楊 丹，熊東紅，劉守江，張 斌

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土壤理化及力學(xué)性質(zhì)對(duì)干熱河谷臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育的影響

楊 丹1,2，熊東紅3,4，劉守江1,2，張 斌1,5

（1. 西華師范大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院，南充 637009； 2. 西華師范大學(xué)嘉陵江流域研究所，南充 637009； 3.中國(guó)科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610041； 4. 中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，成都 610041；5.西華師范大學(xué)地表過(guò)程與環(huán)境變化研究所，南充 637009）

金沙江干熱河谷土地整理臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育嚴(yán)重，水土流失強(qiáng)烈，高投入的土地整理工程效益難以發(fā)揮，嚴(yán)重威脅著該區(qū)的生態(tài)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為查明干熱河谷土地整理臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育關(guān)鍵影響因子、防治臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育，該研究采用野外實(shí)地測(cè)量法和實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的方法，研究了干熱河谷土地整理臺(tái)地邊坡的溝蝕發(fā)育形態(tài)特征，系統(tǒng)分析了土壤理化性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響。結(jié)果表明：1）非毛管孔隙度是影響臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的主要指標(biāo)，但非毛管孔隙度對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育寬度、深度、截面積、密度以及割裂度的影響形式和影響程度有較大差異。2）抗剪強(qiáng)度僅對(duì)臺(tái)地邊坡溝道深度和截面積影響顯著，而對(duì)溝道寬度、密度和割裂度的影響甚微。3）分散率對(duì)臺(tái)地邊坡溝道寬度和割裂度的影響較為明顯，對(duì)溝道深度、截面積和密度無(wú)顯著影響。4）溝道寬度和密度均主要受非毛管孔隙度控制，割裂度受分散率的影響最大，但溝道深度和溝道截面積受土壤性質(zhì)的影響相對(duì)較弱。

土壤；侵蝕；土地整理；溝道侵蝕；形態(tài)特征；干熱河谷

0 引 言

金沙江干熱河谷光熱條件優(yōu)越，被譽(yù)為“金沙江畔的菜籃子”，但由于近幾十年來(lái)的不合理開(kāi)發(fā)，該區(qū)域已成為中國(guó)西南地區(qū)的典型生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，僅沖溝侵蝕造成的土壤侵蝕模數(shù)就高達(dá)8 000～20 000 t/(km2×a)[1-2]，耕地、道路毀壞嚴(yán)重，土地利用率明顯降低。為有效遏制水土流失，提升土地質(zhì)量，自2011年起，干熱河谷開(kāi)展了一系列以“平溝造地”為代表的土地整理活動(dòng)，其中僅元謀干熱河谷的平溝造地面積就高達(dá)6667 hm2以上。但是，由于土體壓實(shí)不到位、邊坡陡長(zhǎng)、缺乏防護(hù)措施等原因，土地整理臺(tái)地邊坡極易發(fā)生水土流失，可在2～3 a內(nèi)再度發(fā)育形成切溝或沖溝，部分地區(qū)的侵蝕強(qiáng)度高達(dá)8 000 t/(km2×a)左右，高投入的土地整理工程所發(fā)揮的效益極為有限。

然而，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)土地整理的研究多關(guān)注其正面作用，主要集中于土地整理梯地系統(tǒng)的水文調(diào)節(jié)、土壤保持、土質(zhì)改良、作物產(chǎn)量提高及生物多樣性保護(hù)等方面[3-7]。如Gardner等[8]認(rèn)為梯田在減少流域產(chǎn)沙和土壤侵蝕方面作用顯著，修筑梯田以后其徑流系數(shù)可降低至原來(lái)的10%～20%；Sharda等[9]研究發(fā)現(xiàn)梯田最高減水效率可達(dá)80%，減沙效率可達(dá)90%左右。相對(duì)而言，關(guān)注土地整理形成梯地系統(tǒng)負(fù)面效應(yīng)的研究較少，特別是關(guān)于土地整理梯地系統(tǒng)土壤侵蝕過(guò)程的研究鮮見(jiàn)報(bào)道[10]，已有的少量研究也主要集中在西班牙、意大利、捷克等地中海國(guó)家[10-12]。如Mihara[13]、Chartin等[14]曾對(duì)土地整理與土壤侵蝕的關(guān)系進(jìn)行了相關(guān)研究。國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)于土地整理梯地系統(tǒng)土壤侵蝕過(guò)程的研究則幾乎沒(méi)有，已有報(bào)道中僅Zhang等[15-16]對(duì)土地整理梯地系統(tǒng)的土壤侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行了初步估算，發(fā)現(xiàn)其土壤侵蝕模數(shù)介于2 500～2 700 t/(km2×a)之間。因此，針對(duì)金沙江干熱河谷土地整理臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育嚴(yán)重而未見(jiàn)相關(guān)研究報(bào)道，本研究采用野外原位測(cè)量和實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的方法，獲取土地整理臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)參數(shù)指標(biāo)和相應(yīng)的土壤性質(zhì)參數(shù)，探討土壤性質(zhì)與溝蝕發(fā)育形態(tài)特征之間的內(nèi)在關(guān)系，確定影響干熱河谷土地整理臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育的關(guān)鍵土壤性質(zhì)，研究結(jié)果可為根據(jù)土壤性質(zhì)采取針對(duì)性措施以防控臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省北部元謀縣境內(nèi)，金沙江下游龍川江河谷盆地內(nèi)（101°35′～102°06′E、25°23′～26°06′N(xiāo)），該區(qū)土地總面積2 037.85 km2，區(qū)內(nèi)海拔介于899～2 835 m之間[17]。該區(qū)屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，具有炎熱干燥、降水集中、干濕季分明的特征，年均氣溫21.9 ℃，≥10 ℃的積溫8 003 ℃；年降水量615.1 mm，降水集中于6－10月（雨季），雨季降雨量占全年的79%，年潛在蒸發(fā)量高達(dá)3 911.2 mm，約為年降水量的6.4倍，區(qū)內(nèi)水、熱矛盾突出[2]。此外，該區(qū)地帶性土壤為燥紅土，部分地區(qū)有少量變性土，自然景觀為熱帶草原（, 或稱稀樹(shù)干草原）景觀，形成以禾草為主，雜以灌木、喬木零星分布的稀樹(shù)灌草叢植被類(lèi)型[18]。

2 研究方法

2.1 土地整理臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征調(diào)查

本研究于2014年9月－2015年9月，對(duì)元謀干熱河谷土地整理臺(tái)地邊坡的溝蝕發(fā)育狀況進(jìn)行了詳細(xì)的面上調(diào)查，并在此基礎(chǔ)上，于中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所元謀溝蝕崩塌觀測(cè)研究站（以下簡(jiǎn)稱“元謀站”）附近選定了9處典型土地整理臺(tái)地邊坡，于2016年3－4月以直尺、鋼卷尺等測(cè)定臺(tái)地邊坡溝道的深度、寬度和長(zhǎng)度，同時(shí)用坡度尺測(cè)定邊坡的坡度。

溝道密度和溝道割裂度均是反映臺(tái)地邊坡溝道形態(tài)發(fā)育強(qiáng)度的重要指標(biāo)[19]。其中，溝道密度指單位研究區(qū)域內(nèi)所有溝道的總周長(zhǎng)，計(jì)算公式如下

式中為溝道密度，m/m2；0為研究坡面的表面積，m2；P為單條溝道周長(zhǎng)，m；為溝道數(shù)目，=1,2,…,，為坡面上溝道的總條數(shù)[19]。

溝道割裂度是參照地面割裂度進(jìn)行定義，指單位研究區(qū)域內(nèi)所有溝道平面面積之和，為無(wú)量綱參數(shù)，計(jì)算公式為

式中為溝道割裂度；0為研究坡面的表面積，m2；A為坡面上第條溝道的表面積，m2；為溝道數(shù)目，=1,2,…,，為坡面上溝道的總條數(shù)[19]。

基于野外測(cè)定結(jié)果，根據(jù)式（1）和式（2）計(jì)算溝道密度和溝道割裂度，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 各調(diào)查點(diǎn)溝蝕發(fā)育形態(tài)特征

注 ：在各調(diào)查點(diǎn)溝道發(fā)育的不同部位進(jìn)行多次（>15次）測(cè)量，獲取其溝道寬度、深度、周長(zhǎng)等值。表中數(shù)據(jù)均為平均值。

Notes : Multimetering in every investigation spot (>15 times), and getting gullies’ width, depth and perimeter. The values in table 1 are related mean values.

2.2 土壤性質(zhì)測(cè)定

于2016年3－4月，對(duì)上述9處典型臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征調(diào)查完畢之后，通過(guò)分層采樣法采集土樣，每個(gè)樣點(diǎn)分0～15、>15～30、>30～45 cm等3個(gè)土層，每個(gè)土層針對(duì)不同測(cè)定指標(biāo)分別采集2～4個(gè)平行樣，以測(cè)定土壤容重、孔隙度、抗剪強(qiáng)度、機(jī)械組成、微團(tuán)聚體含量和抗沖系數(shù)。其中，土壤容重、孔隙度和抗沖系數(shù)直接在元謀站的理化實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定，而抗剪強(qiáng)度、機(jī)械組成、團(tuán)聚體含量分別于中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所和四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究院測(cè)定完成，其測(cè)定方法如表2所示。

表2 室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)及方法

其中，土體抗剪強(qiáng)度是指土體抵御剪切破壞的極限強(qiáng)度，以黏聚力和內(nèi)摩擦角來(lái)表征，并滿足以下關(guān)系式

=×tan+（3）

式中為抗剪強(qiáng)度，kPa；為垂直荷載，kPa；為黏聚力，kPa；為內(nèi)摩擦角，(°)[20]。

此外，土壤分散率可反映土壤團(tuán)聚體在水中被破壞的程度，土壤分散系數(shù)越大，則團(tuán)聚體的穩(wěn)固性越低[21]。其計(jì)算公式如下：

根據(jù)上述分析計(jì)算，各調(diào)查點(diǎn)土壤性質(zhì)指標(biāo)值如表3所示。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2007對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育寬度、深度、周長(zhǎng)進(jìn)行整理分析，結(jié)合相應(yīng)公式計(jì)算溝道截面積、溝道密度和溝道割裂度；同時(shí)，利用SPSS16.0對(duì)溝蝕發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)和土壤性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行回歸分析，探討臺(tái)地邊坡土壤理化性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)對(duì)溝蝕發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)的影響。最后，通過(guò)對(duì)比分析法，確定影響臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)的關(guān)鍵土壤性質(zhì)指標(biāo)。

表3 各調(diào)查點(diǎn)土壤理化及力學(xué)性質(zhì)

3 結(jié)果與分析

3.1 容重、孔隙度對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響

容重、孔隙度是反映土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，容重小、孔隙度大的土壤有利于植被生長(zhǎng)，對(duì)防止水土流失具有積極作用。從表4可以看出，臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)與非毛管孔隙度的擬合方程均在0.1水平上顯著。然而，除臺(tái)地邊坡溝道深度與總孔隙度的擬合方程在0.1水平上顯著外，臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)與容重、孔隙度和總孔隙度的擬合關(guān)系均不顯著（>0.1）。由此可知，非毛管孔隙度和總孔隙度對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)存在影響，且非毛管孔隙度是影響臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的主要指標(biāo)，而容重、總孔隙度和毛管孔隙度對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響相對(duì)較弱。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，臺(tái)地邊坡溝道寬度和密度均隨著非毛管孔隙度的增大呈線性增大趨勢(shì)；溝道深度和截面積均隨著非毛管孔隙度的增大呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)；而溝道割裂度則隨著非毛管孔隙度的增大而呈逆函數(shù)減小。由此可知，非毛管孔隙度對(duì)臺(tái)地邊坡的不同溝蝕發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)的影響方式和程度有較大差異。

表4 溝道形態(tài)特征參數(shù)與容重、孔隙度的曲線擬合結(jié)果

注： 本文僅列出在0.1以上水平顯著的回歸方程，其他不顯著方程不予列出。下同。

Note: This manuscript just listed the significant fitted equations when alpha<=0.1, and the non-significant ones were not listed. The same as below.

綜上所述，非毛管孔隙度對(duì)溝道發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)有重要影響，但容重、總孔隙度和毛管孔隙度對(duì)溝道發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)影響較弱，這與艾琴[22]、賈科利等[23]的研究結(jié)果基本一致。其中，艾琴[22]發(fā)現(xiàn)未侵蝕黑土的非毛管孔隙度大于發(fā)生面蝕和溝蝕的黑土，但發(fā)生溝蝕的黑土區(qū)其非毛管孔隙度大于發(fā)育面蝕的區(qū)域，即只有當(dāng)非毛管孔隙度超過(guò)某一臨界值（東北黑土區(qū)為5.43%）時(shí)，土壤侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)才會(huì)明顯降低；當(dāng)非毛管孔隙度低于這一臨界值時(shí)，隨著非毛管孔隙度的增加，土壤侵蝕強(qiáng)度會(huì)有所增大（如從面蝕轉(zhuǎn)變成溝蝕）。但是，部分學(xué)者認(rèn)為容重、總孔隙度和毛管孔隙度對(duì)土壤侵蝕也存在較大影響，這與本文的研究結(jié)果有一定差異。如丁紹蘭等[24]發(fā)現(xiàn)青海黃土丘陵區(qū)侵蝕溝的侵蝕模數(shù)隨孔隙度的增大而降低；胡嬋娟等[25]認(rèn)為土壤侵蝕強(qiáng)度與容重呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；孫泉忠等[26]認(rèn)為土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)與孔隙度之間可能存在正相關(guān)關(guān)系。出現(xiàn)這一現(xiàn)象可能與本研究中的堆積邊坡土壤多為燥紅土與變性土的混合型土有關(guān)。該混合型土與黑土均具有一定脹縮性，因而本研究中容重、孔隙度對(duì)溝道發(fā)育形態(tài)特征的影響與黑土區(qū)的研究結(jié)果較為一致，而與不具有脹縮性的黃土區(qū)的研究結(jié)果有較大差異。另一方面，本研究中容重、總孔隙度和毛管孔隙度對(duì)溝道發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)影響較弱可能還與土樣的分層采集及所選野外觀測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限有一定關(guān)聯(lián)。

3.2 抗剪強(qiáng)度對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響

土壤抗剪強(qiáng)度反映了土壤抵抗外力機(jī)械破壞的能力大小，由黏聚力和內(nèi)摩擦角2個(gè)指標(biāo)來(lái)綜合反映，抗剪強(qiáng)度越大，表示土壤抗侵蝕能力越強(qiáng)。對(duì)各臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)與黏聚力和內(nèi)摩擦角進(jìn)行最優(yōu)曲線擬合（表5），結(jié)果顯示黏聚力與溝道深度（<0.1）、截面積（<0.05）的擬合方程顯著，內(nèi)摩擦角僅與溝道深度擬合方程顯著（<0.1），除此之外，黏聚力和內(nèi)摩擦角與溝道寬度、密度和割裂度的擬合關(guān)系均不顯著（>0.1）。其中，溝道深度和截面積均與黏聚力滿足三次曲線函數(shù)關(guān)系，隨黏聚力的增大而呈先增大后減小再增大的變化趨勢(shì)；而溝道深度與內(nèi)摩擦角呈二次函數(shù)關(guān)系，隨內(nèi)摩擦角的增大呈先減小后增大的變化趨勢(shì)。由此可知，土壤抗剪強(qiáng)度主要影響臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育深度和截面積，即土壤抗剪強(qiáng)度主要作用于臺(tái)地邊坡溝道的豎向發(fā)展，而對(duì)臺(tái)地邊坡溝道寬度的擴(kuò)展及溝道網(wǎng)絡(luò)的形成影響較弱。

表5 溝道形態(tài)特征參數(shù)與土壤抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的曲線擬合結(jié)果

然而，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土壤抗剪強(qiáng)度與侵蝕強(qiáng)度的研究結(jié)果存在較大差異。如Gomez-Gutierrez等[27]對(duì)西班牙西南部的溝道侵蝕與水文特征之間的關(guān)系進(jìn)行了探討，結(jié)果發(fā)現(xiàn)降雨后溝壁黏聚力明顯降低是導(dǎo)致溝道快速擴(kuò)張的重要原因；Istanbulluoglu等[28]發(fā)現(xiàn)土壤黏聚力較小時(shí)，溝道以橫向發(fā)展為主，其寬度較大而深度較淺；當(dāng)土壤黏聚力較大時(shí)，溝道以縱向發(fā)展為主，形成深度較大、溝壁陡立的形態(tài)；但是，姚軍[29]認(rèn)為抗剪強(qiáng)度與侵蝕模數(shù)之間相關(guān)性較小，兩者之間無(wú)顯著關(guān)系。本研究中抗剪強(qiáng)度（黏聚力、內(nèi)摩擦角）對(duì)溝道深度和截面積影響顯著，而對(duì)溝道的寬度和切割強(qiáng)度影響不顯著，可能與臺(tái)地邊坡土質(zhì)較為松散，土壤顆?；旌铣潭容^高有關(guān)。高混合程度的松散土壤容易在徑流剪切作用下發(fā)生下蝕作用，使得溝道深度不斷增加，因而表現(xiàn)出抗剪強(qiáng)度與溝道深度之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)性；相對(duì)而言，這一時(shí)期徑流對(duì)溝道兩側(cè)的側(cè)蝕作用弱于下蝕作用，且溝道寬度的增加與其邊壁遇水垮塌有關(guān)，這些崩塌物堆積在溝道內(nèi)進(jìn)一步被徑流搬運(yùn)帶走，加之土壤內(nèi)部顆粒之間的摩擦、拔蝕作用，溝道深度進(jìn)一步增加，而溝道寬度卻變化相對(duì)較小且不固定，因而表現(xiàn)出與抗剪強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)性較弱。

3.3 土壤分散率對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響

土壤分散率反映了土壤團(tuán)聚體在水中被破壞的程度，土壤分散系數(shù)越大，表示土壤抗侵蝕能力越弱[21]。為探究土壤分散率對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響，對(duì)土壤分散率與溝蝕發(fā)育形態(tài)特征進(jìn)行了最優(yōu)曲線擬合，結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出，土壤分散率與臺(tái)地邊坡溝道寬度和割裂度的回歸方程在0.05水平上顯著，而與臺(tái)地邊坡溝道深度、截面積和密度的擬合關(guān)系不顯著（>0.1）。其中，溝道寬度隨土壤分散率的增大呈S型曲線函數(shù)增大，而割裂度則隨土壤分散率的增大呈冪函數(shù)減小。由此可知，土壤分散率主要影響臺(tái)地邊坡發(fā)育溝道的寬度和割裂度，而對(duì)其他形態(tài)指標(biāo)影響較弱。這可能與土壤分散率反映土壤團(tuán)聚狀況，而土壤分散率越大，土壤結(jié)構(gòu)性越差有關(guān)。隨著土壤分散率的增大，土壤結(jié)構(gòu)性越差，越容易因徑流的浸潤(rùn)作用而發(fā)生邊壁崩塌進(jìn)而拓寬溝道。但是，臺(tái)地邊坡溝道割裂度隨著土壤分散率的增加而減小，這可能與分散率越大越容易被侵蝕而形成大規(guī)模溝道，從而使得降雨和徑流更多的進(jìn)入到已經(jīng)形成的溝道中，一定程度上減少了溝道外圍邊坡的侵蝕，因此降雨和徑流僅能使得邊坡的溝道割裂度緩慢增大。相對(duì)而言，土壤分散率小的邊坡不容易形成大規(guī)模溝道，因而在整個(gè)邊坡上形成密布的細(xì)小溝道，相對(duì)而言，溝道的割裂度就大于土壤分散率大的邊坡。因此，臺(tái)地邊坡溝道割裂度與土壤分散率成負(fù)相關(guān)關(guān)系，表現(xiàn)出隨分散率增大而減小的趨勢(shì)。

表6 溝道形態(tài)特征參數(shù)與土壤分散率的曲線擬合結(jié)果

3.4 臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的主要影響因子綜合分析

對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)與上述土壤性質(zhì)進(jìn)行多元線性逐步回歸分析（表7），結(jié)果表明溝道寬度和密度受非毛管孔隙度的影響顯著，溝道割裂度受土壤分散率的影響明顯，但溝道深度和截面積則受土壤性質(zhì)的影響較弱。由此推斷，非毛管孔隙度和分散率對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育的影響程度要強(qiáng)于容重、總孔隙度、毛管孔隙度和抗剪強(qiáng)度。出現(xiàn)這一現(xiàn)象可能與各土壤性質(zhì)指標(biāo)對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響方式不同有一定關(guān)系。

表7 溝道形態(tài)特征參數(shù)與土壤性質(zhì)的多元線性回歸分析結(jié)果

通過(guò)對(duì)表4－表6中擬合關(guān)系顯著（<0.1）的方程進(jìn)行綜合對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，非毛管孔隙度對(duì)溝道寬度呈線性影響，而分散率對(duì)溝道寬度呈指數(shù)影響，且分散率對(duì)溝道寬度的影響程度弱于非毛管孔隙度，因而非毛管孔隙度是影響溝道寬度最重要的指標(biāo)；溝道密度僅受非毛管孔隙度的影響較為顯著，不受其他土壤性質(zhì)指標(biāo)的影響，因此對(duì)各土壤性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行多元線性回歸時(shí)溝道密度表現(xiàn)出受非毛管孔隙度的影響顯著；溝道割裂度分別與非毛管孔隙度和分散率呈逆函數(shù)和冪函數(shù)關(guān)系，而分散率對(duì)溝道割裂度的影響強(qiáng)度高于非毛管孔隙度，加之溝道割裂度-分散率線性擬合結(jié)果顯著（=0.034<0.05），因而溝道割裂度表現(xiàn)出受分散率的控制；溝道深度與各土壤性質(zhì)的擬合關(guān)系在0.05水平上均不顯著，因而在多元線性回歸分析時(shí)表現(xiàn)為不受土壤性質(zhì)的影響；此外，溝道截面積與非毛管孔隙度和黏聚力的擬合關(guān)系分別呈指數(shù)函數(shù)和三次函數(shù)關(guān)系，相互之間不存在多元線性關(guān)系，因而溝道截面積受土壤性質(zhì)的影響較弱。

綜上所述，土壤性質(zhì)對(duì)臺(tái)地邊坡不同溝道發(fā)育特征參數(shù)的影響方式和影響程度有一定差異，某一項(xiàng)土壤性質(zhì)指標(biāo)可能僅影響臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育的某一項(xiàng)或幾項(xiàng)形態(tài)特征參數(shù)，即臺(tái)地邊坡的溝道發(fā)育是由土壤性質(zhì)的各個(gè)方面綜合作用的結(jié)果，且不同土壤性質(zhì)指標(biāo)在臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育過(guò)程中的貢獻(xiàn)大小也有較大差異。

4 討 論

本文主要探討了土壤理化性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響，結(jié)果表明非毛管孔隙度、抗剪強(qiáng)度和分散率是影響臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的主要因素，同時(shí)探明了非毛管孔隙度、抗剪強(qiáng)度和分散率對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響方式和影響程度。然而，溝道侵蝕是一個(gè)受多種因素共同控制的復(fù)雜過(guò)程，除了受到土壤性質(zhì)本身的影響外，還受到所在坡面邊坡類(lèi)型、植被狀況、匯水狀況、土地利用方式等因素的影響。例如，Rahmati等[30]認(rèn)為土壤質(zhì)地、地形條件、水文因子、土地利用及與道路之間的距離是影響溝道侵蝕的主要因素；Mukai[31]則認(rèn)為影響溝道形態(tài)特征的主要因素是植被狀況和土地利用方式；王磊[32]研究了元謀干熱河谷陡坡細(xì)溝發(fā)育的控制因素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)地形和土壤性質(zhì)是影響干熱河谷陡坡細(xì)溝發(fā)育形態(tài)的關(guān)鍵因素，且降雨、植被覆蓋和人為干擾對(duì)細(xì)溝發(fā)育形態(tài)也有較大影響。此外，吳良超[33]研究發(fā)現(xiàn)，地面組成物質(zhì)、降雨侵蝕力、植被類(lèi)型與蓋度和人為影響對(duì)黃土溝壑空間分異規(guī)律存在重要影響；李君蘭等[34]也得到了類(lèi)似結(jié)論，認(rèn)為地形、土壤表面特征和土地管理等是影響細(xì)溝侵蝕的主要因素。盡管溝蝕發(fā)育受到多種因素的綜合影響，但由于本研究主要關(guān)注干熱河谷土地整理臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育的影響因子，而在本研究區(qū)土地整理臺(tái)地邊坡的地形條件（坡度、坡長(zhǎng)）大致相同，且基本都為閑置荒坡，從而使得本研究所涉及臺(tái)地邊坡的地形條件、植被狀況、匯水狀況及土地利用方式等相差不大。因而，在本研究中主要探討了土壤性質(zhì)對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響，而沒(méi)有涉及其他因素的分析。但為了更為系統(tǒng)地探明影響土地整理臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育的關(guān)鍵因子，筆者將在下一步研究中綜合考慮土壤類(lèi)型、邊坡類(lèi)型、植被狀況、匯水狀況和土地利用方式等因素對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響。此外，由于臺(tái)地邊坡溝道侵蝕所引起的強(qiáng)烈水土流失，以及伴隨發(fā)生的污染物質(zhì)遷移都對(duì)下游河道產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，因而，在后續(xù)的研究中，關(guān)注臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育-溶質(zhì)遷移的耦合作用機(jī)制也是重點(diǎn)之一。同時(shí)，臺(tái)地邊坡的溝蝕發(fā)育主要是在水力-重力的共同作用下發(fā)生的，研究臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育過(guò)程中的水動(dòng)力條件特征及土體的失穩(wěn)過(guò)程特征，對(duì)從機(jī)理機(jī)制上認(rèn)識(shí)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育過(guò)程也至關(guān)重要。針對(duì)上述內(nèi)容的研究對(duì)充分認(rèn)識(shí)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育影響因素，探明臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育動(dòng)力過(guò)程和機(jī)制，提出合理有效的溝蝕發(fā)育的防治措施意義重大，是進(jìn)一步研究的重要方向。

5 結(jié) 論

1）非毛管孔隙度是影響臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的主要指標(biāo)，對(duì)臺(tái)地邊坡溝蝕發(fā)育寬度、深度、截面積、密度以及割裂度均有顯著影響（<0.1），但非毛管孔隙度對(duì)上述溝蝕發(fā)育參數(shù)的影響形式有較大差異。

2）抗剪強(qiáng)度僅對(duì)臺(tái)地邊坡溝道深度和截面積影響顯著（<0.1），而對(duì)溝道寬度、密度和割裂度的影響甚微；分散率對(duì)臺(tái)地邊坡溝道寬度和割裂度的影響較為明顯（<0.05），對(duì)溝道深度、截面積和密度無(wú)顯著影響。

3）溝道寬度和密度均主要受非毛管孔隙度控制（<0.05），割裂度受分散率的影響最大（=0.034），而溝道深度和溝道截面積受土壤性質(zhì)的影響相對(duì)較弱，亦即不同土壤性質(zhì)對(duì)臺(tái)地邊坡不同溝道發(fā)育特征參數(shù)的影響方式和影響程度有一定差異。

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Impacts of soil physical-chemical and mechanical properties on gully erosion development on terrace slopes in dry-hot valley region

Yang Dan1,2, Xiong Donghong3,4, Liu Shoujiang1,2, Zhang Bin1,5

(1.637009,; 2.637009,; 3.,610041; 4.610041; 5.,637009,)

Gully erosion on land consolidation terrace slopes (LCTSs) is well developed in Jinsha Dry-hot valley region, and has caused serious soil losses. According to the field investigation, the soil erosion modulus caused by gully erosion on LCTSs can up to 8 000 t/(km2×a), which can lead continuous increase of sediment content in Jinsha River and its tributary rivers. Moreover, the development of gully erosion on LCTSs can severely destroy terrace land systems and hamper the exertion of ecological and economic benefits in the study area. In order to explore the key controlling factors of gully erosion development onLCTSs, and to find effective prevention and controlling measurements for gully erosion on LCTSs, a series of field investigations and laboratory measurements have been conducted between March and April 2016. Width, depth, sectional area, density and lacerate-degree of gullies in studied spots had been obtained by directly measuring and calculating based on related theoretical formula. In addition, bulk density, total porosity, capillary porosity, non-capillary porosity, shear strength (including cohesion and internal friction angle) and dispersion rate of studied soil samples were determined by conventional methods in soil science. On the basis of that, in this study, we analyzed the morphological characteristics of gullies on LCTSs, and explored the influence of soil physicochemical properties and mechanical properties on gully erosion development on LCTSs. The results showed that: 1) The non-capillary porosity was the major factor that affected the development of gully morphological characteristics on LCTSs. Non-capillary porosity had significant influence on width, depth, sectional area, density and lacerate-degree of gullies, while the impact manner and degree of non-capillary porosity on above-mentioned morphological characteristics were very different; 2) Soil shear strength only affected depth and sectional area of gullies, and had little influence on width, density and lacerate-degree of gullies on LCTSs. The impact manner of soil cohesion on depth and sectional area was similar, from which both fitting functions were cubic curves. In contrast, soil internal friction angle just affected the gullies’ depth, and a quadratic function can be found between soil internal friction angle and gullies’ depth; 3) Soil dispersion rate exerted obviously role in the changing of width and lacerate-degree of gullies, among which an exponential growth function can be found between gully width and soil dispersion rate, as well as a power function was built between lacerate-degree of gullies and soil dispersion rate. However, no significant influence had been detected for soil dispersion rate on depth, sectional area and density of gullies on LCTSs; 4) Width and density of gullies were mainly controlled by non-capillary porosity, and soil dispersion rate had more strong effect on lacerate-degree of gullies than other soil properties, while soil physicochemical properties and mechanical properties only had very slightly effect on the depth and sectional area of gullies on LCTSs. According to the above-mentioned analysis, it can be found that the impact manner and degree of soil properties on different morphological characteristics of gullies on LCTSs were very different, and different soil properties also had differential contribution in the development processes of gullies on LCTSs.

soils; erosion; land consolidation; gully erosion; morphological characteristics; dry-hot valley region

2017-10-20

2018-02-02

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目課題（2015CB452704）；西華師范大學(xué)博士科研啟動(dòng)項(xiàng)目（412655）；四川省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目資助（17AZ0373）；西華師范大學(xué)英才科研基金資助（2017YC114）

楊 丹，講師，博士，主要從事土壤侵蝕與植被恢復(fù)、水土保持等方面研究。Email：danyang_mh@cwnu.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.020

TV14

A

1002-6819(2018)-04-0170-07

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