喀斯特坡耕地雨滴击溅土壤结构破坏机制

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西南喀斯特区坡耕地是我国主要水土流失区之一,水力侵蚀是该区土壤侵蚀的主要发生方式之一。雨滴击溅作为水力侵蚀最初阶段,可使地表土壤团聚体分散迁移,増强地表径流侵蚀作用,加剧水土流失,严重危害该区的生态环境安全。但目前对于引起喀斯特区水土流失的初始阶段的溅蚀发生规律及进而深入探讨如何破坏土壤结构影响研究相对较少。因此本研究以喀斯特典型石灰土为研究对象,采用自制雨滴发生装置模拟5种不同直径雨滴,开展不同降雨条件下石灰土的溅蚀特征研究,旨在探索其土壤溅蚀特征及规律,研究结果可为喀斯特地区土壤侵蚀机理以及水土流失提供科学理论依据。主要研究结果如下:(1)坡度相同时,5种雨滴直径的土壤孔隙面积整体上随着降雨历时增加呈减小的趋势;降雨历时相同时,土壤孔隙面积随着坡度增大呈增加的趋势。当坡度、降雨历时相同时,溅蚀量随着雨滴直径的增大呈线性函数关系而增加,且溅蚀量主要分布于0-5 cm。(2)溅蚀量均随溅蚀距离的增大呈现指数关系减小;溅蚀距离相同时,溅蚀量随雨滴直径的增大呈线性关系增大。坡度相同时,5种雨滴直径总溅蚀量与降雨历时呈指数函数关系;降雨历时相同时,不同雨滴直径下的溅蚀量随坡度的增大呈幂函数关系增大。(3)在相同降雨历时、不同坡度溅蚀条件下,>5mm的溅蚀团聚体均未出现;随着坡度、雨滴直径的增大,>2-5mm和>1-2mm粒级团聚体也在增大;溅蚀团聚体粒径主要集中于>0.5-0.25mm和<0.25mm这两个粒级;粒径<0.25mm的溅蚀团聚体质量百分数随溅蚀距离的增大波动式上升。(4)当0°、溅蚀距离为0-5cm、5-10cm时,粒级>1-2mm、>0.5-1mm、>0.5-0.25mm和<0.25mm溅蚀团聚体质量百分数整体随雨滴直径的增大分别表现为先增后减、先减后增、先减后增、先增后减的趋势;当10-15cm、15-20cm和20-25cm时,其分别表现为增大、增大、先减后增、先增后减的变化趋势;当5°时,除>2-5mm外,0-25cm的各个溅蚀距离的各溅蚀团聚体质量百分数整体上随雨滴直径的增大分别表现为增大、先减后增、先减后增、先增后减的趋势;当10°时,0-25cm的各个溅蚀距离的各粒级溅蚀团聚体质量百分数整体上随雨滴直径的增大分别表现为增大、增大、波动式增大、波动式增大、波动式增大的趋势。(5)5种雨滴直径的平均质量直径(MWD)均随着溅蚀距离的增大逐渐减小,且与雨滴直径呈二次幂函数关系;当坡度、雨滴直径相同时,分形维数(D)随着溅蚀距离的增大而增大,且随雨滴直径增大表现为先增后减的趋势;溅蚀团聚体富集率(ER)整体上随团聚体粒级的减小而不断增大。(6)雨滴直径是影响溅蚀量、平均质量直径(MWD)、分形维数(D)和富集率(ER)的最大因子,而影响团聚体粒级分布的最大因子为溅蚀距离。
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