我国南方红壤区具有丰富的水热资源,但其季节性分配不均,加之人口密度大造成人为对土地扰动频繁,使得土壤侵蚀是制约该地区农业、经济和社会发展的主要原因之一。针对南方红壤区土壤侵蚀过程和机制的研究,对该区土壤侵蚀防治、农业和社会可持续发展具有极其重要的作用。根据《中国水土流失与生态安全·南方红壤区卷》的调查结果显示,面状侵蚀是我国南方红壤丘陵区最普遍、面积和比例都是最大的水土流失方式,包括降雨条件下的溅蚀和细沟间侵蚀,还包括坡面径流引起的细沟侵蚀。因此,认识并掌握该区主要侵蚀方式的侵蚀机制和规律十分必要。本文选取湖北省咸宁市贺胜桥镇的第四纪红黏土、泥质页岩发育的红壤为研究对象,利用室内模拟方法研究了团聚体动态破碎特征和孔隙特征,并基于团聚体破碎特征系统研究了团聚体破碎对坡面侵蚀过程的作用机制。获得的主要结论如下:1.利用湿筛法和Le Bissonnais(LB)法系统分析了供试土样团聚体稳定性。同时,考虑到红壤黏粒含量高这一特性,分析了团聚体在不同前期含水率条件下团聚体稳定性和破碎特征。土壤前期含水率越大,团聚体破碎程度越小。随着前期含水率的升高,第四纪红黏土发育的2个红壤水稳性团聚体平均重量直径先增大后减小,拐点出现在含水率为15%条件下;泥质页岩发育的2个红壤水稳性团聚体平均重量直径显著增大。提高团聚体前期含水率,降低团聚体破碎程度,能被雨滴击溅迁移的物质就少,溅蚀量少。2.利用室内条件下的模拟降雨试验,研究了团聚体在降雨过程中破碎特征。在团聚体动态破碎和不同破碎机制的基础上,分析其对细沟间侵蚀过程和溅蚀过程的影响。(1)细沟间侵蚀过程中,降雨前期团聚体主要以消散破碎为主,表现出在土壤表面迅速形成大量微团聚体,随着降雨的进行,团聚体主要以雨滴打击下的机械破碎为主,团聚体破碎相对缓慢。径流泥沙浓度受团聚体破碎程度的减小和表土结构的发育的影响,随降雨时间逐渐减小。径流泥沙粒径随降雨时间表现出大颗粒含量增多的趋势,其中土样QX2和SX3在产流后降雨0?24 min内,泥沙含量主要集中在100?250μm范围内(45.87%?53.13%),产流后降雨36?60 min内,泥沙含量主要分布在100?250μm、250?500μm和500?1000μm范围内;土样QX4和SX1径流泥沙颗粒分布在<200μm范围内,表现出泥沙含量随粒径的增大而减少,各粒级范围内的颗粒含量均随着降雨的进行伴随着波动变化。(2)随前期含水率的升高,第四纪红黏土发育2个红壤溅蚀量呈现先减小后增大的趋势,在含水率为15%时达到最小;泥质页岩发育2个红壤溅蚀量随前期含水率的升高显著减小。团聚体水稳性较高的土样,溅蚀粒径分布呈双峰曲线分布,主要分布1?0.5 mm和<0.05 mm范围内,且前期含水率越高,<0.05 mm溅蚀颗粒含量越大;而团聚体水稳定性较差的土样,除前期含水率为20%外,溅蚀粒径分布呈单峰曲线分布,主要分布在0.25?l mm。(3)降雨过程中,累积溅蚀量随着降雨时间呈幂函数增加。溅蚀颗粒中,不同土样溅蚀颗粒富集率表现出不同的变化趋势,其中粒级为0.25?1 mm团聚体最易发生迁移。(4)降雨过程中,团聚体在降雨前期最容易发生破碎,不同土样随降雨时间的破碎特征可用以下关系式表示:D=1.02RMI+1.77T0.06,其中D为破碎团聚体粒径分形维数,RMI为相对机械破碎指数,T为降雨时间。(5)总溅蚀量随着团聚体破碎呈幂函数增加,用下式表示:M=(3.8×10-14)RMI·D32.36,其中M为溅蚀量,RMI为相对机械破碎指数,D为破碎团聚体粒径分形维数。3.通过室内模拟干湿循环试验,利用同步辐射显微CT扫描技术和图像分析技术,定量研究对团聚体孔隙特征变化。在此基础上,利用偏最小二乘回归法首次系统研究了团聚体孔隙特征与团聚体破碎和集中水流内土壤分离之间的关系。(1)在干湿循环的作用下,团聚体结构变得相对疏松,孔隙间连通性得到改善,团聚体呈现明显的复杂的疏松多孔结构。具体表现在:团聚体中总孔隙度增加,孔隙数量减少,加长孔隙度和>100μm孔隙度增加。(2)通过偏最小二乘回归法得出的结果表明,总孔隙数量、75?100μm孔隙度、总孔隙度和>100μm孔隙度是控制团聚体在LB法测定下的水稳定性和抗压法测定下的力稳性的主要孔隙特征因子。团聚体孔隙度越大,其孔隙结构越复杂,由此增加团聚体孔隙中的空气压力、加快水分的进入速率以及增加团聚体中裂隙传播和相互作用的概率。(3)通过偏最小二乘回归法得出的结果表明,>100μm孔隙度、总孔隙度、规则孔隙度、30?75μm孔隙度和加长孔隙度是控制集中水流下土壤分离速率的主要孔隙特征因子。其中,土壤分离速率与>100μm孔隙度、总孔隙度和加长孔隙度显著正相关。土壤结构的破裂主要取决于土壤中微小裂隙以及孔隙或裂隙的几何形态。