紫色土水土流失特点及调控范式

赵 健，梁 敏

(1.水利部长江水利委员会长江科学院水土保持研究所，430010，武汉；2.水利部长江水利委员会网信中心信息所，430010，武汉）

一、紫色土的非地带性特点

1.岩性土特点

紫色土是发育于亚热带地区石灰性紫色砂页岩母质土壤，为非地带性土壤。主要分布在长江上游丘陵地山区，四川、江西、贵州、湖南、广西等省（自治区），面积约26万多km2。紫色土成土速度快（从岩石→风化物→土壤），发育进程慢（从饱和土→不饱和土），紫色土具有岩性土的特点。紫色土在物质、能量交换都很强烈的亚热带湿润气候条件下能大面积、大跨度分布，保持稳定的土壤性质，并具有优良的生产性能，有很高的土壤生产率，这是其他岩性土所不能比的。

2.幼年性特点

紫色土是紫色砂、页、泥岩风化物，在亚热带湿润气候条件下形成的幼年土壤。由于受母岩影响以及频繁的侵蚀和堆积，紫色土的发育形成明显反映出生物气候对土壤性质影响小、化学风化作用微弱、但物理风化作用强烈的特点，土壤砾质含量高。

二、紫色土土壤侵蚀特征

1.径流系数高，坡面侵蚀为主

紫色土大多土层浅薄，富含母质碎屑，有机质少，结构水稳性弱，易分散悬浮，抗蚀力和抗冲力均弱。容蓄水量少且渗透率低，下为透水性差的基岩，故径流系数高,据对10°～25°不同坡度的紫色土进行10场人工降雨试验显示,在中大雨强状况下,坡面径流系数在0.3～0.7之间。紫色土区大多数丘陵为砂岩和泥岩间层组合，抗风化侵蚀力不同而呈台阶状坡面，从坡麓至坡顶，坡长被自然台阶截断。耕地分布在台面上呈带状，且多沟垄种植，径流沿沟垄排泄，故坡面上沟蚀不明显，以面蚀为主，面蚀集中在坡耕地上。据遂宁水土保持试验站观测资料，坡耕地坡度为10°的年流失土壤 5 100t/km2，流失土层厚度0.39 cm，15°的年流失土壤 8745t/km2，流失土层厚度 0.65 cm，20°的年流失土壤 11 610 t/km2， 流失土层厚度0.86 cm，25°的年流失土壤15 900t/km2。

2.物理风化迅速，母质侵蚀突出

紫色土成土母岩多为泥钙质胶结，固结性差，组织松软，抗压强度低。加上母岩中矿物组成复杂，膨胀系数差异悬殊，含深色矿物多，吸热快，冷热干湿膨胀变化剧烈，近地表层网状风化裂隙发育，易于崩解剥离。裸露岩面能迅速形成大量松散碎屑，为母质侵蚀提供大量物源。侵蚀以剥落和泻溜侵蚀现象为普遍。成土母岩的砂、页、泥岩风化形成的幼年土，结构性差，泥岩中钙质、石膏可溶性盐分含量高，易被水分解溶蚀，土壤抗蚀力很弱。

3.风化与侵蚀交替进行

紫色泥岩物理风化快，风化崩解形成的碎屑成为径流侵蚀夹带泥沙的来源。尤其在高温多雨季节，物理风化更为严重，往往形成风化一层、剥蚀一层、流失一层的恶性循环。土壤总是处于幼龄阶段，土层浅薄，水分渗透系数小，蓄水能力低，容易发生干旱。

三、紫色土水土流失调控范式

范式是指科学理论研究的内在规律及其演进方式，库恩认为范式是科学共同体的共有信念。目前，人们多将水土保持模式理解成范式，模式与范式是有区别的，模式是范式的基础，范式是模式的总结和凝炼，水土保持的范式应是模式的模式，应具有能反映土壤侵蚀的地带性规律、能反映区域性水土保持措施、有一定的区域尺度适应性、在经济上可以应用推广的水土保持模式。

径流系数高是引起紫色土水土流失的主要原因，“山坡无流水，沃土必自存”，因此，控制坡面径流是紫色土区水土保持防治的方向。长期的水土保持实践逐步总结创造形成了一套适于这种强降水地区、坡度在5°～20°的坡耕地水土流失调控治理范式，即“以沟池凼路为骨架，梯地果林相配套”高蓄高用的坡面径流调控范式。以坡面径流调控措施为骨架体系，各项水土保持治理措施融入该体系，成为它的组成部分，使各项措施在不同地形地貌部位起着疏导、分散、储用坡面径流职能的水土流失调控体系。

该范式具体结构是分段分部位设置径流聚散防线，即按10年一遇24 h最大暴雨的径流量标准设计，首先布设径流聚散体系和道路骨架，然后布设坡改梯工程。在坡耕地与非耕地连接处的地貌部位沿等高线开挖一条截流沟，拦截从山顶分流下来的坡面径流，并将其合理地排走。将田间道路与径流分流工程重叠布设（沟路合一），分流沟上部盖石板作为道路，或在沟边埂上设置田间作业道路，沟道两边布置坡改梯和经果林，每块田块布设有背沟和边沟，均与骨干分流沟相通，一是分散过多的降雨径流，二是能拦蓄一部分入渗，增加土壤水分，在骨干分流沟内分上、中、下三部位设置相应容积的聚流池，储蓄部分坡面径流，供旱季灌溉用，多余的径流均安全地排入河沟，紫色土区降雨量多，一般以分流为主，同时也做到高部位的径流在高处分散和聚集高用、中部位的径流在中部分散和聚集中用、低部位的径流在低处分散和聚集的方式，该范式已在川中丘陵区广泛应用。在具体应用中,可以在该范式基础上对每条具体小流域的坡面径流调控进行具体水土保持措施配置。

四、结 语

紫色土在特殊的自然地理环境中形成了自己独特的特征，具有岩性土、幼年性的非地带性特点，在水土流失上具有径流系数高、坡面侵蚀为主的特点，紫色土平均侵蚀强度高达3 000～5 000t/（km2·a），已严重阻碍了区域生产力的发展，“以沟池凼路为骨架，梯地果林相配套”的坡面径流调控范式的应用将对紫色土分布区水土流失防治起到积极的作用。

[1]托马斯·S·库恩著，纪树立，等译．必要的张力：科学的传统和变革论文选[M]．福州：福建人民出版社，1981．

[2]赵健，高强.古井小流域水土流失坡面径流调控治理研究[J].世界林业研究，第20卷特刊，2007.

[3]郭廷辅，段巧甫.径流调控理论是水土保持的精髓——论水土保持的特殊性[J].中国水土保持，2001（11）.