地表微地貌是坡面侵蚀过程的一个重要影响因素,深刻影响着侵蚀过程中的径流、入渗、结皮、汇流和泥沙输移等。研究地表微地貌演变特征及其与侵蚀关系,对于我国南方红壤区的水土流失防治、环境保护等问题具有极其重要的意义。本文以第四纪红粘土母质红壤和泥质页岩母质红壤等鄂南三种典型的红壤为例,选取典型的野外原位试验小区,控制土表相同初始条件,分别在两种雨强下进行连续三场降雨,同时采用mm级高精度激光扫描和计算机数字图像处理相结合的方法,研究了在连续降雨过程中,地表微地貌的演变特征及侵蚀响应规律。主要结论如下:(1)随着降雨的进行,雨滴打击和径流搬运的联合作用导致地表糙度降低。地表糙度在第一场降雨过程中下降幅度最大,对于所有处理均达到显著差异。HS、HQ1糙度下降幅度大于HQ2,原因是HQ2红壤的团聚体水稳性比HS、HQ1要高。1mm/min雨强下,三种红壤糙度在经历第一场降雨的快速下降之后,在第二、三场雨过程中变化不大。而在2mm/min雨强下,第二、三场降雨过程中,三种红壤糙度都有不同程度的增加,其中HS由于结皮不易被破坏,因此增加幅度最小。结皮倾向于降低糙度,细沟倾向于增加糙度,地表糙度的变化取决于两者之间的平衡。连续降雨作用下不同坡位糙度的变化趋势不尽相同。坡上部糙度下降幅度最大,坡中部糙度有一定程度的下降,坡下部糙度下降幅度最小。其原因是由于坡面水蚀的三大子过程—侵蚀、搬运和沉积作用,在坡面不同部位上的表现不同。(2)洼地蓄积量与地表糙度之间存在着十分紧密的联系,两者之间具有很好的相关性,所有处理的R~2均达到了0.9以上。洼地蓄积量在连续降雨过程中的变化趋势与地表糙度相似,总体呈下降趋势,第一场降雨前后土表洼地蓄积量之间的差异均达到显著。三种土壤在第二、三场降雨过程中的变化趋势有所不同,这与它们的团聚体稳定性大小和结皮稳定程度有关。1mm/min雨强下洼地蓄积量对地表糙度的敏感性比2mm/min雨强大。(3)对于汇流网络的整体特征,采用汇流密度、径流频度和分形维数进行描述。汇流密度和径流频度从不同角度表征了汇流网络的径流排水有效性。在降雨过程中,汇流密度和径流频度整体呈增加趋势,尤其是在第一场降雨过程中最为明显。在第二、三场雨过程中的变化趋势因土壤性质和雨强的不同而出现差异。通过分析可知,地表糙度与汇流密度、径流频度呈现出较好的相关性。大体趋势上,汇流密度和径流频度随着糙度的增加而降低。分形维数表征了汇流网络的组织度。在坡面侵蚀研究中,分形维数D_S可以较好的区别降雨前后整体网络特征的变化。在1mm/min雨强下,D_S呈现先增加后降低趋势,实验结束时接近于2,说明汇流网络此时具有较高的组织度。(4)对于汇流网络中1到5级径流路径,分别计算蜿蜒度、梯度和方向性。这三个参数从不同角度描述了径流路径的形态和变化特征。通过对三个参数在连续降雨过程中变化的分析,分别阐明了三种红壤在1mm/min和2mm/min雨强下径流路径特征的不同变化趋势。平均蜿蜒度和方向性总体呈下降趋势,在2mm/min雨强下第二、三场雨过程中有所回升,平均梯度随着降雨量的累积而增加,趋向接近于试验小区的坡度。他们的变化大部分出现在第一场降雨过程中。连续的降雨作用,导致实验结束时三种土壤径流路径特征差异性增加。相对于HS和HQ1,HQ2各级径流路径特征随着降雨的进行而均匀的变化。地表糙度和径流路径蜿蜒度、梯度和方向性之间均具有较好的相关性。雨强不同,径流路径特征随糙度变化的幅度也不同,2mm/min雨强下的变化幅度小于1mm/min雨强。(5)在1mm/min雨强下,微地貌参数对产流时间的影响均达到显著相关;但在2mm/min雨强下,只有洼地蓄积量和糙度对产流时间有一定影响,其他参数未达到显著相关。地表糙度与产流率和径流系数有着一定的相关性。大体趋势为,随着土表前期糙度的增加,产流率和径流系数降低。地表糙度对坡面径流的作用在小雨强下更为明显,在大雨强下作用有所掩盖。(6)在降雨实验结束时,三种土壤初始相似的网络结构得到不同的侵蚀值,形成差异较大的网络特征。在降雨侵蚀过程中,雨滴分散,土块和团聚体破碎以及由此引起的微地貌改变被认为是网络结构和径流路径特征改变的重要机制。三种土壤由于团聚体稳定性和土表结构性质不同,导致不同程度的侵蚀响应,进而产生不同程度的汇流网络演变,以及最后差异较大的汇流网络和径流路径特征。同时,网络结构的改变对土壤侵蚀率的连续下降有一定的贡献。实验结束时汇流网络分数维接近于2是网络自组织的结果,这支持了汇流网络发展最优化的概念。