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耕层厚度显著影响红壤坡耕地的土壤性质、降水水分分配和坡面产流,良好的耕层土壤和水分条件与农作物的生长发育密切相关,本文研究了耕层厚度对红壤坡耕地产流产沙过程的影响,以期为红壤区坡耕地耕作管理提供理论依据。 本研究以第四纪红色黏土发育的红壤为试验材料,观测不同坡度和降雨强度条件下10cm、20cm、30cm三种耕层厚度的地表径流量、壤中流量、深层渗透量、径流含沙率以及坡面流速的大小,分析讨论不同耕层厚度对红壤坡耕地产流产沙过程的影响。得出以下研究结果: ( 1 )耕层厚度从10cm增加至30cm可减少地表径流、壤中流比例分别为3.65%~5.00%、45.43%~82.19%,深层渗透比例可增加10.78%~55.08%;耕层厚度从10cm增加至30cm可滞后地表径流、壤中流产流时间分别为1min~8.08min、2.75min~19.60min,增加耕层厚度可调节坡耕地降雨再分配,延迟地表径流和壤中流产流时间,减少坡面径流和壤中流流量,增加深层渗透。地表径流量随降雨强度增加而逐渐增加,15°条件下的地表径流量大于8°。 (2)坡面径流产流过程总特征表现为降雨初期坡面结皮的形成,坡面径流速率增加,之后由于结皮的破坏、入渗率增加,径流速率逐渐减小,降雨中后期,土壤水分含量增加,集中水流形成,坡面细沟大量发育,径流率缓慢增加。径流率变化趋势的时间点和幅度受耕层厚度、降雨强度和坡度的影响,大坡度和浅耕层厚度致使其变化趋势的时间点提前和变化幅度加大。壤中流按峰型规律可分为单峰型和双峰型,30mm/h、8°,30mm/h、15°和150mm/h、15°三种降雨条件下呈现单峰型的变化规律,另外90mm/h、8°,90mm/h、15°和150mm/h、8°三种降雨条件下呈现双峰型的变化规律。降雨结束后壤中流消退常数k值随耕层厚度增加而减小。 (3)土壤侵蚀总量与耕层厚度呈负相关,随耕层厚度的增加而降低。当耕层厚度从10cm增加至20cm时,土壤侵蚀总量可减少23%~54%,当耕层厚度从20cm增加至30cm时,土壤侵蚀总量可减少10%~45%,因此在农业耕作活动中,应尽量保证耕层厚度超过20cm以减少土壤侵蚀。红壤坡耕地在15°条件下的侵蚀量大于8°,150mm/h降雨强度条件下的侵蚀量大于90mm/h;90mm/h降雨强度时, 8°的土壤侵蚀总量只有15°的25%~62%,150mm/h降雨强度时8°的土壤侵蚀总量占15°的42%~69%, 90mm/h降雨强度的土壤侵蚀总量只有150mm/h的18%~50%。产流初期径流含沙率急剧而短暂上升,之后随着坡面可侵蚀物质的减少径流含沙率逐渐下降。 (4)耕层厚度、降雨强度、坡度对坡面流速、径流深和阻力系数随产流历时变化过程影响显著,深耕层厚度在产流前期的坡面土壤松散颗粒量和土壤入渗量浅耕层厚度,使产流前期径流流速与耕层厚度呈正比,阻力系数和径流深与耕层厚度呈反比;产流中后期不同耕层厚度坡面结皮与破坏、细沟发育程度不一,坡面流速、径流深和阻力系数受耕层厚度的影响较小。通过相关性分析,土壤侵蚀量与水流功率、雷诺数、径流剪切力、径流流速、径流深均存在显著的相关关系。