石灰土與紅壤坡地降雨產(chǎn)流及土壤水分變化特征

摘要：為探究桂西北喀斯特區(qū)石灰土與紅壤坡地降雨產(chǎn)流及土壤水分變化特征，采用自制土槽模擬石灰土與紅壤坡地，在自然降雨條件下對坡地產(chǎn)流過程及不同深度土層（10、30 cm）的土壤含水量進行監(jiān)測，對比分析不同類型土壤降雨產(chǎn)流及土壤水分變化特征。結(jié)果表明：①石灰土坡地產(chǎn)流以壤中流為主，平均壤中流徑流系數(shù)為0.087，紅壤坡地產(chǎn)流以地表徑流為主，平均地表徑流系數(shù)為0.088；②石灰土坡地在中雨時地表才開始產(chǎn)流，隨著降雨等級的增加地表徑流系數(shù)無明顯變化，壤中流徑流系數(shù)隨著降雨等級的增加，變化復(fù)雜，呈減小—增大—減小的過程，紅壤坡地的地表徑流系數(shù)隨降雨等級的增加而增加，壤中流徑流系數(shù)隨降雨等級的增加呈減小趨勢；③不同降雨等級下，石灰土坡地徑流深與降雨量和降雨歷時具有極顯著相關(guān)性，紅壤坡地徑流深與降雨歷時呈極顯著相關(guān)關(guān)系；④石灰土坡地整體平均土壤含水量（24.77%）顯著低于紅壤坡地（25.15%），石灰土坡地土壤含水量對降雨的響應(yīng)比紅壤坡地更迅速。研究成果能夠為喀斯特坡地降水資源優(yōu)化配置提供參考和合理意見。

關(guān)鍵詞：喀斯特；石灰土；紅壤；坡地產(chǎn)流；土壤水分

中圖分類號：TV121文獻標識碼：A文章編號：1001-9235（2024）08-0038-10

Characteristics of Rainfall Runoff and Soil Moisure Variation in Limestone Soil and Red SoilSlopes

CHEN Xiaona1，2，PAN Yanfei3，XU Qinxue1，2，F(xiàn)ANG Rongjie1，2，WANG Shaoxu4*

（1.Guangxi Key Laboratory of Environmental Pollution Control Theory and Technology，Guilin University of Technology，Guilin541004，China;2.Guangxi Collaborative Innovation Center for Water Pollution Control and Safety in Karst Area，Guilin University ofTechnology，Guilin 541004，China;3.Power China Huadong Engineering Co.，Ltd.，Hangzhou 311100，China;4.Guilin Hydraulic andHydropower Engineering Corporation Limited，Guilin 541004，China）

Abstract：This research investigates the characteristics of rainfall runoff and soil moisture variation in limestone soil and red soil slopes in the karst area of Northwest Guangxi.A self-made soil tank is utilized to simulate limestone soil and red soil slopes.The process of rainfall-runoff and soil moisture content of different depths of the soil layer（10 cm and 30 cm）are monitored under natural rainfall conditions，so as to compare and analyze the characteristics of different soil types in terms of rainfall runoff and soil moisture variation.The results are as follows.①The runoff generation on limestone soil slopes is dominated by subsurface runoff，with an average subsurface runoff coefficient of 0.087;the runoff generation on red soil slopes is dominated by surface runoff，with an averagesurface runoff coefficient of 0.088.②The runoff generation on limestone soil slopes starts only when the rainfall is moderate，and there is no significant change in the surface runoff coefficient with the increase of rainfall grade.The change of the coefficient of subsurgace runoff is complicated by the increase in rainfall level，with a down-up-down trend.The surface runoff coefficient of red soil slopes increases with higher rainfall levels;the runoff coefficient of subsurface runoff tends to decrease with increasing rainfall levels.③Under different rainfall levels，the runoff depth on limestone soil slopes is highly significantly correlated with the rainfall amount and rainfall duration，while the runoff on red soil slopes is highly significantly correlated with the rainfall duration.④The overall average soil moisture content of the limestone soil slopes（24.77%）is significantly lower than that of the red soil slopes（25.15%）.The soil moisture content responds more rapidly to rainfall on the calcareous soil slopes than on the red soil slopes.The research results can provide a reference and reasonable opinions for the optimal allocation of precipitation resources on karst slopes.

Keywords：Karst;limestonesoil;redsoil;slope rainfall runoff;soil moisture

降水到達地表后經(jīng)過植物截留、下滲、填洼及蒸發(fā)等再分配，一部分沿坡面流失形成地表徑流，另一部分在土壤內(nèi)儲存或運移，土壤內(nèi)的水分對徑流調(diào)節(jié)、植物吸收和利用等有重大意義［1-2］。降雨產(chǎn)流與土壤水分作為水循環(huán)的重要組成部分，降雨產(chǎn)流過程決定了水資源的補給能力及生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)與能量遷移、轉(zhuǎn)化的特征，土壤水分決定了土壤侵蝕過程、植物生長和植被恢復(fù)［3-4］。桂西北喀斯特區(qū)是峰叢洼地地貌景觀集中連片分布的地區(qū)之一，因其物質(zhì)循環(huán)相對封閉，脆弱的生態(tài)環(huán)境背景一直是生態(tài)治理與重建的難點［5］。同時，持續(xù)的人類活動導(dǎo)致下墊面特征發(fā)生改變，全球變暖的趨勢在持續(xù)，干旱、暴雨等極端氣象事件頻發(fā)，干旱可通過水循環(huán)進一步導(dǎo)致土壤水分和徑流虧缺，暴雨則會導(dǎo)致坡地徑流快速集聚成山洪災(zāi)害，極大地影響了生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展［6-8］。因此，了解桂西北喀斯特區(qū)降雨產(chǎn)流過程提高土壤的有效含水量，是水資源高效利用和區(qū)域環(huán)境治理的關(guān)鍵。

土壤作為徑流和水分運動的載體，土壤類型的差異會直接影響徑流的產(chǎn)生及土壤水分變化。曾鳳鈴等［9］對紫色土坡地產(chǎn)流與入滲特征的研究顯示，紫色土坡地產(chǎn)流入滲過程受降雨強度影響明顯，徑流強度與降雨歷時的關(guān)系曲線呈現(xiàn)“S型”上升規(guī)律。徐銘澤等［10］對不同母質(zhì)發(fā)育的3種紅壤坡面產(chǎn)流特征研究發(fā)現(xiàn)，第四紀紅壤的壤中流比花崗巖和紅砂巖紅壤對降雨的響應(yīng)更迅速。郭新送等［11］研究指出，紅壤黏粒高，透水性差，降雨后易形成土壤結(jié)皮，其坡面的產(chǎn)流排水率高，土壤質(zhì)地與徑流強度和入滲強度直接相關(guān)。這些研究大多是對不同土壤的降雨入滲及產(chǎn)流過程進行分析，對于土壤水分的動態(tài)變化并未涉及。李小永等［12］對不同土地利用方式下石灰土的土壤水分特征及土壤孔隙狀況研究表明，土壤容重和孔隙狀況與土壤蓄持水能力極顯著相關(guān)。侯淑濤等［13］關(guān)于黑土區(qū)不同坡位土壤水分對降雨的響應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)，由于降雨侵蝕引起土壤顆粒組成較粗，土質(zhì)較差，導(dǎo)致土壤的飽和導(dǎo)水率高，對降雨響應(yīng)迅速。陳娟等［14］揭示了土壤的機械組成和非毛管孔隙度對土壤水分的動態(tài)變化具有決定性作用，在同一入滲條件下，風(fēng)沙土的土壤含水量大于灰鈣土。盡管許多學(xué)者進行了一些嘗試，但在研討降雨產(chǎn)流及土壤水分特征的過程中，多是針對一個地區(qū)的單一土壤類型進行研究，對同一地區(qū)的不同土壤類型的對比研究還有待全面推進。

桂西北喀斯特區(qū)碳酸鹽巖發(fā)育形成的石灰土與其他成土母質(zhì)發(fā)育形成多種地帶性土壤交錯分布，石灰土富鈣、偏堿性、有效水分含量偏低等，理化性質(zhì)有別于其他地帶性土壤［15-16］。由于土壤類型和成土母質(zhì)的情況復(fù)雜，該地區(qū)坡地蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流可能同時發(fā)生，其復(fù)雜的產(chǎn)流機制直接影響降雨入滲水分的再分配過程［17］。目前，關(guān)于桂西北喀斯特區(qū)坡地降雨產(chǎn)流及土壤水分變化方面的研究，大多針對單一土壤類型，但對不同土壤類型降雨產(chǎn)流及土壤水分變化特征的差異尚不清楚。基于此，本文通過自然降雨觀測，研究不同降雨等級下石灰土和紅壤坡地土壤水分變化特征和降雨產(chǎn)流過程，以期為喀斯特地區(qū)土地綜合開發(fā)利用、降水資源優(yōu)化配置提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

試驗點布設(shè)在中國科學(xué)院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站的木連小流域內(nèi)（24°43′59.8″～24°45′48.8″N，108°18′56.9″～108°20′58.4″E）。木連小流域面積為1.14 km2，海拔最低點272 m，海拔最高點647 m，土層厚度10～50 cm，地勢四周高、中間低，屬典型的喀斯特峰叢洼地景觀。該地區(qū)氣候溫暖濕潤，年平均氣溫15.7℃，年平均降雨1 445.6 mm，降雨主要集中在4—9月，無霜期290 d，為典型的亞熱帶季風(fēng)氣候。主要自然土壤有紅壤、黃紅壤、黃壤、棕色石灰土、黑色石灰土5個土壤亞類，成土母巖以砂頁巖、石灰?guī)r為主，砂巖、頁巖次之［18］。

1.2供試土壤

試驗所用土壤均采自廣西壯族自治區(qū)環(huán)江毛南族自治縣大才鄉(xiāng)，石灰土采自大才鄉(xiāng)木連屯與205省道交叉路口處沃柑園內(nèi)荒地（108°13′34″E，24°47′45″N）的棕色石灰土（母質(zhì)為白云巖），紅壤采自大才鄉(xiāng)木連屯沃柑園內(nèi)荒地（108°18′57″E，24°43′59″N）的紅壤（母質(zhì)為第三紀紅砂巖和泥質(zhì)頁巖），2個樣地均取0～40 cm的表層土壤作為模擬小區(qū)裝填土樣（圖1）。試驗土壤經(jīng)自然風(fēng)干后過10 mm篩，去除土壤雜質(zhì)，土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.3試驗設(shè)計

試驗土槽為2.0 m（長）×1.0 m（寬）×0.6 m（深）的可升降鋼槽，可調(diào)節(jié)坡度范圍為0～30°，土槽距地面50 cm。土槽下坡40 cm高處裝有V型集流槽收集地表徑流，集流槽出口連接PVC軟管將地表徑流收集到大口徑塑料桶中。土槽下坡位底部一側(cè)預(yù)留直徑2 cm的小孔連接PVC軟管收集壤中流。土槽底部留置6個間距均勻的排水孔，每個小孔直徑5 cm，有效孔徑3.5 cm，以保證試驗過程中土槽底部排水良好［19］。

通過對桂西北坡地的野外實地調(diào)查與資料分析顯示［20］，坡度為15°的坡地水土流失風(fēng)險較大且分布較廣，因此本研究中試驗土槽坡度設(shè)置為15°。試驗設(shè)計石灰土坡地和紅壤坡地2種處理，每種處理設(shè)置3個重復(fù)。土壤經(jīng)自然風(fēng)干至含水量為0.08%并過10 mm篩，根據(jù)野外實測值控制石灰土和紅壤的容重為1.22、1.36 g/cm3，按照土壤容重值稱取對應(yīng)土槽體積質(zhì)量的土后分4層壓實填入土槽，每層10 cm，總填土厚度為40 cm。填土前，預(yù)先在鋼槽底部開口處鋪上10 cm×10 cm大小的水溶棉（遇水可溶），然后進行填土，每10 cm使用自制矩形鐵板進行壓實保證各處土壤均勻，為了減少土壤與鋼槽的邊界作用，用手指壓實填土邊界，填土完成后將土槽置于室外自然沉降3個月，試驗土槽見圖2。

土壤含水量長期監(jiān)測采用三針式TDR傳感器測定。分別在埋深10、30 cm的土層將TDR探頭水平插入土壤中，將水分傳感器與DTU數(shù)據(jù)采集傳輸器連接，土壤水分的采樣間隔設(shè)為15 min。降雨結(jié)束后及時采集數(shù)據(jù)，并分析土壤含水量的變化。

1.4自然降雨觀測

基于自動氣象站（Onset公司生產(chǎn)的自記式雨量筒）提供的以h為單位的降雨量數(shù)據(jù)，自然降雨觀測時段為2021年3—6月，按時間間隔大于6 h的降雨作為2次獨立的降雨事件。依據(jù)GB/T 28592—2012《降水量等級》標準，對降雨事件進行劃分，劃分結(jié)果見表2。

1.5數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2016軟件對土壤含水量、產(chǎn)流量數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，利用SPSS 26.0軟件對數(shù)據(jù)進行基本的統(tǒng)計分析，試驗結(jié)果圖通過Origin 2021軟件繪制。

應(yīng)用土壤含水量增量（Δ）分析不同土層土壤含水量動態(tài)變化，由監(jiān)測期實測土壤含水量計算土壤含水量增量，Δ可反映土壤水分增幅狀況，見式（1）：

Δ=θmax-θmin（1）

式中：θmax為監(jiān)測期內(nèi)最大土壤含水量，%；θmin為監(jiān)測期內(nèi)最小土壤含水量，%。

2結(jié)果與分析

2.1自然降雨特征

監(jiān)測期內(nèi)降雨總量為508.6 mm，共監(jiān)測到有效降雨65組。其中小雨共44場，中雨13場，大雨6場，暴雨2場，分別占降雨場次的67.69%、20.00%、9.23%、3.08%。小雨、中雨、大雨、暴雨的降雨總量分別為72.8、121.6、109.6、105.8 mm，分別占降雨總量的17.77%、29.67%、16.74%、25.82%。單次最小降雨量為0.2 mm，最大降雨量為55.4 mm。小雨發(fā)生頻次高雨量小，中雨、大雨、暴雨發(fā)生頻次低，但雨量比重大，占降雨總量的75.58%。

2.2不同土壤類型下徑流系數(shù)特征

由圖3可知，地表徑流系數(shù)表現(xiàn)為紅壤坡地（0.088）大于石灰土坡地（0.013），紅壤坡地的地表徑流系數(shù)是石灰土坡地的6.77倍；壤中流徑流系數(shù)則表現(xiàn)為石灰土坡地（0.087）大于紅壤坡地（0.044），石灰土坡地壤中流徑流系數(shù)是紅壤坡地的1.98倍。不同產(chǎn)流條件下，石灰土坡地地表徑流系數(shù)分布最為集中，其四分位數(shù)集中在0～0.022，紅壤坡地的地表徑流徑流系數(shù)分布更為廣泛，其四分位數(shù)散布在0.130～0.137區(qū)間內(nèi)。石灰土坡地和紅壤坡地壤中流徑流系數(shù)變幅相似，四分位區(qū)間分別為0.034～0.119和0.002～0.085。

對比不同降雨事件下石灰土與紅壤坡地徑流系數(shù)差異（圖4）可知，小雨等級下，石灰土坡地?zé)o地表產(chǎn)流，主要以壤中流產(chǎn)流為主。當(dāng)降雨等級大于小雨時，石灰土坡地地表徑流系數(shù)非常小并隨著降雨等級的增加無明顯變化，中雨、大雨、暴雨下石灰土坡地的地表徑流系數(shù)分別為0.019、0.018、0.017；紅壤坡地在不同降雨條件下地表徑流系數(shù)隨著降雨等級的增加而增加，地表徑流系數(shù)分別為0.004、0.101、0.132、0.143。在不同降雨事件下，石灰土坡地在小雨、中雨、大雨、暴雨事件下的壤中流徑流系數(shù)分別為0.060、0.038、0.147、0.121，隨著降雨等級的增加呈減小—增大—減小的過程；紅壤坡地在不同降雨條件下地表徑流系數(shù)隨著降雨等級的增加呈逐漸減小趨勢，地表徑流系數(shù)分別為0.069、0.043、0.040、0.001。

2.3不同土壤類型坡地產(chǎn)流與次降雨特征的相關(guān)性分析

由表4相關(guān)性分析可知，石灰土與紅壤坡地地表徑流深與降雨量、降雨歷時及最大60 min雨強均呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，而與平均雨強的相關(guān)性較弱。石灰土坡地壤中流徑流深與降雨特征的相關(guān)性與地表徑流深相似，其壤中流徑流深與降雨量、降雨歷時均有極顯著的相關(guān)性，與最大60 min雨強有顯著相關(guān)性。紅壤坡地壤中流徑流深與降雨歷時有極顯著的相關(guān)性，與平均雨強有顯著的負相關(guān)性，而與降雨量、最大60 min雨強的相關(guān)性較低。通過控制其他降雨特征，進一步分析某一降雨特征與徑流深的偏相關(guān)性。降雨量與紅壤坡地地表徑流深表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與石灰土地表徑流深、石灰土和紅壤壤中流徑流深相關(guān)性均較弱；降雨歷時與紅壤坡地地表徑流深呈顯著的負相關(guān)關(guān)系，與石灰土和紅壤坡地壤中流徑流深均有極顯著的正相關(guān)性；平均雨強、最大60 min雨強僅與石灰土坡地壤中流徑流深表現(xiàn)出相關(guān)性。

2.4不同類型土壤水分動態(tài)變化特征

對比石灰土坡地與紅壤坡地的土壤含水量動態(tài)變化特征（表5），石灰土坡地整體平均土壤含水量（24.77%）低于紅壤坡地（25.15%），但石灰土坡地30 cm土層土壤含水量（26.49%）略高于紅壤坡地（26.25%）。從變異性來看，石灰土與紅壤坡地10 cm土層含水量變異系數(shù)均低于30 cm土層，石灰土坡地土壤含水量平均變異系數(shù)（8.53）高于紅壤坡地（3.69）。土壤含水量增量在石灰土坡地與紅壤坡地中均表現(xiàn)出隨土層深度的增加而減小的趨勢，但在相同深度土層處石灰土坡地土壤水分增量則有別于紅壤坡地。石灰土坡地整體土壤含水量增量（6.82%）低于紅壤坡地（10.04%）。

由圖5可知，在觀測期間，石灰土與紅壤坡地30 cm土層的土壤含水量增量和峰值均滯后10 cm土層，且漲落時間均延長。不同的是，石灰土坡地比紅壤坡地土壤含水量變化更為迅速，對降雨的響應(yīng)更敏感，即降雨開始時石灰土坡地土壤含水量迅速增加，雨停后迅速回落且含水量變化與時段內(nèi)降雨量具有一致性。而紅壤坡地土壤含水量隨降雨等級變化緩慢，響應(yīng)時間較石灰土坡地明顯延長，10 cm土層土壤含水量雖然對降雨過程中出現(xiàn)的峰值有響應(yīng)，但變幅較窄且土壤含水量上升后并未出現(xiàn)迅速回落，隨降雨歷時增加發(fā)生小幅度的波動；30 cm土層土壤含水量隨降雨歷時增加保持緩慢上升趨勢，降雨結(jié)束后并未出現(xiàn)明顯下降。

3討論

徑流系數(shù)綜合反映了該地區(qū)內(nèi)土壤質(zhì)地和地表條件對徑流的影響［21］。相關(guān)研究表明，喀斯特坡地的地表徑流系數(shù)均非常小為0.01%～12.81%［22］；陳洪松等［23］通過對喀斯特峰叢洼地徑流小區(qū)自然降雨監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，坡面次降雨徑流系數(shù)小于5%，說明喀斯特地區(qū)雖然降雨充沛，但是僅有少量降水轉(zhuǎn)化成徑流，這與本文研究結(jié)果相似。研究結(jié)果顯示：相同降雨條件下石灰土坡地接收約8.7%的降水轉(zhuǎn)化為壤中流，1.3%的降水轉(zhuǎn)化為地表徑流，其中壤中流占比更大；紅壤坡地接收約4.4%的降水轉(zhuǎn)化為壤中流，8.8%的降水轉(zhuǎn)化為地表產(chǎn)流，地表產(chǎn)流占比更大，為石灰土坡地的6.77倍。胡樂寧等［24］通過對桂西北喀斯特區(qū)典型土壤團聚體的穩(wěn)定性研究發(fā)現(xiàn)，紅壤團聚體結(jié)構(gòu)更易被篩分過程破壞，石灰土土壤穩(wěn)定性較強。由于受到雨滴濺蝕影響，紅壤表層土壤團聚體結(jié)構(gòu)遭到破壞，分散的土壤顆粒沉積封鎖土壤孔隙，使得紅壤的入滲能力顯著降低，因此紅壤產(chǎn)生較高的地表徑流［25］。同時，石灰土具有疏松、多孔等特點，使得降水通過滲透能力較高的土壤更容易通過地表向下運移形成壤中流［26］。相同降雨條件下，不同土壤坡地的徑流過程有顯著差異，表明土壤自身理化性質(zhì)是影響土壤降雨產(chǎn)流的重要內(nèi)在因素。研究結(jié)果顯示，紅壤坡地的地表徑流系數(shù)隨降雨等級的增加而增加；石灰土坡地在中雨時地表才開始產(chǎn)流，地表徑流系數(shù)均非常小并隨著降雨等級的增加無明顯變化。土壤的粒徑組成作為衡量土壤物理狀況的重要指標，其中黏粒在土壤中具有吸附水分和脹縮的功能，阻礙水分下滲和并堵塞土壤孔隙，黏粒含量越高，質(zhì)地越細的土壤飽和導(dǎo)水率越小，水分下滲越慢，越容易在土壤上層滯留［27］。相反，砂粒含量高，土壤結(jié)構(gòu)更松散，透水性則更好。本試驗中石灰土、紅壤的黏粒含量分別為14.79%、15.31%，砂粒含量分別為20.34%、70.34%，表明石灰土的土壤結(jié)構(gòu)比紅壤更松散，降雨通過地表幾乎全部入滲；紅壤坡地隨著降雨等級的增大，紅壤坡面比石灰土坡面更易發(fā)生結(jié)皮從而促進了地表產(chǎn)流的發(fā)生。本研究中，紅壤坡地壤中流在不同降雨等級下徑流系數(shù)呈逐漸減小趨勢；石灰土坡地壤中流徑流系數(shù)隨著降雨等級的增加呈減小—增大—減小的過程。其主要原因為，降雨量較小時，土壤透水性較好，降水入滲率較大，后隨著降雨等級的增加，坡面徑流對石灰土土壤水的壓力勢和雨滴打擊產(chǎn)生的壓力，引起降雨入滲率具有一定的波動性［28］。段劍等［29］對紅壤裸坡地壤中流的研究發(fā)現(xiàn)，小降雨量易促使壤中流的發(fā)生，隨著降雨量的增大，更多的降雨轉(zhuǎn)化為地表徑流，壤中流隨著降雨量的增大逐漸減小，這與本研究結(jié)果相似。

降雨空間模式（強度、歷時、降雨量）是坡地產(chǎn)流的重要前提［30］。本研究表明，在不同產(chǎn)流條件下石灰土坡地地表徑流和壤中流徑流深與降雨量、降雨歷時均有極顯著的相關(guān)性，與楊智等［28］研究結(jié)果相一致。紅壤坡地地表徑流和壤中流徑流深與降雨歷時有極顯著的相關(guān)性。進一步的偏相關(guān)分析表明，降雨歷時是影響紅壤坡地產(chǎn)流的重要因子，石灰土坡地產(chǎn)流由降雨因子共同作用影響。在自然降雨條件下，石灰土坡地隨著降雨量的增加，地表徑流速率大于入滲速率造成產(chǎn)流模式由蓄滿產(chǎn)流轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑵B產(chǎn)流，徑流量隨著降雨量的增加而增加［31］。由于石灰土特殊的“超滲-蓄滿”產(chǎn)流機制的影響，坡地產(chǎn)流受降雨強度和降雨歷時共同作用［32］。本研究中，由于紅壤黏粒、粉粒含量大于石灰土，飽和導(dǎo)水率小，當(dāng)降雨發(fā)生時水分多滯蓄在上層土壤中，后隨著降雨歷時的增加，表層土壤水分能夠持續(xù)向下分配從而產(chǎn)生更多的流量［29］。因此，紅壤坡地徑流受降雨歷時的影響大于石灰土坡地。王小博等［33］研究發(fā)現(xiàn)，降雨歷時對紅壤裸地產(chǎn)流影響較大，這與本文研究結(jié)果相似。許多學(xué)者研究表明［31，34］，雨強也是影響坡地產(chǎn)流的重要因素，但本研究中石灰土與紅壤坡地徑流深與平均雨強相關(guān)性較弱，造成該差異的主要原因是平均雨強僅僅反映的是次降雨的總體特征，而不是降雨過程集中程度的差異，因而對坡地產(chǎn)流影響相對較?。?5］。

研究結(jié)果表明，石灰土坡地整體平均土壤含水量顯著低于紅壤坡地，但石灰土坡地30 cm土層土壤含水量略高于紅壤坡地。其根本原因是紅壤的持水能力大于石灰土，當(dāng)降雨入滲后水分更易被滯蓄于上層土壤孔隙中。土壤質(zhì)地和有機質(zhì)含量是影響土壤孔隙的主要因素，土壤毛管孔隙的數(shù)量決定了土壤對降水的儲蓄能力［36］。有研究表明，有機質(zhì)含量是影響土壤持水性能的重要因素，其效應(yīng)大于黏粒對水分的效應(yīng)，有機質(zhì)含量越高土壤粒徑配比越好，形成了較好的土壤空隙，從而有利于土壤對水分的吸收和水分在土壤中的移動［37］。有機質(zhì)中的有機碳作為一種膠結(jié)物質(zhì)，可以將土壤中的黏粒、粉粒膠結(jié)在一起，從而改變了孔隙度和容重，進而改變土壤持水能力［38］。本研究中石灰土、紅壤的有機質(zhì)含量分別為12.06、17.00 g/kg，由此可判斷石灰土的持水能力弱，土壤蓄水能力低，水分更易向下分配。研究結(jié)果顯示，石灰土坡地土壤含水量對降雨響應(yīng)迅速，并隨降雨量變化波動劇烈，紅壤坡地土壤含水量響應(yīng)時間則明顯延長，波動幅度小且總體呈上升趨勢。當(dāng)降雨發(fā)生時，石灰土坡地水文過程迅速，水分更易向下分配，從而導(dǎo)致石灰土坡地土壤含水量響應(yīng)速度大于紅壤坡地，且紅壤坡地土壤含水量波動幅度弱于石灰土坡地。張繼光等［39］對桂西北典型巖溶洼地土壤水分的研究表明，旱季及雨季土壤水分與有機質(zhì)含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系，有機質(zhì)含量越高土壤保蓄能力越強。

最后，本試驗觀測時間較短，為了更好地研究不同類型土壤的產(chǎn)流及土壤水分特征，還需進行野外的長期觀測。同時，本試驗結(jié)果是通過模擬15°坡度條件下石灰土和紅壤坡地獲得，今后可增加樣地的選取，擴展研究不同類型土壤在多個坡度下的產(chǎn)流產(chǎn)沙及土壤水分變化特征，為進一步認識喀斯特坡地水土流失過程與機理提供依據(jù)。

4結(jié)論

a）地表徑流系數(shù)表現(xiàn)為紅壤坡地大于石灰土坡地，紅壤坡地的地表徑流系數(shù)是石灰土坡地的6.77倍；壤中流徑流系數(shù)則表現(xiàn)為石灰土坡地大于紅壤坡地，石灰土坡地壤中流徑流系數(shù)是紅壤坡地的1.98倍。石灰土坡地產(chǎn)流方式主要以壤中流為主，紅壤坡地產(chǎn)流方式以地表徑流為主。

b）紅壤坡地的地表徑流隨降雨等級的增加而增加；當(dāng)降雨等級大于小雨時，石灰土坡地的地表徑流系數(shù)則隨著降雨等級的增加無明顯變化。紅壤坡地壤中流在不同降雨等級下徑流系數(shù)呈逐漸減小趨勢；石灰土坡地壤中流徑流系數(shù)隨著降雨等級的增加呈減小—增大—減小的過程。

c）不同產(chǎn)流條件下，石灰土坡地徑流深與降雨量和降雨歷時具有極顯著相關(guān)性，紅壤坡地徑流與降雨歷時呈極顯著相關(guān)關(guān)系，兩者均與平均雨強和最大60 min雨強相關(guān)性較弱。偏相關(guān)分析進一步說明，降雨歷時是影響紅壤坡地產(chǎn)流的重要因子，石灰土坡地產(chǎn)流由降雨因子共同作用影響。

d）石灰土坡地整體平均土壤含水量顯著低于紅壤坡地，但石灰土坡地30 cm土層土壤含水量略高于紅壤坡地。當(dāng)降雨發(fā)生時石灰土坡地各層次土壤對降雨響應(yīng)更迅速，使得土壤水分得到更及時的補充。

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