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砾石在全球尺度下广泛分布,土壤中存在的砾石毋庸置疑将影响土壤水文循环过程。砾石对水文过程的影响取决于其在土壤中的位置。不同的砾石布设格局对坡面水文过程影响极其明显,特别是对于埋藏于表层土壤以上的砾石而言,因其不直接参与表土的水文过程而往往被忽视,但是这种砾石布设模式往往是引起重大自然灾害的主要因素。本论文针对砾石在水文循环中的特殊性,收集大量有关砾石研究的典型文献,总结归纳出砾石研究的趋势变化以及砾石研究在不同学科的侧重点和分类变化。同时结合野外调查和室内模拟实验来探讨不同砾石分布格局对水文过程的影响机制。野外调查是通过布设样点、样方调查、样方采取土壤以及样方调查植被因子。室内模拟是通过土柱模拟实验和降雨模拟实验来研究砾石对入渗、坡面径流、泥沙产量以及自身吸水的影响。以上实验结合Excel 2013、SPSS 18.0、Arc GIS 10.5、R语言（版本:3.3.3）、ggplot2、Origin9.1、GS+9.0和Image J等数据分析软件,统计分析了坡面尺度砾石分布格局在指导坡面侵蚀的价值和意义;流域尺度下砾石的空间分布格局以及影响因子分析,建立砾石空间分布的预测模型;降雨模拟条件下不同嵌入砾石含量对坡面径流和泥沙量的影响;以及通过引进图像处理技术来改进染色示踪法测定坡面径流流速的精度。通过以上探讨,主要研究结果如下:（1）钙质结核质量分数可以用来指示坡面的土壤侵蚀状况。土壤黏粒体积分数沿坡面呈逐渐降低趋势;钙质结核质量分数沿坡面呈单峰曲线分布,在坡面1/4-1/3的位置（距离坡顶20-30 m）处,达到峰值（10%-15%）。钙质结核质量分数与坡度呈线性正相关,与植被地上生物量（盖度）呈单峰曲线关系,峰值即为植被影响钙质结核质量分数的临界点,临界点处的植被盖度在11%-16%之间。影响坡面钙质结核分布的最主要因素为坡度和植被;小尺寸的钙质结核在坡面分布范围最广、数量最多,起决定作用的钙质结核尺寸在5-15毫米之间。（2）高的钙质结核含量主要分布在山顶、山脊、沟谷边缘和其他高海拔区域,低钙质结核主要分布在出现在梯田和拦坝。钙质结核盖度与坡度和植被盖度有关,钙质结核直径与海拔显著相关;钙质结核直径集中分布在10-50毫米之间,占总钙质结核的65%以上,直径大于50毫米的钙质结核很少出现在土壤表面。主导直径主要分布在10-20毫米;我们提出钙质结核指数的预测模型是基于坡度、植被盖度和海拔。（3）钙质结核能影响土柱中土壤水分分布。土柱剖面中钙质结核含水量与土壤含水量分布模式相反,且土壤含水量明显高于钙质结核含水量。在高钙质结核含量下(0.2,0.3和0.4 kg·kg-1),表层与底层的土壤储水量无显著差异（P>0.05）;在低钙质结核含量下(0和0.1 kg·kg-1),表层与底层的土壤储水量存在显著差异（P<0.05）。钙质结核储水量与有效储水量随钙质结核含量增加而增大。钙质结核有效储水量可占到其自身储水量的50%左右,如在不考虑土壤钙质结核中储存的水分情况下,在四种钙质结核含量(0.1,0.2,0.3和0.4 kg·kg-1)下的土壤储水量分别被低估了3.02%,7.96%,10.49%和16.88%。（4）砾石嵌入土壤中可以改变坡面土壤水文过程,主要取决于坡度、嵌入土壤中的砾石含量和坡度。随着坡度增加,坡面径流流速呈现减小趋势。砾石含量和坡度对入渗和径流影响很小,但对泥沙量和泥沙浓度影响较大。泥沙量和土壤侵蚀模数随着坡度增加而显著增加。同时,嵌入土壤中的砾石能够改变相关水力参数。嵌入土壤中砾石能够改变坡面水文过程主要是在降雨后续阶段（10-60分钟）。地表粗糙度的变化以及砾石引起的水土流失与径流的关系主导着坡面水文过程,坡面水文过程与坡面坡度密切相关。我们的研究认为,嵌入土壤中的砾石加快土壤产沙造成严重的土壤侵蚀,特别是在陡坡条件下。（5）为了获得准确的径流流速,迫切需要改进染色示踪法估算地表径流流速。这不仅可以加强径流和渗透系数以及其他水文参数的计算,从而更好地了解水文和土壤侵蚀过程。本研究采用染色示踪与图像处理技术相结合的方法,对3种坡度（5°、10°和15°）和3种坡位（上坡、中坡、下坡）下的地表径流流速进行了测定。利用数码相机记录坡面径流整个过程并结合图像处理技术测定模拟降雨条件下的坡面径流。将该方法测定的地表径流流速（IPV）与染料示踪法（AOV）测定的流速进行了比较,并计算了两者的差值。结果表明,降雨过程中,IPV条件下的径流量变化大于AOV,表明该方法能准确捕捉地表径流流速变化。IPV与坡度呈正相关,AOV也与IPV呈正相关。当坡度≤5°时,IPV值与AOV值接近;当坡度≥10°时,IPV值与AOV值差异显著。平均AOV值比IPV高10.6%。线性回归分析表明,与AOV相比,IPV在低流速条件下高估了径流量,在高流速条件下低估了径流量。在综合方法中使用图像处理是有利的,因为它易于使用,人工误差较少,而且更适合于径流的横向扩散。另外,我们发现还需要进一步的研究来验证或改进这种方法在径流流速分析中的应用。基于以上研究,我们获取了坡面尺度砾石指导侵蚀的价值和意义;流域尺度下砾石盖度和粒径的空间分布格局,利用相关的环境因子得到流域尺度砾石空间分布预测模型;通过室内土柱模拟实验得到:砾石对水分再分布和自身吸水性的影响;土石混合模拟实验研究表明:嵌入或半嵌入土壤中的砾石能够诱导坡面土壤侵蚀;在陡坡条件下,能够加快产沙造成严重的土壤侵蚀。同时,我们发现人工染色示踪法测定的坡面径流流速存在一定的误差,我们采用了图像处理技术目的使染色示踪法测定坡面径流流速更为准确。这些结论对于边坡土壤流失治理以及重大自然灾害防止提供可靠的参考价值。