72
3.3.3 沉积过程对磁化率的影响 73
3.4磁化率技术应用原理 74
3.4.1 基本假设 74
3.4.2 土壤侵蚀与土壤磁化率剖面 75
3.4.3 土壤侵蚀识别与评价 76
3.5参考基点及其选定 77
3.5.1 参考基点及选择原则 77
3.5.2 参考基点的数量 77
3.6本章 小结 78
参考文献 79
第4章 土壤磁化率采样及测定技术 80
4.1野外采样用具准备 82
4.1.1 扰动土采样用具 82
4.1.2 原状土采样用具 84
4.2野外采样方案设计 86
4.2.1 样点代表性确定原则 86
4.2.2 样点类型选择原则 86
4.2.3 样点数量确定原则 86
4.3土壤样品采集及保存 87
4.3.1 扰动土样采集步骤 87
4.3.2 原状土样采集步骤 87
4.3.3 土壤样品保存方法 89
4.3.4 注意事项 90
4.4磁化率土样预处理过程 90
4.4.1 扰动土预处理方法 90
4.4.2 原状土预处理方法 90
4.5磁化率仪及测定过程 90
4.5.1 巴廷顿磁化率仪介绍 90
4.5.2 磁化率测定 92
4.5.3 注意事项 93
4.6土壤磁化率计算 93
4.7本章 小结 93
参考文献 93
第5章 磁化率与侵蚀在空间上的关系印证 95
5.1研究背景及意义 95
5.2土样采集与分析 96
5.2.1 研究区概况 96
5.2.2 野外采样与样品处理 97
5.2.3 室内实验分析 98
5.2.4 数据分析 98
5.3坡面土壤磁化率统计分布特征 99
5.3.1 农地、人工林地坡面土壤磁化率基本统计特征 99
5.3.2 农地、人工林地坡面土壤磁化率剖面统计特征 100
5.4农地坡面土壤磁化率与侵蚀强度对应关系 102
5.4.1 不同坡位土壤磁化率顺坡分布特征 102
5.4.2 不同坡位土壤磁化率剖面分布特征 104
5.4.3 基于土壤磁化率的侵蚀量/沉积量估算 105
5.5本章 小结 106
参考文献 107
第6章 磁化率与侵蚀在时间上的关系印证 109
6.1水土流失与人类活动 109
6.1.1 毁林开荒与陡坡开垦 110
6.1.2 城市与居民点扩展 110
6.1.3 生产建设项目与道路建设 111
6.2东北黑土区开垦历史 111
6.2.1 小规模局部开发阶段 112
6.2.2 大范围土地开垦阶段 113
6.2.3 现代化农业新时代 113
6.3开垦时间与土壤性质 113
6.3.1 土壤物理性质变化 113
6.3.2 土壤化学性质变化 114
6.3.3 土壤剖面性质变化 114
6.4磁化率与侵蚀强度时间耦合原理 114
6.4.1 磁化率与土壤侵蚀的关系 114
6.4.2 开垦时间与侵蚀强度变化 115
6.4.3 侵蚀强度随时间变化解析 118
6.5坡面土壤侵蚀规律研究 118
6.5.1 研究思路 118
6.5.2 技术路线 118
6.5.3 土样采集与处理 119
6.6不同开垦坡面土壤磁化率分布特征 122
6.6.1 不同开垦年限土壤磁化率统计分析 122
6.6.2 不同开垦年限土壤磁化率坡面分异特征 126
6.6.3 不同坡面部位土壤磁化率分异特征 128
6.7不同开垦坡面磁化率与侵蚀强度的关系 131
6.7.1 开垦时间与平均侵蚀强度 131
6.7.2 开垦时间与土壤侵蚀的空间差异性 132
6.8本章 小结 133
参考文献 133
第7章 基于磁化率技术的侵蚀估算方法 138
7.1基本假设 138
7.1.1 土壤侵蚀与耕作 138
7.1.2 耕作均一化模型 139
7.2样品采集与处理方法研究 140
7.2.1 研究思路 140
7.2.2 土样采集与处理 141
7.3土壤磁化率坡面分异特征 147
7.3.1 表土磁化率增强的普遍规律性 147
7.3.2 侵蚀导致表土磁化率变化的特征 149
7.3.3 沉积导致表土磁化率变化的特征 149
7.4坡面侵蚀与沉积识别技术 150
7.4.1 参考点土壤剖面磁化率 150
7.4.2 坡面侵蚀区识别 151
7.4.3 坡面沉积区识别 153
7.5基于磁化率变化的侵蚀量估算 156
7.5.1 土壤侵蚀深度估算 157
7.5.2 土壤沉积厚度估算 160
7.5.3 土壤净侵蚀量估算 163
7.6磁化率技术在小流域泥沙来源时空特征辨析中的应用 166
7.6.1 小流域沉积物磁化率与泥沙级配的关系 166
7.6.2 小流域沉积物剖面磁化率分异特征 171
7.6.3 小流域沉积物磁化率与年降水量的关系 173
7.6.4 小流域沉积物的物质来源 174
7.7本章 小结 176
参考文献 176
第8章 土壤磁化率与风蚀因子的关系初探 179
8.1研究背景及意义 179
8.1.1 北方草原地区风蚀研究意义 179
8.1.2 风蚀监测研究方法简述 179
8.1.3 磁化率的风蚀监测潜力 179
8.2样品采集与处理方法 180
8.2.1 研究思路 180
8.2.2 土样采集与处理 180
8.3风蚀土壤磁化率基本特征 183
8.4放牧强度与土壤磁化率 185
8.5土壤性质(粒度、有机质)与磁化率 186
8.6基于土壤磁化率的风蚀研究意义 188
8.7本章 小结 191
参考文献 191
第9章 土壤磁化率与风水复合侵蚀的关系初探 194
9.1研究背景及意义 194
9.1.1 风水复合侵蚀研究意义 194
9.1.2 风水复合侵蚀研究方法简述 194
9.1.3 基于磁化率的侵蚀研究概况 195
9.1.4 研究思路 196
9.2样品采集与处理方法 196
9.2.1 研究区概况 196
9.2.2 野外采集与处理 197
9.2.3 室内实验程序 198
9.2.4 数据与结果分析 199
9.3耕地与草地的磁化率统计特征 199
9.4耕地与草地磁化率空间分布特征 200
9.4.1 χlf与 χfd%的坡向分布特征 200
9.4.2 χlf与 χfd%的垂向分布特征 200
9.5磁化率与土壤粒级的关系 203
9.5.1 土壤机械组成特征 203
9.5.2 土壤磁化率与粒级含量的相关性 204
9.5.3 土壤磁化率贡献机制 204
9.6讨论 206
9.6.1 耕地与草地对水蚀的响应 206
9.6.2 耕地与草地对风蚀的响应 207
9.6.3 人类活动对土壤侵蚀的影响 207
9.6.4 磁化率在风水复合侵蚀研究中的应用 208
9.7本章 小结 209
参考文献 210
第10章 基于磁化率技术的土壤厚度识别 214
10.1 MS2D型磁化率探头工作原理 214
10.1.1 MS2D型磁化率探头简介 214
10.1.2 MS2D型磁化率探头工作原理 214
10.2 研究方法概述 214
10.2.1 供试土壤和磁性材料的基本性质 214
10.2.2 模拟土壤剖面实验——探索磁探法的工作机理 215
10.2.3 数据分析 217
10.3 磁化率与土层厚度之间的转换公式 217
10.3.1 磁探法中的κ-H关系 217
10.3.2 磁探法的测量精度 220
10.4 应用案例 220
10.4.1 材料与方法 221
10.4.2 结果与讨论 224
10.5 磁探法本质与应用条件 226
10.5.1 磁探法的本质 226
10.5.2 磁探法的应用条件 227
10.5.3 磁探法的不足与展望 227
10.5.4 磁探法与其他方面的比较 227
10.6 本章 小结 229
参考文献 229
第11章 基于磁化率技术的侵蚀过程反演 231
11.1流域侵蚀与沉积 231
11.1.1 流域源-汇区域侵蚀沉积特征 231
11.1.2 流域源-汇区域侵蚀物质关系 232
11.1.3 利用沉积泥沙研究流域土壤侵蚀 233
11.2复合指纹技术与原理 236
11.2.1 复合指纹技术理论基础 236
11.2.2 常用指纹因子及其诊断能力 240
11.2.3 泥沙来源复合“指纹”示踪技术 243
11.3沉积物磁化率特征 244
11.3.1 黄土沉积物 244
11.3.2 海洋沉积物 250
11.3.3 湖泊沉积物 253
11.4磁化率技术在喀斯特坡面土壤侵蚀中的应用案例 256
11.4.1 材料与方法 257
11.4.2 喀斯特坡面土壤磁化率空间特征统计分析 260
11.4.3 喀斯特坡面土壤磁化率剖面特征与解析 261
11.4.4 喀斯特坡面土壤侵蚀/沉积识别与分析 263
11.4.5 基于磁化率(χlf)变化识别坡面石漠化与水土流失关系 265
11.4.6 本节结论 266
11.5复合指纹技术在喀斯特流域土壤侵蚀中的应用案例 267
11.5.1 材料与方法 267
11.5.2 洼地沉积物特征 270
11.5.3 沉积剖面断代/定年 272
11.5.4 流域侵蚀反演 273
11.5.5 本节结论 274
11.6本章 小结 274
参考文献 275
第12章 磁铁矿粉作为黄土高原侵蚀示踪剂有效性的初步试验 284
12.1 研究背景及意义 284
12.2 研究目标 285
12.3 材料与方法 285
12.3.1 供试土壤与磁性示踪剂的基本性质 285
12.3.2 土壤与示踪剂的混合 286
12.3.3 磁化率测量 286
12.3.4 土壤团聚体分析 286
12.3.5 土壤渗透实验 287
12.3.6 土壤冲刷实验 287
12.3.7 显微镜观察 288
12.3.8 数据分析 288
12.4 结果与讨论 289
12.4.1 土壤与磁铁矿粉示踪剂的特征 289
12.4.2 磁性示踪剂在不同粒级土壤团聚体中的分布 290
12.4.3 磁性示踪剂在土壤剖面中的迁移特征 291
12.4.4 坡面土壤中磁性示踪剂的分离特征 291
12.5 本章 小结 293
参考文献 293
第13章 磁铁矿粉作为我国主要土壤侵蚀示踪剂的可行性研究 295
13.1 研究背景及意义 295
13.2 研究目标 296
13.3 材料与方法 296
13.3.1 土壤和磁性示踪剂 296
13.3.2 土壤示踪方法 297
13.3.3 土壤磁化率测定 297
13.3.4 土壤团聚体粒度分布测定 297
13.3.5 土壤渗透实验 297
13.3.6 土壤冲刷实验 298
13.3.7 数据分析 298
13.4 结果 298
13.4.1 不同粒径土壤团聚体的磁性示踪特征 298
13.4.2 淋溶过程后土壤剖面中磁性示踪剂的迁移特征 299
13.4.3 标记土壤在冲刷过程后磁性示踪剂的分离特征 300
13.5 讨论 301
13.5.1 标记土壤磁性的均匀性 301
13.5.2 长期淋溶条件下示踪剂沿土壤剖面向下迁移的问题 301
13.5.3 坡面径流条件下土壤团聚体与示踪剂的潜在同步示踪能力 301
13.5.4 示踪剂标记试验土壤的侵蚀研究意义 302
13.6 本章 小结 304
参考文献 304
第14章 基于磁性示踪剂的土壤漏失追踪 307
14.1 喀斯特地区侵蚀环境特征 307
14.1.1 土壤侵蚀背景 307
14.1.2 土壤侵蚀特征 308
14.1.3 侵蚀危害与现存问题 309
14.2 土壤漏失研究进展 310
14.2.1 地下漏失现象与概念 310
14.2.2 地下漏失强度 312
14.2.3 土壤漏失研究方法 313
14.2.4 存在问题与展望 315
14.3 土壤磁化率在喀斯特地区地下漏失研究中的应用 315
14.3.1 试验目的及研究区概况 316
14.3.2 试验准备及程序 316
14.3.3 裂隙土壤垂直迁移模拟 317
14.3.4 数据分析与结论 319
14.4 本章 小结 322
参考文献 322
第15章 成果、问题及未来研究展望 327
15.1 近期主要研究成果 327
15.1.1 磁化率与侵蚀在空间上的对应关系 327
15.1.2 磁化率与侵蚀程度在时间上的对应关系 328
15.1.3 磁化率在土壤再分配研究中的贡献 328
15.1.4 利用土壤磁化率估算土壤侵蚀量 329
15.1.5 土壤磁化率采样及测定方法优化 329
15.1.6 土壤厚度探测技术及应用 330
15.1.7 复合指纹技术中的环境指示价值 330
15.2 存在的不足 331
15.2.1 参考点的选定问题 331
15.2.2 研究时段起点确定 332
15.2.3 时间尺度问题 333
15.2.4 泥沙沉积信息的反演问题 333
15.3 未来重点研究方向 334
15.3.1 参考面的选择规范问题 334
15.3.2 侵蚀估算中的时间断代问题 334
15.3.3 磁性示踪物质的筛选与优化 334
参考文献 335
京公网安备 11010102004214号