四川盆地紫色土区是典型的岩土二元结构,浅薄的土层直接下伏母岩,泥(页)岩是形成该区土壤的主要母质。由于该区紫色母岩(尤其是紫色泥岩)相对松软且易发生崩解,耕作破碎母岩是紫色泥页岩出露区常见维持土壤生产力的耕作措施。耕作破碎母岩过程会引起土壤-岩屑混合体厚度(Tsr)、土壤岩屑含量(W)、岩屑含量垂直梯度(Gv)的变化,进而会对坡面水文过程造成影响。为揭示耕作引起的母岩破碎对坡面水文过程的影响机制,本文采用模拟耕作试验测定耕作引起的母岩破碎运动,探明耕作深度、覆土厚度、母岩含水率、坡度等对母岩破碎运动的影响机制;在此基础上进行室内模拟降雨试验,基本查明不同坡度条件下Tsr、W、Gv对坡面产流产沙过程的影响。最后,建立了耕作引起的母岩破碎与坡面水文过程的关系。取得了以下几点主要结论:1、探明了耕作引起的母岩破碎和岩屑运动机制耕作引起的母岩破碎和岩屑运动受到人为因素(耕作深度)与自然因素(岩石含水率、覆土厚度、坡度等)的共同影响。随着耕作深度的增大,母岩的破碎程度显著减小,岩屑中粗粒径(>20 mm)比例增加,细粒径(<10 mm)比例下降,而粒径10～20 mm的岩屑比例变化不大。岩石含水率越高,耕作引起的母岩破碎运动越剧烈,且对不同含水率的母岩进行耕作时,岩屑平均位移对不同坡度和耕作深度的响应存在差异。含水率高的母岩,岩屑位移与耕作深度显著负相关,与坡度无显著关联;含水率低的母岩,岩屑位移与耕作深度无显著关系,但与坡度呈显著正相关。不同深层位置岩屑的运动差异很大,深度越大岩屑位移越小。覆土厚度是影响坡面岩屑运动的重要因素,增加覆土厚度可以显著减少耕作引起的岩屑顺坡运动,而且覆土层下不同深层的岩屑运动没有显著差异。此外,坡度对耕作引起的母岩破碎特征以及耕作破碎覆土母岩引起的岩屑运动都无显著影响。2、查明了耕作破碎母岩产生的土壤-岩屑混合体特征对坡面水文过程的影响耕作破碎母岩引起的土壤-岩屑混合体厚度(Tsr)、岩屑含量(W)及岩屑垂直分布变化直接影响土壤的水文性质和可蚀性,进而影响坡面水文过程和侵蚀产沙过程。1)随着Tsr的增大,水流入渗路径的直线距离延长,且优先流路径减少,导致坡面入渗下降,60 mm h-1雨强下,Tsr从24 cm增大到44 cm,稳定入渗率减小了 77.88%;相反,厚度越大的土壤-岩屑混合体表现出的可蚀性越高,44 cm 比 24 cm坡面的侵蚀产沙量增加了 59.28%。2)土壤岩屑含量升高可以增加地表糙度和土体内非毛管孔隙数量,从而增加入渗、减少产流,W=20%和W=40%的坡面比W=0%的坡面稳定入渗率分别增加了 32.18%和86.31%。岩屑含量增加有助于降低土壤可蚀性,W=20%和W=40%坡面比W=0%坡面的侵蚀产沙量分别减少了 54.82%和62.05%。3)在Tsr和W一致的情况下,存在岩屑含量垂直梯度(Gv,下层岩屑含量高时为正值)的坡面产流产沙过程主要受到顶层土壤性质的影响。首先,Gv的存在会导致不同深层土壤入渗差异,而且这种差异会随着Gv的增大逐渐增大,上层土壤直接控制着入渗到土体的水分总量,Gv=10%和Gv=20%的坡面比Gv=0%的坡面入渗量分别减少了 19.92%和23.42%。其次,上层土壤的性质直接影响土壤表面性质,进而影响坡面水流的水动力学特性和土壤侵蚀程度,随着Gv的增大,坡面径流量、径流系数、径流含沙率、水流阻力系数和侵蚀产沙量都逐渐增大。另外,Gv=20%与纯土(CK)坡面的土壤表层状况一致,且二者在稳定入渗率、坡面流水动力特性、侵蚀产沙方面都无显著差异。3、阐明了坡度对土壤-岩屑混合体坡面水文过程的影响机制坡度是影响坡面水文过程的重要因素,但是其作用机制在不同降雨强度下存在差异。坡度增大后,坡面承雨量减小,水流入渗路径的直线距离延长,导致坡面入渗减少、产流增加。坡度直接决定了坡面雨滴降落后的能量转换以及坡面水流的受力特征,随着坡度增大,坡面产汇流过程加快,雨水的径流转化率增加。坡面水流的水动力学特性随坡度的变化在不同雨强下呈现不同规律,流速和雷诺数与坡度的关系存在临界雨强,约为60 mm h-1。随坡度的增大,当雨强小于临界值时,流速逐渐减小,雷诺数无明显变化;当雨强接近临界值时,流速无明显变化,雷诺数呈线性减小趋势;当雨强大于临界值时,流速显著增大,雷诺数呈幂函数变化趋势减小。此外,随着坡度的增加,在坡面流侵蚀力增强的同时坡面物质愈加不稳定,表现为坡面侵蚀产沙量随坡度线性增加。4、初步揭示了耕作破碎母岩对坡面产流产沙的作用机制短期内,耕作破碎母岩可以增加土层厚度和土壤岩屑含量,但不同深层位置岩屑的运动差异很大,覆土层可以有效抑制下部岩屑的运动,所以耕作破碎母岩产生的岩屑分布存在垂直差异;从长期视角来看,耕作破碎母岩可以使基岩面下降,使坡面趋于平缓。耕作破碎母岩后,土壤-岩屑混合体厚度增加和岩屑含量垂直梯度的增大会导致坡面入渗减少、产流增多,径流的侵蚀挟沙能力增强,从而加剧坡面水蚀。但是,耕作破碎母岩引起的土壤岩屑含量(均质分布)增加,以及长期耕作破碎母岩引起的地形趋缓,有助于增加入渗、减少坡面产流、降低水流的侵蚀挟沙能力,从而有助于减少坡面侵蚀。因此,建议在耕作破碎裸岩补充土壤时,使用较小深度进行耕作,减小岩屑的平均粒径,从提升岩屑覆盖的保水保土效果;耕作破碎覆土母岩补充土壤时,在坡面上使用略大于覆土层厚度的深度进行耕作,并在耕作完成后把岩屑上翻或与土壤混匀,将有助于减少坡面土壤侵蚀。