三峽庫區(qū)不同厚度紫色土坡面水文過程及侵蝕響應.pdf

1、本研究在水文土壤學的理論框架下，以紫色土剖面構造(包括土層厚度，層次，界面，孔隙，結皮，根系等)對紫色土坡面水文過程和侵蝕過程的影響機理為主要研究內(nèi)容，在原位小區(qū)尺度紫色土坡面上，對典型厚度紫色土坡面水文和侵蝕過程進行了初步研究。通過野外調查和模擬降雨試驗，初步得出了典型厚度紫色土坡耕地坡面水文過程和產(chǎn)流機制，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)展過程：研究了不同起始條件(降雨強度和地表結皮)對坡面薄層紫色土水分和壤

2、中流過程的影響；探討了紫色土性質與坡面水文和侵蝕過程間的內(nèi)在聯(lián)系，闡明了紫色土剖面構造對土壤過程的深刻影響。通過開展以上內(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理，深化了對紫色土坡面產(chǎn)流和侵蝕機理的認識。論文主要結果如下：
　　 (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，說明土層越厚的紫色土具有相對高的土體發(fā)育程度。所有小區(qū)耕作層土壤具有較高的飽和導水率(34 mm h-1～78 mm h-1之間)，但隨土層深度的增加，飽和導水率均表現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，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)在所有場次降雨過程中，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。運用水文土壤學的方法，通過野外入滲試驗和模擬降雨試驗在小區(qū)尺度上探討了設定雨強60mm h-1，歷時2h恒雨強條件下，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。結果表明：對于地表徑流，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；對于壤中流，土層厚度為76cm小區(qū)以基質流為主，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層以基質流為主，在AC層以優(yōu)先流為主。不同厚度紫色土剖面構造的差異是導致小區(qū)間水文過程和產(chǎn)流機制差異的主要原因。
　　 (3)不同雨強條件下，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雨強條件下的4220 g m-2 h-1。23cm，31cm小區(qū)隨雨強的增加地表侵蝕強度增加幅度不大，表現(xiàn)出較強的抗侵蝕能力，相反，45，59，76 cm小區(qū)隨雨強的增加侵蝕速率急劇增加，反映出較弱的抗侵蝕能力。
　　 (4)通過原位人工模擬降雨試驗，運用數(shù)理統(tǒng)計方法對描述土壤水分過程和壤中流過程的參數(shù)進行了分析，定量研究了降雨強度和表土結皮程度(用0-5mm表土容重表征)

7、對薄層紫色土坡面土壤水分和壤中流的影響。結果表明：土壤水分濕潤峰平均運移速率在0.28～1.63mm/s之間，優(yōu)先流特征明顯；降雨強度和表土結皮程度是影響土壤水分過程和壤中流過程的主要因素，降雨強度增加有利于優(yōu)先流的發(fā)生和發(fā)展，而表土結皮的形成是阻礙優(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造(包括層次，土層厚度，界面，孔隙，結皮，根系等)對土壤過程(包括水文過程和侵蝕過程)的重要影響。對于紫色土坡面上所體現(xiàn)出

8、的各種錯綜復雜的產(chǎn)流機制和侵蝕過程，其原因不僅僅是土壤厚度本身，同時還有在土壤水文和侵蝕過程中起到?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地，機械組成，礫石含量，土壤剖面田間飽和導水率垂直變異趨勢，土壤層次，土壤結皮等，而土壤人為影響方面則包括人為耕作擾動強度和耕作年限等。相比較于傳統(tǒng)的土壤發(fā)生學和水文學，水文土壤學作為新興交叉學科，在對三峽紫色土地區(qū)不同厚度坡耕地坡面水文及侵蝕調查和研究過程中