三峽庫(kù)區(qū)不同厚度紫色土坡面水文過(guò)程及侵蝕響應(yīng).pdf

1、本研究在水文土壤學(xué)的理論框架下，以紫色土剖面構(gòu)造(包括土層厚度，層次，界面，孔隙，結(jié)皮，根系等)對(duì)紫色土坡面水文過(guò)程和侵蝕過(guò)程的影響機(jī)理為主要研究?jī)?nèi)容，在原位小區(qū)尺度紫色土坡面上，對(duì)典型厚度紫色土坡面水文和侵蝕過(guò)程進(jìn)行了初步研究。通過(guò)野外調(diào)查和模擬降雨試驗(yàn)，初步得出了典型厚度紫色土坡耕地坡面水文過(guò)程和產(chǎn)流機(jī)制，揭示了地表徑流和壤中流共同作用下紫色土坡面土壤侵蝕發(fā)生發(fā)展過(guò)程：研究了不同起始條件(降雨強(qiáng)度和地表結(jié)皮)對(duì)坡面薄層紫色土水分和壤

2、中流過(guò)程的影響；探討了紫色土性質(zhì)與坡面水文和侵蝕過(guò)程間的內(nèi)在聯(lián)系，闡明了紫色土剖面構(gòu)造對(duì)土壤過(guò)程的深刻影響。通過(guò)開(kāi)展以上內(nèi)容研究，探討了紫色土坡面地表徑流和壤中流共同作用下的土壤侵蝕機(jī)理，深化了對(duì)紫色土坡面產(chǎn)流和侵蝕機(jī)理的認(rèn)識(shí)。論文主要結(jié)果如下：
　　 (1)所有小區(qū)土壤均表現(xiàn)為土體礫石含量高，土壤顆粒以砂粒和粉粒為主，剖面層次發(fā)育程度低，具有典型的幼年土特征；土層厚度為23cm，31cm以及45cm小區(qū)不含耕作淀積層，為新成土

3、，而59cm和76cm小區(qū)存在較明顯的耕作淀積層，為淋溶土，說(shuō)明土層越厚的紫色土具有相對(duì)高的土體發(fā)育程度。所有小區(qū)耕作層土壤具有較高的飽和導(dǎo)水率(34 mm h-1～78 mm h-1之間)，但隨土層深度的增加，飽和導(dǎo)水率均表現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)，然而，薄層土壤剖面各土層之間下降幅度大，厚層土壤剖面土層之間變化較為平緩。
　　 (2)在所有場(chǎng)次降雨過(guò)程中，所有降雨分配組分均與土層厚度間表現(xiàn)出線性相關(guān)性：地表徑流和土壤蓄水量隨土層厚

4、度的增加而增加，壤中流和深層入滲量則隨土層厚度的增加而減少。厚層紫色土坡面比薄層紫色土坡面表現(xiàn)出更高的地表徑流量和土層蓄水能力，而壤中流和深層入滲則顯著小于薄層紫色土。運(yùn)用水文土壤學(xué)的方法，通過(guò)野外入滲試驗(yàn)和模擬降雨試驗(yàn)在小區(qū)尺度上探討了設(shè)定雨強(qiáng)60mm h-1，歷時(shí)2h恒雨強(qiáng)條件下，地表裸露的坡耕地上典型厚度紫色土坡耕地坡面產(chǎn)流特征。結(jié)果表明：對(duì)于地表徑流，土層厚度為23cm小區(qū)表現(xiàn)為蓄滿產(chǎn)流，而土層厚度為45cm和76cm小區(qū)均表現(xiàn)

5、為超滲產(chǎn)流；對(duì)于壤中流，土層厚度為76cm小區(qū)以基質(zhì)流為主，而土層厚度為23cm小區(qū)則表現(xiàn)出明顯的優(yōu)先流特征，45cm小區(qū)則在A層以基質(zhì)流為主，在AC層以優(yōu)先流為主。不同厚度紫色土剖面構(gòu)造的差異是導(dǎo)致小區(qū)間水文過(guò)程和產(chǎn)流機(jī)制差異的主要原因。
　　 (3)不同雨強(qiáng)條件下，薄層紫色土小區(qū)存在比厚層小區(qū)更加明顯的壤中流和深層入滲等水文過(guò)程，薄層小區(qū)侵蝕總量均顯著小于厚層小區(qū)。侵蝕總量從23cm小區(qū)60 mmh-1雨強(qiáng)條件下的105 g

6、 m-2 h-1增加到76 cm小區(qū)120 mm h-1雨強(qiáng)條件下的4220 g m-2 h-1。23cm，31cm小區(qū)隨雨強(qiáng)的增加地表侵蝕強(qiáng)度增加幅度不大，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗侵蝕能力，相反，45，59，76 cm小區(qū)隨雨強(qiáng)的增加侵蝕速率急劇增加，反映出較弱的抗侵蝕能力。
　　 (4)通過(guò)原位人工模擬降雨試驗(yàn)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)描述土壤水分過(guò)程和壤中流過(guò)程的參數(shù)進(jìn)行了分析，定量研究了降雨強(qiáng)度和表土結(jié)皮程度(用0-5mm表土容重表征)

7、對(duì)薄層紫色土坡面土壤水分和壤中流的影響。結(jié)果表明：土壤水分濕潤(rùn)峰平均運(yùn)移速率在0.28～1.63mm/s之間，優(yōu)先流特征明顯；降雨強(qiáng)度和表土結(jié)皮程度是影響土壤水分過(guò)程和壤中流過(guò)程的主要因素，降雨強(qiáng)度增加有利于優(yōu)先流的發(fā)生和發(fā)展，而表土結(jié)皮的形成是阻礙優(yōu)先流發(fā)生和發(fā)展的主要原因。
　　 本研究證明了紫色土剖面構(gòu)造(包括層次，土層厚度，界面，孔隙，結(jié)皮，根系等)對(duì)土壤過(guò)程(包括水文過(guò)程和侵蝕過(guò)程)的重要影響。對(duì)于紫色土坡面上所體現(xiàn)出

8、的各種錯(cuò)綜復(fù)雜的產(chǎn)流機(jī)制和侵蝕過(guò)程，其原因不僅僅是土壤厚度本身，同時(shí)還有在土壤水文和侵蝕過(guò)程中起到?jīng)Q定性作用的土壤發(fā)育或成土特性以及人為影響因子。其中，土壤發(fā)育或成土特征包括土壤質(zhì)地，機(jī)械組成，礫石含量，土壤剖面田間飽和導(dǎo)水率垂直變異趨勢(shì)，土壤層次，土壤結(jié)皮等，而土壤人為影響方面則包括人為耕作擾動(dòng)強(qiáng)度和耕作年限等。相比較于傳統(tǒng)的土壤發(fā)生學(xué)和水文學(xué)，水文土壤學(xué)作為新興交叉學(xué)科，在對(duì)三峽紫色土地區(qū)不同厚度坡耕地坡面水文及侵蝕調(diào)查和研究過(guò)程中