降雨侵蝕過(guò)程中紅壤坡耕地地表微地貌演變特征

張利超, 葛佩琳, 李朝霞, 劉窯軍, 喻榮崗

(1.江西省水土保持科學(xué)研究院 江西省土壤侵蝕與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南昌 330029;2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中下游耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430070)

土壤是人類賴以生存的一種十分重要的自然資源[1]。但是，嚴(yán)重的水土流失帶來(lái)諸多負(fù)面問(wèn)題，聯(lián)合國(guó)已將水土流失列為全球三大環(huán)境問(wèn)題之一[2]。我國(guó)是世界上水土流失最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，我國(guó)南方紅壤丘陵區(qū)開發(fā)利用不合理、強(qiáng)度大，再加上較頻繁的降雨，土壤侵蝕不斷加劇，已經(jīng)成為該區(qū)域土壤退化的重要形式之一[3]。南方紅壤的水土流失多發(fā)生在坡面侵蝕過(guò)程，其中土壤結(jié)構(gòu)性狀，特別是土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性被認(rèn)為是主控因素，決定著土壤抵抗分離和泥沙輸移的能力[4-5]。而地表微地貌作為影響坡面侵蝕過(guò)程的一個(gè)重要因素，其演變與水蝕過(guò)程的關(guān)系密切。在沒有植被的情況下，地表微地貌是影響結(jié)皮、徑流和土壤侵蝕的一個(gè)主要因素，深刻地影響著侵蝕過(guò)程中的徑流、入滲、結(jié)皮、泥沙輸移和匯流等[6-9]。之前國(guó)內(nèi)外研究多關(guān)注我國(guó)北方土壤，南方紅壤富含鐵、鋁、錳氧化物和黏粒，土壤團(tuán)聚性質(zhì)、結(jié)構(gòu)狀況和物質(zhì)組成與粉沙顆粒為主的黃土迥異，坡地表微地貌特點(diǎn)也存在著明顯的差異[3,10]。

坡耕地是水土流失的主要策源地，有關(guān)坡耕地水土流失和地表微地貌方面的研究越來(lái)越得到重視[11-15]。本文以3種典型的紅壤坡耕地為研究對(duì)象，采用激光掃描和計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理相結(jié)合的方法，研究紅壤坡耕地土表微地貌演變特征。此研究有利于豐富地表微地貌演變的研究理論，揭示土壤水蝕的內(nèi)在規(guī)律，對(duì)南方紅壤區(qū)坡耕地坡面水蝕過(guò)程中地表微地貌的研究、降雨侵蝕過(guò)程模擬與預(yù)測(cè)模型的研究、紅壤區(qū)坡耕地水土流失防治與水土保持規(guī)劃設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義和參考價(jià)值。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于我國(guó)南方紅壤區(qū)中心區(qū)域，地跨東經(jīng)113°32′—114°58′，北緯29°02′—30°19′，地形為平緩丘陵，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫16.8℃，降雨量1 455.3 mm且分布極不均勻，主要集中春、夏兩季。成土母質(zhì)以第四紀(jì)紅色黏土、泥質(zhì)頁(yè)巖為主，土壤類型為紅壤和紅壤性水稻土。水蝕類型為面蝕和溝蝕，以面蝕為主。研究區(qū)自然條件及區(qū)域持續(xù)發(fā)展模式在亞熱帶紅壤丘陵區(qū)具有廣泛的代表性。

1.2 人工模擬降雨設(shè)置

人工降雨設(shè)備所用的是由加拿大引進(jìn)的組合頂噴式人工降雨器，采用美國(guó)SPRACO錐形噴頭。由一套4.75 m高的單獨(dú)直立豎管，90 cm長(zhǎng)的一根延伸管，連接在延伸管末端的噴嘴以及使降雨裝置穩(wěn)定的幾條拉線構(gòu)成，通過(guò)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和閥門來(lái)控制雨強(qiáng)和雨滴粒徑的分布，使其接近天然降雨。模擬降雨動(dòng)能約為等雨強(qiáng)天然降雨的90%，均勻度約0.9[16]。按當(dāng)?shù)貧庀鬆顩r及暴雨頻率，通過(guò)調(diào)節(jié)噴頭的組合方式，控制雨強(qiáng)為60 mm/h和120 mm/h，用雨量筒控制，供水壓力為0.08 MPa。人工模擬降雨試驗(yàn)在野外田間進(jìn)行，通過(guò)建立原位臨時(shí)侵蝕小區(qū)監(jiān)測(cè)坡面產(chǎn)流、產(chǎn)沙過(guò)程，降雨過(guò)程中利用雨量筒監(jiān)測(cè)實(shí)際雨強(qiáng)，同時(shí)通過(guò)激光微地貌掃描儀獲取土壤表面序列DEM。

1.3 野外試驗(yàn)小區(qū)處理

野外人工模擬降雨試驗(yàn)采用臨時(shí)徑流小區(qū)。根據(jù)成土母質(zhì)和土地利用狀況選取野外研究點(diǎn)3個(gè)，其中第四紀(jì)紅黏土發(fā)育紅壤2個(gè)、泥質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育紅壤1個(gè)，坡度均為16%～18%。降雨前，按當(dāng)?shù)孛绱舱貥?biāo)準(zhǔn)，對(duì)小區(qū)內(nèi)土壤進(jìn)行10 cm左右耕翻后耙平，手工撿去較大礫石及植物根系。試驗(yàn)小區(qū)為2 m×1 m，四周使用厚0.5 cm竹夾板打入30 cm作為隔水墻，以分隔小區(qū)內(nèi)外徑流；小區(qū)下設(shè)集流裝置，可定時(shí)采集徑流樣。按當(dāng)?shù)貧庀鬆顩r及暴雨頻率，采用1 mm/min和2 mm/min兩種雨強(qiáng)處理，對(duì)于同一徑流小區(qū)，在同樣雨強(qiáng)下，相隔24 h連續(xù)進(jìn)行3場(chǎng)降雨，降雨量分別為48 mm，84 mm，84 mm，總降雨量控制為216 mm，每個(gè)處理重復(fù)2次，實(shí)際有效降雨36場(chǎng)。供試土壤的類型、土地利用狀況、機(jī)械組成、團(tuán)聚體穩(wěn)定性等基本情況見表1和表2。

表1 供試土壤基本情況

表2 供試土壤基本性質(zhì)

注：MWD為平均質(zhì)量直徑，表示團(tuán)聚體穩(wěn)定性；PAD0.25(>0.25 mm)為>0.25 mm的團(tuán)聚體破壞率；PAD5(>5 mm))為>5 mm的團(tuán)聚體破壞率。

1.4 降雨數(shù)據(jù)采集

記錄徑流小區(qū)坡面產(chǎn)流時(shí)間，并從產(chǎn)流開始定時(shí)采集徑流樣，對(duì)于1 mm/min和2 mm/min兩種雨強(qiáng)，采樣間隔分別為6 min和3 min，同時(shí)記錄徑流體積，過(guò)濾后帶回室內(nèi)在105℃烘干稱重，烘干法測(cè)定泥沙量。

1.5 侵蝕過(guò)程中地表微地貌數(shù)據(jù)獲取

1.5.1 激光微地貌掃描儀原理 地表微地貌的測(cè)定采用美國(guó)進(jìn)口的瞬時(shí)剖面激光微地貌掃描儀，基于三角測(cè)量原理測(cè)量地表微地貌高程[17-18]。其利用激光的反射與聚焦成像原理，將地表形態(tài)轉(zhuǎn)換成不同物象點(diǎn)位置的電信號(hào)，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理成數(shù)字高程模型[19]。該儀器通過(guò)兩個(gè)激光器產(chǎn)生一條狹窄的強(qiáng)化激光光線照射到物體表面，反射光線由傾斜擺放的CCD相機(jī)陣列捕捉(圖1)。校準(zhǔn)方程將CCD坐標(biāo)(行和列)轉(zhuǎn)換成空間坐標(biāo)(X和Z)，并產(chǎn)生沿單條激光線的瞬間地物高度變化。隨著激光器沿軌道的自動(dòng)移動(dòng)，捕捉地物的連續(xù)相對(duì)高程變化[17-18]。

注：圖中H1和H2分別表示地表1和地表2的相對(duì)高程，θ是CCD相機(jī)光電轉(zhuǎn)換器角度，α是激光反射角，A，B是兩高程表面的反射激光聚焦在CCD光電轉(zhuǎn)換器的不同位置，高程差可以用公式H2-H1=(A-B)/sinθsinα定量計(jì)算。

圖1激光微地貌掃描原理圖

1.5.2 微地貌特征定量表達(dá)

(1) 地表糙度指標(biāo)。本研究采用的地表糙度指標(biāo)為格點(diǎn)面元糙度。格點(diǎn)面元指的是在柵格DEM的水平投影面上，以4個(gè)相鄰格點(diǎn)(i，j)，(i，j+1)，(i+1，j+1)和(i+1，j)為頂點(diǎn)的面積范圍(i，j分別為格點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo))。格點(diǎn)面元糙度指的是格點(diǎn)面元所對(duì)應(yīng)的DEM上的表面積與其水平投影面積的比，記為C[20]：

Cz=S表面積/S投影面積

當(dāng)Cz=1時(shí)，糙度最小，格點(diǎn)面元的實(shí)際表面為水平面。

其中表面積和投影面積的計(jì)算方法如下：

表面積的計(jì)算：如果是柵格DEM，則將柵格DEM的每個(gè)柵格分解為三角形，計(jì)算三角形的表面積使用海倫公式：

p=(D1+D2+D3)/2

式中：Di表示第i(1≤i≤3)對(duì)三角形兩定點(diǎn)之間的表面距離；S表示三角形的表面積；P表示三角形周長(zhǎng)的一半。整個(gè)DEM的表面積則是每個(gè)三角形表面積的累加。

投影面積的計(jì)算：投影面積指的是任意多邊形在水平面上的面積。當(dāng)然可以直接采用海倫公式進(jìn)行計(jì)算，只要將式中的距離改為平面上兩點(diǎn)的距離即可。而更簡(jiǎn)單的方法是根據(jù)梯形法則，如果一個(gè)多邊形由順序排列的N個(gè)點(diǎn)(Xi，Yi)(i=1，2，…，N)組成，并且第N個(gè)點(diǎn)與第1個(gè)點(diǎn)相同，則水平投影面積計(jì)算公式為：

如果多邊形頂點(diǎn)按順時(shí)針方向排列，則計(jì)算的面積值為負(fù)；反之，為正。

格點(diǎn)面元糙度C，國(guó)外學(xué)者將其稱為特殊表面面積(specific surface area)，影響每單位面積上的降雨能量[8]，能用來(lái)量化每單位表面面積遭受的實(shí)際降雨強(qiáng)度和能量[21-24]，是一個(gè)較好的地表糙度指標(biāo)。

(2) 洼地蓄積量。Jenson和Domingue算法[25](以下簡(jiǎn)稱為J & D算法)是對(duì)洼地進(jìn)行處理應(yīng)用最為廣泛的一種方法，已被地理信息系統(tǒng)軟件ARC/INFO所采用。J & D算法的原理是填平后逐步加高，最終使流域內(nèi)每個(gè)柵格水流都能流到流域出口的方法。實(shí)現(xiàn)方法為先填洼成平地，然后在平地(生成的和原來(lái)存在的)找潛在出口，逐步加高進(jìn)行流向確定。本文中洼地蓄積量的求算采用的就是J&D算法。先是用J&D算法對(duì)原始DEM進(jìn)行洼地填充，然后用填充過(guò)的DEM減去原始DEM，求均值，最后將該均值與試驗(yàn)區(qū)面積相乘，即得到洼地蓄積量。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨侵蝕過(guò)程中地表糙度變化

2.1.1 整個(gè)坡面糙度變化 地表糙度作為對(duì)地表形態(tài)的一個(gè)度量，體現(xiàn)了地表微地貌的起伏程度，可以反映出侵蝕過(guò)程中地表微形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。本文所研究的地表糙度，是與土壤坡面侵蝕關(guān)系最為密切的隨機(jī)糙度和毫米級(jí)糙度。

圖2 HS，HQ1，HQ2兩種雨強(qiáng)下糙度變化過(guò)程

土壤雨強(qiáng)/(mm·min-1)累積降雨量/mm048132216HS11.43a1.20b1.18b1.17b21.47a1.18b1.21b1.21bHQ111.47a1.18b1.18b1.20b21.43a1.20b1.24c1.27cHQ211.36a1.23b1.23b1.20b21.35a1.17b1.19b1.23c

注：同一行中小寫字母不同表示達(dá)到p<0.05顯著差異。

在降雨作用過(guò)程中，雨滴打擊破壞土壤表面的土塊和團(tuán)聚體，徑流搬運(yùn)和沖刷也影響了土塊和團(tuán)聚體的大小和位置，雨滴打擊和徑流搬運(yùn)的聯(lián)合作用結(jié)果導(dǎo)致土壤表面總體上高程及高程差異降低，致使土表糙度降低。從圖2可以看出，連續(xù)三場(chǎng)降雨后，3種紅壤糙度有著不同幅度的下降，HS，HQ1糙度下降的幅度大于HQ2。1 mm/min雨強(qiáng)下，HS，HQ1，HQ2糙度分別下降18.1%，18.6%和11.5%；2 mm/min雨強(qiáng)下，HS，HQ1，HQ2糙度分別下降17.8%，11.5%和9.1%。這主要是由于HQ2紅壤中含有較多粒徑較大的土壤團(tuán)聚體以及其本身的水穩(wěn)性較強(qiáng)，在降雨過(guò)程中，HS，HQ1紅壤團(tuán)聚體在侵蝕作用下迅速破碎，并被雨滴打擊壓實(shí)，形成光滑的表面結(jié)皮，而HQ2紅壤中的水穩(wěn)性團(tuán)聚體在侵蝕過(guò)程中，隨著降雨能量的累加，逐漸的破碎，破碎形成的顆粒較大且破碎過(guò)程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，土壤結(jié)皮也是在局部范圍內(nèi)形成的。

由圖2和表3可知，在連續(xù)的三場(chǎng)降雨中，第一場(chǎng)降雨對(duì)土表微地貌的作用最為明顯，對(duì)于所有處理均達(dá)到顯著差異。在第一場(chǎng)降雨后，1 mm/min雨強(qiáng)下，HS，HQ1，HQ2糙度分別下降16.5%，19.3%和9.6%；2 mm/min雨強(qiáng)下，HS，HQ1，HQ2糙度分別下降19.7%，15.9%和13.4%。通過(guò)對(duì)土壤表面微形態(tài)的觀察可知，降雨初期大量土壤團(tuán)聚體被雨滴打擊分散，形成大量分散細(xì)顆粒，土表變得越來(lái)越密實(shí)，然后隨著土壤結(jié)皮的形成及其面積的提高，土表變得越來(lái)越光滑，導(dǎo)致地表糙度快速下降。在第二、三場(chǎng)降雨過(guò)程中，對(duì)于兩種不同的雨強(qiáng)作用，糙度的變化趨勢(shì)有一定差異。1 mm/min雨強(qiáng)下，3種土壤的糙度變化幅度都較小，均未達(dá)到顯著差異，除了HQ1的第三場(chǎng)雨糙度稍微有所提高外，其他土壤都稍微有所降低。分析其原因?yàn)?，隨著表土在雨滴打擊下的壓實(shí)封閉以及土壤結(jié)皮的逐漸形成，土壤表面微地貌結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定狀態(tài)，雖然HQ1和HS土表部分區(qū)域在降雨后半階段形成了細(xì)溝，但因發(fā)育程度較弱，其對(duì)于糙度的提高作用不明顯，此時(shí)結(jié)皮仍占據(jù)主導(dǎo)作用。HQ1在第三場(chǎng)雨后糙度有所上升，通過(guò)實(shí)地測(cè)量可知，其表土抗剪切力較小，再加上其土壤結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在降雨和徑流沖刷的作用下，其形成的結(jié)皮較容易受到破壞，導(dǎo)致其土表糙度提高。

2 mm/min雨強(qiáng)下，3種紅壤糙度都有不同程度的提高，除了HS的第三場(chǎng)雨，這也導(dǎo)致2 mm/min雨強(qiáng)下最后的糙度下降幅度小于1 mm/min雨強(qiáng)。主要原因可能是由于在更高的降雨強(qiáng)度下，單位面積上土表結(jié)皮遭受的雨滴打擊和徑流沖刷能量更大，受到的破壞也較為嚴(yán)重。同時(shí)，通過(guò)對(duì)土表形態(tài)的動(dòng)態(tài)觀察可知，2 mm/min雨強(qiáng)下，3種紅壤在第二、三場(chǎng)雨過(guò)程中不同程度地形成了明顯細(xì)溝，提高了土表糙度，其作用大于結(jié)皮對(duì)于糙度的降低作用。HS在第三場(chǎng)雨過(guò)程中糙度基本不變，原因可能是由于HS在持續(xù)降雨作用下形成面積較大且較為緊實(shí)的結(jié)皮層，由于其表面抗剪切力較大，導(dǎo)致結(jié)皮受破壞的程度較低，細(xì)溝對(duì)糙度的提高作用與結(jié)皮對(duì)糙度的降低作用大致相當(dāng)，因此土表糙度變化不大。綜上所述，結(jié)皮傾向于降低糙度，細(xì)溝傾向于提高糙度，糙度提高與否在于兩者之間的平衡。

2.1.2 不同坡位糙度變化 圖3反映了HS，HQ1，HQ2這3種紅壤在1 mm/min和2 mm/min雨強(qiáng)下不同坡位地表糙度的變化。由圖可知，連續(xù)降雨導(dǎo)致供試土壤不同坡位糙度總體呈下降趨勢(shì)，但不同坡位的變化趨勢(shì)不盡相同。例如HQ1在1 mm/min雨強(qiáng)下，三場(chǎng)降雨后坡上部糙度比初始糙度(雨前)下降了20.0%，坡中部下降了18.1%，坡下部下降了17.6%。HS在2 mm/min雨強(qiáng)下，三場(chǎng)降雨后坡上部、中部、下部糙度分別下降了20.3%，18.2%和14.8%。這主要是由于坡面水蝕的三大子過(guò)程——侵蝕、搬運(yùn)和沉積作用，在坡面不同部位上的表現(xiàn)不同。在坡面上部，由于處于坡面的集水區(qū)域，在侵蝕過(guò)程中，主要受到雨滴打擊作用的破壞，土壤團(tuán)聚體不斷被破壞、土表被壓實(shí)，變得越來(lái)越平滑，因此土表糙度下降幅度最大；在坡中部，由于有徑流的發(fā)生，坡面處于坡面薄層水流沖刷和雨滴打擊的共同作用下，因此糙度有一定程度的下降。在坡下部，糙度下降幅度最小，這主要是由于下坡是整個(gè)坡面的匯水部位，從上坡和中坡搬運(yùn)下來(lái)的一些較大泥沙顆粒經(jīng)過(guò)一定時(shí)間運(yùn)移在這里發(fā)生了沉積，促進(jìn)了土表微地貌的起伏。從圖3中還可以看出幾個(gè)較為特殊的情況。在1 mm/min雨強(qiáng)下，HQ2由于團(tuán)聚體穩(wěn)定性較高，抗機(jī)械破碎能力也較強(qiáng)，在雨滴打擊下不易破碎，地表糙度的變化大部分是由原有細(xì)顆粒再分布引起的，整個(gè)坡面糙度變化平緩而且較為均勻，最后上中下各坡位的糙度基本相同。在2 mm/min雨強(qiáng)下，HQ1，HQ2中坡位置最后的糙度略大一些。在大雨強(qiáng)下，由于較大的雨滴打擊能量和徑流沖刷力，使3種土壤不同程度的產(chǎn)生細(xì)溝，但其出現(xiàn)的部位和程度不盡相同。通過(guò)對(duì)降雨過(guò)程中土表微形態(tài)的觀察可知，HS產(chǎn)生的細(xì)溝主要位于下坡，HQ1，HQ2的則主要位于中坡及中下坡。由于細(xì)溝傾向于提高地表糙度，因此在第三場(chǎng)雨后，HS的下坡糙度較大，而HQ1，HQ2的中坡糙度較大。

圖3 HS，HQ1，HQ2兩種雨強(qiáng)下不同坡位糙度變化過(guò)程

2.2 洼地蓄積量變化

洼地蓄積量的產(chǎn)生，是由于粗糙地表存在一定的高低起伏，在低洼處能產(chǎn)生一定的蓄水作用，因此洼地蓄積量與地表糙度有著十分緊密的聯(lián)系，導(dǎo)致它們?cè)谶B續(xù)降雨過(guò)程中的變化趨勢(shì)比較相似(表4)。從表4中可以看出，在連續(xù)三場(chǎng)降雨過(guò)程中，3種紅壤的洼地蓄積量總體呈下降趨勢(shì)，尤其是在第一場(chǎng)降雨的48 mm后，下降最為明顯。對(duì)于所有處理，第一場(chǎng)雨前和雨后土表洼地蓄積量之間的差異均達(dá)到顯著。對(duì)于隨后的第二、三場(chǎng)雨，在1 mm/min雨強(qiáng)下，洼地蓄積量變化不大，維持在一個(gè)較低的水平。其中HQ2的洼地蓄積量在第三場(chǎng)降雨中有所下降，與雨前的差異顯著，這與其糙度的變化趨勢(shì)一致。原因?yàn)镠Q2的團(tuán)聚體比較穩(wěn)定，隨著降雨的進(jìn)行，逐漸的破碎，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，第三場(chǎng)降雨過(guò)程中在局部范圍內(nèi)形成了新的結(jié)皮，降低了土表水蓄積能力。在2 mm/min雨強(qiáng)下，洼地蓄積量普遍提高，尤其是HQ1更為顯著，這與其糙度的變化趨勢(shì)相符，原因同樣是土表結(jié)皮受到破壞，細(xì)溝高度發(fā)展，形成局部臨時(shí)洼地，產(chǎn)生一定的蓄水效應(yīng)。對(duì)比3種紅壤HS，HQ1，HQ2發(fā)現(xiàn)，在1 mm/min雨強(qiáng)下，HQ2的下降幅度和速度最小，其次是HS，變化最大的是HQ1。這與它們的團(tuán)聚體穩(wěn)定性大小、土表結(jié)皮與細(xì)溝發(fā)育程度有關(guān)。但在2 mm/min雨強(qiáng)下，3種紅壤的變化趨勢(shì)差異不明顯，可能是由于在大雨強(qiáng)作用下，團(tuán)聚體穩(wěn)定性不再起主導(dǎo)作用，雨強(qiáng)是影響洼地蓄積量變化的主導(dǎo)因素。

表4 HS，HQ1，HQ2兩種雨強(qiáng)下的洼地蓄積量

注：洼地蓄積量的單位是cm3，同一行中字母不同表示達(dá)到p<0.05顯著差異。

2.3 地表糙度與洼地蓄積量關(guān)系

如圖4所示，地表糙度與洼地蓄積量之間有著很好的相關(guān)性，R2均達(dá)到了0.9以上。從圖4中可以看出，不論在1 mm/min還是在2 mm/min雨強(qiáng)下，也不論對(duì)于哪一種紅壤，地表糙度與洼地蓄積量之間都存在著十分緊密的聯(lián)系。1 mm/min雨強(qiáng)下，兩者之間呈線性關(guān)系，關(guān)系式為y=798.62x-902.25，R2達(dá)到0.9636；2mm/min雨強(qiáng)下兩者之間的關(guān)系式為y=737.48x-833.74，R2=0.9363。地表洼地蓄積量與糙度息息相關(guān)，粗糙地表與光滑地表相比，表面的凹陷較多，而凹陷處常常是雨水蓄積的地方，臨時(shí)性貯水量大，即地表糙度越大，洼地蓄積量越大。降雨過(guò)程中洼地蓄積量是時(shí)刻變化的，因?yàn)榈乇砦⒌孛?、土塊及團(tuán)聚體數(shù)目、空間位置與地表徑流連通性時(shí)刻都在發(fā)生變化。從圖4中的趨勢(shì)線可以看出，對(duì)于兩種雨強(qiáng)，洼地蓄積量對(duì)糙度的敏感性1 mm/min大于2 mm/min。造成這種現(xiàn)象的原因可能是，在大雨強(qiáng)作用下，單位面積上，土塊和團(tuán)聚體遭受更大的雨滴打擊能量和徑流沖刷力，較容易被分散和搬運(yùn)，分離出來(lái)的土粒填充了土表洼地，降低了洼地蓄積量。

圖4 HS，HQ1，HQ2兩種雨強(qiáng)下地表糙度與洼地蓄積量擬合圖

3 結(jié) 論

(1) 研究表明，連續(xù)降雨的進(jìn)行，雨滴打擊和徑流搬運(yùn)的聯(lián)合作用導(dǎo)致地表整個(gè)坡面糙度降低。第一場(chǎng)降雨帶來(lái)整個(gè)坡面糙度的迅速下降，第二、三場(chǎng)降雨影響糙度較小。在2 mm/min雨強(qiáng)下，第二、三場(chǎng)降雨過(guò)程中，3種紅壤糙度都有不同程度的少量提高：結(jié)皮傾向于降低糙度，細(xì)溝傾向于提高糙度。整個(gè)坡面糙度下降幅度表現(xiàn)為團(tuán)聚體水穩(wěn)性低的土壤>團(tuán)聚體水穩(wěn)性高的土壤；不同坡位糙度下降幅度表現(xiàn)為坡上部>坡中部>坡下部。

(2) 洼地蓄積量在連續(xù)降雨過(guò)程中總體呈下降趨勢(shì)。在1 mm/min雨強(qiáng)下，紅壤團(tuán)聚體和結(jié)皮越穩(wěn)定，洼地蓄積量下降幅度越小。在2 mm/min雨強(qiáng)下，雨強(qiáng)是影響洼地蓄積量變化的主導(dǎo)因素，不同紅壤之間的差異不明顯。

(3) 洼地蓄積量與地表糙度之間呈線性關(guān)系，所有處理的R2均達(dá)到了0.9以上。1 mm/min雨強(qiáng)下洼地蓄積量對(duì)地表糙度的敏感性比2 mm/min雨強(qiáng)大。