【论文精选】不同砾石存在形式红壤坡面侵蚀特征的比较

我国南方红壤丘陵区是仅次于黄土高原的严重水土流失区域，国内众多学者对红壤丘陵区土地退化、水土流失规律、水土流失动态演变趋势、水土流失综合治理技术以及不同治理措施的水土保持效应等方面都进行了深入的研究；但由于研究方法的不同与技术手段的欠缺，导致目前对坡面尺度上非均质土壤的认识及其水土流失过程了解不足，有关降雨对红壤区含砾石土壤产流产沙机制影响的研究更是鲜有报道。

土壤中砾石的存在形式分为2种，一种是覆盖于土壤表层的砾石或部分嵌入于土壤的砾石，另一种是埋藏于土壤下层被完全包裹的砾石。土壤表面砾石覆盖，不仅对土壤含水量和蒸发产生影响，而且砾石覆盖使土壤免受雨滴的溅蚀，防止土壤表面结皮，从而增加入渗；因此砾石的存在不但会改变土壤的物质组成和结构，还会影响土壤容重、孔隙度、导水率及土壤入渗等土壤物理特性和水力学特性，并进一步改变坡面产流和水土流失过程，即土壤中砾石的存在将对整个水文循环产生影响。现有的研究主要集中在砾石覆盖与坡面产流产沙关系等方面，而降雨强度和坡度对不同砾石存在形式土壤侵蚀的影响研究较少。

降雨是产生径流和土壤侵蚀的先决条件，也是引发坡面侵蚀的主要推动力。本研究利用室内人工模拟降雨，结合浙江省曹娥江流域上游地区(省级水土流失重点治理区)降雨、坡地特点，研究不同砾石含量及存在方式下，不同降雨强度和坡度对红壤坡面侵蚀过程的影响，探讨不同降雨强度和坡度组合条件下坡面降雨产流时间、产流强度、产流过程、径流总量等特征，弄清无砾石、砾石覆盖和砾石嵌套方式下，降雨强度和坡度对红壤坡面侵蚀的影响。本研究将为非均质土壤坡面水土过程研究、土壤侵蚀预报、坡面水文模型应用等提供基础数据。

试验土壤采自曹娥江上游典型含砾石红壤坡面的表层0~20cm，风干后过6mm筛，除去砾石、根系等杂物。试验砾石采自野外，坡面砾石含量设为0%(空白)和5%(分为覆盖和嵌套2种形式)，粒径为6~10mm、10~20mm和20~25mm，按3:5:2配比。根据研究区近10年的降雨资料，本次试验降雨强度设为60mm/h和120mm/h来模拟小、大2种降雨条件。根据已有研究中产流产沙量突变的临界坡度大致在25°的研究结果，试验坡度设为10°、15°、20°和25°。每个试验处理重复2次，共模拟降雨24场次。对产流时间，径流率等指标进行计算，对比不同砾石情况的产流差异，得出以下结论：

1）无砾石、覆盖5%砾石和嵌套5%砾石红壤坡面在相同坡度时，随着降雨强度的增加产流时间提前；降雨强度增加后，雨滴对坡面的打击和冲刷力也随之增加，且降雨强度的增加也会掩盖坡度对产流时间的影响；降雨强度为60mm/h时，10°、15°、20°和25° 4个坡度，覆盖5%砾石较嵌套5%砾石坡面产流时间分别延长1.12min、0.35min、0.14min和0.15min。

2）降雨强度为120mm/h时，无砾石和覆盖5%砾石在4个坡度的径流率随时间变化过程较接近，而嵌套5%砾石坡面在坡度为10°时径流率远低于其他坡度的；在降雨强度为60mm/h时，无砾石、嵌套5%砾石和覆盖5%砾石坡面在不同坡度时的径流率差异较大。

3）不同降雨强度时不同砾石存在形式的各坡面，产沙强度整体上随着降雨的持续呈波动性减小的趋势，最后趋于平稳；不同砾石存在形式红壤坡面在降雨强度60mm/h和120mm/h时，产沙强度均表现为25°明显大于10°、15°和20°；相同条件下次降雨产沙量均随着坡度的增加呈增加的趋势，且随降雨强度增大而增大。这是因为降雨雨滴的击溅作用使坡面上产生分散的土粒，坡面形成的薄层水流将这些土粒搬运至钢槽出口，由此形成了坡面产沙的高峰；随降雨的持续进行，雨滴的打击作用可使土壤表面形成较致密的临时结皮层，使土壤抗蚀力相应增强，又因薄层水流的存在，雨滴击溅坡面的机会减少，坡面产沙量逐渐下降并趋于稳定。

4）不同砾石存在形式红壤坡面由于降雨强度不同，次降雨产沙量规律表现不同；降雨强度60mm/h时，除25°外，各坡度的产沙量表现为无砾石>覆盖5%砾石>嵌套5%砾石，降雨强度120mm/h时则为无砾石>嵌套5%砾石>覆盖5%砾石。

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