黃土殘塬區(qū)瀉溜侵蝕土體水分物理性質(zhì)研究

李育鴻

摘要：采用環(huán)刀法對(duì)紅土瀉溜侵蝕坡面0～50cm深度和坡積物0～100cm深度的土壤水分物理性質(zhì)和貯水特征進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)果表明：①0～50cm深度范圍內(nèi)，紅土瀉溜坡面土壤含水率、容重、總孔隙度均隨土層深度的增大而增大，土層深度與土壤含水率成顯著正相關(guān)關(guān)系、與土壤容重和緊實(shí)度均成極顯著正相關(guān)關(guān)系，非毛管孔隙度與總孔隙度成極顯著正相關(guān)關(guān)系；②0～100cm深度范圍內(nèi)，紅土瀉溜坡積物的容重和孔隙度隨著土層深度的增大無(wú)明顯的層次變化趨勢(shì)，與紅土瀉溜坡面相比，瀉溜坡積物土體緊實(shí)度和容重顯著降低，非毛管孔隙度減小，毛管孔隙度增大，而總孔隙度變化不大；③與同一深度（0～50cm）的紅土瀉溜坡面相比，紅土瀉溜坡積物滯留貯水量減小了77.94%，吸持貯水量增大了28.74%，而飽和貯水量差異不大（僅增大8.28%）。

關(guān)鍵詞：紅土瀉溜侵蝕；坡積物；土壤水分物理性質(zhì)；貯水特征；黃土殘塬區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)：S157.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.08.022

黃土高原殘塬溝壑區(qū)溝壑縱橫、梁峁蜿蜒，塬面塬坡黃土母質(zhì)發(fā)育.治理程度較高，攔蓄能力強(qiáng)，水土流失得到基本遏制。溝谷中由紅色黃土（以下簡(jiǎn)稱(chēng)紅土）構(gòu)成的瀉溜坡面巖體，冬春凍融變化引起收縮以及物理風(fēng)化作用所產(chǎn)生的巖屑，受重力作用向坡腳滾溜而發(fā)生瀉溜，這種以重力作用為主的侵蝕方式，稱(chēng)為瀉溜侵蝕。在紅土出露廣泛分布的地區(qū)，這是一種重要而強(qiáng)烈的侵蝕方式。瀉溜侵蝕蠶食塬面，瀉溜土體淤積溝道，導(dǎo)致行洪能力下降，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳a(chǎn)生活。

目前對(duì)瀉溜侵蝕的研究絕大多數(shù)從瀉溜侵蝕的分布特征、影響因素和防治措施等方面進(jìn)行定性分析與評(píng)價(jià)，關(guān)于其侵蝕過(guò)程和機(jī)理的定量研究鮮有報(bào)道，對(duì)于紅土瀉溜侵蝕的防治亟待進(jìn)一步研究。有研究提出紅土瀉溜侵蝕受水分變化影響較大，因此筆者以隴東黃土高原殘塬溝壑區(qū)的紅土瀉溜侵蝕為研究對(duì)象，對(duì)紅土瀉溜坡面和坡積物的土壤水分物理性質(zhì)及貯水特征進(jìn)行定量研究，旨在為隴東黃土殘塬紅土瀉溜侵蝕防治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省平?jīng)鍪袥艽h田家溝小流域（涇河的一級(jí)支流），海拔為1028～1374m，屬典型的黃土高原殘塬溝壑區(qū)。流域總面積56.3km2，主溝道長(zhǎng)17.3km，溝道平均比降為2.33%，溝壑密度為1.64km/km2，溝道呈V形。溝谷上部為黃土，中下部為紅土，瀉溜侵蝕強(qiáng)烈。該流域?qū)贉貛О霛駶?rùn)氣候區(qū)，年平均氣溫10.1℃，極端最低氣溫-24℃，極端最高氣溫40.O℃，日照時(shí)數(shù)2274h，太陽(yáng)總輻射量542.661J/cm2，大于10℃年積溫為2863℃，年均降水量為514.5mm，年均水面蒸發(fā)量為1237.9mm，最大凍土深度為55Cm，無(wú)霜期174d。流域內(nèi)常見(jiàn)的植物種有側(cè)柏、刺槐、狼牙刺、紫荊、沙棘、酸棗和杜梨等。

2 研究方法

2.1 樣點(diǎn)布設(shè)與采樣方法

2016年10月，選取具有代表性的紅土瀉溜侵蝕坡面進(jìn)行取樣，坡角為650左有，位于陽(yáng)坡，植被覆蓋度為15%左右。在該瀉溜坡面上隨機(jī)選取3個(gè)取樣點(diǎn)，沿垂直于坡面方向0～50cm深度分別用環(huán)刀和鋁盒取樣（每10Cm為一層），并用土壤緊實(shí)度儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量每層土體的緊實(shí)度。由于50cm以下土體緊實(shí)堅(jiān)硬，取樣困難，且超出了土壤緊實(shí)度儀的可測(cè)范圍，因此對(duì)50Cm以下土體不進(jìn)行取樣分析和研究。在對(duì)應(yīng)的瀉溜坡面取樣點(diǎn)正下方溝谷，對(duì)0～100cm深度的瀉溜坡積物分別用環(huán)刀和鋁盒取樣（每10cm為一層），并用土壤緊實(shí)度儀測(cè)量土體緊實(shí)度。

2.2 測(cè)量方法與計(jì)算方法

土壤含水率用烘干法測(cè)定，土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和總孔隙度用環(huán)刀法測(cè)定，土壤緊實(shí)度用美國(guó)產(chǎn)6120型土壤緊實(shí)度儀測(cè)定。土壤吸持貯水量、滯留貯水量和飽和貯水量計(jì)算公式分別為式中：Wc為土壤吸持貯水量，t/hm2；Pc為毛管孔隙度，%；Wnc為土壤滯留貯水量，t/hm2；Pnc為非毛管孔隙度，%；Wt為土壤飽和貯水量，t/hm2；Pt為總孔隙度，%；h為土層深度，m；r為水的密度，t/m3。

3 結(jié)果與分析

3.1 紅土瀉溜坡面土壤水分物理性質(zhì)及貯水特征

紅土瀉溜坡面土壤水分物理性質(zhì)和貯水特征見(jiàn)表1，可以看出，沿著瀉溜坡面垂直方向，隨著土層深度的增加，土壤含水率呈逐漸增大趨勢(shì)，從0～10cm的2.37%增大到40～50cm的11.68%。受太陽(yáng)輻射等因素影響，土壤表層（0～10cm）含水率較?。?0～50Cm深度土層土壤含水率相對(duì)較大，但層間差異較小。土壤容重由表層（0～10cm）的1.27g/cm3逐漸增大到40～50Cm深的1.56g/cm3，土壤緊實(shí)度也呈現(xiàn)出相應(yīng)的變化趨勢(shì)，且變化趨勢(shì)明顯?？偪紫抖瘸尸F(xiàn)出相反的變化趨勢(shì)，即隨著土層深度的增加，總孔隙度逐漸減小，由表層（0～10Cm）的50.06%減小至40～50cm深的35.28%，原因主要是非毛管孔隙度逐漸減小，而毛管孔隙度變化不大。

3.2 紅土瀉溜坡面水分物理性質(zhì)的相關(guān)性分析

選擇瀉溜坡面土層深度、土壤含水率、土壤容重、土壤緊實(shí)度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度和總孔隙度，對(duì)土壤水分物理性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出，土層深度與土壤含水率成顯著正相關(guān)關(guān)系（p<0.05），與土壤容重和緊實(shí)度均成極顯著正相關(guān)關(guān)系（p<0.01）；非毛管孔隙度與總孔隙度成極顯著正相關(guān)關(guān)系（p<0.01）。這說(shuō)明隨著土層深度增加，層間含水率差異逐漸減小，土層風(fēng)化程度減弱，因此產(chǎn)生的巖體裂隙減少，非毛管孔隙度逐漸減小。這進(jìn)一步證實(shí)了紅土坡面產(chǎn)生瀉溜的原因，即土層間含水率差異較大是促進(jìn)風(fēng)化的重要外因。瀉溜坡面表層水分變化最為劇烈，促使巖體表面產(chǎn)生大量裂隙，并不斷分裂成碎小的巖屑，形成極不穩(wěn)定的疏松層附著于巖面之上，這種不穩(wěn)定的平衡極易被破壞，致使大量巖屑不斷地沿坡面向下瀉溜。瀉溜的產(chǎn)生，使原來(lái)對(duì)巖體有保護(hù)作用的疏松層不斷剝落，新的巖面重新裸露，瀉溜過(guò)程如此周而復(fù)始地進(jìn)行著。

3.3 紅土瀉溜坡積物土壤水分物理性質(zhì)及貯水特征

由表3可知，在0～100cm瀉溜坡積物堆積深度范圍內(nèi)，土壤容重為1.24～1.52g/cm3，總孔隙度為39.84%～49.03%.容重和孔隙度隨著土層深度的增加無(wú)明顯變化趨勢(shì)，原因是瀉溜坡積物由瀉溜侵蝕過(guò)程中產(chǎn)生的巖體碎屑堆積而成，它的土體特征和孔隙分布無(wú)明顯的層次性，瀉溜侵蝕是一種連續(xù)和持久的侵蝕過(guò)程，時(shí)間上無(wú)明顯間斷，空間分布不明顯。與紅土瀉溜坡面相比，瀉溜坡積物土體緊實(shí)度、容重和非毛管孔隙度減小，毛管孔隙度增大，而總孔隙度變化不大。在一定土壤厚度條件下，土壤的貯水能力取決于土壤孔隙大小及其數(shù)量特征。根據(jù)分層實(shí)測(cè)的貯水量累計(jì)，在100cm深瀉溜坡積物土體內(nèi)，紅土瀉溜坡積物的滯留貯水量、吸持貯水量和飽和貯水量分別為326.2、3946.2、4272.4t/hm2。在50cm深瀉溜坡積物土層內(nèi)，紅土瀉溜坡積物的滯留貯水量、吸持貯水量和飽和貯水量分別為85.6、2105.8、2191.4t/hm2。與同一土層深度（0～50Cm）的紅土瀉溜坡面（見(jiàn)表1）相比，紅土瀉溜坡積物滯留貯水量減小了77.94%，吸持貯水能力增大了28.74%，而飽和貯水量?jī)H增大8.28%。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）紅土瀉溜坡面土壤含水率、緊實(shí)度和容重隨著土層深度的增加呈增大趨勢(shì)，而總孔隙度呈現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì)，原因主要是非毛管孔隙度逐漸減小，而毛管孔隙度變化不大。土層深度與土壤含水率成顯著正相關(guān)關(guān)系，土層深度與土壤容重和緊實(shí)度均成極顯著正相關(guān)關(guān)系，非毛管孔隙度與總孔隙度成極顯著正相關(guān)關(guān)系。

（2）0～100cm深度范圍內(nèi)，紅土瀉溜坡積物容重和孔隙度隨著土層深度的增加無(wú)明顯的層次變化趨勢(shì)；與紅土瀉溜坡面相比，瀉溜坡積物土體緊實(shí)度、容重和非毛管孔隙度減小，毛管孔隙度增大，而總孔隙度變化不大。

（3）在50cm深度范圍內(nèi)，紅土瀉溜坡積物的滯留貯水量、吸持貯水量和飽和貯水量分別為85.6、2105.8、2191.4t/hm2，與同一深度（50Cm）的紅土瀉溜坡面相比，滯留貯水量減小了77.94%.吸持貯水量增大了28.74%.而飽和貯水量?jī)H增大8.28%。

（4）本次對(duì)瀉溜坡面和坡積物只進(jìn)行了水分物理性質(zhì)的研究，沒(méi)有對(duì)土壤溫度變化進(jìn)行同步研究，而相關(guān)研究表明溫差變幅與瀉溜紅土土體的崩解有密切關(guān)系，因此溫度變化對(duì)紅土瀉溜侵蝕的影響有待下一步研究。