郝少英

（山西省水利水電科學研究院 山西太原030002）

1 研究的目的

土壤侵蝕是導致人類賴以生存且日趨緊缺的土地資源退化和損失的主要原因，是目前人類生存環(huán)境所面臨的最嚴重的挑戰(zhàn)之一。在干旱半干旱地區(qū)的大部分土壤屬于易侵蝕土壤，因此，水的流失是引起土壤侵蝕的主要原因。我國黃土高原地形復雜,生態(tài)環(huán)境脆弱,是世界上土壤侵蝕最嚴重的地區(qū)之一，該地區(qū)陡坡開荒嚴重,加劇了水土流失。如何增加土壤水分的入滲性能和儲存量從而減小表面侵蝕量成為水土保持的主要任務之一。

入滲是指水分進入土壤形成土壤水的過程，它是降雨、地面水、土壤水和地下水相互轉化的一個重要環(huán)節(jié)。土壤侵蝕的大小受到多種因素的影響，在干旱半干旱地區(qū)，土壤和水的流失是同時發(fā)生的。因此減少水的流失，增加水分入滲是減少土壤侵蝕的重要方法。而堿性坡地由于具有較高的土壤ESP值（ESP表示總的陽離子交換量中鈉離子所占的比例，天然降雨條件下，ESP值大于15，表明pH值一般大于8.5，甚至10或更高，即通常所說的堿性土壤），因此降雨的入滲也具有其特點，本試驗研究的目的在于通過設置不同的降雨條件，研究水的流失和土壤流失之間的關系，主要研究不同降雨條件和初始含水量對ESP水平的土壤侵蝕。研究這一問題有助于提高堿性坡地的管理水平，從而合理制定非宜耕荒坡地的管理政策和法規(guī)。

2 試驗方法

1）取試驗用土，進行過篩（5 mm），實驗前進行自然風干，然后取土樣測定土壤含水率。

2）試驗土槽采用鐵板制作，底部帶有孔眼，土槽尺寸為100 cm×60 cm×25 cm。土槽底部鋪設一層粗紡布和5 cm厚的粗砂。測定土壤含水量后，按1.2 g/cm3的容重分層裝土，每2 cm為一層。

3）降雨采用室內降雨模擬器，采用蒸餾水，以20 mm/h的降雨強度進行預降（開始產(chǎn)生徑流為止），將土壤放置12 h后進行試驗。試驗中記錄產(chǎn)流隨時間的變化，即每隔5 min接取1次渾水徑流樣，試驗時間為60 min。由于試驗時間較短以及在降雨過程中蒸發(fā)相對較小的緣故，試驗過程中的蒸發(fā)損失的水量可以忽略，徑流量和入滲量之和近似等于坡面降雨量，因此，可以計算出坡面的入滲量。

4）在試驗數(shù)據(jù)（土壤徑流量、入滲量隨時間的變化，將收集的水樣烘干后確定土壤的侵蝕量）的基礎上進行理論分析。

3 試驗結果與討論

當坡度為5°時，研究在不同的降雨強度下，土壤的徑流量、入滲量及侵蝕量的變化。

3.1 不同雨強下堿性坡地土壤徑流量隨時間變化過程

圖1 不同雨強下徑流量、累積徑流量隨時間變化過程

由圖1可知：在不同降雨強度下，降雨量越大，徑流量也越大，徑流對土壤沖刷力也就越強。小雨強下，徑流量隨著降雨歷時先增加后趨于穩(wěn)定。各時段內雨強為100 mm/h的徑流量都要比雨強為50 mm/h的大。雨強為100 mm/h的產(chǎn)流時間也比雨強為50 mm/h的短，其原因是由于土壤初始含水量的不同，雨強為100 mm/h的土壤含水量要大于雨強為50 mm/h的，從而使產(chǎn)流時間變短。

不同降雨強度下累計徑流量和徑流量具有相同的變化趨勢，均隨降雨過程逐漸增加，但雨強為100 mm/h累計徑流量和徑流量隨時間的變化率要比雨強為50 mm/h的快。在不同雨強下徑流量隨時間的變化規(guī)律不是特別明確，其原因：一方面可能是由于室內模擬人工降雨不均勻，另一方面是由于工作人員在操作時存在一定的誤差和計算結果有效數(shù)字保留造成的。

3.2 不同雨強下堿性坡地土壤入滲量隨時間變化過程

圖2 不同雨強下入滲量、累積入滲量隨時間變化過程

從圖2看出：兩種雨強條件下，入滲量均隨時間的遞增而逐漸減?。浑S著時間的增加，同一雨強相鄰時間段的入滲量變化均逐漸減小，并逐漸趨于平穩(wěn)；隨著時間的增加，兩種雨強條件下的入滲量差值逐漸增加；100 mm/h雨強對應的入滲量的變化率比50 mm/h的入滲量的變化率要大一些。

從土壤水分入滲量時間的變化曲線來看，土壤入滲量隨時間的變化曲線大致可分為3個階段：第一個階段土壤入滲速率很大，變化率大，此階段土壤水分主要受分子力作用 ，入滲量的變化與初始含水量關系比較密切；第二階段隨著含水量的增加，土壤入滲率逐漸降低，變化率要小于第一階段，入滲主要受毛管力的作用。隨著入滲過程的進行，土壤逐漸達到飽和，入滲速率趨向于一個穩(wěn)定的數(shù)值；入滲過程進入第三個階段，這時分子力不再起作用，毛管力非常微弱，而主要受重力作用，此時的入滲率即為土壤穩(wěn)滲率。在圖2中，入滲率隨時間的變化并不是嚴格的先減少后趨于穩(wěn)定的趨勢，但大方向還是和前人研究相一致的。

3.3 不同雨強下堿性坡地土壤侵蝕量隨時間變化過程

圖3 不同雨強下侵蝕量、累積侵蝕量隨時間變化過程

由圖3可知：在不同雨強下，土壤侵蝕量隨時間變化為先增大后減小最后趨于穩(wěn)定；不同雨強下，坡地土壤侵蝕隨降雨的變化過程的變化相似，侵蝕強度變化的轉折點在降雨開始后10～15 min之間。高強度降雨條件下侵蝕量都要明顯大于低強度降雨條件下的侵蝕量，低強度降雨條件下隨降雨過程的持續(xù)，侵蝕量逐漸減少，最后趨于穩(wěn)定。而無論是在大雨強下還是小雨強下累計侵蝕量均隨降雨過程的持續(xù)而增加。但大雨強下土壤累計侵蝕量增加要比小雨強的快，累計侵蝕量也比小雨強的大。

4 試驗結論與建議

試驗表明：（1）不同雨強下，土壤的入滲量開始時最大，隨后隨降雨歷時而逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定。（2）在不同雨強下，堿性坡耕地的徑流量與降雨量有關，并隨時間呈先增大后趨于穩(wěn)定的趨勢。（3）在不同雨強下，坡地侵蝕隨降雨具有相同的變化過程，侵蝕量先增大后減少，最后趨于穩(wěn)定。

本試驗研究有助于提高堿性坡地土壤的管理水平，有助于合理制定非宜耕荒坡地的管理政策和法規(guī)，并給土壤侵蝕預報模型提供一定的基礎數(shù)據(jù)，但由于試驗都是在室內人工降雨下進行的，與天然降雨還有一定的不同，所以沒有考慮到風等自然因素的影響。