黄土坡耕地细沟发育临界参数及侵蚀形态演化试验研究

At present, most of the current studies about rill erosion focused on following two aspects: (1)the critical conditions of rill formation; (2)the rill evolution processes. Among them, the critical conditions were characterized more by single factor, which could cause greater uncertainty in rill formation; for the rill erosion processes, researchers pay more attention on the relation between rill erosion stage and the relationship between the runoff and sediment, and the relation for different ersoion types in rill evolution processes was analyzed mainly by generalization or qualitative description, but the evolution course of different erosion types in rill formation is still lack in the thorough research. In view of the above problems, this project was designed to three kinds of loess soil in different typical erosion areas of the Loess Plateau as study subjects, using artificial rainfall test, and combining with High precision digital photography technology, we consider the loess soil regional difference, first, study the critical conditons of rill evolution and driving mechanism of key factors, establish the comprehensive critical index of rill formation for loess soil, then, analyze the evolution processes of erosion types in rill erosion, aiming to determining the change rule of rill formation effecting on soil erosion. All the above studies could further releals rill development mechanisms, and provide theory support to the comprehensive management of soil eoison on slope cropland in the Loess Plateau.

目前绝大部分有关细沟侵蚀规律的研究集中在细沟形成的临界条件及侵蚀发育过程方面，其中临界条件多用单一因子进行表征，不确定性较大；细沟侵蚀过程也多关注细沟发育阶段与水沙关系之间的研究，对细沟发育过程中侵蚀形态的演化过程还缺乏足够重视。针对以上问题，本项目以黄土高原3个典型区不同质地的黄土(砂黄土、典型黄土、粘黄土)为研究对象，采用室内降雨试验的方法，借助高精度数字摄影技术，研究细沟发生、发展的主导性侵蚀因子和关键土壤理化指标，探讨多因素作用下的细沟发育临界条件，建立黄土高原通用性较强的细沟发生综合性临界参数指标；分析细沟出现及由此引起坡面侵蚀量发生突变的作用机制，阐明细沟发展过程中主要侵蚀形态的演变特征及作用机制，以期深入揭示细沟发育机制，丰富坡面侵蚀过程理论，为黄土高原坡耕地的综合治理及改良提供理论依据。

目前细沟侵蚀发生临界条件多用单一因子进行表征，不确定性较大，对细沟发育过程中侵蚀形态的演化也缺乏足够重视。针对以上问题，本项目以黄土高原不同质地黄土为研究对象，采用室内降雨试验的方法，借助高精度数字摄影技术，研究细沟发生发展的主导性侵蚀因子和关键土壤理化指标，探讨多因素作用下的细沟发育临界条件，建立黄土高原通用性较强的细沟发生综合性临界参数指标，分析细沟发育过程中主要侵蚀形态的演变特征，明确细沟产生引起坡面侵蚀量发生变化的作用机制。研究结果表明，不同质地土壤的细沟侵蚀发生的敏感程度不同，塿土坡面的细沟发育规律基本一致，主要由沿坡面方向呈线状分布的跌坎链相互连通而成，表现为沟头溯源侵蚀和沟道下切侵蚀；黄绵土的跌坎形状为长条状，细沟主要由单个跌坎发育而成，发育过程中溯源侵蚀和边壁崩塌现象更为明显，细沟的宽深比较大。细沟在发育过程中，主要由沿坡面方向呈线状平行分布的跌坎链相互连通演化而成，相比而言塿土更易形成细沟，而黄绵土在雨强较大时才能形成细沟。含沙量与侵蚀速率的变化规律与坡面跌坎和细沟的形成具有同步关系，雨强的增大不会引起塿土含沙量和侵蚀速率的明显增加，但对黄绵土含沙量和侵蚀速率的变化有很大影响。不同降雨强度和坡度条件下，塿土的含沙量变化过程较为一致，最终会趋于一个稳定值，黄绵土含沙量的变化过程较为复杂，其含沙量的变化主要取决于细沟发育过程中的随机性，当细沟侵蚀以崩塌作用为主时，含沙量会出现急剧增加，即使雨强较小，也会产生严重的土壤侵蚀。塿土和黄绵土从含沙量开始较快增加至达到最高值的时间段与其细沟形成及发育的时间段大体吻合。坡度增加会造成细沟溯源侵蚀及下切侵蚀的加剧，但随着坡度的增加，总侵蚀量的增幅趋于平缓，暗示可能存在坡面侵蚀量由强转弱的临界坡度。坡度与各侵蚀指标间均表现出极显著的相关性，说明坡度是影响细沟发育的主要因素，细沟侵蚀量与总侵蚀量也表现为极显著的相关性，相关系数高达0.97，说明坡面侵蚀加剧主要由细沟侵蚀引起。坡面流速、细沟间及细沟流速与距坡顶距离有较好的正相关关系，雨强增加会加剧这种趋势的波动性，初步研究表明坡面径流波动强弱与细沟侵蚀的强弱有较好的一致性，这为利用坡面径流流速的波动性作为细沟侵蚀发生变化的指标提供了可能性，同时坡度对坡面、细沟间及细沟流速的影响不大