紫色土碎石分布及其對(duì)坡面土壤侵蝕的影響

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1、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文紫色土碎石分布及其對(duì)坡面土壤侵蝕的影響姓名：王小燕申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：土壤學(xué)指導(dǎo)教師：蔡崇法201206紫色土碎石分布及其對(duì)坡面土壤侵蝕的影響摘要紫色土廣泛分布于四川盆地、三峽庫(kù)區(qū)等地，紫色土地區(qū)土壤肥力高、水熱資源豐富，是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要基地。由于紫色土地區(qū)人口密度大，坡地利用強(qiáng)度高，降水集中多暴雨，土壤侵蝕比較嚴(yán)重。含碎石是紫色土的重要特征之一，表土覆蓋或土壤中混合的碎石通過(guò)各種途徑直接或間接地影響了土壤侵蝕過(guò)程，含碎石土壤有著特有的侵蝕特點(diǎn)。針對(duì)紫色土坡地嚴(yán)重的土壤侵蝕退化，

2、開展含碎石紫色土坡面侵蝕特點(diǎn)研究，弄清碎石對(duì)土壤侵蝕過(guò)程的影響，對(duì)制定高強(qiáng)度利用下坡地的水土保持措施，控制坡地土壤流失，合理利用紫色土坡地資源具有重要意義。本文以三峽庫(kù)區(qū)典型紫色土坡地為研究對(duì)象，首先采樣調(diào)查了紫色土的碎石含量、容重與孔隙特征等物理性質(zhì)；再根據(jù)野外調(diào)查結(jié)果，運(yùn)用室內(nèi)人工模擬降雨研究了典型碎石混合紫色土坡面降雨侵蝕過(guò)程，．探討了碎石含量(風(fēng)，0‰30％)與降雨入滲、地表徑流流速演變、地表產(chǎn)流產(chǎn)沙的關(guān)系；最后還采用野外原位小區(qū)模擬降雨試驗(yàn)，結(jié)合室內(nèi)土槽模擬降雨試驗(yàn)，較系統(tǒng)地分析了不同碎石位置(置于表

3、土上與嵌入表土中)、不同碎石蓋度(尺。，0％40％)、不同土壤結(jié)構(gòu)(質(zhì)地孔隙土壤和結(jié)構(gòu)孔隙土壤)與不同降雨強(qiáng)度(I，1、1．5、2mm／min)條件下碎石覆蓋對(duì)紫色土坡面侵蝕過(guò)程的影響。主要結(jié)果有：1．基本弄清楚了坡耕地紫色土碎石分布特點(diǎn)以及碎石對(duì)土壤基本物理性質(zhì)的影響：(1)紫色土不同土層都含有碎石，碎石含量集中分布在0％-40％，土壤中的碎石以小碎石(5,--20mm)和中碎石(20,--76mm)為主，各土層<76mill的碎石平均占總碎石的80％以上。(2)受土壤發(fā)生過(guò)程制約，土層深度對(duì)碎石含量和碎石粒

4、徑配比有顯著影響。中碎石和大碎石(76--250mm)及總碎石含量隨著土層加深而增加，小碎石含量沒(méi)有顯著變化；同時(shí)，隨著土層加深，小碎石含量比減少，中碎石含量比和大碎石含量比增加，碎石等效粒徑增大。(3)坡度對(duì)坡面上影響碎石分布的主控因素具有決定作用，在不同坡度坡面上，影響碎石分布的主控因素不同，故碎石含量隨坡位變化的趨勢(shì)不同。在280陡坡面上，重力牽引碎石向坡下滾動(dòng)或蠕動(dòng)的作用占主導(dǎo)地位，碎石含量和碎石等效粒徑從坡下(19．5％--,54．9％，50---84mm)到坡上(3．6％-6．6％，18卅6nun)

5、逐漸減小，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2012屆博士研究生學(xué)位論文小碎石、中碎石和大碎石含量具有同樣的變化趨勢(shì)。在200緩坡面上，侵蝕對(duì)土壤顆粒的分選作用，即細(xì)土被沖走，碎石被留下，占主導(dǎo)地位，碎石含量從坡下(0．50／'o．．．2．O％)到坡上(18．2％---28．3％)逐漸增加，但碎石等效粒徑在坡面上沒(méi)有顯著的增加趨勢(shì)。(4)碎石和細(xì)土兩種不同數(shù)量級(jí)粒徑顆粒的混合，改變了土壤的結(jié)構(gòu)，碎石含量對(duì)土壤的總?cè)葜?、?xì)土容重和孔隙分布等基本物理性質(zhì)有顯著影響。隨著碎石含量的增加，總?cè)葜刂饾u增加，而細(xì)土容重逐漸減小，總孔隙度和毛管孔

6、隙度逐漸減小，而非毛管孔隙度逐漸增加。碎石對(duì)土壤結(jié)構(gòu)，特別是孔隙分布的改變是碎石影響水分入滲的根本原因。2．得到了碎石含量對(duì)入滲影響閾值，基本明確了表土層中的碎石混合對(duì)紫色土坡面土壤侵蝕的機(jī)制：(1)土壤中碎石混合對(duì)降雨入滲有正負(fù)兩方面的影響，一方面由于碎石的不透水性，碎石的存在減少過(guò)水?dāng)嗝?，阻礙水分入滲，另一方面碎石與細(xì)土不能緊密結(jié)合，增加了土壤的非毛管孔隙度，促進(jìn)水分入滲。當(dāng)碎石含量(R，)小于200／曠30％時(shí)，碎石的存在增強(qiáng)了土壤入滲能力，即碎石增加非毛管孔隙度，促進(jìn)水分入滲的作用占優(yōu)勢(shì)，隨著碎石含量的

7、增加，土壤的入滲速率和累積入滲量分別從0．14mm／min、14．25m／n(Rv=0％)提高到0．18mm／min、19．19mm(Rv=20％)。當(dāng)碎石含量提高到30％時(shí)，土壤的入滲能力被削弱，即碎石阻礙水分入滲的作用占優(yōu)勢(shì)，土壤的入滲速率和累積入滲量分別降到0．12mm／min與11．59mm。(2)土壤中碎石混合通過(guò)不同的機(jī)制對(duì)坡面細(xì)溝間徑流流速和細(xì)溝徑流流速產(chǎn)生不同的影響。土石混合的土壤，碎石是嵌入表土中的，地表薄層水流集中在碎石之間的表土，隨著碎石含量的增加，細(xì)溝間徑流平均流速?gòu)?．0cm／s(風(fēng)=

8、0％)提高到5．7cm／s(風(fēng)=30％)；但當(dāng)細(xì)溝間區(qū)域轉(zhuǎn)化為細(xì)溝后，溝內(nèi)的碎石逐漸出露，隨著碎石含量增加，細(xì)溝徑流的水力糙度提高，細(xì)溝徑流的平均流速隨著逐漸降低，從16．0cm／s(R，=O％)降低到11．2em／s(風(fēng)=30％)。(3)土壤中碎石混合通過(guò)改變土壤的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤的抗蝕性和抗沖性，徑流含沙率隨著碎石含量的增加顯著降低。隨著碎石含量增加，土壤流失量減少，土壤侵