王志強(qiáng) ，楊 萌，張 巖※，張 帥

（1. 北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部，北京 100875； 2. 北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，水土保持與荒漠化防治國(guó)家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

0 引 言

細(xì)溝侵蝕是地表徑流在一定的斜坡上集中到一定量以后，將地面刻劃成一些微細(xì)的溝紋[1]，是坡面侵蝕的主要形式，對(duì)坡耕地坡面侵蝕量的貢獻(xiàn)可達(dá)70%以上[1-6]。細(xì)溝侵蝕是滿足某種臨界條件下發(fā)生的一種復(fù)雜土壤侵蝕過(guò)程，影響細(xì)溝侵蝕的最直接因素是降雨徑流侵蝕力和土壤抗侵蝕力，其他如地形、土壤表面特征、土地管理等因素則是通過(guò)削弱或者加強(qiáng)這兩類因素而對(duì)細(xì)溝侵蝕產(chǎn)生影響[7]。人工降雨試驗(yàn)表明細(xì)溝長(zhǎng)度和深度隨降雨強(qiáng)度的增加而增加[8]，細(xì)溝侵蝕速率隨著降雨強(qiáng)度和坡度的增加呈冪函數(shù)增加，坡度對(duì)細(xì)溝侵蝕的影響大于其對(duì)坡面侵蝕的影響[9]，Shen等[5]研究顯示雨強(qiáng)的影響大于坡度的影響。但是，陡坡條件下的試驗(yàn)研究表明坡度的影響大于雨強(qiáng)的影響[10]。試驗(yàn)研究還表明降雨強(qiáng)度和坡長(zhǎng)都會(huì)影響細(xì)溝侵蝕與坡度的定量關(guān)系[11]。鄭粉莉等[3]認(rèn)為坡長(zhǎng)對(duì)細(xì)溝侵蝕的影響比較復(fù)雜，在不同的坡度和坡型條件下，細(xì)溝侵蝕沿坡長(zhǎng)的變化規(guī)律不一致。因此，降雨強(qiáng)度、坡度和坡長(zhǎng)對(duì)于細(xì)溝侵蝕的影響存在復(fù)雜的交互作用。野外調(diào)查還發(fā)現(xiàn)坡耕地發(fā)生細(xì)溝侵蝕的一個(gè)重要原因是上方匯水的作用[12]。人工降雨試驗(yàn)研究也證實(shí)了上方匯水對(duì)細(xì)溝侵蝕的影響[13-14]。由此可見(jiàn)，細(xì)溝侵蝕的影響因素錯(cuò)綜復(fù)雜，機(jī)制尚不明晰。

研究表明直形坡坡度和坡長(zhǎng)與細(xì)溝侵蝕模數(shù)之間具有良好的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系[15-19]。細(xì)溝侵蝕模數(shù)與坡度和坡長(zhǎng)都呈冪函數(shù)關(guān)系。Govers[17]在耕地的調(diào)查結(jié)果表明坡度指數(shù)變化范圍在0.42～3.47之間。如果不區(qū)分細(xì)溝侵蝕和細(xì)溝間侵蝕，坡面侵蝕的坡長(zhǎng)指數(shù)可以變化在0～0.9之間[20]。在易于發(fā)生細(xì)溝侵蝕的陡坡，坡長(zhǎng)指數(shù)值大于0.5[21]；如果以細(xì)溝侵蝕為主，該值接近1，如果以細(xì)溝間侵蝕為主，該值則接近0[22]。坡長(zhǎng)指數(shù)的大小還受到坡度的影響[23]，并隨降雨強(qiáng)度的增加而增加[24-25]。Govers[26]綜述了前人的研究，得到細(xì)溝侵蝕的坡長(zhǎng)指數(shù)為 0.71。但是，在不同觀測(cè)或試驗(yàn)條件下得到的研究結(jié)果有很大差異。Govers得到長(zhǎng)緩坡細(xì)溝侵蝕坡長(zhǎng)指數(shù)為（0.75±0.25）[17]。而McCool等[20]測(cè)量有植被覆蓋的情況下細(xì)溝侵蝕的坡長(zhǎng)指數(shù)平均為0.5。可見(jiàn)，不同條件下坡面細(xì)溝侵蝕的坡長(zhǎng)指數(shù)變化較大。

前人的研究多是在野外徑流小區(qū)或室內(nèi)人工降雨條件下的觀測(cè)結(jié)果，而極端暴雨條件下坡長(zhǎng)超過(guò) 20 m且坡度在 30°以上的長(zhǎng)陡坡細(xì)溝侵蝕隨坡長(zhǎng)的變化特征還不明確。人工降雨試驗(yàn)條件有限（坡長(zhǎng)較短），上坡來(lái)水對(duì)長(zhǎng)陡坡細(xì)溝侵蝕的影響也有待野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步印證。在自然降水的條件下，實(shí)地調(diào)查極端暴雨造成的細(xì)溝侵蝕，既是對(duì)室內(nèi)人工降雨試驗(yàn)的有益補(bǔ)充，也可以用于檢驗(yàn)已有研究結(jié)果。本研究利用 2017年無(wú)定河流域“7.26”極端暴雨引發(fā)的嚴(yán)重細(xì)溝侵蝕的實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)，分析黃土高原丘陵區(qū)長(zhǎng)陡坡條件下坡耕地細(xì)溝侵蝕的變化特征以及細(xì)溝侵蝕對(duì)上方來(lái)水和坡面淺溝的響應(yīng)，以期為不同類型坡耕地的細(xì)溝侵蝕估算提供重要參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)，溝壑密集，支離破碎，梁峁起伏，地面切割較深。多年年平均氣溫為9.1 ℃。多年平均降水量428.1 mm。2017年7月25－26日無(wú)定河流域中下游發(fā)生特大暴雨（后文簡(jiǎn)稱7.26暴雨），距離研究區(qū)最近的雨量站曹坪站記錄的7.26暴雨的降雨量為212.4 mm，最大1 h 降雨量49.2 mm，平均降雨強(qiáng)度0.25 mm/min，造成了嚴(yán)重的土壤侵蝕，包括在坡耕地上引發(fā)細(xì)溝侵蝕。由于2017年7.26暴雨前研究區(qū)最大的日降水只有16.4 mm，加上中耕的作用，可以認(rèn)定坡耕地細(xì)溝侵蝕由7.26暴雨所致。

2 材料與方法

2.1 野外調(diào)查與樣地選擇

2017年8月9—16日，在臨近暴雨中心的陜西省子洲縣北部的清水溝小流域（E105°42′，N35°33′，面積5.73 km2）和蛇家溝小流域（E109°58′，N37°41′，面積4.93 km2）進(jìn)行了細(xì)溝侵蝕測(cè)量。調(diào)查樣地主要分布在清水溝小流域，并以蛇家溝為補(bǔ)充，主要考慮到清水溝小流域坡耕地較多，而且7.26暴雨造成嚴(yán)重的水土流失，導(dǎo)致清水溝小流域水庫(kù)潰壩。樣地的選擇考慮4個(gè)因素。首先，以直形坡為主，選擇不同作物類型和覆蓋度的 8個(gè)20 m×5 m的樣地；其次，選擇清水溝和蛇家溝地塊最長(zhǎng)的坡耕地樣地各 1塊；再次，為了對(duì)比不同條件下的坡耕地：選擇撂荒坡耕地樣地1塊，有淺溝分布的樣地2塊，另外，分別在清水溝和蛇家溝各選 1塊草地樣地作為對(duì)照，共計(jì)15塊樣地。根據(jù)江忠善等的研究結(jié)果[27]，植被覆蓋度小于 10%的人工草地侵蝕模數(shù)接近于對(duì)照裸露農(nóng)地的侵蝕模數(shù)，因此，把覆蓋度小于等于 10%的 2塊坡耕地作為裸露坡耕地。各樣地的具體情況見(jiàn)表1。在細(xì)溝侵蝕調(diào)查過(guò)程中，首先利用Google衛(wèi)星影像（拍攝日期2017年5月12日，暴雨前2個(gè)月）確定坡耕地所在位置。使用手持GPS測(cè)量并記錄樣地的經(jīng)緯度，并在Google衛(wèi)星影像標(biāo)注樣地位置。 使用地質(zhì)羅盤測(cè)量坡度和坡向，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查并記錄作物種類，采用目估法測(cè)量植被覆蓋度，在樣方內(nèi)每隔2 m布設(shè)一個(gè)斷面，由坡上到坡下依次量取各斷面內(nèi)細(xì)溝的寬度、深度以及相鄰細(xì)溝間的距離。根據(jù)朱顯謨先生提出的土壤侵蝕分類方法[1]，細(xì)溝的縱斷面和斜坡表面一致，溝深以10～15 cm為主，溝寬約＜10～15 cm；而淺溝的溝深約在0.5～1 m，溝寬1 m為主；切溝主要發(fā)育在成土母質(zhì)上，溝深2～3 m，溝寬約1～5 m。本文調(diào)查的坡耕地樣地未發(fā)現(xiàn)切溝侵蝕，但在2塊44 m×14 m的大樣方上有淺溝發(fā)育（表1）。

表1 細(xì)溝侵蝕樣地布設(shè)Table 1 Sampling sites for rill erosion survey

2.2 細(xì)溝侵蝕模數(shù)的計(jì)算

根據(jù)調(diào)查的細(xì)溝寬度和深度，進(jìn)一步計(jì)算每個(gè)樣方內(nèi)每個(gè)斷面的細(xì)溝侵蝕模數(shù)。根據(jù)野外觀察，細(xì)溝橫斷面主要為箱形，細(xì)溝體積、侵蝕量、侵蝕模數(shù)采用容積法進(jìn)行計(jì)算[28]。具體計(jì)算公式如下：

式中Er為斷面細(xì)溝侵蝕模數(shù)，t/km2；Wi為斷面上第i條細(xì)溝的溝寬，cm；Hi為斷面上第i條細(xì)溝的溝深，cm；n為斷面上的細(xì)溝條數(shù)；D為斷面寬度，cm，ρb為土壤容重，根據(jù)前人的測(cè)量結(jié)果[29-30]，坡耕地土壤容重取1.20 g/cm3。在各個(gè)斷面細(xì)溝侵蝕模數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步計(jì)算每塊樣地不同坡長(zhǎng)（水平投影坡長(zhǎng)）上所有斷面的平均侵蝕模數(shù)。

2.3 地貌因子獲取

樣地的坡度和實(shí)際坡長(zhǎng)通過(guò)實(shí)地測(cè)量獲取。實(shí)際坡長(zhǎng)是測(cè)量斷面距離耕地上邊界的距離，水平投影坡長(zhǎng)通過(guò)實(shí)際坡長(zhǎng)和坡度計(jì)算得到。根據(jù)實(shí)地觀察，記錄樣地是否受到上坡來(lái)水影響。如果樣地上坡來(lái)水沿著一側(cè)流走，并未影響調(diào)查樣地，上坡來(lái)水坡長(zhǎng)則記為0。對(duì)于有上坡來(lái)水的樣地，基于無(wú)人機(jī)航拍影像生成的DSM，使用Arcgis的水文分析模塊提取每個(gè)樣地的上坡集水面積，并測(cè)量上坡集水區(qū)坡長(zhǎng)。首先，使用1:1萬(wàn)地形圖對(duì)無(wú)人機(jī)航拍影像進(jìn)行幾何校正后生成DSM，其次，根據(jù)實(shí)地調(diào)查記錄準(zhǔn)確勾繪樣地位置，生成柵格圖層，然后，使用DSM 生成調(diào)查區(qū)域的流向柵格圖層與樣地圖層再提取每塊樣地的上坡集水區(qū)，測(cè)量上坡集水區(qū)坡長(zhǎng)。蛇家溝小流域無(wú)人機(jī)影像拍攝于2017年10月14日，使用型號(hào)為Ebee plus RTK的固定翼無(wú)人機(jī)，分辨率為0.19 m；清水溝小流域無(wú)人機(jī)影像及DSM拍攝于2018年8月6日，使用型號(hào)為“悟”Inspire 2的旋翼無(wú)人機(jī)，分辨率為0.20 m。

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

在計(jì)算每塊樣地每個(gè)測(cè)量斷面對(duì)應(yīng)的投影坡長(zhǎng)和平均侵蝕模數(shù)的基礎(chǔ)上，使用Origin 2017分別擬合細(xì)溝侵蝕模數(shù)與坡長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系，并繪制統(tǒng)計(jì)圖表。

3 結(jié)果與分析

3.1 裸露和作物坡耕地細(xì)溝侵蝕量隨坡長(zhǎng)的變化

實(shí)測(cè)裸露坡耕地（覆蓋度≤5%）細(xì)溝侵蝕模數(shù)高達(dá)22 478 t/km2。冪函數(shù)可以很好地?cái)M合細(xì)溝侵蝕模數(shù)與坡長(zhǎng)的關(guān)系，坡長(zhǎng)指數(shù)為0.831（表2）。相同坡長(zhǎng)條件下，王玉寬報(bào)告的細(xì)溝侵蝕模數(shù)[4]明顯小于本次調(diào)查結(jié)果，而且坡長(zhǎng)越長(zhǎng)，差異越大（圖1）。圖1a顯示：根據(jù)王玉寬1988年的調(diào)查數(shù)據(jù)，在1988年139 mm降水量的條件下，坡長(zhǎng)指數(shù)略小于本次擬合結(jié)果。根據(jù)王玉寬1989年的調(diào)查數(shù)據(jù)，在1989年105 mm降水量條件下，坡長(zhǎng)指數(shù)較大，主要是在坡長(zhǎng)為20 m時(shí)，1988和1989年的細(xì)溝侵蝕模數(shù)差異較大，導(dǎo)致使用這 2個(gè)年份數(shù)據(jù)擬合的冪函數(shù)曲線形狀發(fā)生變化，坡長(zhǎng)指數(shù)激增到1.242。結(jié)合實(shí)地觀察和圖1a呈現(xiàn)的這種現(xiàn)象可以推測(cè)：如果坡面存在異質(zhì)性，使得局部細(xì)溝侵蝕強(qiáng)度較低，徑流能量沒(méi)有消耗，可能在下坡造成較強(qiáng)的侵蝕補(bǔ)償。綜合 2次調(diào)查結(jié)果來(lái)看，暴雨強(qiáng)度越大，坡長(zhǎng)指數(shù)越大，即細(xì)溝侵蝕模數(shù)隨坡長(zhǎng)增加的幅度越大。

表2 細(xì)溝侵蝕模數(shù)與坡長(zhǎng)的冪函數(shù)回歸方程Table 2 Power functions fitted between rill erosion and slope length

圖1 裸露坡耕地和作物坡耕地細(xì)溝侵蝕量隨坡長(zhǎng)的變化Fig.1 Changes of rill erosion rate with slope length on bare sloping cropland and sloping cropland

2塊平作的坡耕地地塊S1和S2（圖1b）細(xì)溝侵蝕明顯小于裸露農(nóng)地Q2（圖1a），樣地平均侵蝕模數(shù)分別是7 822和9 684 t/km2。冪函數(shù)擬合的細(xì)溝侵蝕模數(shù)隨坡長(zhǎng)的變化表明坡長(zhǎng)指數(shù)差異很大，但只是 2個(gè)地塊在坡長(zhǎng)較短的情況下，侵蝕強(qiáng)度差異較大，當(dāng)投影坡長(zhǎng)為 15 m左右，二者的侵蝕模數(shù)接近，出現(xiàn)了與裸地類似的下坡侵蝕補(bǔ)償現(xiàn)象，而這種現(xiàn)象對(duì)坡長(zhǎng)指數(shù)的擬合值影響較大。地塊S3上部的30 m（投影坡長(zhǎng)26 m）為等高壟作，下部16 m為平作，在18 m前未發(fā)現(xiàn)細(xì)溝侵蝕，但是，30 m后平作坡耕地細(xì)溝侵蝕急劇增加（圖1），雖然平均侵蝕模數(shù)小于S1和S2 2個(gè)平作地塊，但是已經(jīng)相當(dāng)于王玉寬調(diào)查的作物坡耕地細(xì)溝侵蝕強(qiáng)度[4]?？梢?jiàn)，在暴雨條件下，等高壟作能夠減少局部細(xì)溝侵蝕，但是未能消耗的徑流能量仍然會(huì)造成下坡土壤侵蝕。另外，綜合王玉寬調(diào)查結(jié)果[4]和本次調(diào)查結(jié)果，作物坡耕地坡長(zhǎng)指數(shù)一般高于裸露坡耕地，變化范圍在 0.67～1.80之間，表明坡長(zhǎng)越長(zhǎng)細(xì)溝侵蝕隨坡長(zhǎng)增加的幅度越大，換言之，坡長(zhǎng)越長(zhǎng)，作物抑制細(xì)溝侵蝕的效果越差。與種植作物和裸露的坡耕地相比，撂荒1a的坡耕地（無(wú)上方來(lái)水）平均侵蝕模數(shù)只有2 760 t/km2，而有上方來(lái)水的2個(gè)草地樣地都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)細(xì)溝。

總的來(lái)說(shuō)，調(diào)查結(jié)果表明：在暴雨條件下，長(zhǎng)陡坡裸露坡耕地侵蝕模數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于作物坡耕地。當(dāng)坡長(zhǎng)20 m時(shí)，裸露坡耕地細(xì)溝侵蝕模數(shù)約為種植作物的平作坡耕地的1.5倍，而坡長(zhǎng)20 m時(shí)等高壟作坡耕地細(xì)溝侵蝕模數(shù)還不足裸露坡耕地的5%。作物坡耕地坡長(zhǎng)指數(shù)一般高于裸露坡耕地，即冪函數(shù)曲線更加陡峭，表明坡長(zhǎng)越長(zhǎng)細(xì)溝侵蝕隨坡長(zhǎng)增加的幅度越大。

3.2 上坡來(lái)水條件下細(xì)溝侵蝕量隨坡長(zhǎng)的變化

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，黃土丘陵區(qū)大多數(shù)坡耕地位于梁峁坡中部，而且多數(shù)情況下，與上坡的荒草地之間有陡坎，高度一般在1～2 m之間?，F(xiàn)有的細(xì)溝侵蝕估算模型很難用于模擬這種情況。6個(gè)地塊的調(diào)查結(jié)果表明，有無(wú)上坡來(lái)水情況下，細(xì)溝侵蝕模數(shù)隨坡長(zhǎng)的變化特征差異很大。圖 2表明上坡來(lái)水在地塊上部造成了較為嚴(yán)重的細(xì)溝侵蝕，尤其是有陡坎的地塊Q1、Q4和Q6，在測(cè)量地塊最上部細(xì)溝侵蝕模數(shù)就超過(guò)40 000 t/km2，坡度最大的Q6樣地（35°），上坡集水區(qū)為坡長(zhǎng)38 m的草地，最大侵蝕模數(shù)出現(xiàn)在坡長(zhǎng)2 m處，高達(dá)56 304 t/km2。Q4和Q1坡度相近，樣地平均侵蝕模數(shù)也相近。但 Q1上坡集水區(qū)坡長(zhǎng)為20 m的草地，在樣地上部細(xì)溝侵蝕明顯高于上坡集水區(qū)為耕地的Q4。另一方面，與沒(méi)有上坡來(lái)水的樣地相比，隨著坡長(zhǎng)的增加，細(xì)溝侵蝕強(qiáng)度并沒(méi)有呈現(xiàn)出急劇增大的趨勢(shì)，在坡長(zhǎng)5 m前反而出現(xiàn)減小趨勢(shì)，然后呈現(xiàn)較為平緩的增大或波動(dòng)趨勢(shì)。可見(jiàn)，地塊上承接的降水與上坡來(lái)水相比，對(duì)細(xì)溝侵蝕的影響相對(duì)較小。沒(méi)有明顯陡坎的地塊 Q3、Q5和 Q7的細(xì)溝侵蝕模數(shù)相對(duì)較小，樣地平均侵蝕模數(shù)是有陡坎樣地的 35.9%。而且細(xì)溝侵蝕模數(shù)隨著坡長(zhǎng)呈現(xiàn)平緩增大的趨勢(shì)。這說(shuō)明徑流從陡坎獲得的勢(shì)能是造成嚴(yán)重細(xì)溝侵蝕的重要因素。

圖2 上坡來(lái)水和淺溝條件下細(xì)溝侵蝕模數(shù)隨坡長(zhǎng)的變化Fig.2 Changes of rill erosion rates with slope length under the effects of upslope runoff and ephemeral gully

3.3 坡面淺溝對(duì)細(xì)溝侵蝕的影響

在黃土高原丘陵溝壑區(qū)，梁峁坡淺溝廣泛發(fā)育。Q8和Q9是相鄰的2個(gè)地塊，每塊的中間在“7.26”暴雨前就發(fā)育有一條淺溝，而且修筑了一條簡(jiǎn)易截水溝，把上坡來(lái)水疏導(dǎo)到淺溝中。對(duì)比圖1和圖2，可以看出有淺溝和截水溝的地塊（Q8和Q9）細(xì)溝侵蝕量明顯小于裸露坡耕地（Q2）和平作坡耕地（S1和 S2），坡面平均侵蝕模數(shù)分別為3 775和7 826 t/km2，平均只有裸露坡耕地（Q2）的25.8%，是平作坡耕地（S1和S2）的66.3%。由于有上坡來(lái)水和陡坎跌水的作用，地塊上部侵蝕模數(shù)較大，但由于淺溝的匯流作用，細(xì)溝侵蝕模數(shù)在10 m坡長(zhǎng)以內(nèi)逐漸減少。在坡度較小的 Q9地塊（31°），切溝發(fā)育較淺，從10到30 m的坡長(zhǎng)，細(xì)溝侵蝕模數(shù)隨著坡長(zhǎng)的增加略有增加。而在 Q8地塊（34°），淺溝發(fā)育較深，細(xì)溝侵蝕模數(shù)明顯大于Q9，在10到23 m坡段，細(xì)溝侵蝕模數(shù)隨坡長(zhǎng)明顯增加，在 25到 35 m坡段，侵蝕模數(shù)相對(duì)穩(wěn)定。從圖3可以看出：測(cè)量斷面的細(xì)溝數(shù)量和侵蝕模數(shù)隨坡長(zhǎng)增加呈現(xiàn)出較大的波動(dòng)。2個(gè)地塊都是在 26 m（實(shí)際坡長(zhǎng)）的位置達(dá)到侵蝕模數(shù)的局部峰值后開始下降，在40 m處達(dá)到另一個(gè)局部峰值，通過(guò)實(shí)地觀察，主要原因是地塊上部淺溝發(fā)育不明顯，而在中下部淺溝底部出現(xiàn)明顯的下切。淺溝的發(fā)育導(dǎo)致徑流向淺溝匯集，從而減弱了細(xì)溝侵蝕。

圖3 細(xì)溝條數(shù)和斷面細(xì)溝侵蝕模數(shù)坡長(zhǎng)的變化Fig.3 Changes of rill counts and rill erosion rates at cross-section with slope length

4 討 論

已有的坡耕地細(xì)溝研究成果主要集中于裸土細(xì)溝侵蝕特征及其發(fā)生機(jī)制的小區(qū)或水槽試驗(yàn)研究，極端暴雨條件下細(xì)溝侵蝕觀測(cè)很少[12]，對(duì)于田間多種因素交互作用下的細(xì)溝侵蝕預(yù)報(bào)仍然缺少實(shí)用的方法。本研究基于黃土高原丘陵區(qū)暴雨條件下坡耕地細(xì)溝侵蝕的實(shí)測(cè)結(jié)果，分析長(zhǎng)陡坡坡耕地細(xì)溝侵蝕隨坡長(zhǎng)的變化特征以及細(xì)溝侵蝕對(duì)上方來(lái)水和坡面淺溝的響應(yīng)，力求為坡耕地細(xì)溝侵蝕評(píng)估和預(yù)報(bào)提供更多依據(jù)。

研究結(jié)果表明長(zhǎng)陡坡裸露坡耕地侵蝕模數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于作物坡耕地，且坡長(zhǎng)越長(zhǎng)，差異越大。而坡度相近的情況下，撂荒坡耕地細(xì)溝侵蝕模數(shù)只有裸露坡耕地的12%，草地更是未發(fā)現(xiàn)細(xì)溝侵蝕。裸露坡耕地和作物坡耕地細(xì)溝侵蝕隨坡長(zhǎng)的變化存在明顯差異。在作物生長(zhǎng)的情況下，坡長(zhǎng)較短時(shí)，對(duì)細(xì)溝侵蝕有一定抑制作用，但隨著坡長(zhǎng)的增加，細(xì)溝侵蝕模數(shù)增加的幅度逐漸增加。同時(shí)，調(diào)查數(shù)據(jù)也證明了細(xì)溝的發(fā)育受到耕作方式的影響，在暴雨條件下，等高壟作能夠減少局部細(xì)溝侵蝕，但未能完全消耗的徑流能量，仍然會(huì)造成下坡細(xì)溝侵蝕。這與Desmet等[31]的研究結(jié)果類似。

結(jié)合以往的觀測(cè)數(shù)據(jù)[4]進(jìn)行分析，同樣是在裸地的條件下，暴雨強(qiáng)度越大，細(xì)溝侵蝕越嚴(yán)重，坡長(zhǎng)指數(shù)也越大，即細(xì)溝侵蝕模數(shù)隨坡長(zhǎng)增加的幅度越大。冪函數(shù)可以很好地?cái)M合裸地細(xì)溝侵蝕模數(shù)與坡長(zhǎng)的關(guān)系，即Er=aLb，坡長(zhǎng)指數(shù)b為0.831。而Liu等[25]在黃土高原得到的裸地坡長(zhǎng)指數(shù)是0.44，Liu分析的土壤流失量包括細(xì)溝間侵蝕和細(xì)溝侵蝕，而本文只分析了細(xì)溝侵蝕。Renard等[20]認(rèn)為如果以細(xì)溝侵蝕為主，b值接近 1，如果以細(xì)溝間侵蝕為主，b值則接近0。本文得到的長(zhǎng)陡坡坡長(zhǎng)指數(shù)更接近于Govers[17]的結(jié)果（b=0.75±0.25）。另一方面，“7.26”暴雨強(qiáng)度大于Liu等[25]分析的暴雨強(qiáng)度，而且細(xì)溝侵蝕模數(shù)大于該研究中的坡面侵蝕模數(shù)，表明暴雨強(qiáng)度越大，長(zhǎng)陡坡細(xì)溝侵蝕強(qiáng)度越大，隨坡長(zhǎng)增加的幅度越大，進(jìn)一步印證了Liu所發(fā)現(xiàn)的雨強(qiáng)與坡長(zhǎng)指數(shù)的關(guān)系。

黃土高原丘陵溝壑區(qū)的坡耕地主要分布在梁峁坡面的中部，大多有上方來(lái)水匯入，坡面上也廣泛發(fā)育淺溝。細(xì)溝侵蝕對(duì)于上方來(lái)水和坡面淺溝的響應(yīng)對(duì)于準(zhǔn)確估算細(xì)溝侵蝕不容忽視。實(shí)地觀察和數(shù)據(jù)分析都表明上坡來(lái)水在坡耕地地塊上部造成了較為嚴(yán)重的細(xì)溝侵蝕（圖 2和圖4）。但是，隨著坡長(zhǎng)的增加，細(xì)溝侵蝕強(qiáng)度并沒(méi)有呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)，說(shuō)明上坡來(lái)水與地塊上承接的降水相比，對(duì)細(xì)溝侵蝕的影響更大，進(jìn)一步證實(shí)了人工降雨試驗(yàn)得到的結(jié)論，即上方匯流是影響坡面下方侵蝕產(chǎn)沙的重要因素[14]。王顥林等[12]在同一小流域的調(diào)查結(jié)果也表明上方來(lái)水集中排水可有效的減少細(xì)溝侵蝕強(qiáng)度。而坡面淺溝的存在則大大減小了細(xì)溝侵蝕強(qiáng)度，淺溝發(fā)育越明顯，細(xì)溝侵蝕強(qiáng)度就越小。

圖4 上坡來(lái)水對(duì)坡耕地細(xì)溝侵蝕的影響Fig.4 Impact of upslope runoff on rill erosion on the sloping cropland

5 結(jié) 論

1）“7.26”暴雨條件下，長(zhǎng)陡坡裸露坡耕地侵蝕模數(shù)22 478 t/km2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于作物坡耕地，且坡長(zhǎng)越長(zhǎng)，差異越大。當(dāng)坡長(zhǎng)20 m時(shí)，裸露坡耕地細(xì)溝侵蝕模數(shù)約為種植作物的平作坡耕地的1.5倍。等高壟作能夠有效減少細(xì)溝侵蝕。撂荒坡耕地細(xì)溝侵蝕模數(shù)為裸露坡耕地的12%，草地未發(fā)現(xiàn)細(xì)溝侵蝕，說(shuō)明暴雨條件下坡耕地是坡面細(xì)溝侵蝕的主要地類。

2）冪函數(shù)可以很好地?cái)M合細(xì)溝侵蝕模數(shù)與坡長(zhǎng)的關(guān)系，“7.26”暴雨條件下，裸露坡耕地坡長(zhǎng)指數(shù)為0.831。暴雨強(qiáng)度越大，坡長(zhǎng)指數(shù)也越大，即細(xì)溝侵蝕模數(shù)隨坡長(zhǎng)增加的幅度越大。

3）上坡來(lái)水在坡耕地上造成了嚴(yán)重的細(xì)溝侵蝕。但細(xì)溝侵蝕強(qiáng)度并未隨著坡長(zhǎng)增加呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)，說(shuō)明上坡來(lái)水與地塊上承接的降水相比，對(duì)細(xì)溝侵蝕的影響更大。坡面淺溝的存在則大大減小了細(xì)溝侵蝕強(qiáng)度，淺溝發(fā)育越明顯，細(xì)溝侵蝕強(qiáng)度就越小。

致謝：感謝北京師范大學(xué)劉寶元教授指導(dǎo)野外調(diào)查，謝巖老師提供無(wú)人機(jī)航拍影像。感謝北京林業(yè)大學(xué)張嬋嬋和鄧家勇同學(xué)參與野外調(diào)查和無(wú)人機(jī)測(cè)量。