黄土残塬区泻溜侵蚀土体水分物理性质研究

李育鸿

摘要：采用环刀法对红土泻溜侵蚀坡面0～50cm深度和坡积物0～100cm深度的土壤水分物理性质和贮水特征进行了对比研究，结果表明：①0～50cm深度范围內，红土泻溜坡面土壤含水率、容重、总孔隙度均随土层深度的增大而增大，土层深度与土壤含水率成显著正相关关系、与土壤容重和紧实度均成极显著正相关关系，非毛管孔隙度与总孔隙度成极显著正相关关系；②0～100cm深度范围内，红土泻溜坡积物的容重和孔隙度随着土层深度的增大无明显的层次变化趋势，与红土泻溜坡面相比，泻溜坡积物土体紧实度和容重显著降低，非毛管孔隙度减小，毛管孔隙度增大，而总孔隙度变化不大；③与同一深度（0～50cm）的红土泻溜坡面相比，红土泻溜坡积物滞留贮水量减小了77.94%，吸持贮水量增大了28.74%，而饱和贮水量差异不大（仅增大8.28%）。

关键词：红土泻溜侵蚀；坡积物；土壤水分物理性质；贮水特征；黄土残塬区

中图分类号：S157.1

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.08.022

黄土高原残塬沟壑区沟壑纵横、梁峁蜿蜒，塬面塬坡黄土母质发育.治理程度较高，拦蓄能力强，水土流失得到基本遏制。沟谷中由红色黄土（以下简称红土）构成的泻溜坡面岩体，冬春冻融变化引起收缩以及物理风化作用所产生的岩屑，受重力作用向坡脚滚溜而发生泻溜，这种以重力作用为主的侵蚀方式，称为泻溜侵蚀。在红土出露广泛分布的地区，这是一种重要而强烈的侵蚀方式。泻溜侵蚀蚕食塬面，泻溜土体淤积沟道，导致行洪能力下降，严重威胁当地人民群众的生产生活。

目前对泻溜侵蚀的研究绝大多数从泻溜侵蚀的分布特征、影响因素和防治措施等方面进行定性分析与评价，关于其侵蚀过程和机理的定量研究鲜有报道，对于红土泻溜侵蚀的防治亟待进一步研究。有研究提出红土泻溜侵蚀受水分变化影响较大，因此笔者以陇东黄土高原残塬沟壑区的红土泻溜侵蚀为研究对象，对红土泻溜坡面和坡积物的土壤水分物理性质及贮水特征进行定量研究，旨在为陇东黄土残塬红土泻溜侵蚀防治提供基础数据。

1 研究区概况

研究区位于甘肃省平凉市泾川县田家沟小流域（泾河的一级支流），海拔为1028～1374m，属典型的黄土高原残塬沟壑区。流域总面积56.3km2，主沟道长17.3km，沟道平均比降为2.33%，沟壑密度为1.64km/km2，沟道呈V形。沟谷上部为黄土，中下部为红土，泻溜侵蚀强烈。该流域属温带半湿润气候区，年平均气温10.1℃，极端最低气温-24℃，极端最高气温40.O℃，日照时数2274h，太阳总辐射量542.661J/cm2，大于10℃年积温为2863℃，年均降水量为514.5mm，年均水面蒸发量为1237.9mm，最大冻土深度为55Cm，无霜期174d。流域内常见的植物种有侧柏、刺槐、狼牙刺、紫荆、沙棘、酸枣和杜梨等。

2 研究方法

2.1 样点布设与采样方法

2016年10月，选取具有代表性的红土泻溜侵蚀坡面进行取样，坡角为650左有，位于阳坡，植被覆盖度为15%左右。在该泻溜坡面上随机选取3个取样点，沿垂直于坡面方向0～50cm深度分别用环刀和铝盒取样（每10Cm为一层），并用土壤紧实度仪现场测量每层土体的紧实度。由于50cm以下土体紧实坚硬，取样困难，且超出了土壤紧实度仪的可测范围，因此对50Cm以下土体不进行取样分析和研究。在对应的泻溜坡面取样点正下方沟谷，对0～100cm深度的泻溜坡积物分别用环刀和铝盒取样（每10cm为一层），并用土壤紧实度仪测量土体紧实度。

2.2 测量方法与计算方法

土壤含水率用烘干法测定，土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度用环刀法测定，土壤紧实度用美国产6120型土壤紧实度仪测定。土壤吸持贮水量、滞留贮水量和饱和贮水量计算公式分别为式中：Wc为土壤吸持贮水量，t/hm2；Pc为毛管孔隙度，%；Wnc为土壤滞留贮水量，t/hm2；Pnc为非毛管孔隙度，%；Wt为土壤饱和贮水量，t/hm2；Pt为总孔隙度，%；h为土层深度，m；r为水的密度，t/m3。

3 结果与分析

3.1 红土泻溜坡面土壤水分物理性质及贮水特征

红土泻溜坡面土壤水分物理性质和贮水特征见表1，可以看出，沿着泻溜坡面垂直方向，随着土层深度的增加，土壤含水率呈逐渐增大趋势，从0～10cm的2.37%增大到40～50cm的11.68%。受太阳辐射等因素影响，土壤表层（0～10cm）含水率较小；20～50Cm深度土层土壤含水率相对较大，但层间差异较小。土壤容重由表层（0～10cm）的1.27g/cm3逐渐增大到40～50Cm深的1.56g/cm3，土壤紧实度也呈现出相应的变化趋势，且变化趋势明显。总孔隙度呈现出相反的变化趋势，即随着土层深度的增加，总孔隙度逐渐减小，由表层（0～10Cm）的50.06%减小至40～50cm深的35.28%，原因主要是非毛管孔隙度逐渐减小，而毛管孔隙度变化不大。

3.2 红土泻溜坡面水分物理性质的相关性分析

选择泻溜坡面土层深度、土壤含水率、土壤容重、土壤紧实度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度，对土壤水分物理性质进行相关性分析，结果见表2。由表2可以看出，土层深度与土壤含水率成显著正相关关系（p<0.05），与土壤容重和紧实度均成极显著正相关关系（p<0.01）；非毛管孔隙度与总孔隙度成极显著正相关关系（p<0.01）。这说明随着土层深度增加，层间含水率差异逐渐减小，土层风化程度减弱，因此产生的岩体裂隙减少，非毛管孔隙度逐渐减小。这进一步证实了红土坡面产生泻溜的原因，即土层间含水率差异较大是促进风化的重要外因。泻溜坡面表层水分变化最为剧烈，促使岩体表面产生大量裂隙，并不断分裂成碎小的岩屑，形成极不稳定的疏松层附着于岩面之上，这种不稳定的平衡极易被破坏，致使大量岩屑不断地沿坡面向下泻溜。泻溜的产生，使原来对岩体有保护作用的疏松层不断剥落，新的岩面重新裸露，泻溜过程如此周而复始地进行着。

3.3 红土泻溜坡积物土壤水分物理性质及贮水特征

由表3可知，在0～100cm泻溜坡积物堆积深度范围内，土壤容重为1.24～1.52g/cm3，总孔隙度为39.84%～49.03%.容重和孔隙度随着土层深度的增加无明显变化趋势，原因是泻溜坡积物由泻溜侵蚀过程中产生的岩体碎屑堆积而成，它的土体特征和孔隙分布无明显的层次性，泻溜侵蚀是一种连续和持久的侵蚀过程，时间上无明显间断，空间分布不明显。与红土泻溜坡面相比，泻溜坡积物土体紧实度、容重和非毛管孔隙度减小，毛管孔隙度增大，而总孔隙度变化不大。在一定土壤厚度条件下，土壤的贮水能力取决于土壤孔隙大小及其数量特征。根据分层实测的贮水量累计，在100cm深泻溜坡积物土体内，红土泻溜坡积物的滞留贮水量、吸持贮水量和饱和贮水量分别为326.2、3946.2、4272.4t/hm2。在50cm深泻溜坡积物土层内，红土泻溜坡积物的滞留贮水量、吸持贮水量和饱和贮水量分别为85.6、2105.8、2191.4t/hm2。与同一土层深度（0～50Cm）的红土泻溜坡面（见表1）相比，红土泻溜坡积物滞留贮水量减小了77.94%，吸持贮水能力增大了28.74%，而饱和贮水量仅增大8.28%。

4 结语

（1）红土泻溜坡面土壤含水率、紧实度和容重随着土层深度的增加呈增大趋势，而总孔隙度呈现出相反的变化趋势，原因主要是非毛管孔隙度逐渐减小，而毛管孔隙度变化不大。土层深度与土壤含水率成显著正相关关系，土层深度与土壤容重和紧实度均成极显著正相关关系，非毛管孔隙度与总孔隙度成极显著正相关关系。

（2）0～100cm深度范圍内，红土泻溜坡积物容重和孔隙度随着土层深度的增加无明显的层次变化趋势；与红土泻溜坡面相比，泻溜坡积物土体紧实度、容重和非毛管孔隙度减小，毛管孔隙度增大，而总孔隙度变化不大。

（3）在50cm深度范围内，红土泻溜坡积物的滞留贮水量、吸持贮水量和饱和贮水量分别为85.6、2105.8、2191.4t/hm2，与同一深度（50Cm）的红土泻溜坡面相比，滞留贮水量减小了77.94%.吸持贮水量增大了28.74%.而饱和贮水量仅增大8.28%。

（4）本次对泻溜坡面和坡积物只进行了水分物理性质的研究，没有对土壤温度变化进行同步研究，而相关研究表明温差变幅与泻溜红土土体的崩解有密切关系，因此温度变化对红土泻溜侵蚀的影响有待下一步研究。