元謀干熱河谷微流域細(xì)溝形態(tài)特征及控制因素

李響， 鄧青春， 張斌?， 劉輝， 劉剛才， 羅明良

(1.西華師范大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院，637009，四川南充； 2.中國(guó)科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，610041，成都)

元謀干熱河谷微流域細(xì)溝形態(tài)特征及控制因素

李響1， 鄧青春1， 張斌1?， 劉輝1， 劉剛才2， 羅明良1

(1.西華師范大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院，637009，四川南充； 2.中國(guó)科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，610041，成都)

細(xì)溝侵蝕的特征、過程及形成機(jī)理研究一直是土壤侵蝕與溝蝕地貌學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。為了從微流域的尺度揭示細(xì)溝發(fā)育的特征及控制因素，以云南省元謀縣禿禿瘠梁子某微流域?yàn)槔?，?shí)地調(diào)查影響細(xì)溝形成的因素，通過野外測(cè)繪及ArcGIS9.3流域分析獲取細(xì)溝及微流域形態(tài)參數(shù)。結(jié)果表明：細(xì)溝橫斷面寬度為0.22～0.75 m，深度為0.061～0.512 m，面積的變化范圍為68.01～1 777.28 cm2，寬深比的范圍為0.848～3.517。細(xì)溝左、右溝沿線與溝底線皆于第1～8 m、第20 m至溝口的兩段距離內(nèi)大幅度變化，而在第8～20 m內(nèi)變化不明顯。細(xì)溝匯水面積與橫斷面面積間存在正相關(guān)關(guān)系。細(xì)溝的橫斷面寬度、深度及面積隨距溝頭距離的變化而變化，該變化不穩(wěn)定但具有一定的趨勢(shì)性。細(xì)溝坡面較緩處植被生長(zhǎng)稀疏或者無植被生長(zhǎng)，而溝口處坡度雖緩卻生長(zhǎng)植物。以上結(jié)果皆緣于匯流面積、局地坡度及植被的耦合作用。本研究不僅在理論上揭示微流域尺度細(xì)溝的形態(tài)規(guī)律及發(fā)育機(jī)制，也在實(shí)踐上對(duì)水土流失的防治提供科學(xué)指導(dǎo)。

干熱河谷； 微流域； 細(xì)溝； 形態(tài)； 影響因素

作為土壤侵蝕的基本類型之一，細(xì)溝侵蝕的特征、過程及其形成機(jī)制一直是土壤侵蝕與溝蝕地貌學(xué)的研究熱點(diǎn)。細(xì)溝是發(fā)育在坡地上一種常見的微地貌形態(tài)[1]，可因耕作活動(dòng)或季節(jié)更替而發(fā)生變化,甚至消失[2]。細(xì)溝侵蝕是在已形成細(xì)小溝道的坡面上發(fā)生的土壤搬運(yùn)過程，其發(fā)生原因主要是坡面本身所具有的起伏形態(tài)、淺層洞穴的崩塌、降雨過程中形成的小跌坎以及坡面徑流的下切。地表徑流不均勻地侵蝕土壤表面，出現(xiàn)多個(gè)相鄰且細(xì)小的渠道，渠道的進(jìn)一步發(fā)育促使細(xì)溝侵蝕發(fā)生[3]。細(xì)溝侵蝕受到地形條件、降水、土壤性質(zhì)、植被等單因素以及不同因素組合的多重影響[4]。細(xì)溝侵蝕一般發(fā)生在距坡頂一定距離處，或者主要集中于裸露的斜坡或陡崖上；其發(fā)展過程受水流匯聚的影響，當(dāng)匯流量達(dá)到一定閾值時(shí)細(xì)溝出現(xiàn)[5]。降雨、坡度以及坡長(zhǎng)的交互效應(yīng)對(duì)流水速度影響顯著[6]。土壤侵蝕的根本動(dòng)力是降雨，由降雨強(qiáng)度、降雨量以及徑流形態(tài)3方面產(chǎn)生綜合效應(yīng)[7]。作為溝蝕的初始侵蝕形態(tài)，細(xì)溝一旦形成，坡面水流的侵蝕力以及搬運(yùn)力均將大于雨滴和片狀水流的侵蝕力和搬運(yùn)力，使土壤侵蝕量大幅度增加，致使溝蝕發(fā)育極其活躍[8]。坡度是影響細(xì)溝發(fā)育的地形條件之一。細(xì)溝發(fā)育中顯著變化的寬度和深度可能與斜坡的顯著變化相關(guān)[9]。細(xì)溝寬度擴(kuò)展的主要原因是細(xì)溝壁的坍塌以及徑流速率[10-11]，寬度變化可能不受坡度的系統(tǒng)性影響[12]。細(xì)溝寬度擴(kuò)展到一定程度，細(xì)溝流速與細(xì)溝泥沙流速相等，從而形成穩(wěn)定的細(xì)溝寬度[13]。細(xì)溝深度的變化不僅與溝內(nèi)流水的剪切力有關(guān)[10]，而且受作用于徑流深度的分布[14]。細(xì)溝長(zhǎng)度是細(xì)溝侵蝕發(fā)育過程中的主要規(guī)模參數(shù)之一[15]，由溯源侵蝕及坡長(zhǎng)決定[10]。細(xì)溝形成過程中，其長(zhǎng)度、寬度與深度的變化具有不確定性，細(xì)溝的橫斷面通常也是不規(guī)則的[16-17]。土壤質(zhì)地及其抗沖性、植被覆蓋的差異，也對(duì)細(xì)溝的發(fā)育具有重要影響[18-19]。

元謀干熱河谷土壤侵蝕具有面積廣、強(qiáng)度大、產(chǎn)沙能力強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)本區(qū)土壤侵蝕的研究始于20世紀(jì)80年代，早期開展了關(guān)于土壤侵蝕過程和機(jī)制的研究。元謀干熱河谷具有典型的干熱特征，氣候具有典型的非地帶性，多年降水量的變化既是基于大氣環(huán)流和全球氣候變化背景，又與下墊面性質(zhì)的改變具有密切的聯(lián)系[20]。該區(qū)年蒸發(fā)量是年降水量的6倍以上，植被以稀樹草原為主，生態(tài)環(huán)境惡劣，水土流失嚴(yán)重。目前對(duì)干熱河谷土壤侵蝕的研究主要集中在土壤侵蝕機(jī)制和土壤侵蝕環(huán)境效應(yīng)方面，而對(duì)本區(qū)域細(xì)溝特征、演化過程及形成機(jī)制的研究、特別是基于微流域尺度的研究極為少見。微流域是最小的水文單元，由坡面和溝道組成，較之普遍意義上的小流域更小，面積在0～0.1 km2之間。筆者基于野外實(shí)地測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù)并運(yùn)用ArcGIS 9.3軟件及Microsoft Excel 2003軟件計(jì)算出研究區(qū)微流域面積，以位于該微流域內(nèi)的細(xì)溝為研究對(duì)象。本文目標(biāo)在于從微流域的尺度揭示細(xì)溝發(fā)育的特征及控制因素，其結(jié)果不僅在理論上揭示微流域尺度細(xì)溝的形態(tài)規(guī)律及發(fā)育機(jī)制，也在實(shí)踐上對(duì)水土流失防治提供科學(xué)指導(dǎo)，例如在侵蝕強(qiáng)烈的階段，草本與灌叢具有良好的保持水土效果，因而要重視生態(tài)恢復(fù)對(duì)水土流失的防治作用。坡度對(duì)水土流失的影響較大，坡度大的區(qū)域水土保持工作的難度較大，因而可以首先選擇坡度較小的區(qū)域進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)以減弱水土流失強(qiáng)度。

1 研究區(qū)概況

元謀干熱河谷地處金沙江一級(jí)支流龍川江下游，在E 101°35′～102°069′，N 25°23′～26°06′間，海拔980～1 400 m。龍川江由南向北縱貫元謀盆地，兩岸階地發(fā)育；山區(qū)高差大，間有壩子分布。本區(qū)侵蝕切割強(qiáng)烈，形成了溝谷縱橫、地形破碎、土林土柱隨處可見的強(qiáng)烈侵蝕景觀特征。該地區(qū)從上新世以來，形成不同地質(zhì)時(shí)期沉積的、巖土特性和厚度均不同的沉積物。本區(qū)氣候干旱，干濕季分明，年均溫度21.9 ℃，年均降水量約為613.8 mm，年均蒸發(fā)量3 640.5 mm。區(qū)內(nèi)土壤類型以燥紅土和變性土為主，燥紅土結(jié)構(gòu)較好，是該地區(qū)的基帶土壤；變性土主要分布在丘崗的中、上部[21]。自然植被以扭黃茅(Heteropogoncontortus)、劍麻(AgavesisalanaPerr. ex Engelm)、蒼耳(XanthiumsibiricumPatr)、金合歡(Acaciafarnesiana(Linn.)Willd.)、木棉(Bombaxmalabartca)、車桑子(Dodonaeaviscose(L.) Jacq)等喬、灌木為主。該區(qū)域植物分布稀疏且植物覆蓋度低。

研究區(qū)位于元謀縣黃瓜園鎮(zhèn)小雷宰村禿禿瘠梁子。微流域面積173.89 m2，土壤為典型的變性土，地形條件相對(duì)簡(jiǎn)單。在微流域內(nèi)部發(fā)育著由溝蝕作用而成的細(xì)溝(圖1)，溝長(zhǎng)31.27 m，溝道明顯，是該微流域的重要水沙輸送通道。細(xì)溝溝頭與溝口的坡度變化區(qū)間為25°～30°，中段溝底線坡度在25°～68°的區(qū)間內(nèi)變化。在距離溝頭較近的上部扭黃茅生長(zhǎng)較多，淺溝中部多生長(zhǎng)劍麻和蒼耳，淺溝下部及溝口處生長(zhǎng)蒼耳。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集的時(shí)間為2014年1月份，主要使用徠卡TCR802型全站儀對(duì)研究區(qū)進(jìn)行地形測(cè)繪。對(duì)細(xì)溝左、右溝沿線及溝底線使用小于0.1 m的間隔進(jìn)行碎部測(cè)量；對(duì)細(xì)溝匯水區(qū)域采用0.5 m的步長(zhǎng)進(jìn)行碎部測(cè)繪，對(duì)地形變化相對(duì)復(fù)雜的區(qū)域加密碎部點(diǎn)。根據(jù)橫斷面形態(tài)特征的變化以及距溝頭的距離，用坡度儀測(cè)定橫斷面溝底坡度。為精確測(cè)定細(xì)溝橫斷面的形態(tài)，自制了寬度為0.8 m、高度為0.6 m的測(cè)針板(測(cè)針截面為邊長(zhǎng)0.5 cm的正方形、長(zhǎng)度為0.6 m)。實(shí)際野外工作中，按1∶1的比例尺，用測(cè)針板將選定的18處特征斷面(圖1)勾繪到A3紙上。觀察細(xì)溝處的植物生長(zhǎng)情況(種屬、蓋度、高度等)并作記錄。

圖1 研究區(qū)概圖Fig.1 Map of study area

2.2 數(shù)據(jù)處理

掃描繪制于A3紙上的特征斷面，將其輸入ArcGIS 9.3軟件；以所繪制的斷面圖上的4個(gè)角坐標(biāo)為準(zhǔn)，對(duì)掃描照片進(jìn)行校正并矢量化，分析形態(tài)特征并提取橫斷面面積、寬度、深度的數(shù)據(jù)。使用Microsoft Excel 2003軟件計(jì)算細(xì)溝橫斷面的寬深比，分別對(duì)橫斷面寬度與橫斷面面積、橫斷面深度和橫斷面面積進(jìn)行線性擬合。

將測(cè)繪的地形碎部點(diǎn)導(dǎo)入ArcGIS 9.3軟件中，并使用3D Analyst功能生成DEM。利用SWAT插件精確地提取細(xì)溝，使用Watershed Delineator模塊Automatic Watershed Delineator→DEM-Based→Stream Network→Delineate Watershed→Raster Calculation等功能對(duì)細(xì)溝的匯水面積、溝底線、溝沿線等進(jìn)行提取與計(jì)算。

3 結(jié)果與分析

3.1 形態(tài)特征

細(xì)溝橫斷面寬度范圍為0.216～0.747 m；其中， 寬度在0.2～0.3 m(0.2≤寬度<0.3)之間的斷面有2個(gè)，0.3～0.4有3個(gè)，0.4～0.5有2個(gè)，0.5～0.6有0個(gè)，0.6～0.7有6個(gè)，0.7～0.8有5個(gè)；距溝頭1～9 m處的寬度數(shù)值變化幅度大，10～18 m處的數(shù)值變化幅度??；寬度的最大值與最小值相差0.531 m。如表1所示，細(xì)溝寬度在距溝頭1～8 m的區(qū)間內(nèi)呈波動(dòng)增加的趨勢(shì)；8～15 m處寬度變化較??；16～18 m處的寬度總體上呈波動(dòng)減小的態(tài)勢(shì)。細(xì)溝橫斷面深度的范圍為0.061～0.512 m；其中，深度在0～0.1 m之間的斷面有1個(gè)，0.1～0.2 m有2個(gè)，0.2～0.3 m有5個(gè)，0.3～0.4 m有5個(gè)，0.4～0.5 m有3個(gè)，0.5～0.6 m有2個(gè)。距溝頭1～13 m處的細(xì)溝深度波動(dòng)大，隨距離增加總體呈增加趨勢(shì)；13～17 m之間下降后保持穩(wěn)定，18 m處回升；深度最大值與最小值相差0.454 m。

橫斷面面積范圍為68.01～1 777.28 cm2；其中，面積在0～500 cm2之間的斷面有5個(gè)，500～1 000 cm2有7個(gè)，1 000～1 500 cm2有5個(gè)，1 500～2 000 cm2有1個(gè)。面積數(shù)值的變化呈振蕩分布，在距溝頭1～4 m以及14～18 m兩部分的變化幅度較小，而在距溝頭5～13 m處的變化幅度較大；面積最大值與最小值相差1 709.21 cm2。如表1所示，橫斷面面積隨著距溝頭距離的增加呈現(xiàn)出不規(guī)則的變化，且二者之間不存在統(tǒng)計(jì)上的規(guī)律性。

表1 距離溝頭不同距離的特征斷面形態(tài)參數(shù)

圖2 細(xì)溝寬度、深度與特征斷面面積的變化關(guān)系Fig.2 Changes in the relationship between the rill width, depth and the area of characteristic cross section

橫斷面寬深比的范圍在0.848～3.517之間；寬深比在0.5～1.0之間的斷面有2個(gè)，1.0～1.5有2個(gè)，1.5～2.0有8個(gè)，2.0～2.5有3個(gè)，2.5～3.0有1個(gè)，3.0～3.5有1個(gè)，3.5～4.0有1個(gè)。距溝頭1～6 m處特征斷面的寬深比振蕩幅度大，7～18 m處的振蕩幅度小。

以細(xì)溝橫斷面的寬度、深度為橫軸，橫斷面面積為縱軸作散點(diǎn)圖，用指數(shù)函數(shù)進(jìn)行擬合(圖2)。結(jié)果表明：隨寬度與深度的變化，其斷面面積呈指數(shù)式增長(zhǎng)；根據(jù)相關(guān)系數(shù)以及指數(shù)的大小，細(xì)溝斷面深度對(duì)面積的影響比寬度更顯著。但是從二者的關(guān)系圖中可知，2組不同的數(shù)據(jù)受微地形坡度、土壤性質(zhì)、植被等因素突變的影響各有多個(gè)點(diǎn)表現(xiàn)出異常，影響了整體的擬合效果。

細(xì)溝的溝沿線與溝底線的變化反映其縱剖面特征。圖3中縱軸為溝沿線與溝底線的相對(duì)高程，橫軸表示斷面與溝頭的溝底線距離而非直線距離。如圖3所示，位于溝口處的左溝沿線變化不明顯，而右溝沿線、溝底線變化明顯；距溝頭距離8 m處與20 m處的斷面是3條線變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。溝沿線、溝底線的變化趨勢(shì)存在一致性：左、右溝沿線與溝底線皆在第1～8 m和第20 m至溝口的2段距離內(nèi)大幅度變化，而在第8～20 m小幅度變化。

圖3 溝沿線與溝底線的沿程變化規(guī)律Fig.3 Change law of thalweg and shoulder-line

3.2 影響因素

影響細(xì)溝侵蝕的因素很多，例如降水特征、土壤性質(zhì)、坡度、坡長(zhǎng)、坡形等。本流域面積較小，其降水、土壤性質(zhì)的空間變異小，故不予討論，僅分析匯流面積、坡度與沿程植被對(duì)細(xì)溝發(fā)育的影響。

3.2.1 匯流面積 特征斷面面積趨勢(shì)線呈振蕩分布，而匯水面積趨勢(shì)線呈單調(diào)遞增(圖4(a))。溝頭上方的殘存的土柱和土墻為燥紅土，形似漏斗且具有較強(qiáng)的抗蝕性，抑制了分水線的遷移，有利于水流的匯聚,從而保證細(xì)溝上游具有較為穩(wěn)定的來水量，對(duì)細(xì)溝的發(fā)育起著推動(dòng)作用。距溝頭13 m處特征斷面的寬度、深度值達(dá)到最大，其斷面面積也達(dá)到最大(表1)，表明在距離溝頭0～13 m范圍內(nèi)匯水面積對(duì)細(xì)溝規(guī)模具有決定性影響，但之后匯水面積的影響作用有限。以該處為界，將數(shù)據(jù)分為前后兩部分。前半部分的細(xì)溝數(shù)據(jù)，以匯水面積為橫軸，特征斷面面積為縱軸于Microsoft Excel軟件中作散點(diǎn)圖并進(jìn)行指數(shù)擬合R2=0.659 8(圖4(b))。結(jié)果顯示，在距離溝頭0～13 m處，隨著匯水面積的增加，細(xì)溝的橫斷面面積呈近指數(shù)增長(zhǎng)，這也表明徑流量的增加導(dǎo)致了細(xì)溝規(guī)模的擴(kuò)展。距溝頭13 m處特征斷面面積達(dá)到最大，然后逐漸變小，與匯水面積的關(guān)系不明顯。這表明細(xì)溝發(fā)育除了受到匯水面積的影響，在其發(fā)育過程中，局地坡度與植被根系的抗蝕和抗剪性極大地制約著細(xì)溝的發(fā)育。

圖4 特征斷面面積與匯水面積的關(guān)系Fig.4 Relationship between the area of characteristic cross section and catchment area of rill

3.2.2 地形條件 細(xì)溝溝頭與溝口的坡度變化區(qū)間為25°～30°，中段溝底線在25°～68°的區(qū)間內(nèi)變化。前者為距離溝頭較近的區(qū)域，由于該部分的坡度較緩，水流勢(shì)能弱，對(duì)細(xì)溝的侵蝕作用小，尚未出現(xiàn)明顯的細(xì)溝，該部分細(xì)溝斷面寬度振蕩變化，深度隨匯流量的增加而擴(kuò)大。后者坡度的大幅度變化導(dǎo)致徑流隨著距離的增加而加劇，即水流動(dòng)能增加，這促使細(xì)溝下切侵蝕和側(cè)蝕，有利于溝道的形成，故斷面寬度、深度增加明顯。此時(shí)的侵蝕處于細(xì)溝侵蝕加劇期或坡面侵蝕發(fā)育中期。細(xì)溝沿程18.5 m、24.5 m 2處存在跌坎，在此2處水流侵蝕至細(xì)溝基巖。另外，第1處生長(zhǎng)扭黃茅，第2處生長(zhǎng)扭黃茅和蒼耳，兩跌坎的部分植物根部被水流侵蝕掏空，而根部上部土壤保存良好，說明該部分(土壤+根系)抗蝕性強(qiáng)，其根系的固土作用明顯。與其余部分相比，這2處坡度變化小，斷面寬度、深度降低。

3.2.3 植被 距溝頭最近的橫斷面處有數(shù)條股流匯合，為植物的生長(zhǎng)提供了相對(duì)充足的水分條件。細(xì)溝斷面及附近分布著扭黃茅、劍麻、蒼耳等植物(圖5)，其生長(zhǎng)特別是根系對(duì)細(xì)溝形態(tài)具有明顯的影響。根據(jù)實(shí)地觀測(cè)，1號(hào)至5號(hào)橫斷面面積較小，不僅是因?yàn)槠涮幱跍项^，坡度緩、水力侵蝕小，還在于這些橫斷面處生長(zhǎng)植物，其根系具有較好的固土效果，可增強(qiáng)斜坡抗沖性，且具有穩(wěn)定斜坡控制重力侵蝕的作用。細(xì)溝內(nèi)18.5 m的斷面上游生長(zhǎng)扭黃茅，周圍的土壤保存量較多；而該斷面下游未見植物生長(zhǎng)且細(xì)溝側(cè)蝕明顯。溝內(nèi)20 m處出現(xiàn)跌坎，底部土壤主要受扭黃茅與蒼耳等植物根系控制；23～24.5 m處細(xì)溝左側(cè)生長(zhǎng)劍麻，植物覆蓋的土壤受水流侵蝕影響較??；23.5 m處根部以下的土壤受水流侵蝕作用較大，已被水流掏空。24.5～27 m處溝底生長(zhǎng)扭黃茅，該部分細(xì)溝變化不明顯。在跌坎處生長(zhǎng)的植物根系可分為垂直根和側(cè)根，垂直根主要起錨固作用，而側(cè)根主要起加筋的作用[22]。這些植物通過根系在土體中穿插、纏繞、網(wǎng)絡(luò)、固結(jié)，使土體抵抗風(fēng)化侵蝕、流水沖刷和重力侵蝕的能力增強(qiáng)，從而有效地提高土壤的抗侵蝕能力[23]。另外，扭黃茅，蒼耳等植物在土體內(nèi)生長(zhǎng)的根系(垂直根和側(cè)根)增加了土-土與根-土粒間的摩擦力；同時(shí)，植物根系自身的特征如深度、密度、抗拉力、以及根土黏結(jié)力不僅增強(qiáng)了土壤抗剪切性能，而且有效地加深土壤的抗沖性[24-25]，這些對(duì)于細(xì)溝橫斷面的抗蝕以及穩(wěn)定斜坡而言有著極其重要的意義。

圖5 細(xì)溝沿程植物Fig.5 Plants along the rill

4 結(jié)論與討論

對(duì)元謀干熱河谷區(qū)微流域內(nèi)細(xì)溝形態(tài)特征及其影響因素的研究，是對(duì)本區(qū)侵蝕地貌的深入與細(xì)化，研究結(jié)果對(duì)于元謀干熱河谷微流域植被恢復(fù)、控制水土流失和土壤侵蝕具有重要價(jià)值。禿禿瘠梁子作為元謀干熱河谷區(qū)的一部分，其土壤性質(zhì)、氣候條件趨于一致，這為簡(jiǎn)化影響因子，進(jìn)而為從微流域的角度研究細(xì)溝奠定了基礎(chǔ)。本文的研究對(duì)象溝道明顯，流域面積小，植物沿細(xì)溝生長(zhǎng)，具有代表性和典型性，能綜合反映局地坡度與植被之間的耦合作用。

本文基于野外實(shí)地測(cè)繪調(diào)查及內(nèi)業(yè)處理，研究了微流域尺度上的細(xì)溝發(fā)育特征及其形成因素。選取18處特殊發(fā)育的斷面為研究目標(biāo)，發(fā)現(xiàn)細(xì)溝的寬度與深度皆影響斷面面積，后者較之前者的影響程度大。匯流面積與橫斷面面積存在正相關(guān)關(guān)系，前者的增加導(dǎo)致徑流量的增加，進(jìn)而擴(kuò)展了細(xì)溝規(guī)模。坡度決定水流勢(shì)能的強(qiáng)弱，對(duì)溝道的形成及其形態(tài)的塑造至關(guān)重要。橫斷面寬度、深度及面積隨距溝頭的距離而發(fā)生較大的變化，這種變化不穩(wěn)定但具有一定的趨勢(shì)性。

相關(guān)研究表明，65°左右是元謀干熱河谷地區(qū)沖溝溝坡地形上植被生長(zhǎng)的臨界坡度，也是生態(tài)恢復(fù)的理論坡度上限[26]。本文所選細(xì)溝的中、上部，坡度約25°，坡面較緩，植被生長(zhǎng)稀疏。細(xì)溝中、下部，坡度在46°～68°處均生長(zhǎng)植被，而坡面較緩處無植被生長(zhǎng)。溝口處坡度約22°，坡面較緩且生長(zhǎng)植被。細(xì)溝不同坡度生長(zhǎng)異類植物，坡度與植被類型的關(guān)系需進(jìn)一步的研究。元謀干熱河谷地區(qū)日照充足，土壤以燥紅土和變性土為主，對(duì)于該土壤的抗蝕性和抗沖性、土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性和分散性的局地差異性等方面未做出分析，有待進(jìn)一步研究。

本文與前人研究的相同之處在于，對(duì)微地形而言，由于條件有限，二者皆僅以植物生長(zhǎng)情況為主要分析因素。前人用元謀干熱河谷地區(qū)不同微地形的植物蓋度來分析不同坡度對(duì)植物生長(zhǎng)的限制度[26]，而本文主要是將細(xì)溝沿程的植物生長(zhǎng)情況與坡度變化作為影響因素，以此分析微地形流域中細(xì)溝的發(fā)育特征和機(jī)制。文中選取禿禿瘠梁子某微流域中的一條細(xì)溝為研究對(duì)象，研究中得出的數(shù)據(jù)基本上能代表該區(qū)域細(xì)溝的一般狀況，在下一步的工作中還需對(duì)該區(qū)域內(nèi)的細(xì)溝發(fā)育情況和影響因子進(jìn)行詳細(xì)研究，獲取更全面、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，以更深入認(rèn)識(shí)微流域內(nèi)細(xì)溝的發(fā)育機(jī)制及控制因素。

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(責(zé)任編輯：程 云 郭雪芳)

Characteristics and controlling factors of rills in the micro-watershed of Yuanmou Dry-hot Valley

Li Xiang1, Deng Qingchun1, Zhang Bin1, Liu Hui1, Liu Gangcai2, Luo Mingliang1

(1.School of Land and Resources, China West Normal University, 637009, Nanchong, Sichuan, China; 2.Institute of Mountain Hazards and Environment, CAS, 610041, Chengdu, China)

Characteristics, process and mechanism of rills are key hotspot in the field of soil erosion and gully erosion geomorphology. In order to reveal the developing characteristics and controlling factors at the micro-topography scale, based on the field survey and data collection at Tutujiliangzi in Yuanmou County of Yunnan Province, and with the support of ArcGIS, we worked out the shape parameters of watershed and rill. The results showed that the ranges of variation in the width, length, area of rill cross section were respectively in 0.22-0.75 m, 0.061-0.512 m, and 68.01-1 777.28 cm2. The variation of width/depth ratio ranged from 0.848 to 3.517. It was not obvious for the development of rill from 8thto 20thm, but the shoulder-lines in left and right sides and the thalueg of will from 1stto 8thm and 20thm to the end of rill were developing heavily. The area of cross section had a positive relationship with catchment area of rill. The width, length and area of rill cross section varied with the distance from rill-head to the cross section. The variety followed a certain trend but not stable. There were few and scattered plants in gentle slopes of the rill but other similar places had no vegetations. Plants existed in the gentle slopes at the exit of the rill. Rill slope controls the potential water energy and influences the developing process of rill. The effect of fastening soil of root system improves the ability of resisting soil erosion. These results are due to the coupling effect of catchment area, local slope degree and vegetations. This paper will not only reveal theoretically the regularity of rill forms and developing mechanism of rills at the micro-topography scale but also help to provide prevention measures for water and soil losses and environmental protection.

dry-hot valley; micro-catchment; rill; morphology; influencing factors

2014-12-08

2015-08-03

項(xiàng)目名稱：國(guó)家自然科學(xué)基金“基于DEM的黃土高原流域侵蝕基準(zhǔn)體系研究”(41101348)

李響(1989—)，男，碩士研究生。主要研究方向：生物地貌過程。 E-mail: lx25090310@qq.com

?通信作者簡(jiǎn)介：張斌(1975—)，男，博士，教授。主要研究方向：侵蝕地貌。 E-mail: envgeo@163.com

K903

A

1672-3007(2015)05-0024-07