黃土殘塬區瀉溜侵蝕土體水分物理性質研究

李育鴻

摘要：采用環刀法對紅土瀉溜侵蝕坡面0～50cm深度和坡積物0～100cm深度的土壤水分物理性質和貯水特征進行了對比研究，結果表明：①0～50cm深度范圍內，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關系、與土壤容重和緊實度均成極顯著正相關關系，非毛管孔隙度與總孔隙度成極顯著正相關關系；②0～100cm深度范圍內，紅土瀉溜坡積物的容重和孔隙度隨著土層深度的增大無明顯的層次變化趨勢，與紅土瀉溜坡面相比，瀉溜坡積物土體緊實度和容重顯著降低，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%）。

關鍵詞：紅土瀉溜侵蝕；坡積物；土壤水分物理性質；貯水特征；黃土殘塬區

中圖分類號：S157.1

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.08.022

黃土高原殘塬溝壑區溝壑縱橫、梁峁蜿蜒，塬面塬坡黃土母質發育.治理程度較高，攔蓄能力強，水土流失得到基本遏制。溝谷中由紅色黃土（以下簡稱紅土）構成的瀉溜坡面巖體，冬春凍融變化引起收縮以及物理風化作用所產生的巖屑，受重力作用向坡腳滾溜而發生瀉溜，這種以重力作用為主的侵蝕方式，稱為瀉溜侵蝕。在紅土出露廣泛分布的地區，這是一種重要而強烈的侵蝕方式。瀉溜侵蝕蠶食塬面，瀉溜土體淤積溝道，導致行洪能力下降，嚴重威脅當地人民群眾的生產生活。

目前對瀉溜侵蝕的研究絕大多數從瀉溜侵蝕的分布特征、影響因素和防治措施等方面進行定性分析與評價，關于其侵蝕過程和機理的定量研究鮮有報道，對于紅土瀉溜侵蝕的防治亟待進一步研究。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的紅土瀉溜侵蝕為研究對象，對紅土瀉溜坡面和坡積物的土壤水分物理性質及貯水特征進行定量研究，旨在為隴東黃土殘塬紅土瀉溜侵蝕防治提供基礎數據。

1 研究區概況

研究區位于甘肅省平涼市涇川縣田家溝小流域（涇河的一級支流），海拔為1028～1374m，屬典型的黃土高原殘塬溝壑區。流域總面積56.3km2，主溝道長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，瀉溜侵蝕強烈。該流域屬溫帶半濕潤氣候區，年平均氣溫10.1℃，極端最低氣溫-24℃，極端最高氣溫40.O℃，日照時數2274h，太陽總輻射量542.661J/cm2，大于10℃年積溫為2863℃，年均降水量為514.5mm，年均水面蒸發量為1237.9mm，最大凍土深度為55Cm，無霜期174d。流域內常見的植物種有側柏、刺槐、狼牙刺、紫荊、沙棘、酸棗和杜梨等。

2 研究方法

2.1 樣點布設與采樣方法

2016年10月，選取具有代表性的紅土瀉溜侵蝕坡面進行取樣，坡角為650左有，位于陽坡，植被覆蓋度為15%左右。在該瀉溜坡面上隨機選取3個取樣點，沿垂直于坡面方向0～50cm深度分別用環刀和鋁盒取樣（每10Cm為一層），并用土壤緊實度儀現場測量每層土體的緊實度。由于50cm以下土體緊實堅硬，取樣困難，且超出了土壤緊實度儀的可測范圍，因此對50Cm以下土體不進行取樣分析和研究。在對應的瀉溜坡面取樣點正下方溝谷，對0～100cm深度的瀉溜坡積物分別用環刀和鋁盒取樣（每10cm為一層），并用土壤緊實度儀測量土體緊實度。

2.2 測量方法與計算方法

土壤含水率用烘干法測定，土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和總孔隙度用環刀法測定，土壤緊實度用美國產6120型土壤緊實度儀測定。土壤吸持貯水量、滯留貯水量和飽和貯水量計算公式分別為式中：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 結果與分析

3.1 紅土瀉溜坡面土壤水分物理性質及貯水特征

紅土瀉溜坡面土壤水分物理性質和貯水特征見表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，從0～10cm的2.37%增大到40～50cm的11.68%。受太陽輻射等因素影響，土壤表層（0～10cm）含水率較小；20～50Cm深度土層土壤含水率相對較大，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，土壤緊實度也呈現出相應的變化趨勢，且變化趨勢明顯。總孔隙度呈現出相反的變化趨勢，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的相關性分析

選擇瀉溜坡面土層深度、土壤含水率、土壤容重、土壤緊實度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度和總孔隙度，對土壤水分物理性質進行相關性分析，結果見表2。由表2可以看出，土層深度與土壤含水率成顯著正相關關系（p<0.05），與土壤容重和緊實度均成極顯著正相關關系（p<0.01）；非毛管孔隙度與總孔隙度成極顯著正相關關系（p<0.01）。這說明隨著土層深度增加，層間含水率差異逐漸減小，土層風化程度減弱，因此產生的巖體裂隙減少，非毛管孔隙度逐漸減小。這進一步證實了紅土坡面產生瀉溜的原因，即土層間含水率差異較大是促進風化的重要外因。瀉溜坡面表層水分變化最為劇烈，促使巖體表面產生大量裂隙，并不斷分裂成碎小的巖屑，形成極不穩定的疏松層附著于巖面之上，這種不穩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。瀉溜的產生，使原來對巖體有保護作用的疏松層不斷剝落，新的巖面重新裸露，瀉溜過程如此周而復始地進行著。

3.3 紅土瀉溜坡積物土壤水分物理性質及貯水特征

由表3可知，在0～100cm瀉溜坡積物堆積深度范圍內，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明顯變化趨勢，原因是瀉溜坡積物由瀉溜侵蝕過程中產生的巖體碎屑堆積而成，它的土體特征和孔隙分布無明顯的層次性，瀉溜侵蝕是一種連續和持久的侵蝕過程，時間上無明顯間斷，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量特征。根據分層實測的貯水量累計，在100cm深瀉溜坡積物土體內，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，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%，而飽和貯水量僅增大8.28%。

4 結語

（1）紅土瀉溜坡面土壤含水率、緊實度和容重隨著土層深度的增加呈增大趨勢，而總孔隙度呈現出相反的變化趨勢，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關系，土層深度與土壤容重和緊實度均成極顯著正相關關系，非毛管孔隙度與總孔隙度成極顯著正相關關系。

（2）0～100cm深度范圍內，紅土瀉溜坡積物容重和孔隙度隨著土層深度的增加無明顯的層次變化趨勢；與紅土瀉溜坡面相比，瀉溜坡積物土體緊實度、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，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%.而飽和貯水量僅增大8.28%。

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