土壤理化及力學性質對干熱河谷臺地邊坡溝蝕發(fā)育的影響

楊 丹，熊東紅，劉守江，張 斌

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土壤理化及力學性質對干熱河谷臺地邊坡溝蝕發(fā)育的影響

楊 丹1,2，熊東紅3,4，劉守江1,2，張 斌1,5

（1. 西華師范大學國土資源學院，南充 637009； 2. 西華師范大學嘉陵江流域研究所，南充 637009； 3.中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室，成都 610041； 4. 中國科學院水利部成都山地災害與環(huán)境研究所，成都 610041；5.西華師范大學地表過程與環(huán)境變化研究所，南充 637009）

金沙江干熱河谷土地整理臺地邊坡溝蝕發(fā)育嚴重，水土流失強烈，高投入的土地整理工程效益難以發(fā)揮，嚴重威脅著該區(qū)的生態(tài)安全和社會經(jīng)濟發(fā)展。為查明干熱河谷土地整理臺地邊坡溝蝕發(fā)育關鍵影響因子、防治臺地邊坡溝蝕發(fā)育，該研究采用野外實地測量法和實驗室測定的方法，研究了干熱河谷土地整理臺地邊坡的溝蝕發(fā)育形態(tài)特征，系統(tǒng)分析了土壤理化性質和力學性質對臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響。結果表明：1）非毛管孔隙度是影響臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的主要指標，但非毛管孔隙度對臺地邊坡溝蝕發(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）抗剪強度僅對臺地邊坡溝道深度和截面積影響顯著，而對溝道寬度、密度和割裂度的影響甚微。3）分散率對臺地邊坡溝道寬度和割裂度的影響較為明顯，對溝道深度、截面積和密度無顯著影響。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的影響相對較弱。

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，被譽為“金沙江畔的菜籃子”，但由于近幾十年來的不合理開發(fā)，該區(qū)域已成為中國西南地區(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8 000～20 000 t/(km2×a)[1-2]，耕地、道路毀壞嚴重，土地利用率明顯降低。為有效遏制水土流失，提升土地質量，自2011年起，干熱河谷開展了一系列以“平溝造地”為代表的土地整理活動，其中僅元謀干熱河谷的平溝造地面積就高達6667 hm2以上。但是，由于土體壓實不到位、邊坡陡長、缺乏防護措施等原因，土地整理臺地邊坡極易發(fā)生水土流失，可在2～3 a內再度發(fā)育形成切溝或沖溝，部分地區(qū)的侵蝕強度高達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，國內外研究者對土地整理的研究多關注其正面作用，主要集中于土地整理梯地系統(tǒng)的水文調節(jié)、土壤保持、土質改良、作物產量提高及生物多樣性保護等方面[3-7]。如Gardner等[8]認為梯田在減少流域產沙和土壤侵蝕方面作用顯著，修筑梯田以后其徑流系數(shù)可降低至原來的10%～20%；Sharda等[9]研究發(fā)現(xiàn)梯田最高減水效率可達80%，減沙效率可達90%左右。相對而言，關注土地整理形成梯地系統(tǒng)負面效應的研究較少，特別是關于土地整理梯地系統(tǒng)土壤侵蝕過程的研究鮮見報道[10]，已有的少量研究也主要集中在西班牙、意大利、捷克等地中海國家[10-12]。如Mihara[13]、Chartin等[14]曾對土地整理與土壤侵蝕的關系進行了相關研究。國內學者關于土地整理梯地系統(tǒng)土壤侵蝕過程的研究則幾乎沒有，已有報道中僅Zhang等[15-16]對土地整理梯地系統(tǒng)的土壤侵蝕強度進行了初步估算，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，針對金沙江干熱河谷土地整理臺地邊坡溝蝕發(fā)育嚴重而未見相關研究報道，本研究采用野外原位測量和實驗室測定的方法，獲取土地整理臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)參數(shù)指標和相應的土壤性質參數(shù)，探討土壤性質與溝蝕發(fā)育形態(tài)特征之間的內在關系，確定影響干熱河谷土地整理臺地邊坡溝蝕發(fā)育的關鍵土壤性質，研究結果可為根據(jù)土壤性質采取針對性措施以防控臺地邊坡溝蝕發(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，金沙江下游龍川江河谷盆地內（101°35′～102°06′E、25°23′～26°06′N），該區(qū)土地總面積2 037.85 km2，區(qū)內海拔介于899～2 835 m之間[17]。該區(qū)屬南亞熱帶季風氣候，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3 911.2 mm，約為年降水量的6.4倍，區(qū)內水、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灌草叢植被類型[18]。

2 研究方法

2.1 土地整理臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征調查

本研究于2014年9月－2015年9月，對元謀干熱河谷土地整理臺地邊坡的溝蝕發(fā)育狀況進行了詳細的面上調查，并在此基礎上，于中國科學院水利部成都山地災害與環(huán)境研究所元謀溝蝕崩塌觀測研究站（以下簡稱“元謀站”）附近選定了9處典型土地整理臺地邊坡，于2016年3－4月以直尺、鋼卷尺等測定臺地邊坡溝道的深度、寬度和長度，同時用坡度尺測定邊坡的坡度。

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

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，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行定義，指單位研究區(qū)域內所有溝道平面面積之和，為無量綱參數(shù)，計算公式為

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]。

基于野外測定結果，根據(jù)式（1）和式（2）計算溝道密度和溝道割裂度，計算結果如表1所示。

表1 各調查點溝蝕發(fā)育形態(tài)特征

注 ：在各調查點溝道發(fā)育的不同部位進行多次（>15次）測量，獲取其溝道寬度、深度、周長等值。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 土壤性質測定

于2016年3－4月，對上述9處典型臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征調查完畢之后，通過分層采樣法采集土樣，每個樣點分0～15、>15～30、>30～45 cm等3個土層，每個土層針對不同測定指標分別采集2～4個平行樣，以測定土壤容重、孔隙度、抗剪強度、機械組成、微團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驗室進行測定，而抗剪強度、機械組成、團聚體含量分別于中國科學院水利部成都山地災害與環(huán)境研究所和四川省農業(yè)科學院研究院測定完成，其測定方法如表2所示。

表2 室內試驗測定指標及方法

其中，土體抗剪強度是指土體抵御剪切破壞的極限強度，以黏聚力和內摩擦角來表征，并滿足以下關系式

=×tan+（3）

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

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

根據(jù)上述分析計算，各調查點土壤性質指標值如表3所示。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2007對臺地邊坡溝蝕發(fā)育寬度、深度、周長進行整理分析，結合相應公式計算溝道截面積、溝道密度和溝道割裂度；同時，利用SPSS16.0對溝蝕發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)和土壤性質指標進行回歸分析，探討臺地邊坡土壤理化性質和力學性質對溝蝕發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)的影響。最后，通過對比分析法，確定影響臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)的關鍵土壤性質指標。

表3 各調查點土壤理化及力學性質

3 結果與分析

3.1 容重、孔隙度對臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響

容重、孔隙度是反映土壤質量的重要指標，容重小、孔隙度大的土壤有利于植被生長，對防止水土流失具有積極作用。從表4可以看出，臺地邊坡溝蝕發(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系均不顯著（>0.1）。由此可知，非毛管孔隙度和總孔隙度對臺地邊坡溝蝕發(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地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的主要指標，而容重、總孔隙度和毛管孔隙度對臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響相對較弱。

進一步分析發(fā)現(xiàn)，臺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；溝道深度和截面積均隨著非毛管孔隙度的增大呈指數(shù)增長趨勢；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，非毛管孔隙度對臺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，即只有當非毛管孔隙度超過某一臨界值（東北黑土區(qū)為5.43%）時，土壤侵蝕的風險才會明顯降低；當非毛管孔隙度低于這一臨界值時，隨著非毛管孔隙度的增加，土壤侵蝕強度會有所增大（如從面蝕轉變成溝蝕）。但是，部分學者認為容重、總孔隙度和毛管孔隙度對土壤侵蝕也存在較大影響，這與本文的研究結果有一定差異。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]認為土壤侵蝕強度與容重呈負相關關系；孫泉忠等[26]認為土壤侵蝕風險與孔隙度之間可能存在正相關關系。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。該混合型土與黑土均具有一定脹縮性，因而本研究中容重、孔隙度對溝道發(fā)育形態(tài)特征的影響與黑土區(qū)的研究結果較為一致，而與不具有脹縮性的黃土區(qū)的研究結果有較大差異。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點數(shù)量有限有一定關聯(lián)。

3.2 抗剪強度對臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響

土壤抗剪強度反映了土壤抵抗外力機械破壞的能力大小，由黏聚力和內摩擦角2個指標來綜合反映，抗剪強度越大，表示土壤抗侵蝕能力越強。對各臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)與黏聚力和內摩擦角進行最優(yōu)曲線擬合（表5），結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，黏聚力和內摩擦角與溝道寬度、密度和割裂度的擬合關系均不顯著（>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)關系，隨黏聚力的增大而呈先增大后減小再增大的變化趨勢；而溝道深度與內摩擦角呈二次函數(shù)關系，隨內摩擦角的增大呈先減小后增大的變化趨勢。由此可知，土壤抗剪強度主要影響臺地邊坡溝蝕發(fā)育深度和截面積，即土壤抗剪強度主要作用于臺地邊坡溝道的豎向發(fā)展，而對臺地邊坡溝道寬度的擴展及溝道網(wǎng)絡的形成影響較弱。

表5 溝道形態(tài)特征參數(shù)與土壤抗剪強度指標的曲線擬合結果

然而，國內外學者對土壤抗剪強度與侵蝕強度的研究結果存在較大差異。如Gomez-Gutierrez等[27]對西班牙西南部的溝道侵蝕與水文特征之間的關系進行了探討，結果發(fā)現(xiàn)降雨后溝壁黏聚力明顯降低是導致溝道快速擴張的重要原因；Istanbulluoglu等[28]發(fā)現(xiàn)土壤黏聚力較小時，溝道以橫向發(fā)展為主，其寬度較大而深度較淺；當土壤黏聚力較大時，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]認為抗剪強度與侵蝕模數(shù)之間相關性較小，兩者之間無顯著關系。本研究中抗剪強度（黏聚力、內摩擦角）對溝道深度和截面積影響顯著，而對溝道的寬度和切割強度影響不顯著，可能與臺地邊坡土質較為松散，土壤顆?；旌铣潭容^高有關。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)出抗剪強度與溝道深度之間的強關聯(lián)性；相對而言，這一時期徑流對溝道兩側的側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，這些崩塌物堆積在溝道內進一步被徑流搬運帶走，加之土壤內部顆粒之間的摩擦、拔蝕作用，溝道深度進一步增加，而溝道寬度卻變化相對較小且不固定，因而表現(xiàn)出與抗剪強度的關聯(lián)性較弱。

3.3 土壤分散率對臺地邊坡溝蝕發(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臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響，對土壤分散率與溝蝕發(fā)育形態(tài)特征進行了最優(yōu)曲線擬合，結果如表6所示。

從表6可以看出，土壤分散率與臺地邊坡溝道寬度和割裂度的回歸方程在0.05水平上顯著，而與臺地邊坡溝道深度、截面積和密度的擬合關系不顯著（>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地邊坡發(fā)育溝道的寬度和割裂度，而對其他形態(tài)指標影響較弱。這可能與土壤分散率反映土壤團聚狀況，而土壤分散率越大，土壤結構性越差有關。隨著土壤分散率的增大，土壤結構性越差，越容易因徑流的浸潤作用而發(fā)生邊壁崩塌進而拓寬溝道。但是，臺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，因而在整個邊坡上形成密布的細小溝道，相對而言，溝道的割裂度就大于土壤分散率大的邊坡。因此，臺地邊坡溝道割裂度與土壤分散率成負相關關系，表現(xiàn)出隨分散率增大而減小的趨勢。

表6 溝道形態(tài)特征參數(shù)與土壤分散率的曲線擬合結果

3.4 臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的主要影響因子綜合分析

對臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征參數(shù)與上述土壤性質進行多元線性逐步回歸分析（表7），結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的影響較弱。由此推斷，非毛管孔隙度和分散率對臺地邊坡溝蝕發(fā)育的影響程度要強于容重、總孔隙度、毛管孔隙度和抗剪強度。出現(xiàn)這一現(xiàn)象可能與各土壤性質指標對臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響方式不同有一定關系。

表7 溝道形態(tài)特征參數(shù)與土壤性質的多元線性回歸分析結果

通過對表4－表6中擬合關系顯著（<0.1）的方程進行綜合對比分析發(fā)現(xiàn)，非毛管孔隙度對溝道寬度呈線性影響，而分散率對溝道寬度呈指數(shù)影響，且分散率對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；溝道密度僅受非毛管孔隙度的影響較為顯著，不受其他土壤性質指標的影響，因此對各土壤性質指標進行多元線性回歸時溝道密度表現(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)關系，而分散率對溝道割裂度的影響強度高于非毛管孔隙度，加之溝道割裂度-分散率線性擬合結果顯著（=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的擬合關系在0.05水平上均不顯著，因而在多元線性回歸分析時表現(xiàn)為不受土壤性質的影響；此外，溝道截面積與非毛管孔隙度和黏聚力的擬合關系分別呈指數(shù)函數(shù)和三次函數(shù)關系，相互之間不存在多元線性關系，因而溝道截面積受土壤性質的影響較弱。

綜上所述，土壤性質對臺地邊坡不同溝道發(fā)育特征參數(shù)的影響方式和影響程度有一定差異，某一項土壤性質指標可能僅影響臺地邊坡溝蝕發(fā)育的某一項或幾項形態(tài)特征參數(shù)，即臺地邊坡的溝道發(fā)育是由土壤性質的各個方面綜合作用的結果，且不同土壤性質指標在臺地邊坡溝蝕發(fā)育過程中的貢獻大小也有較大差異。

4 討 論

本文主要探討了土壤理化性質和力學性質對臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響，結果表明非毛管孔隙度、抗剪強度和分散率是影響臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的主要因素，同時探明了非毛管孔隙度、抗剪強度和分散率對臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響方式和影響程度。然而，溝道侵蝕是一個受多種因素共同控制的復雜過程，除了受到土壤性質本身的影響外，還受到所在坡面邊坡類型、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]認為土壤質地、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溝發(fā)育的控制因素，結果發(fā)現(xiàn)地形和土壤性質是影響干熱河谷陡坡細溝發(fā)育形態(tài)的關鍵因素，且降雨、植被覆蓋和人為干擾對細溝發(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、降雨侵蝕力、植被類型與蓋度和人為影響對黃土溝壑空間分異規(guī)律存在重要影響；李君蘭等[34]也得到了類似結論，認為地形、土壤表面特征和土地管理等是影響細溝侵蝕的主要因素。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注干熱河谷土地整理臺地邊坡溝蝕發(fā)育的影響因子，而在本研究區(qū)土地整理臺地邊坡的地形條件（坡度、坡長）大致相同，且基本都為閑置荒坡，從而使得本研究所涉及臺地邊坡的地形條件、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對臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響，而沒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地邊坡溝蝕發(fā)育的關鍵因子，筆者將在下一步研究中綜合考慮土壤類型、邊坡類型、植被狀況、匯水狀況和土地利用方式等因素對臺地邊坡溝蝕發(fā)育形態(tài)特征的影響。此外，由于臺地邊坡溝道侵蝕所引起的強烈水土流失，以及伴隨發(fā)生的污染物質遷移都對下游河道產生較大的負面影響，因而，在后續(xù)的研究中，關注臺地邊坡溝蝕發(fā)育-溶質遷移的耦合作用機制也是重點之一。同時，臺地邊坡的溝蝕發(fā)育主要是在水力-重力的共同作用下發(fā)生的，研究臺地邊坡溝蝕發(fā)育過程中的水動力條件特征及土體的失穩(wěn)過程特征，對從機理機制上認識臺地邊坡溝蝕發(fā)育過程也至關重要。針對上述內容的研究對充分認識臺地邊坡溝蝕發(fā)育影響因素，探明臺地邊坡溝蝕發(fā)育動力過程和機制，提出合理有效的溝蝕發(fā)育的防治措施意義重大，是進一步研究的重要方向。

5 結 論

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

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

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的影響相對較弱，亦即不同土壤性質對臺地邊坡不同溝道發(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

國家重點基礎研究發(fā)展計劃資助項目課題（2015CB452704）；西華師范大學博士科研啟動項目（412655）；四川省教育廳重點項目資助（17AZ0373）；西華師范大學英才科研基金資助（2017YC114）

楊 丹，講師，博士，主要從事土壤侵蝕與植被恢復、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

楊 丹，熊東紅，劉守江，張 斌. 土壤理化及力學性質對干熱河谷臺地邊坡溝蝕發(fā)育的影響[J]. 農業(yè)工程學報，2018，34(4)：170－176.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.020 http://www.tcsae.org

Yang Dan, Xiong Donghong, Liu Shoujiang, Zhang Bin. Impacts of soil physical-chemical and mechanical properties on gully erosion development on terrace slopes in dry-hot valley region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(4): 170－176. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.020 http://www.tcsae.org