陳曉安

(1.江西省水土保持科學(xué)研究院，江西 南昌 330029； 2.江西省土壤侵蝕與防治重點實驗室，江西 南昌 330029)

崩崗侵蝕區(qū)土壤物理性質(zhì)分層差異及其對崩崗發(fā)育的影響

陳曉安1,2

(1.江西省水土保持科學(xué)研究院，江西 南昌 330029； 2.江西省土壤侵蝕與防治重點實驗室，江西 南昌 330029)

崩崗；土壤物理性質(zhì)；分層；試驗

崩崗是我國南方紅壤區(qū)最嚴(yán)重的土壤侵蝕類型之一。采集贛州市典型的花崗巖和紅砂巖崩崗地區(qū)土壤樣品，測試分析其紅土層和母質(zhì)層的黏聚力、內(nèi)摩擦角和液塑性指標(biāo)，結(jié)果表明：花崗巖崩崗地區(qū)母質(zhì)層的抗剪強(qiáng)度顯著低于紅土層，而兩者的液塑性指標(biāo)值沒有顯著差異，說明母質(zhì)層抗剪強(qiáng)度低是導(dǎo)致花崗巖地區(qū)崩崗發(fā)育的誘因；紅砂巖地區(qū)紅土層抗剪強(qiáng)度稍高于母質(zhì)層，但兩者間沒有顯著性差異，而紅土層土壤液塑性指標(biāo)值要顯著高于母質(zhì)層，說明母質(zhì)層的低液塑性有利于紅砂巖地區(qū)崩崗侵蝕的發(fā)育?；◢弾r和紅砂巖崩崗地區(qū)紅土層的破壞容易誘發(fā)崩崗，因此保護(hù)紅土層是預(yù)防崩崗侵蝕的關(guān)鍵。

崩崗是在丘陵崗地上由水力、重力相互作用形成的一種特殊的侵蝕地貌類型[1]。崩崗侵蝕切割山體、破壞地貌，把原來完整的坡面變成千溝萬壑、溝谷縱橫、陡坎遍布、崩壁林立的“爛山地貌”，使土地生產(chǎn)力遭到徹底破壞。作為我國南方地區(qū)最嚴(yán)重的土壤侵蝕類型之一，很多學(xué)者對崩崗成因及其防治技術(shù)進(jìn)行了研究[2-9]，但關(guān)于崩崗侵蝕地區(qū)土壤物理性質(zhì)分層差異的研究成果較少，由于關(guān)系到崩崗發(fā)育的內(nèi)在機(jī)理，因此該研究對崩崗侵蝕防治具有指導(dǎo)意義。以江西省贛州地區(qū)為例，由于當(dāng)?shù)乇缻徶饕邪l(fā)育在花崗巖和紅砂巖地區(qū)，在其他巖性地區(qū)分布極少，因此本研究從影響崩崗發(fā)育的重要土壤特征因子——抗剪強(qiáng)度和液塑性指標(biāo)入手，研究花崗巖、紅砂巖地區(qū)土壤物理性質(zhì)分層差異及其對崩崗發(fā)育的影響。

1 研究區(qū)概況

選擇江西省崩崗侵蝕面積最大的贛州市作為研究區(qū)。其中，花崗巖崩崗侵蝕區(qū)選在區(qū)內(nèi)花崗巖崩崗發(fā)育最典型的贛縣。贛縣位于東經(jīng)114°42′～115°22′、北緯25°26′～26°17′，屬中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)，氣候溫和，陽光充足，雨量充沛，具有春早、夏長、秋短、冬遲的特點，年均氣溫19.3 ℃，年日照時數(shù)1 092 h，年均降水量1 076 mm，年無霜期298 d。紅砂巖崩崗侵蝕區(qū)選在區(qū)內(nèi)紅砂巖崩崗發(fā)育典型的于都縣。于都縣位于東經(jīng)115°11′～115°49′、北緯25°35′～26°20′，為丘陵低山區(qū)，地勢東、南、北三面較高，中、西部較低，山地面積占總面積的74%，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)，年均氣溫19.7 ℃，年均降水量1 507 mm，年日照時數(shù)1 621.9 h，年無霜期305 d。

2 材料與方法

采樣點選在典型花崗巖、紅砂巖崩崗地區(qū)的坡面上，分別采集紅土層和母質(zhì)層土壤樣品，每個采樣點采2個重復(fù)樣。土壤的液、塑限試驗采用液塑限聯(lián)合測定法。土壤抗剪強(qiáng)度測定先用環(huán)刀(Φ61.8 mm×20 mm)取原狀土，再用四聯(lián)直剪儀對4個環(huán)刀試件在不同垂直壓力(100、200、300和400 kPa)下施加剪切力進(jìn)行不排水剪切試驗，求得土樣破壞時的剪應(yīng)力，然后根據(jù)庫侖定律確定土的抗剪強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角和黏聚力。庫侖定律計算公式為

τ=c+σtan φ

式中：τ為抗剪強(qiáng)度，kPa；σ為破壞面上的法向應(yīng)力，kPa；c為黏聚力，kPa；φ為內(nèi)摩擦角，(°)。

3 結(jié)果與討論

3.1 紅土層和母質(zhì)層抗剪強(qiáng)度差異

贛縣花崗巖地區(qū)的土壤表面存在一層紅土層，該層土壤質(zhì)地較黏，土壤性質(zhì)與母質(zhì)層差異明顯(表1)。表層紅土層土壤黏聚力顯著大于母質(zhì)層，土壤內(nèi)摩擦角略小于母質(zhì)層，但無顯著差異。根據(jù)庫侖定律，花崗巖地區(qū)表層紅土層的抗剪強(qiáng)度顯著大于母質(zhì)層。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)表面紅土層有很多已經(jīng)被破壞，有的甚至不復(fù)存在，由于母質(zhì)層的抗剪強(qiáng)度低于紅土層，因此紅土層的破壞將直接導(dǎo)致崩崗侵蝕加劇。

于都縣紅砂巖崩崗地區(qū)的土壤表面也存在一層質(zhì)地較黏的紅土層，下面是紅砂巖母質(zhì)層，兩者土壤性質(zhì)差異也非常明顯(表1)。紅土層土壤黏聚力顯著大于母質(zhì)層，土壤內(nèi)摩擦角顯著小于母質(zhì)層。直剪試驗結(jié)果表明，紅土層的抗剪強(qiáng)度大于母質(zhì)層(圖1)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，紅砂巖地區(qū)表層紅土層較厚，由于紅土層的抗剪強(qiáng)度大，因此一般的坡面漫流對其沖刷侵蝕很小，

在無侵蝕溝的坡面紅土層不易被破壞；而在侵蝕溝道內(nèi)徑流沖刷能力強(qiáng)，長期溝道侵蝕可以將紅土層切穿，一旦紅土層被破壞，由于紅砂巖母質(zhì)層抗侵蝕能力差，因此在徑流的沖刷下土體很容易失穩(wěn)向溝內(nèi)崩塌。

表1 花崗巖、紅砂巖地區(qū)紅土層和母質(zhì)層土樣直剪試驗結(jié)果

注：不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著，下同。

圖1 紅砂巖地區(qū)紅土層、母質(zhì)層土壤抗剪強(qiáng)度試驗結(jié)果

3.2 紅土層與母質(zhì)層液塑性差異

花崗巖、紅砂巖地區(qū)紅土層和母質(zhì)層液塑限指標(biāo)值見表2?；◢弾r崩崗地區(qū)紅土層土壤的塑限、液限、塑性指數(shù)數(shù)值都比母質(zhì)層大，但是兩者差別不顯著，說明土壤液塑性特征不是影響該地區(qū)崩崗發(fā)育的主要原因。調(diào)查證明，該地區(qū)崩崗發(fā)育具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，與溝道發(fā)育無直接關(guān)系。紅砂巖崩崗地區(qū)紅土層土壤的塑限、液限、塑性指數(shù)數(shù)值都比母質(zhì)層大，尤其母質(zhì)層的塑性限度僅為12.60%，液性限度為18.65%，因此極易發(fā)生塑性變形或流動。調(diào)查證明， 紅砂巖地區(qū)紅土層一旦被破壞，其母質(zhì)層土壤液塑性指標(biāo)值低，在水流的作用下極容易變形崩塌，甚至具有流動性，隨水體被帶走，因此紅砂巖地區(qū)崩崗與溝道的發(fā)育相伴，主要發(fā)育在侵蝕溝溝頭。

表2 花崗巖、紅砂巖地區(qū)紅土層和母質(zhì)層液塑限指標(biāo)值

4 結(jié) 語

(1)花崗巖崩崗地區(qū)紅土層抗剪強(qiáng)度顯著大于母質(zhì)層，而紅土層和母質(zhì)層的液塑性指標(biāo)值均較高，且兩者之間無顯著差異。該地區(qū)崩崗的發(fā)育與母質(zhì)層抗剪強(qiáng)度低密切相關(guān)，表層紅土層一旦被侵蝕破壞，在水力和重力作用下容易發(fā)生崩崗侵蝕。

(2)紅砂巖地區(qū)紅土層抗剪強(qiáng)度比母質(zhì)層稍大，而土壤液塑性指標(biāo)值顯著大于母質(zhì)層。該地區(qū)崩崗的發(fā)育與母質(zhì)層液塑性指標(biāo)值低密切相關(guān)。

(3)根據(jù)江西省崩崗侵蝕分布特征，對崩崗侵蝕主要母巖花崗巖和紅砂巖地區(qū)土體層和母質(zhì)層抗剪強(qiáng)度、液塑性指標(biāo)等物理性質(zhì)進(jìn)行了差異性分析，表明紅土層的破壞容易誘發(fā)崩崗，而保護(hù)紅土層是預(yù)防崩崗侵蝕的關(guān)鍵。

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(責(zé)任編輯 李楊楊)

水利部公益性行業(yè)專項(201501047)；江西省水利科技項目(KT201419)；江西省優(yōu)勢科技創(chuàng)新團(tuán)隊項目(20152BCB24011)；江西省星火計劃項目(20132BBF61043)

S157

A

1000-0941(2015)12-0071-02

陳曉安(1983—)，男，安徽南陵縣人，工程師，博士研究生，主要從事土壤侵蝕機(jī)理方面的研究。

2015-08-20