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紫色土是长江上游重要的土壤资源之一,由于其本身的理化特性及特殊的环境背景,土壤侵蚀严重。开展紫色土坡面降雨入渗、产流和产沙相关研究不仅深化对紫色土侵蚀规律的认识,而且为紫色土地区土壤可持续利用提供了科学的依据。本文对比分析了三种类型的紫色土(蓬莱镇组紫色土、沙溪庙组紫色土、夹关组紫色土)及不同土地利用下坡面降雨入渗、产流与产沙的过程与特征。主要研究结论如下:
(1)不同类型紫色土降雨入渗、产流与产沙特征表现为:
①在35mm/h雨强下,紫色土坡面入渗过程主要受到土壤物理性质的影响,稳定入渗率的大小顺序是蓬莱镇组紫色土>沙溪庙组紫色土>夹关组紫色土;70mm/h雨强下,坡面入渗过程主要受到雨强的影响,不同类型紫色土稳定入渗率接近一致。
②在35mm/h雨强下,不同类型紫色土土壤物理性质不同,产流量差异显著,稳定产流量的大小依次为央关组紫色土>沙溪庙组紫色土>蓬莱镇组紫色土;70mm/h雨强下,坡面降雨产流过程主要受降雨强度的影响,各紫色土坡面产流过程基本一致。
③不同类型紫色土坡面产沙过程主要受降雨强度的影响,雨强增大,径流强度变大,产沙量显著增加。70mm/h雨强下,不同类型紫色土中>2mm团聚体含量越高,产沙量越小。
(2)紫色土不同土地利用降雨入渗、产流与产沙特征表现为:
①相同降雨强度下,不同土地利用土壤入渗过程差异显著。原状林地和草地土壤入渗过程变化较缓,处理林地和草地以及坡耕地入渗过程变化较大。稳定入渗率大小依次为原状林地>原状草地>坡耕地>处理草地>处理林地。
②不同土地利用下,坡面产流过程主要受土地利用方式的影响,同时还受降雨强度的制约。稳定产流量和30min累积径流量大小顺序均为:处理林地>处理草地>坡耕地>原状草地>原状林地。
③坡耕地土壤侵蚀特征主要受降雨强度的影响,降雨强度增大,产沙量急剧增加。原状林地和草地土壤侵蚀微弱,林地和草地经过处理后,产沙量显著增加。在相同降雨条件下,坡耕地土壤侵蚀产沙最为严重。
(3)不同紫色土坡面降雨入渗、产流过程模拟表明:
①在Kostiakov模型、Horton模型、Inverse模型三种模型中,Inverse模型对紫色土坡面降雨入渗过程模拟精确度最高。
②根据试验数据分析,不同紫色土坡面径流强度与降雨历时的关系可以用对数函数描述:R=aLn(t)+b,累积产流量与降雨历时的关系可用一次函数描述:Ru=axt+b,二者函数关系均达到显著水平。