摘 要：選取贛南凝灰質(zhì)砂巖崩崗?fù)馏w為研究對(duì)象，采用環(huán)刀法研究凝灰質(zhì)砂巖崩崗?fù)馏w入滲特性，并分析土體主要理化性質(zhì)對(duì)其入滲特征的影響。結(jié)果表明：①凝灰質(zhì)砂巖風(fēng)化殼土體重度表現(xiàn)為上層小于下層；受土體相對(duì)密度的影響，不同土層土體總孔隙度大小并未呈現(xiàn)出與土壤容重相反的規(guī)律，同樣表現(xiàn)為上層小于下層；不同土層之間的土壤重度與總孔隙度無(wú)顯著相關(guān)性。②凝灰質(zhì)砂巖下層土體初始滲透速率、穩(wěn)定滲透速率、平均滲透速率、入滲量等滲透參數(shù)均顯著高于上層土體（P＜0.05），而穩(wěn)定入滲時(shí)間低于上層土體。③凝灰質(zhì)砂巖初始滲透速率與所選的指標(biāo)均無(wú)顯著的相關(guān)性，穩(wěn)定滲透速率與土壤重度呈極顯著負(fù)相關(guān)，平均滲透速率與總孔隙度、毛管孔隙度呈極顯著正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：凝灰質(zhì)砂巖；崩崗；孔隙度；滲透性

中圖分類號(hào)：S157 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

崩崗是我國(guó)華南地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化的顯著表

現(xiàn)[1]。除滑坡和泥石流自然災(zāi)害外，崩崗侵蝕是最具危害性的水土流失災(zāi)害，尤其在我國(guó)華南花崗巖風(fēng)化殼地區(qū)發(fā)育尤為劇烈[2]，崩崗是造成該區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡化的重要原因[3]。

目前，學(xué)者們針對(duì)花崗巖風(fēng)化母質(zhì)上發(fā)育的崩崗侵蝕機(jī)理和發(fā)生發(fā)展規(guī)律研究較多。已有研究表明，土壤重度影響土壤孔隙結(jié)構(gòu)[4-5]。土體結(jié)構(gòu)松散，重度越小，孔隙越大[6-7]，越有利于雨水入滲。土體吸水的能力越快，從而產(chǎn)生較大的孔隙壓力，越發(fā)容易崩解[8-10]。在花崗巖崩崗滲透研究中發(fā)現(xiàn)，紅土層的土體水分入滲能力強(qiáng)于砂土層和碎屑層[11-13]。非毛管孔隙為土壤水分運(yùn)動(dòng)提供了綠色通道，其水分運(yùn)動(dòng)速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于毛管孔隙中的水分運(yùn)動(dòng)速率[14] 。從崩崗的發(fā)育過(guò)程來(lái)看，因土壤水分向下移動(dòng)，土壤凝聚力和內(nèi)摩擦角降低，土壤母質(zhì)層受到侵蝕后大大加快了崩崗的發(fā)展，花崗巖母質(zhì)層更容易誘發(fā)崩崗[15]。我國(guó)華南的廣東、廣西，華東的江西，華中的湖南則較多地涉及紅土層及其他母質(zhì)類型發(fā)育的崩崗。因此，本文以江西省于都縣為例，從崩崗?fù)馏w的物理特性出發(fā)，結(jié)合當(dāng)?shù)乇缻徶饕邪l(fā)育在凝灰質(zhì)砂巖地區(qū)的特點(diǎn)，對(duì)土體的崩崗機(jī)理進(jìn)行研究，為崩崗的治理工作提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

為分析土體特性隨深度變化的規(guī)律，選擇3個(gè)典型凝灰質(zhì)砂巖崩崗坡面作為調(diào)查樣點(diǎn)，分別在不同土層（上層、下層）采集土壤樣品（上層土為紅色，下層土為灰白色），同時(shí)，在每個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)各采集3個(gè)重復(fù)樣的環(huán)刀土樣，迅速稱重。

土壤重度、孔隙度、土壤滲透性均采用環(huán)刀法測(cè)試。將環(huán)刀放入容器中，逐漸加水，始終保持水面低于環(huán)刀上沿2～3 mm。浸泡至環(huán)刀內(nèi)土壤水分飽和及空氣全部排出，取出環(huán)刀（用濾紙吸干環(huán)刀外壁水分）蓋好上蓋，馬上稱重。然后放回原處，每隔1 h取出反復(fù)稱重，直到恒重，可測(cè)出土壤毛管孔隙度。將環(huán)刀土樣繼續(xù)放入盛水容器中，往容器加水至水面與環(huán)刀上層齊平。靜置6 h后取出環(huán)刀，稍置10 s，使多余水流出，用干布將環(huán)刀擦干后稱重。然后再將環(huán)刀放回容器中，放置4～5 h后，再次稱重，直到恒重。由此計(jì)算土壤總孔隙度[4]。

將環(huán)刀土樣從上到下進(jìn)行預(yù)飽和處理。滴水時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，前2 min每隔30 s記一次質(zhì)量，然后每隔1 min記錄一次，30 min后每隔2 min記錄一次，60 min后每隔5 min記錄一次，直至達(dá)到穩(wěn)定入滲[16]。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 崩崗?fù)馏w的重度和孔隙度

土壤重度和土壤孔隙度是反映土壤松緊狀況的主要指標(biāo)，與土壤的透水性和通氣性密切相關(guān)[7]，土壤孔隙度在一定程度上決定了土體結(jié)構(gòu)的好壞，間接影響著土壤滲透性能和抗剪強(qiáng)度。

由表1可知，凝灰質(zhì)砂巖風(fēng)化殼土體的重度都在13 kN/m3以上，凝灰質(zhì)砂巖上下層重度的分布規(guī)律為上層小于下層。上層土的重度平均值（13.7 kN/m3）比下層土的重度平均值（14.9 kN/m3）小1.2 kN/m3。

所有樣點(diǎn)土壤總孔隙度為43.43%～47.85%，其中：毛管孔隙度介于38.54%～44.49%（平均占總孔隙度的92.24%），非毛管孔隙度在2.95%～4.89%（平均占總孔隙度的7.76%）。從上下層大小規(guī)律來(lái)看，各樣點(diǎn)土壤總孔隙度均表現(xiàn)為上層小于下層，具體來(lái)看，毛管孔隙度平均值表現(xiàn)為上層小于下層，而非毛管孔隙度則正好相反；這主要是因?yàn)楦鳂狱c(diǎn)上下層土壤質(zhì)地均勻程度不一，土壤顆粒或團(tuán)粒結(jié)構(gòu)緊密程度不同，導(dǎo)致毛管孔隙度和非毛管孔隙度具有一定的隨機(jī)性，并不呈現(xiàn)一定的分布規(guī)律。

表2為凝灰質(zhì)砂巖崩崗各層次土壤重度和土壤總孔隙度方差分析，其中土壤重度和土壤總孔隙度的方差分析F值分別為5.02、3.75，F(xiàn)0.05值均為7.71?？芍?，不論土壤重度還是土壤總孔隙度，F(xiàn)值都小于F0.05，說(shuō)明上層土和下層土之間的土壤重度和總孔隙度無(wú)顯著性差異。

圖1為凝灰質(zhì)砂巖不同土層的滲透速率隨時(shí)間的變化曲線?？芍?，在入滲的過(guò)程中，總體上凝灰質(zhì)砂巖上層土的初始滲透速率相對(duì)來(lái)說(shuō)較小，在0～5 min滲透速率波動(dòng)較大，隨著入滲時(shí)間的推移，滲透速率逐漸降低，在8～12 min滲透速率逐漸趨于平緩，直到穩(wěn)定入滲。凝灰質(zhì)砂巖下層土在2 min后入滲速率逐漸趨于平緩，下層土的穩(wěn)定滲透速率要小于上層土，且進(jìn)入穩(wěn)定滲透的時(shí)間要比上層土短。

2.3 崩崗區(qū)土壤滲透速率分析

由圖2可知，凝灰質(zhì)砂巖土體入滲量與入滲時(shí)間呈冪函數(shù)關(guān)系。采用表達(dá)式Q = at-n進(jìn)行擬合（式中Q為入滲量；a、n為回歸分析常數(shù)；t為滲透時(shí)間）?？芍屹|(zhì)砂巖土體的入滲量與入滲時(shí)間方程擬合較好，呈顯著的冪函數(shù)關(guān)系（P＜0.001）。在冪函數(shù)模擬方程中，下層土的a值較大，表明入滲量與時(shí)間的相關(guān)性較強(qiáng)。

2.4 崩崗?fù)馏w入滲參數(shù)分析

影響土體滲透的因子很多，如土壤結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、土溫、土壤密度、土壤機(jī)械組成、土壤含水量、有機(jī)質(zhì)等。以凝灰質(zhì)砂巖為例，選取初始滲透速率（Y1）、穩(wěn)定滲透速率（Y2）、平均滲透速率（Y3）、入滲量（Y4）等指標(biāo)代表入滲能力，分析有機(jī)質(zhì)含量（X1）、重度（X2）、總孔隙度（X3）、毛管孔隙度（X4）、非毛管孔隙度（X5）、＞0.05 mm砂粒含量（X6）、＜0.001 mm黏粒含量（X7）、＞0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（X8）、分散系數(shù)（X9）、團(tuán)聚狀況（X10）、團(tuán)聚度（X11）等理化性質(zhì)與入滲能力的相關(guān)性，結(jié)果見(jiàn)表4。

可知，凝灰質(zhì)砂巖初始滲透速率與所選的11個(gè)指標(biāo)均無(wú)顯著的相關(guān)性，穩(wěn)定滲透速率與土壤重度呈極顯著負(fù)相關(guān)，平均滲透速率與總孔隙度、毛管空隙度呈極顯著正相關(guān)。

為弄清土壤理化性質(zhì)對(duì)研究區(qū)崩崗?fù)寥罎B透速率的影響作用，進(jìn)一步采取逐步回歸分析方法，得到入滲能力（Y1 、Y2 、Y3 、Y4 ）與土壤理化性質(zhì)的線性方程分別為

由此可見(jiàn)，各入滲能力指標(biāo)均與X4、X5、X8、X9、X11存在顯著的線性關(guān)系（P＜0.05），即影響入滲能力的物理性質(zhì)主要有土壤孔隙度、＞0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、分散系數(shù)、團(tuán)聚度。

3 結(jié) 論

（1）凝灰質(zhì)砂巖風(fēng)化殼土體重度表現(xiàn)為上層小于下層；受土體相對(duì)密度的影響，不同土層土體總孔隙度大小并未呈現(xiàn)出與土壤重度相反的規(guī)律，同樣表現(xiàn)為上層小于下層；不同土層之間的土壤重度和總孔隙度無(wú)顯著性差異（P＜0.05）。

（2）凝灰質(zhì)砂巖下層土體初始滲透速率、穩(wěn)定滲透速率、平均滲透速率、入滲量等滲透參數(shù)均顯著高于上層土體（P＜0.05），而穩(wěn)定入滲時(shí)間低于上層土體。凝灰質(zhì)砂巖整個(gè)滲透過(guò)程中滲透速率偏低，初始滲透速率相應(yīng)偏低。凝灰質(zhì)砂巖下層土達(dá)到穩(wěn)定滲透速率的時(shí)間短，可能是因?yàn)橄聦油馏w顆粒級(jí)配較好。凝灰質(zhì)砂巖入滲性差，主要受地表徑流的侵蝕較嚴(yán)重。

（3）凝灰質(zhì)砂巖崩崗?fù)馏w滲透性與土壤結(jié)構(gòu)、非毛管孔隙度有很大的關(guān)系，這些為凝灰質(zhì)砂巖的崩崗崩解提供了有利的條件。

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Research on the Permeability of Tuffaceous Sandstone Collapsed Soil

ZHAO Jing1，LI Jingwei1，WEI Ding2，3，TANG Jianbo4，NIU Dekui5

（1.Spatial Information Technology Application Department，Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2. Water Affairs and Lakes Bureau of Caidian District，Wuhan 430100，China；3. Agriculture Comprehensive Law Enforcement Brigade of Caidian District，Wuhan 430100，China；4. Demonstration and Promotion Center of Soil and Water Conservation Technology of Guizhou Province，Guiyang 550002，China；5. College of Land Resources and Environment，Jiangxi Agricultural University，Nanchang 330006，China）

Abstract：Taking the tuffaceous sandstone collapsed soil in south Jiangxi as the research object，we explored the infiltration characteristics of collapsed soil by ring knife method，and analyzed the influence of main physical and chemical properties on infiltration characteristics of the soil. The results show that：（1）The bulk density of weathered soil in the upper layer is smaller than that in the lower layer；influenced by specific gravity of the soil，the total porosity of different soil layers does not exhibit an opposite trend with soil bulk density，and it also shows that the upper layer is less than the lower layer. There is no significant correlation between soil bulk weight and total porosity in different soil layers. （2）The initial infiltration rate，stable infiltration rate，average infiltration rate，infiltration amount and other infiltration parameters of the lower layer of tuffaceous sandstone soil are all significantly higher than those of the upper soil layer （Plt;0.05），while the stable infiltration time of lower soil layer is shorter than that of the upper layer. （3）The initial infiltration rate has no significant correlation with the selected indicators，the stable infiltration rate shows a very significant negative correlation with soil bulk density，and the average infiltration rate shows a very significant positive correlation with total porosity and capillary porosity.

Key words：tuffaceous sandstone；collapse mound；porosity；permeability