王恒松, 熊康寧, 張芳美

(1.貴州師范大學(xué) 喀斯特研究院, 貴州 貴陽(yáng) 550001; 2.貴州省喀斯特山地生態(tài)環(huán)境

國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 貴州 貴陽(yáng) 550001; 3.貴州師范大學(xué) 外國(guó)語(yǔ)學(xué)院, 貴州 貴陽(yáng) 550001)

地形因子對(duì)喀斯特坡面水土流失影響的機(jī)理研究

王恒松1,2, 熊康寧1,2, 張芳美3

(1.貴州師范大學(xué) 喀斯特研究院, 貴州 貴陽(yáng) 550001; 2.貴州省喀斯特山地生態(tài)環(huán)境

國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 貴州 貴陽(yáng) 550001; 3.貴州師范大學(xué) 外國(guó)語(yǔ)學(xué)院, 貴州 貴陽(yáng) 550001)

摘要：[目的] 通過(guò)對(duì)貴州喀斯特高原山地、盆地和峽谷3種典型地貌單元水土流失機(jī)理的研究，揭示坡度、坡長(zhǎng)、坡形、坡位、坡向和微地形等地形因子對(duì)區(qū)域水土流失的影響，為綜合防治喀斯特地區(qū)水土流失提供理論依據(jù)。 [方法] 基于標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)監(jiān)測(cè)和侵蝕基線法對(duì)3種地貌單元進(jìn)行多年水土流失監(jiān)測(cè)，運(yùn)用Excel和SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 [結(jié)果] 坡度是最直接影響坡面水土流失的態(tài)勢(shì)因子，土壤侵蝕量是隨坡度增加而增大，25°為臨界坡度；喀斯特坡面的坡長(zhǎng)對(duì)水土流失的影響并不明顯；坡形通過(guò)坡位和坡向來(lái)影響水土流失，坡位對(duì)水土流失的影響規(guī)律表現(xiàn)為：坡面下部>坡面中部>坡面上部，向陽(yáng)坡的土壤侵蝕大于背陰坡；微地形對(duì)水土流失的影響非常明顯，凸出地段常被侵蝕，凹陷帶常形成堆積。 [結(jié)論] 影響喀斯特地區(qū)水土流失的機(jī)理是多種因素聯(lián)合作用，地形因子相互影響共同控制著喀斯特坡面水土流失的發(fā)生與變化趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：地形因子; 喀斯特坡面; 水土流失機(jī)理; 地貌單元

1研究區(qū)概況

貴州省喀斯特地區(qū)山高坡陡，地形崎嶇破碎，最高點(diǎn)韭菜坪海拔2 900 m，最低處地坪海拔137 m，平均海拔1 100 m，最大高差達(dá)2 763 m，地勢(shì)西高中稍低，內(nèi)部分異較大，向北、東、南三面斜坡過(guò)渡，深受河流切割的亞熱帶喀斯特高原山區(qū)[13]。在這種特殊的喀斯特地質(zhì)、地貌、降水等原因，以及人類不合理利用土地資源等社會(huì)因素條件下，使貴州省成為水土流失嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境惡化、人民生活貧困的地區(qū)。水土流失與土地退化已成為制約該區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要因素。貴州喀斯特地貌由分水嶺到峽谷，其地貌類型的變化表現(xiàn)為：高原山地→高原盆地→高原峽谷。不同的地貌類型可使地表的光、熱、水、氣、土壤、植被等發(fā)生再分配作用，從而導(dǎo)致自然生態(tài)環(huán)境的差異?；诖?，本研究選擇貴州喀斯特地區(qū)3種典型地貌單元高原山地、盆地和峽谷為研究對(duì)象，探討地形地貌因素對(duì)喀斯特山區(qū)水土保持的影響。畢節(jié)石橋小流域代表典型喀斯特高原山坡谷地地貌類型，地勢(shì)起伏較大，最高海拔1 742.3 m，最低海拔1 400 m，相對(duì)高差為342.3 m；清鎮(zhèn)王家寨小流域代表典型喀斯特高原溶原盆地地貌，壩地中央坡度較緩，比高小于150 m，盆地內(nèi)地表、地下二元三維空間結(jié)構(gòu)特征明顯；貞豐—關(guān)嶺花江小流域代表典型喀斯特高原峽谷地貌，峽谷區(qū)地面起伏較大，常達(dá)300 m以上，由于坡度較陡，成土速度極低，地表水流與地下水流的水平與垂直強(qiáng)烈交替，土壤侵蝕劇烈。研究區(qū)由于長(zhǎng)期大規(guī)模的破壞性、掠奪性墾殖，陡坡耕種普遍，地表覆蓋遭到嚴(yán)重破壞，水土流失極為嚴(yán)重，而且擴(kuò)展速度驚人，無(wú)疑揭示了地形地貌因子對(duì)水土保持的控制作用。該區(qū)域的水土流失已成為貴州生態(tài)環(huán)境中最突出的問(wèn)題之一。喀斯特山地地形地貌因素對(duì)水土流失的影響，主要通過(guò)斜坡性狀、河床形態(tài)、侵蝕基準(zhǔn)面以及溝谷密度等產(chǎn)生作用。地面組成物質(zhì)的抗蝕性，能影響地貌形態(tài)、產(chǎn)沙速度和產(chǎn)沙量，從而影響水土流失強(qiáng)度。猶如在臺(tái)原和低洼地形坡度相對(duì)較小，水土流失不如高坡地發(fā)育強(qiáng)烈，而峽谷深切坡度較大，水土流失尤為嚴(yán)重。

2研究方法

2.1　監(jiān)測(cè)方法

對(duì)典型喀斯特區(qū)域進(jìn)行水土保持動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可為及時(shí)掌握水土流失現(xiàn)狀、規(guī)律及其發(fā)展趨勢(shì)，為有效治理水土流失提供科學(xué)依據(jù)[14]。根據(jù)前人對(duì)地形地貌因子與水土流失關(guān)系的研究成果[9,11]，結(jié)合實(shí)際監(jiān)測(cè)條件，選擇地形地貌當(dāng)中坡度、坡向、坡形、坡長(zhǎng)、坡位以及微地形等因子進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，研究地形因子對(duì)喀斯特山地水土保持影響的機(jī)理。本研究主要采用徑流小區(qū)與侵蝕針相結(jié)合的方法，研究不同喀斯特環(huán)境背景下水土流失與地形影響因子的關(guān)系。監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括： (1) 標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)監(jiān)測(cè)，采用規(guī)格為5 m×20 m，10 m×20 m的坡面徑流場(chǎng)監(jiān)測(cè)坡面水蝕的泥沙量； (2) 不同坡度的農(nóng)耕地監(jiān)測(cè)，以及大于25°農(nóng)耕地退耕后水土流失監(jiān)測(cè)； (3) 荒山裸地水土流失監(jiān)測(cè)； (4) 同一地類不同植被度； (5) 小流域及水系水文要素監(jiān)測(cè)； (6) 侵蝕線方法是采用在巖石上畫侵蝕線的方法分析土壤侵蝕狀況，定期觀測(cè)侵蝕線距土壤面高度，分析水土流失的總體狀況。

2.2　數(shù)據(jù)采集

首先，對(duì)研究區(qū)地形地貌坡面，以及水土流失、水土保持歷史和發(fā)展變化等指標(biāo)采取野外實(shí)地的勘察與查閱文獻(xiàn)資料相結(jié)合的方法。其次，每年分3次即是4,8和12月對(duì)研究區(qū)水土流失危害、水土保持措施、水土保持效益評(píng)價(jià)進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測(cè)，取得原始資料并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算。

2.3　數(shù)據(jù)分析

地形地貌因素對(duì)水土保持的影響，主要是通過(guò)坡度、坡位、坡形等影響水土流失。因此本研究對(duì)坡度大小、坡面形態(tài)、坡體方位幾方面進(jìn)行重點(diǎn)分析。采用Excel，SPSS等統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3結(jié)果與分析

3.1 坡度對(duì)徑流侵蝕力的影響

地形坡度影響地面的產(chǎn)流量，進(jìn)而影響土壤流失量[15]。坡度是地貌形態(tài)特征的主要要素，也是決定地表徑流和沖刷的基本要素之一[16]。坡度越大，同等降雨產(chǎn)流量越大，水流侵蝕力越強(qiáng)，土壤流失隨坡度變化呈現(xiàn)出有規(guī)律的變化。坡度影響著水土流失的方式、強(qiáng)度與過(guò)程，其通過(guò)改變水流速度，來(lái)影響滲透量與徑流量的大小。坡度成為影響坡地水土流失最重要的因素之一[17-18]，坡度不僅是反映地貌形態(tài)及地貌過(guò)程的重要地形因素，也是最直接反映坡面態(tài)勢(shì)的因子，又是決定坡地利用方向的重要因素[19]。

3.1.1臨界坡度地面坡度是決定徑流沖刷能力的基本因素之一。徑流所具有的能量是徑流物質(zhì)量與流速的函數(shù)，而流速的大小主要決定于徑流深度與地面坡度，因此，坡度直接影響徑流的沖刷能力。據(jù)資料研究表明，在一定坡度下土壤侵蝕量隨坡度的增大而增加，當(dāng)達(dá)到某一坡度值后，土壤侵蝕量變化不大，這一坡度稱為臨界坡度。一般而言，土壤侵蝕量是隨坡度增加而增大，但在畢節(jié)石橋、清鎮(zhèn)王家寨和貞豐—關(guān)嶺花江小流域的監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)情況并非如此。畢節(jié)喀斯特高原山區(qū)地表坡度基本集中于10°~35°之間，以18°~25°的緩陡坡地所占比例最大，占了喀斯特山區(qū)總面積的28.04%，>25°的陡坡地占了巖溶地區(qū)總面積的近30.76%。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在高原地區(qū)，其他條件相一致的情況下，土壤流失量與坡度變化關(guān)系是坡度在10°~15°時(shí)，土壤流失量呈急劇上升趨勢(shì)，當(dāng)達(dá)到25°時(shí)，土壤流失量達(dá)最大值，當(dāng)坡度再增大時(shí)，土壤侵蝕量隨坡度變化趨于平緩(圖1)。該結(jié)論與其他學(xué)者在喀斯特及其他地區(qū)的研究結(jié)果一致[12,19-20]。清鎮(zhèn)高原溶蝕盆地的情況與畢節(jié)高原山地基本相似。然而在貞豐—關(guān)嶺的花江峽谷區(qū)，由于坡度較高原與盆地陡，坡度>25°以上土地利用面積占的比例較大，占研究區(qū)總面積的40.9%。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示峽谷區(qū)土壤侵蝕量隨坡度的上升有明顯變化，坡度在2°~20°時(shí)，土壤侵蝕量急劇增加，20°~25°出現(xiàn)回落—上升變化，25°時(shí)達(dá)到最大值，坡度>25°以上土壤侵蝕量逐漸下降，由此說(shuō)明坡度約在25°以下時(shí)，侵蝕量與坡度呈正相關(guān)，超過(guò)此值反而降低(圖1)?？芍?5°坡度即是喀斯特山區(qū)水土流失的臨界坡度。

對(duì)監(jiān)測(cè)樣地的坡度進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)3種地形單元的平均坡度分別表現(xiàn)為：高原山地(21°)>高原峽谷(19°)>高原盆地(16°)，其土壤侵蝕量分別表現(xiàn)為：高原山地(2.23 mm/a)>高原峽谷(1.768 mm/a)>高原盆地(1.237 mm/a)，顯示出平均坡度對(duì)水土流失的調(diào)控作用十分明顯。當(dāng)然并非說(shuō)高原峽谷的侵蝕量小于高原山地，從理論上來(lái)說(shuō)，高原峽谷的流水侵蝕量應(yīng)該大于高原山地，而實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果卻不太一樣，是因?yàn)楦咴瓖{谷的土層比高原山地薄很多，有些地方已經(jīng)無(wú)土可流失了。

圖1　喀斯特高原與盆地土壤侵蝕狀況與坡度變化的關(guān)系

研究區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)耕作區(qū)坡度集中在10°～25°之間，成為土壤侵蝕量最嚴(yán)重的區(qū)域。按照規(guī)定當(dāng)坡度大于25°后，必須采取退耕還林措施，這樣避免人類干擾或減小擾動(dòng)，植被覆蓋度相對(duì)增加，水土流失減弱。

火星快車號(hào)帶著宇宙尋水的任務(wù)，于2004年被發(fā)射升空，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月的太空飛行，到達(dá)火星軌道，開始探測(cè)火星之水。至今，它已經(jīng)工作了14個(gè)年頭，可以稱得上是宇宙尋水的老前輩了。

3.1.2坡度對(duì)流水侵蝕力的影響坡度是坡面土壤侵蝕中影響最大的因素。前人對(duì)坡度與坡面土壤流失量的關(guān)系進(jìn)行了大量的研究。坡度通過(guò)影響徑流的流速進(jìn)而影響到流水侵蝕力，研究表明地表徑流產(chǎn)能與徑流量及流速成函數(shù)關(guān)系，徑流量大小與流速主要取決于徑流深與地面坡度。對(duì)于某一特定地區(qū)，如果降水多年平均概率變異較小，在年平均流失量與坡度的關(guān)系中，降雨因素影響甚小，僅表現(xiàn)為坡度的影響，而坡度是控制流水侵蝕力的決定性因子[19]。

喀斯特地區(qū)的地形坡度因子對(duì)水土流失的影響機(jī)制存在著特殊的規(guī)律性。坡度對(duì)徑流量的分配受到其他因子如植被因子、土壤因子的制約作用不同。以清鎮(zhèn)喀斯特高原溶蝕盆地為例，在其他條件大致相同的情況下，25°坡地是15°坡地平均輸沙量的2.48倍，平均徑流深高0.107倍。當(dāng)坡度增加了13°，植被覆蓋度增加10.5%，而平均侵蝕量卻減少了48.46%(表1)。在喀斯特高原與峽谷的監(jiān)測(cè)情況與盆地基本一致，表明植被因子限制了坡度對(duì)水土流失的影響過(guò)程。

通過(guò)對(duì)降雨量和I30雨強(qiáng)與徑流深、輸沙量做的相關(guān)分析表明，在不同坡度下降雨量與徑流量、輸沙量，I30雨強(qiáng)與徑流量、輸沙量的相關(guān)性不同。分析可知(表2)，降雨量分別與1號(hào)徑流池、2號(hào)徑流池、3號(hào)徑流池徑流量的相關(guān)系數(shù)為0.512，0.595和0.527，降雨量與3個(gè)徑流池輸沙量的相關(guān)系數(shù)分別為0.417，0.524和0.513，均沒(méi)有達(dá)到顯著相關(guān)水平，說(shuō)明降雨總量的大小不是決定水土流失量的主要因子；I30雨強(qiáng)與3個(gè)徑流池侵蝕量在0.01水平上顯著相關(guān)，表明I30雨強(qiáng)在坡面水土流失因子中受坡度的影響明顯。

表1　坡度與徑流深、輸沙量的關(guān)系

表2　研究區(qū)不同坡度小區(qū)降雨與產(chǎn)流、產(chǎn)沙量統(tǒng)計(jì)

注：徑1，2，3分別指1，2，3號(hào)徑流池。

3.2　坡長(zhǎng)對(duì)徑流速度的影響

地形控制坡面流水沖刷速度和沖刷量。當(dāng)坡面其他條件一致時(shí)，徑流深一般隨著坡長(zhǎng)的增加而增加。從理論上說(shuō)，坡長(zhǎng)愈長(zhǎng)，愈到下坡水量越多，水流的能量增大，侵蝕作用也增強(qiáng)。但是，隨著坡長(zhǎng)的增長(zhǎng)，水流攜帶的泥沙量也隨之增多，需要消耗一部分能量，而使水流侵蝕能力減弱。因此，坡面徑流侵蝕能力并不是隨坡長(zhǎng)增加而呈直線加大，坡度加大可使坡面徑流速度加快，沖刷加強(qiáng)。但是坡度加大卻又使徑流量減小，在雨強(qiáng)不變的情況下，坡度加大，實(shí)際上坡面單位面積接受的雨量減少。當(dāng)其它條件相同時(shí)水力侵蝕強(qiáng)度依坡面的長(zhǎng)度來(lái)決定。在貴州喀斯特高原山地地區(qū)，由于地貌以山地為主，土地主要以坡耕地為主，同時(shí)，由于喀斯特地貌典型發(fā)育，地形破碎，地表下墊面較平坦的長(zhǎng)坡比較少。故而喀斯特坡面的坡長(zhǎng)對(duì)水土流失的影響不大，規(guī)律性不強(qiáng)(表3)。

表3　坡長(zhǎng)與徑流深、輸沙量的關(guān)系

3.3　坡形對(duì)土壤侵蝕量的影響

自然界的坡面依據(jù)其形態(tài)，一般分為直線形坡、凸形坡、凹形坡和復(fù)形坡幾種類型，其他形態(tài)實(shí)際上是上述坡形的不同方式的自然組合。水土流失受坡位的影響很大，但坡位對(duì)水土流失的影響通常受坡形的制約。研究區(qū)的高原山地、盆地及峽谷的平均海拔分別為1 529，1 290和972 m，高差達(dá)500 m多，懸殊很大。不同的地形單元組合表現(xiàn)的坡位、坡形與坡向等微地形特征存在較大的差異性，導(dǎo)致其水土流失隨坡形、坡位、坡向變化存在明顯差異性規(guī)律(表4)。畢節(jié)高原山地和清鎮(zhèn)盆地坡面比較復(fù)雜，幾種坡面形態(tài)共存，在監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)直線形坡的上部水土流失微弱，下部水土流失較嚴(yán)重，發(fā)生崩崗的現(xiàn)象很少；凸形坡上部坡度較平緩，下部坡度突然變陡，水土流失強(qiáng)度較大，時(shí)有崩崗或泥石流發(fā)生；凹形坡一般上部較陡，而下部坡度相對(duì)比較平緩，水土流失微弱，常出現(xiàn)堆積現(xiàn)象；復(fù)形坡比較復(fù)雜，既有侵蝕亦有堆積，因此往往對(duì)水土流失起到緩沖作用，研究區(qū)的復(fù)形坡不同坡位水土流失都明顯減小，由此可見，在喀斯特區(qū)實(shí)施坡改梯技術(shù)對(duì)治理水土流失的效應(yīng)是十分顯著的。除了凹形坡外，直形坡、凸形坡和復(fù)形坡通常是坡位下部侵蝕量最大[19](表4)。

表4　不同喀斯特地形單元水土流失與坡位、坡形、坡向關(guān)系

花江峽谷區(qū)的坡面形態(tài)主要以直線形坡居多，從分水嶺到斜坡底部坡度保持不變，嚴(yán)重的土壤侵蝕常發(fā)生在下半部。隨著距分水嶺距離增大，徑流量和流速也增大，斜坡上常出現(xiàn)彼此平行排列的細(xì)溝、淺溝和切溝。以高原峽谷海拔972 m的坡面為例分析，不同的坡形對(duì)水土流失的影響不一樣，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，直行坡、凸形坡和凹形坡的水土流失都比較大，而復(fù)形坡土壤流失量較小。

3.4　坡位對(duì)土壤流失量的影響

坡位對(duì)水土流失的影響是通過(guò)影響光熱資源的分配進(jìn)而使植被產(chǎn)生差異造成的，光熱資源差異決定植被生長(zhǎng)狀況。不同坡位所接受的太陽(yáng)輻射不同，從而影響土壤溫度、濕度、植被狀況等一系列環(huán)境因子的不同，其侵蝕過(guò)程也有明顯差異。對(duì)高原、盆地和峽谷區(qū)的野外監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)同一坡度、坡形、坡向的水土流失規(guī)律一般表現(xiàn)為：坡位的下部>中部>上部，說(shuō)明坡位對(duì)水土流失的影響顯著，而且差異很大，尤其在花江峽谷區(qū)這種規(guī)律表現(xiàn)更為明顯(表4)。其原因是花江峽谷深切相對(duì)高差大，地表破碎，地形水平切割密度、垂直切割深度和地面坡度都比較大。峽谷兩側(cè)坡向與巖層傾向一致，形成順傾坡，徑流沿著巖層面流動(dòng)，同時(shí)，峽谷區(qū)土層淺薄，土壤直接覆蓋于巖層面上，缺乏過(guò)渡層。一遇降雨激發(fā)極易產(chǎn)生順層滑動(dòng)。溝谷坡面上部以溶蝕為主，坡面下部以侵蝕為主，順坡向平行排列，徑流順坡面產(chǎn)生跌水，形成強(qiáng)烈的石隙涮蝕。降雨時(shí)，坡面中上部的徑流匯聚到坡面下部，流速與流量都迅速增加，急劇產(chǎn)生的坡面流集中沖刷周圍土被，形成很大的侵蝕力，導(dǎo)致局部地帶的水土流失進(jìn)一步加強(qiáng)，這是該區(qū)水土流失強(qiáng)烈的重要因素。

3.5　坡向?qū)鉄豳Y源分配的影響

地形的坡向不同，接受的太陽(yáng)輻射不同，坡向?qū)ι狡碌乃鉄豳Y源進(jìn)行重新分配，不同坡向的植被、氣溫、濕度以及土壤發(fā)育和土壤溫度均有差異，從而影響到土壤侵蝕過(guò)程。根據(jù)太陽(yáng)入射角，在貴州省喀斯特地區(qū)一般將北半球的東南、南、西南和西面的坡向稱陽(yáng)坡，而將北、西北、東北及東面的向坡稱陰坡。在3個(gè)研究區(qū)的監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，高原和盆地地區(qū)同一深度土壤層陽(yáng)坡較陰坡的地溫一般高2～3 ℃，而峽谷區(qū)由于土層較薄其最高溫差可達(dá)6 ℃(表5)。受坡向的影響，陽(yáng)坡與陰坡地面所受熱量與降雨量不同，水土流失存在明顯差異，經(jīng)過(guò)多年的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示(表4)，陽(yáng)坡的土壤侵蝕明顯大于陰坡。其主要原因是陽(yáng)坡得到的太陽(yáng)輻射較多，日溫差大，風(fēng)化較為強(qiáng)烈，比較有利于片蝕；其次，地表蒸發(fā)快，容易損失水分，導(dǎo)致植物功能性缺水，生長(zhǎng)緩慢，使得植被覆蓋度較低，易于發(fā)生各種形式的水土流失。

表5　不同坡向坡面的土壤溫度對(duì)比

3.6　微地形對(duì)水土流失的影響

在貴州喀斯特山區(qū)，地形地貌復(fù)雜，石溝、石牙、裂隙密布，土壤分布在這些微地形的低洼處，而植被通常也生長(zhǎng)在這樣的環(huán)境下。在高原、盆地及峽谷地區(qū)進(jìn)行多年監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，水土流失受微地形的影響十分明顯。由于喀斯特山地巖石裸露率高，幾乎所有的坡耕地都有巖石出露地表的現(xiàn)象，因此在野外水土流失調(diào)查過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)巖石的側(cè)面是最常見水土流失發(fā)生地段，一般侵蝕較強(qiáng)烈，隨周圍的細(xì)溝、切溝分布而不同。巖石起到緩沖徑流的作用，土壤被流水?dāng)y帶到巖石下方的凹陷地帶時(shí)，常常在這里形成堆積。如果巖石為長(zhǎng)條狀的石溝，起到對(duì)局部徑流的匯集加劇作用，使地表徑流到達(dá)巖下時(shí)相比未經(jīng)巖石面匯流作用的同坡位地段的流水侵蝕力大大加強(qiáng)，從而使水土流失加劇。在喀斯特山區(qū)水土流失受微地形影響主要取決于該區(qū)的巖石裸露率。在畢節(jié)高原山區(qū)和清鎮(zhèn)盆地地區(qū)較之花江峽谷區(qū)巖石裸露率較低些，一般在石溝石牙以及裂隙等微地貌處常常有土壤堆積，而在花江喀斯特峽谷區(qū)巖石裸露率較高，不少地方出現(xiàn)巖石為長(zhǎng)條狀的石板面或石溝，水土流失十分強(qiáng)烈，甚至有些地方已到無(wú)土可流巖石完全裸露的境地。由此可知，在以喀斯特地貌為特征的貴州山區(qū)，無(wú)論是高原盆地，還是高原峽谷，其水土流失程度受微地形影響主要取決于該區(qū)的巖石裸露率，裸巖率決定著可供侵蝕的土壤數(shù)量，也影響著土壤侵蝕模數(shù)。

4討論與結(jié)論

通過(guò)對(duì)畢節(jié)喀斯特高原山地、清鎮(zhèn)高原盆地與貞豐—關(guān)嶺高原峽谷3種地形地貌結(jié)構(gòu)的水土流失研究發(fā)現(xiàn)，3種地貌單元的水土流失存在顯著的空間差異性，顯示出喀斯特地區(qū)水土流失一般的空間規(guī)律性。

(1) 坡度不僅是反映地貌形態(tài)及地貌過(guò)程的重要地形因素，也是最直接反映坡面態(tài)勢(shì)的因子，又是決定坡地利用方式的重要因素。坡度是地形地貌形態(tài)特征的主要因子，高原山地、盆地和峽谷地區(qū)，在其他條件相一致的情況下，土壤侵蝕量是隨坡度增加而增大，坡度在10°~15°時(shí)，土壤流失量呈急劇增加趨勢(shì)，當(dāng)坡度達(dá)到25°時(shí)，土壤流失量達(dá)最大值，坡度再增大時(shí)，土壤侵蝕量隨坡度變化不大。25°坡度是喀斯特山區(qū)水土流失的臨界坡度。3種地形單元的平均坡度與水土流失量的關(guān)系規(guī)律為：高原山地>高原峽谷>高原盆地。另外，坡度對(duì)徑流量的分配還受植被因子、土壤因子的調(diào)控作用。

(2) 降雨量和I30雨強(qiáng)對(duì)不同坡度土壤侵蝕量的影響也不同，一般降雨總量與不同坡度徑流量、輸沙量相關(guān)性不明顯，而I30雨強(qiáng)在不同坡度下與徑流量、輸沙量達(dá)到顯著相關(guān)水平，說(shuō)明降雨總量的大小不是決定水土流失量的主要因子，I30雨強(qiáng)是眾多影響水土流失因子比較明顯的因素。

(3) 在其他條件相同時(shí)坡面坡長(zhǎng)愈長(zhǎng)，流水侵蝕能力愈增強(qiáng)，然在貴州喀斯特山地，地形破碎，長(zhǎng)坡較少，坡面以坡耕地為主，地表下墊面較平坦的長(zhǎng)坡相對(duì)較少，坡面的坡長(zhǎng)對(duì)水土流失的影響并不明顯[19]。

(4) 坡形通過(guò)坡位對(duì)水土流失的影響。除凹形坡上部較中部和下部侵蝕強(qiáng)外，直形坡、凸形坡、復(fù)形坡均表現(xiàn)為上部和中部比下部侵蝕強(qiáng)度較輕。不同坡位由于光熱資源差異決定植被生長(zhǎng)狀況，進(jìn)而影響坡面的水土保持。坡位對(duì)水土流失的影響很大，差異顯著，高原山地、盆地和峽谷區(qū)的同一坡度、坡形、坡向的水土流失表現(xiàn)為：坡位的下部>中部>上部。坡向決定所接受太陽(yáng)輻射的不同，陽(yáng)坡比陰坡獲得的太陽(yáng)能較豐些，所獲得的熱量與降雨量不同，陽(yáng)坡的土壤侵蝕明顯大于陰坡。

(5) 喀斯特山區(qū)的土壤堆積在裸露的石溝石芽裂隙里，水土流失受微地形的影響十分明顯。出露在坡耕地里的巖石的側(cè)面是水土流失發(fā)生最常見的地段，而巖石下方的凹陷帶常常形成堆積?？λ固厣降氐奈⒌匦螌?duì)水土流失影響主要取決于巖石裸露率，而裸巖率決定著可供侵蝕的土壤數(shù)量，并最終影響土壤侵蝕模數(shù)。

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Mechanism Study on Effects of Terrain on Soil Erosion of Karst Slope

WANG Hengsong1,2, XIONG Kangning1,2, ZHANG Fangmei3

(1.SchoolofKarstScience,GuizhouNormalUniversity,Guiyang，Guizhou550001,China; 2.StateKeyLaboratoryIncubationBaseforKarstMountainEcologyEnvironmentofGuizhouProvince,Guiyang，Guizhou550001,China; 3.SchoolofForeignLanguages,GuizhouNormalUniversity,Guiyang,Guizhou550001，China)

Abstract：[Objective] A study of soil and water loss was conducted on three typical geomorphic styles(karst plateau mountain, basin and canyon) in Guizhou Province in order to reveal the effects of landform factors(gradient, slope length, slope shape, slope position, slope exposure and micro topography) on the loss of regional soil and water, and to provide a theoretical basis for integrated prevention of soil and water loss in karst area. [Methods] Using the flow monitoring in standard runoff fields and erosion baseline method, many years’ data of soil and water loss of 3 types of geomorphic style were obtained. Data were analyzed by Excel and SPSS software. [Results] Slope gradient was the leading direct trend factor that can influence the slope loss of soil and water. Soil erosion increased with the increase of slope degree and 25 degrees was the critical gradient. Slope length of karst slope was not an obvious affecting factor on soil and water loss. Slope shape exerted indirect impaction on soil and water loss by slope position and slope direction. The influence rank of slope position on soil and water loss was that down slope > middle slope> upper slope. Soil erosion occurred on sunny slope was greater than that on the shady slope. It was very obvious that micro topography can obviously affect soil and water loss, erosion occurred easily on protuberant section, and deposit was often observed in slope hollows. [Conclusion] Soil and water loss in karst area was a result of many factors. Terrain factors influenced each other and they controlled together the occurrence and trend of soil and water loss on karst slope.

Keywords:topographical factors; karst slopes; erosion mechanism; geomorphic units

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)04-0001-07

中圖分類號(hào)：S157.1

收稿日期：2014-03-03修回日期：2014-06-07

資助項(xiàng)目：國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃重大課題“喀斯特高原峽谷石漠化綜合治理技術(shù)與示范”(2011BAC09B01)； 貴州師范大學(xué)博士基金項(xiàng)目； 貴州省科技廳社會(huì)發(fā)展攻關(guān)項(xiàng)目(黔科合SZ字[2004]3036號(hào))

第一作者：王恒松(1967—),男(侗族),貴州省黎平縣人,博士,教授,主要從事喀斯特地貌與洞穴、石漠化生態(tài)治理、水土保持及資源開發(fā)與全球變化研究。E-mail:wanghengsong796@163.com。

試驗(yàn)研究