黄土坡面细沟侵蚀和细沟间侵蚀贡献率变化规律的研究

坡面细沟侵蚀和细沟间侵蚀贡献率及其比率是建立土壤侵蚀预报模型、评价土壤侵蚀环境效应的基础。本项目以Be-7示踪技术和三维激光扫描技术为监测手段，从小区尺度到田间尺度，以天然降雨侵蚀事件研究为主，人工模拟降雨试验为辅助，通过大量的试验，对不同坡度、坡长、降雨、径流条件下黄土坡面细沟侵蚀量和细沟间侵蚀量进行定量区分，研究细沟侵蚀和细沟间侵蚀贡献率及其比率的变化规律，分析不同影响因素对坡面细沟侵蚀和细沟间侵蚀贡献率及其比率变化的影响，建立以各影响因素为参数估算细沟侵蚀量与细沟间侵蚀量比率的模型，并在田间尺度上应用修正，改进RUSLE模型中细沟侵蚀量与细沟间侵蚀量比率计算公式，评价、验证国际上现有的预报细沟间侵蚀量的方法的准确性及在黄土坡面的适用性。该项目能为深入研究坡面土壤侵蚀机理、构建土壤侵蚀预报模型、估算坡耕地面源污染和评价土壤侵蚀环境效应提供理论依据。

次降雨过程中坡面细沟侵蚀和细沟间侵蚀的定量区分在土壤侵蚀预报模型建立、验证及非点源污染的估算等方面有重要作用。本项目利用三维激光扫描技术、REE示踪技术和7Be示踪技术，通过室内模拟降雨和野外小区天然降雨观测，研究坡面次降雨过程中细沟侵蚀和细沟间侵蚀速率比的变化规律。结果显示细沟发育主要受降雨强度、坡度、土壤性质影响。细沟主要通过溯源侵蚀连通上下相邻跌坎，而后沟道下切、沟壁坍塌逐渐形成。细沟大多在坡面中下部随机分布，在小坡度（10°和15°）条件下以长、深、窄细沟为主；大坡度（20°和25°）条件下以短宽树枝状细沟为主。细沟发育对坡面土壤侵蚀速率影响明显。细沟发育前，坡面土壤侵蚀速率在强烈的波动中不断增大；细沟发育后，侵蚀速率波动性和增大速率减缓，最终趋于稳定。细沟发育导致不同坡面部位侵蚀方式差异明显，坡面中上部基本为细沟间侵蚀，距坡脚3.5m左右的区域细沟间侵蚀最剧烈；坡面的中下部细沟侵蚀强烈，距坡脚1.5m左右区域细沟侵蚀最剧烈。受细沟侵蚀和细沟间侵蚀坡面分布共同影响，总侵蚀在坡面表现出距坡脚1.5-3.5m区域内侵蚀速率度最大，坡面上部和坡脚侵蚀速率小的一般特征。室内模拟降雨试验三维激光扫描和野外天然降雨观测试验7Be示踪结果均显示：次降雨过程中，细沟侵蚀与细沟间侵蚀的比率与降雨时间和累计径流量显著相关。细沟发育后，细沟侵蚀成为坡面土壤侵蚀更重要的方式，细沟与细沟间侵蚀比率＞1.00。细沟与细沟间侵蚀比率(Y)与降雨强度(I)、径流量(Q)和坡度(S)密切相关，可表示为：Y=aQbIcSd（a,b,c,d为常数，R2≥0.972）。本研究应用的三种方法中，7Be示踪法对坡面侵蚀过程及坡面侵蚀的方式的转化指示效果最佳，准确指示了次降雨过程中坡面侵蚀方式的转变及各侵蚀方式的贡献率，明确了小区侵蚀量差别的主要原因是细沟侵蚀量的差别。基于以上研究结果和前人的模型基础，改进了杨明义等提出的7Be示踪细沟间侵蚀速率估算模型；提出了简单实用的7Be示踪细沟间侵蚀的线性估算模型。对RUSLE模型中细沟侵蚀与细沟间侵蚀比率算法的验证显示：基于坡度建立的细沟侵蚀与细沟间侵蚀的比率计算方法在黄土高原坡面侵蚀研究中适用性差，需要重新建立包含坡面径流、雨强、坡度、坡长等主要因素的细沟侵蚀与细沟间侵蚀的比率计算方法。