紫色土碎石分布及其對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坡面土壤侵蝕的影響姓名：王小燕申請學(xué)位級別：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、三峽庫區(qū)等地，紫色土地區(qū)土壤肥力高、水熱資源豐富，是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要基地。由于紫色土地區(qū)人口密度大，坡地利用強度高，降水集中多暴雨，土壤侵蝕比較嚴重。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各種途徑直接或間接地影響了土壤侵蝕過程，含碎石土壤有著特有的侵蝕特點。針對紫色土坡地嚴重的土壤侵蝕退化，

2、開展含碎石紫色土坡面侵蝕特點研究，弄清碎石對土壤侵蝕過程的影響，對制定高強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。本文以三峽庫區(qū)典型紫色土坡地為研究對象，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，結(jié)合室內(nèi)土槽模擬降雨試驗，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)與不同降雨強度(I，1、1．5、2mm／min)條件下碎石覆蓋對紫色土坡面侵蝕過程的影響。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以及碎石對土壤基本物理性質(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)生過程制約，土層深度對碎石含量和碎石粒

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，小碎石含量沒有顯著變化；同時，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不同。在280陡坡面上，重力牽引碎石向坡下滾動或蠕動的作用占主導(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。在200緩坡面上，侵蝕對土壤顆粒的分選作用，即細土被沖走，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有顯著的增加趨勢。(4)碎石和細土兩種不同數(shù)量級粒徑顆粒的混合，改變了土壤的結(jié)構(gòu)，碎石含量對土壤的總?cè)葜?、細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．得到了碎石含量對入滲影響閾值，基本明確了表土層中的碎石混合對紫色土坡面土壤侵蝕的機制：(1)土壤中碎石混合對降雨入滲有正負兩方面的影響，一方面由于碎石的不透水性，碎石的存在減少過水斷面，阻礙水分入滲，另一方面碎石與細土不能緊密結(jié)合，增加了土壤的非毛管孔隙度，促進水分入滲。當碎石含量(R，)小于200／曠30％時，碎石的存在增強了土壤入滲能力，即碎石增加非毛管孔隙度，促進水分入滲的作用占優(yōu)勢，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％)。當碎石含量提高到30％時，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，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不同的機制對坡面細溝間徑流流速和細溝徑流流速產(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，細溝間徑流平均流速從4．0cm／s(風(fēng)=

8、0％)提高到5．7cm／s(風(fēng)=30％)；但當細溝間區(qū)域轉(zhuǎn)化為細溝后，溝內(nèi)的碎石逐漸出露，隨著碎石含量增加，細溝徑流的水力糙度提高，細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改變土壤的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，增強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