崩岗侵蚀区土壤物理性质分层差异及其对崩岗发育的影响

2015-01-04陈晓安

中国水土保持 2015年12期

关键词：红砂岩抗剪花岗岩

陈晓安

(1.江西省水土保持科学研究院，江西南昌 330029； 2.江西省土壤侵蚀与防治重点实验室，江西南昌 330029)

崩岗侵蚀区土壤物理性质分层差异及其对崩岗发育的影响

陈晓安1,2

(1.江西省水土保持科学研究院，江西南昌 330029； 2.江西省土壤侵蚀与防治重点实验室，江西南昌 330029)

崩岗；土壤物理性质；分层；试验

崩岗是我国南方红壤区最严重的土壤侵蚀类型之一。采集赣州市典型的花岗岩和红砂岩崩岗地区土壤样品，测试分析其红土层和母质层的黏聚力、内摩擦角和液塑性指标，结果表明：花岗岩崩岗地区母质层的抗剪强度显著低于红土层，而两者的液塑性指标值没有显著差异，说明母质层抗剪强度低是导致花岗岩地区崩岗发育的诱因；红砂岩地区红土层抗剪强度稍高于母质层，但两者间没有显著性差异，而红土层土壤液塑性指标值要显著高于母质层，说明母质层的低液塑性有利于红砂岩地区崩岗侵蚀的发育。花岗岩和红砂岩崩岗地区红土层的破坏容易诱发崩岗，因此保护红土层是预防崩岗侵蚀的关键。

崩岗是在丘陵岗地上由水力、重力相互作用形成的一种特殊的侵蚀地貌类型[1]。崩岗侵蚀切割山体、破坏地貌，把原来完整的坡面变成千沟万壑、沟谷纵横、陡坎遍布、崩壁林立的“烂山地貌”，使土地生产力遭到彻底破坏。作为我国南方地区最严重的土壤侵蚀类型之一，很多学者对崩岗成因及其防治技术进行了研究[2-9]，但关于崩岗侵蚀地区土壤物理性质分层差异的研究成果较少，由于关系到崩岗发育的内在机理，因此该研究对崩岗侵蚀防治具有指导意义。以江西省赣州地区为例，由于当地崩岗主要集中发育在花岗岩和红砂岩地区，在其他岩性地区分布极少，因此本研究从影响崩岗发育的重要土壤特征因子——抗剪强度和液塑性指标入手，研究花岗岩、红砂岩地区土壤物理性质分层差异及其对崩岗发育的影响。

1 研究区概况

选择江西省崩岗侵蚀面积最大的赣州市作为研究区。其中，花岗岩崩岗侵蚀区选在区内花岗岩崩岗发育最典型的赣县。赣县位于东经114°42′～115°22′、北纬25°26′～26°17′，属中亚热带季风性湿润气候区，气候温和，阳光充足，雨量充沛，具有春早、夏长、秋短、冬迟的特点，年均气温19.3 ℃，年日照时数1 092 h，年均降水量1 076 mm，年无霜期298 d。红砂岩崩岗侵蚀区选在区内红砂岩崩岗发育典型的于都县。于都县位于东经115°11′～115°49′、北纬25°35′～26°20′，为丘陵低山区，地势东、南、北三面较高，中、西部较低，山地面积占总面积的74%，属亚热带季风性湿润气候区，年均气温19.7 ℃，年均降水量1 507 mm，年日照时数1 621.9 h，年无霜期305 d。

2 材料与方法

采样点选在典型花岗岩、红砂岩崩岗地区的坡面上，分别采集红土层和母质层土壤样品，每个采样点采2个重复样。土壤的液、塑限试验采用液塑限联合测定法。土壤抗剪强度测定先用环刀(Φ61.8 mm×20 mm)取原状土，再用四联直剪仪对4个环刀试件在不同垂直压力(100、200、300和400 kPa)下施加剪切力进行不排水剪切试验，求得土样破坏时的剪应力，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度、内摩擦角和黏聚力。库仑定律计算公式为

τ=c+σtan φ

式中：τ为抗剪强度，kPa；σ为破坏面上的法向应力，kPa；c为黏聚力，kPa；φ为内摩擦角，(°)。

3 结果与讨论

3.1 红土层和母质层抗剪强度差异

赣县花岗岩地区的土壤表面存在一层红土层，该层土壤质地较黏，土壤性质与母质层差异明显(表1)。表层红土层土壤黏聚力显著大于母质层，土壤内摩擦角略小于母质层，但无显著差异。根据库仑定律，花岗岩地区表层红土层的抗剪强度显著大于母质层。调查发现，该地区表面红土层有很多已经被破坏，有的甚至不复存在，由于母质层的抗剪强度低于红土层，因此红土层的破坏将直接导致崩岗侵蚀加剧。

于都县红砂岩崩岗地区的土壤表面也存在一层质地较黏的红土层，下面是红砂岩母质层，两者土壤性质差异也非常明显(表1)。红土层土壤黏聚力显著大于母质层，土壤内摩擦角显著小于母质层。直剪试验结果表明，红土层的抗剪强度大于母质层(图1)。调查发现，红砂岩地区表层红土层较厚，由于红土层的抗剪强度大，因此一般的坡面漫流对其冲刷侵蚀很小，

在无侵蚀沟的坡面红土层不易被破坏；而在侵蚀沟道内径流冲刷能力强，长期沟道侵蚀可以将红土层切穿，一旦红土层被破坏，由于红砂岩母质层抗侵蚀能力差，因此在径流的冲刷下土体很容易失稳向沟内崩塌。

表1 花岗岩、红砂岩地区红土层和母质层土样直剪试验结果

注：不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著，下同。

图1 红砂岩地区红土层、母质层土壤抗剪强度试验结果

3.2 红土层与母质层液塑性差异

花岗岩、红砂岩地区红土层和母质层液塑限指标值见表2。花岗岩崩岗地区红土层土壤的塑限、液限、塑性指数数值都比母质层大，但是两者差别不显著，说明土壤液塑性特征不是影响该地区崩岗发育的主要原因。调查证明，该地区崩岗发育具有很强的随机性，与沟道发育无直接关系。红砂岩崩岗地区红土层土壤的塑限、液限、塑性指数数值都比母质层大，尤其母质层的塑性限度仅为12.60%，液性限度为18.65%，因此极易发生塑性变形或流动。调查证明，红砂岩地区红土层一旦被破坏，其母质层土壤液塑性指标值低，在水流的作用下极容易变形崩塌，甚至具有流动性，随水体被带走，因此红砂岩地区崩岗与沟道的发育相伴，主要发育在侵蚀沟沟头。