喀斯特不同土岩组构坡地土壤侵蚀特征试验研究

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在喀斯特地区,大量水土流失,导致坡地石漠化严重。在石漠化坡地上,土壤与岩石镶嵌分布,从其分布特征来看,主要可划分为三种典型的土岩组构:(1)地表土层连续,但土层较薄,岩石尚未露出地表,简称全埋;(2)地表土层不连续,部分基岩露出地表,简称半埋;(3)岩石直接覆盖在地表,简称覆盖。上述土岩组构影响坡地水文过程和土壤侵蚀过程。为进一步认识土岩组构对喀斯特坡地水文过程和土壤侵蚀特征的影响,本文采用人工模拟降雨试验方法,以喀斯特不同土岩组构坡地为研究对象,研究了不同降雨强度、坡度、岩土比和多场次降雨条件下地表径流、壤中流和地下径流的产流特征及各产流方式下土壤侵蚀特征,研究结果可为喀斯特坡地石漠化治理提供重要的理论依据。主要研究结果如下:(1)降雨强度、坡度、岩土比以及降雨场次对土岩组构坡地的地表径流、壤中流和地下径流初始产流时间的影响有差异,尤其是在降雨强度较大,坡度较陡的条件下提前了土岩组构坡地的地表径流和壤中流初始产流时间,同时,岩土比增大也缩短了坡地的地表径流和壤中流初始产流时间,而地下径流初始产流时间对以上影响因素的响应不同;此外,降雨场次也会影响坡地地表初始产流时间,即各径流初始产流时间随降雨场次的增加而显著提前。(2)三种土岩组构坡地产流率因降雨强度、坡度、岩土比和降雨场次的不同而呈现不同的变化规律。全埋、半埋和覆盖地表产流率随降雨强度、坡度、岩土比的增大以及降雨场次的增加而增大,且地表产流率表现为缓慢增长-趋于稳定或缓慢增长-波动性变化的趋势;壤中流产流率随降雨强度、岩土比和降雨场次的增加而减小,随坡度的增大而增大;整体上,地下径流产流率随降雨强度、坡度、岩土比和降雨场次的增加而减小,且壤中流产流率和地下径流产流率均随产流时间的延长呈先增大后减小的变化趋势。(3)在降雨强度为50 mm/h和岩土比为12%时,全埋和半埋地表产流量均比覆盖的小,说明岩石嵌入土壤具有减小地表径流的作用。此外,无论是缓坡还是陡坡,与覆盖相比,全埋和半埋均减小地表产流量。然而,在降雨强度为75mm/h时,全埋和半埋处理对地表径流的作用具有两面性,既可能减少地表产流量,又可能增加地表产流量;岩土比为24%时,全埋和半埋增加了地表产流量64%以上;地表产流量随降雨场次的增加而增大。此外,不同土岩组构坡地的壤中流量随降雨强度和岩土比的增大而减小,但是随坡度和降雨场次的增加而增大;降雨强度、坡度、岩土比以及多场次降雨对地下产流量的影响存在较大的差异,其中,地下产流量随坡度和岩土比的增大而减小。(4)与覆盖相比,在降雨强度为50 mm/h和岩土比为12%的条件下,全埋和半埋减少了地表产沙量;在降雨强度为75 mm/h和岩土比为24%时,则全埋和半埋增加了地表产沙量。此外,无论是缓坡还是陡坡,与覆盖相比,全埋和半埋均减小了地表产沙;不同土岩组构坡地地表产沙量随降雨场次的增加而增大。
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