放水冲刷对红壤坡面侵蚀过程

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1、放水冲刷对红壤坡面侵蚀过程及溶质迁移特征的影响研究*国家自然科学基金项目（41401303）资助FundingoftheNationalSciencefoundation(41401303)†通讯作者Correspondingauthor，E-mail：zlguo@mail.hzau.edu.cn作者简介：马美景（1989-），男，山西晋城人，硕士，主要从事土壤侵蚀机理方面研究。E-mail：mameijing2008@163.com收稿日期：2015-03-23；收到修改稿日期：马美景王军光郭忠录†蔡崇法（华

2、中农业大学水土保持研究中心，武汉430070）摘要坡面薄层水流侵蚀不仅造成土壤养分流失，土壤质量恶化，同时对水体污染等环境问题造成一定影响。为了分析上方来水流量对红壤坡面径流侵蚀过程中泥沙的迁移规律及土壤溶质运移特征的影响，本试验利用室内放水冲刷试验，采用3个不同上方来水流量（10Lmin-1，15Lmin-1，20Lmin-1）对第四纪黏土发育红壤坡面径流侵蚀过程中地面径流泥沙和径流中非吸附性离子（Br-）迁移过程进行了研究。结果表明：不同上方来水条件下，放水初期产流量迅速增大，后期趋于稳定，累计径流量与产流

3、时间成显著的线性关系，10Lmin-1，15Lmin-1，20Lmin-1三种上方来水流量下累计径流量分别为263.2L、295.1L、291.04L；上方来水流量越大，薄层径流冲刷作用越强烈，径流含沙量随时间变化波动越剧烈，累计泥沙量随产流时间呈幂函数变化，15Lmin-1，20Lmin-1流量下累计泥沙量分别是10Lmin-1流量下累计泥沙量的1.42倍、4.25倍；径流Br-浓度随产流时间呈幂函数衰减，反映了土壤溶质随径流迁移量主要受水流与土壤接触时间和作用程度的影响。研究表明放水冲刷对土壤侵蚀及溶质运移

4、有重要作用，试验结果对有效预测与控制红壤坡面侵蚀及养分流失具有重要实际意义。关键词红壤；放水冲刷；坡面侵蚀；泥沙；溶质迁移中图分类号S157.1文献标志码A我国红壤丘陵区地处热带、亚热带，包括长江流域的大部分及其南部，该地区水热资源丰富，是我国重要的农业生产区域。随着人们对土地资源长期的不合理开发与利用，该地区土壤遭到严重破坏，土壤侵蚀造成土壤肥力急剧下降，阻碍本区农业生产发展[1-2]。坡面是土壤侵蚀发生的基本单元，因此国内外学者都选用坡面作为研究对象。坡面侵蚀过程包括雨滴击溅和径流冲刷引起的土壤颗粒分离、泥

5、沙输移和沉积三大过程[3-4]。以往研究表明，降雨及其形成的坡面径流是侵蚀发生、发展的主要动力。土壤侵蚀主要是由于径流冲刷所产生的,降雨溅蚀也必须通过径流进行运输[5]。细沟侵蚀是水土流失的主要产沙源泉,细沟流的形成过程就是一个产沙过程[6]。水土流失导致土壤中大量的化学物质随地表径流迁移，造成土地质量下降，同时引起江河湖泊的面源污染，因此，研究土壤溶质随地表径流迁移特征及控制方法是提高土地生产力和控制面源污染的一个重要方面[7]。目前，国内外对坡面土壤侵蚀及养分流失研究已做了大量工作，并取得一定效果，主要集中

6、在降雨、坡度、植被覆盖度等因素对坡面侵蚀及养分流失的影响[8-12]，也有一部分学者通过上方来水试验研究水力学参数对土壤侵蚀的影响[13-16]，而薄层径流驱动下红壤坡面侵蚀过程及土壤溶质随地表径流迁移特征研究仍处于初级阶段，有待进一步深入研究。本文从分析不同上方来水流量下红壤坡面侵蚀过程及溶质迁移特征入手，初步探讨红壤坡面产流产沙特征及溶质迁移规律，为进一步研究该坡面侵蚀的动力学机制和土壤迁移机制奠定一定的基础，对南方红壤丘陵区的农业生产有实际参考价值。1材料与方法1.1试验装置模拟试验装置由以下3大部分组成

7、：①供水装置，主要由蓄水池、水泵、阀门和水管组成，水泵可以通过阀门控制流量；②放水冲刷装置，主要由稳流箱和阀门组成，稳流箱由两块不锈钢板分成三级消能稳流槽，使水流均匀平稳流入试验土槽；③模拟试验土槽和塑料容器，土槽采用厚度为8mm的钢板制造而成，土槽的坡度在0°~30°内可以灵活调节。图1显示了试验模拟系统。图1试验装置Fig.1Experimentalset本试验在湖北省华中农业大学人工模拟降雨大厅进行。冲刷流量参考前人研究的红壤坡面侵蚀性降雨强度的范围及情况，结合本试验冲刷槽尺寸，设计10Lmin-1,15

8、Lmin-1,20Lmin-13个流量水平，总供水量300L。试验土槽有效面积为1.5m2，其长×宽=3m×0.5m，土槽深度为0.35m。1.2供试土壤本试验供试土壤来源于湖北省咸宁市贺胜桥镇，该区是红壤的北缘，东南高，西北低。该区属于亚热带季风湿润气候，年均温度15~17℃，年均降雨量1300mm左右。该区成土母质以第四纪黏土和泥质类页岩为主，土地利用类型以林地为主，耕地次之。本试