王 蕙， 盧德寶， 黃冬菁， 山成菊

(浙江水利水電學(xué)院 水利與環(huán)境工程學(xué)院， 310018，杭州)

我國(guó)南方紅壤丘陵區(qū)是僅次于黃土高原的嚴(yán)重水土流失區(qū)域，國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者對(duì)紅壤丘陵區(qū)土地退化、水土流失規(guī)律、水土流失動(dòng)態(tài)演變趨勢(shì)、水土流失綜合治理技術(shù)以及不同治理措施的水土保持效應(yīng)等方面都進(jìn)行了深入的研究[1-5]；但由于研究方法的不同與技術(shù)手段的欠缺，導(dǎo)致目前對(duì)坡面尺度上非均質(zhì)土壤的認(rèn)識(shí)及其水土流失過程了解不足[6]，有關(guān)降雨對(duì)紅壤區(qū)含礫石土壤產(chǎn)流產(chǎn)沙機(jī)制影響的研究更是鮮有報(bào)道。

土壤中礫石的存在形式分為2種，一種是覆蓋于土壤表層的礫石或部分嵌入于土壤的礫石，另一種是埋藏于土壤下層被完全包裹的礫石[7]。土壤表面礫石覆蓋，不僅對(duì)土壤含水量和蒸發(fā)產(chǎn)生影響，而且礫石覆蓋使土壤免受雨滴的濺蝕，防止土壤表面結(jié)皮，從而增加入滲；因此礫石的存在不但會(huì)改變土壤的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，還會(huì)影響土壤容重、孔隙度、導(dǎo)水率及土壤入滲等土壤物理特性和水力學(xué)特性[8-11]，并進(jìn)一步改變坡面產(chǎn)流和水土流失過程[12-13]，即土壤中礫石的存在將對(duì)整個(gè)水文循環(huán)產(chǎn)生影響?，F(xiàn)有的研究主要集中在礫石覆蓋與坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙關(guān)系等方面[12,14-15]，而降雨強(qiáng)度和坡度對(duì)不同礫石存在形式土壤侵蝕的影響研究較少。

降雨是產(chǎn)生徑流和土壤侵蝕的先決條件，也是引發(fā)坡面侵蝕的主要推動(dòng)力[16]。本研究利用室內(nèi)人工模擬降雨，結(jié)合浙江省曹娥江流域上游地區(qū)(省級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū))降雨、坡地特點(diǎn)，研究不同礫石含量及存在方式下，不同降雨強(qiáng)度和坡度對(duì)紅壤坡面侵蝕過程的影響，探討不同降雨強(qiáng)度和坡度組合條件下坡面降雨產(chǎn)流時(shí)間、產(chǎn)流強(qiáng)度、產(chǎn)流過程、徑流總量等特征，弄清無礫石、礫石覆蓋和礫石嵌套方式下，降雨強(qiáng)度和坡度對(duì)紅壤坡面侵蝕的影響。本研究將為非均質(zhì)土壤坡面水土過程研究、土壤侵蝕預(yù)報(bào)、坡面水文模型應(yīng)用等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)土壤采自曹娥江上游典型含礫石紅壤坡面的表層0～20 cm，風(fēng)干后過6 mm篩，除去礫石、根系等雜物。試驗(yàn)礫石采自野外，坡面礫石含量設(shè)為0%(空白)和5%(分為覆蓋和嵌套2種形式)，粒徑為6～10 mm、10～20 mm和20～25 mm，按3∶5∶2配比。根據(jù)研究區(qū)近10年的降雨資料，本次試驗(yàn)降雨強(qiáng)度設(shè)為60 mm/h和120 mm/h來模擬小、大2種降雨條件。根據(jù)已有研究中產(chǎn)流產(chǎn)沙量突變的臨界坡度大致在25°[2]的研究結(jié)果，試驗(yàn)坡度設(shè)為10°、15°、20°和25°。每個(gè)試驗(yàn)處理重復(fù)2次，共模擬降雨24場(chǎng)次。

1.2 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)采用下噴式自動(dòng)模擬降雨系統(tǒng)，降雨高度6 m，供水壓力0.08 MPa。試驗(yàn)土槽為移動(dòng)式可變坡度鋼槽，規(guī)格為長(zhǎng)×寬×深(1.5 m×0.5 m×0.35 m)。

試驗(yàn)槽底部均勻鋪10 cm石英砂，以保證模擬試驗(yàn)過程中的降雨入滲條件與實(shí)際情況比較吻合。砂層之上填裝供試土壤，表層15 cm為土或土石混合物。為保證試驗(yàn)土層容重均勻，填土采用5 cm一層，邊填充邊壓實(shí)的方法，密度控制在1.5 g/cm3，層與層之間打毛以防止在降雨過程中發(fā)生整體滑坡。表層為5%覆蓋礫石處理時(shí)，將供試礫石均勻置于土壤之上；表層為5%嵌套礫石處理時(shí)，分為3個(gè)5 cm層將土壤與礫石充分混合后拍打壓實(shí)。正式降雨之前，采用30 mm/h的降雨強(qiáng)度進(jìn)行前期降雨，降雨至坡面產(chǎn)流為止。24 h后進(jìn)行正式試驗(yàn)，以確保每次試驗(yàn)時(shí)的土壤含水量和水分分布狀況較為一致。

每次試驗(yàn)前進(jìn)行降雨強(qiáng)度的率定，降雨均勻度大于85%后開始正式試驗(yàn)，降雨時(shí)間為降雨開始至產(chǎn)流開始后60 min。坡面產(chǎn)流開始后，前10 min每次采樣間隔1 min，10 min后每次采樣間隔5 min。降雨結(jié)束后，用量筒測(cè)徑流樣的體積，用烘干法處理泥沙樣品。徑流率為單位時(shí)間內(nèi)徑流泥沙樣中徑流的體積(mL/s)，徑流量為時(shí)段徑流體積之和(mL)，產(chǎn)沙強(qiáng)度為單位時(shí)間內(nèi)徑流泥沙樣中的干泥沙質(zhì)量(g/min)，產(chǎn)沙量為時(shí)段干泥沙質(zhì)量之和(g)。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)流時(shí)間比較

由于土地利用、地形條件、植被覆蓋等的影響，土壤坡面產(chǎn)流發(fā)生時(shí)間差異很大，弄清降雨過程中產(chǎn)流開始時(shí)刻，對(duì)坡面產(chǎn)流及侵蝕的計(jì)算十分重要[17]。從表1可知，降雨強(qiáng)度一定時(shí)，無礫石、覆蓋礫石及嵌套礫石各坡面產(chǎn)流時(shí)間隨坡度增加而提前；坡度一定時(shí)，各坡面的產(chǎn)流時(shí)間隨降雨強(qiáng)度的增加而提前。坡度10°的覆蓋5%礫石坡面，降雨強(qiáng)度120 mm/h時(shí)的產(chǎn)流時(shí)間較降雨強(qiáng)度60 mm/h時(shí)提前最多，提前3.35 min。

相同降雨強(qiáng)度和坡度時(shí)，無礫石紅壤坡面的產(chǎn)流時(shí)間均早于含有礫石的紅壤坡面，且2種含有礫石坡面的產(chǎn)流時(shí)間接近。降雨強(qiáng)度為60 mm/h時(shí)，坡度為10°、15°、20°和25°時(shí)，覆蓋5%礫石較嵌套5%礫石坡面產(chǎn)流時(shí)間分別延長(zhǎng)1.12 min、0.35 min、0.14 min和0.15 min。說明礫石能夠延長(zhǎng)地表徑流產(chǎn)生的時(shí)間，首先，礫石覆蓋能夠增大地表粗糙度，從而延長(zhǎng)地表填洼時(shí)間，進(jìn)而延長(zhǎng)坡面產(chǎn)流時(shí)間；其次，置于地表之上的礫石可以保護(hù)位于其下的土壤，并促使水分能夠繼續(xù)入滲，且隨著礫石蓋度的增大土壤入滲量隨之增加[12]。

表1 不同礫石存在形式紅壤坡面產(chǎn)流時(shí)間

2.2 產(chǎn)流過程比較

2.2.1 無礫石紅壤坡面 降雨過程的地表徑流過程主要由降雨強(qiáng)度、坡面坡度共同決定[18]。由圖1可以看出：坡度一定時(shí)，無礫石紅壤坡面徑流率隨降雨強(qiáng)度增大而增大，坡面產(chǎn)流量也隨之增大。無礫石坡面當(dāng)降雨強(qiáng)度為60 mm/h時(shí)，在坡度10°、15°、20°、25°的徑流率隨降雨時(shí)間變化呈增長(zhǎng)趨勢(shì)；降雨強(qiáng)度120 mm/h、坡度20°時(shí)，徑流率隨降雨時(shí)間亦呈增加趨勢(shì)，但10°、15°和25°時(shí)徑流率隨著時(shí)間的增長(zhǎng)呈波動(dòng)性變化。降雨強(qiáng)度60 mm/h時(shí)，無礫石坡面的前10 min徑流量、后50 min徑流量、平均徑流量和徑流總量隨坡度增加均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)；降雨強(qiáng)度120 mm/h與60 mm/h有相似趨勢(shì)，但上述4個(gè)指標(biāo)并不是隨著坡度增大而持續(xù)增大，20°時(shí)各指標(biāo)值低于15°和25°。

圖1 無礫石紅壤坡面侵蝕產(chǎn)流過程Fig.1 Runoff process on no gravel red soil slope

2.2.2 覆蓋5%礫石紅壤坡面 由圖2可知：降雨強(qiáng)度60 mm/h、坡度為20°時(shí)，覆蓋5%礫石坡面在30 min時(shí)徑流率增加明顯，之后降低并趨于平穩(wěn)；坡度為10°、15°和20°時(shí)，徑流率在35 min時(shí)升高明顯，之后降低并趨于平穩(wěn)。降雨強(qiáng)度120 mm/h，坡度25°時(shí)，覆蓋5%礫石紅壤坡面的徑流率隨降雨時(shí)間呈波動(dòng)變化，在23.3～27.0 mL/s之間；坡度為10°、15°和20°時(shí)，徑流率分別在30 min和35 min時(shí)增長(zhǎng)明顯，之后3個(gè)坡度的徑流率相近，在19.5～20.8 mL/s之間。2種降雨強(qiáng)度下前10 min徑流量、后50 min徑流量、徑流總量和平均徑流量的最小值均出現(xiàn)在20°。

圖2 覆蓋5%礫石紅壤坡面侵蝕產(chǎn)流過程Fig.2 Runoff process on 5% gravel-mulching red soil slope

圖3 嵌套5%礫石紅壤坡面侵蝕產(chǎn)流過程Fig.3 Runoff process on 5% gravel-embedded red soil slope

2.2.3 嵌套5%礫石紅壤坡面 降雨強(qiáng)度60 mm/h時(shí)，嵌套5%礫石紅壤坡面4個(gè)坡度的徑流率均隨降雨時(shí)間呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，且坡度越大徑流率越大。坡度10°時(shí)，2個(gè)降雨強(qiáng)度間徑流率差異較??；隨著坡度的增加，2個(gè)降雨強(qiáng)度間徑流率差異逐漸增大(圖3)。這說明坡度對(duì)侵蝕產(chǎn)流的影響會(huì)隨降雨強(qiáng)度的增加而增強(qiáng)[17]。降雨強(qiáng)度120 mm/h時(shí)，坡度10°嵌套5%礫石紅壤坡面的徑流率在前20 min趨于平穩(wěn)，20 min后表現(xiàn)為先增加后降低；15°、20°和25°時(shí)，徑流率呈波動(dòng)變化，3個(gè)坡度徑流率相近，在17.4～24.4 mL/s之間。15°與10°坡面比較，前10 min徑流量、后50 min徑流量、徑流總量、平均徑流量分別增加316.0%、189.2%、204.3%和240.3%；15°、20°和25°之間，上述4個(gè)指標(biāo)增加不顯著。

圖4 不同礫石存在形式紅壤坡面侵蝕徑流總量Fig.4 Total amount of runoff on the slope of red soil in different gravel existence forms

2.2.4 不同礫石存在形式坡面比較 礫石的存在形式會(huì)對(duì)降雨入滲等過程產(chǎn)生影響[19]，因而土壤中礫石的有無、在土壤中的位置等使坡面產(chǎn)流過程不盡相同。降雨強(qiáng)度為60 mm/h時(shí)，無礫石和嵌套5%礫石在各坡度的徑流率差異均較大，但前10 min徑流量、后50 min徑流量、徑流總量和平均徑流量均隨著坡度增加而增加；覆蓋5%礫石在20°時(shí)出現(xiàn)低值。降雨強(qiáng)度為120 mm/h時(shí)，無礫石和覆蓋5%礫石坡面在4個(gè)坡度的徑流率隨時(shí)間的變化過程，及前10 min徑流量、后50 min徑流量、徑流總量和平均徑流量的變化趨勢(shì)均相似，且均在坡度20°時(shí)出現(xiàn)低值；嵌套5%礫石的前10 min徑流量、后50 min徑流量、徑流總量和平均徑流量從10°到15°變化顯著，之后隨坡度增加變化趨勢(shì)平緩。

2.3 徑流總量比較

由圖4可知：降雨強(qiáng)度60 mm/h、坡度為20°時(shí)，1 h徑流總量表現(xiàn)為覆蓋5%礫石>無礫石>嵌套5%礫石；坡度為10°、15°和25°時(shí)，無礫石>覆蓋5%礫石>嵌套5%礫石。降雨強(qiáng)度為120 mm/h時(shí)，坡度為10°和25°時(shí)，1 h徑流總量表現(xiàn)為無礫石>覆蓋5%礫石>嵌套5%礫石；坡度為15°和20°時(shí)，徑流總量表現(xiàn)為覆蓋5%礫石>無礫石>嵌套5%礫石。土壤中的礫石可以在一定程度上削減坡面侵蝕徑流量，尤其是嵌套礫石土壤的形式表現(xiàn)最明顯。

2.4 產(chǎn)沙強(qiáng)度比較

2.4.1 無礫石紅壤坡面 由圖5可知：無礫石紅壤坡面在降雨強(qiáng)度為60 mm/h時(shí)，產(chǎn)沙強(qiáng)度在各坡度均呈波動(dòng)變化，且在35 min之后波動(dòng)性減小，10°、15°、20°、25°產(chǎn)沙強(qiáng)度分別在3.0～11.7 g/min、7.4～15.5 g/min、7.1～15.6 g/min和5.5～16.7 g/min之間。降雨強(qiáng)度120 mm/h、坡度為10°和15°時(shí)，產(chǎn)沙強(qiáng)度在10 min內(nèi)變化平坦；20°時(shí)前10 min的產(chǎn)沙強(qiáng)度波動(dòng)性較大，之后呈波動(dòng)降低；當(dāng)坡度為25°時(shí)，產(chǎn)沙強(qiáng)度的波動(dòng)性變化最大，分別在6 min和25 min時(shí)出現(xiàn)峰值。試驗(yàn)中觀察到2種降雨強(qiáng)度下的20°和25°坡面均出現(xiàn)幾個(gè)下切溝頭并快速溯源前進(jìn)，產(chǎn)沙強(qiáng)度急速增加且波動(dòng)劇烈并出現(xiàn)數(shù)個(gè)峰谷值。

圖5 無礫石紅壤坡面侵蝕產(chǎn)沙強(qiáng)度Fig.5 Sediment yield intensity on no gravel red soil slope

2.4.2 覆蓋5%礫石坡面 由圖6可知：覆蓋5%礫石坡面在降雨強(qiáng)度為120 mm/h時(shí)，坡度為15°時(shí)，產(chǎn)沙強(qiáng)度的在20 min和30 min時(shí)較大，在35 min后，波動(dòng)性減小；坡度為10°、20°和25°時(shí)產(chǎn)沙強(qiáng)度的波動(dòng)性均較小，說明覆蓋礫石坡面產(chǎn)沙強(qiáng)度在降雨的沖刷下也表現(xiàn)為逐漸增強(qiáng)且具有不穩(wěn)定性[20]。覆蓋5%礫石坡面各坡度降雨強(qiáng)度60 mm/h時(shí)，產(chǎn)沙強(qiáng)度均表現(xiàn)為小于降雨強(qiáng)度120 mm/h的，在前5 min，4個(gè)坡度的產(chǎn)沙強(qiáng)度的整體變化趨勢(shì)相似，均在第3 min時(shí)增加幅度變大。坡度為20°和25°的產(chǎn)沙強(qiáng)度在15 min之后呈現(xiàn)出先增大后逐漸減小的趨勢(shì)；坡度為15°時(shí)的產(chǎn)沙強(qiáng)度在5 min之后的變化波動(dòng)性較小，在1.4～2.1 g/min之間。

圖6 覆蓋5%礫石紅壤坡面侵蝕產(chǎn)沙強(qiáng)度Fig.6 Sediment yield intensity on 5% gravel-mulching red soil slope

2.4.3 嵌套5%礫石坡面 由圖7可知，嵌套5%礫石在降雨強(qiáng)度為120 mm/h情況下，10°、15°、20°和25°產(chǎn)沙強(qiáng)度分別在2.1～6.3 g/min、6.0～12.8 g/min、8.6～14.0 g/min和9.4～16.6 g/min之間；坡度為25°時(shí)，產(chǎn)沙強(qiáng)度整體大于其他3個(gè)坡度的產(chǎn)沙強(qiáng)度，峰值出現(xiàn)在第9 min。降雨強(qiáng)度60 mm/h時(shí)，各坡度的產(chǎn)沙強(qiáng)度均小于降雨強(qiáng)度120 mm/h。降雨強(qiáng)度60 mm/h時(shí)，坡度為10°、15°和20°時(shí)產(chǎn)沙強(qiáng)度的變化均呈現(xiàn)微弱波動(dòng)性變化，其產(chǎn)沙強(qiáng)度分別在0.1～0.8 g/min、0.8～1.7 g/min和1.4～2.1 g/min之間；坡度25°時(shí)產(chǎn)沙強(qiáng)度的變化幅度較大，其峰值出現(xiàn)在第20 min，其值為4.7 g/min。

圖7 嵌套5%紅壤坡面侵蝕產(chǎn)沙強(qiáng)度Fig.7 Sediment yield intensity on 5% gravel-embedded red soil slope

2.5 次降雨產(chǎn)沙量比較

產(chǎn)沙量是評(píng)價(jià)土壤侵蝕過程的重要指標(biāo)。降雨強(qiáng)度為60 mm/h時(shí)，除25°外，其他坡度的次降雨產(chǎn)沙量均表現(xiàn)為無礫石>覆蓋5%礫石>嵌套5%礫石。無礫石和覆蓋礫石坡面在坡度為15°、20°和25°的產(chǎn)沙量相近，變異系數(shù)分別為3.1%和11.3%；嵌套5%礫石紅壤坡面次降雨產(chǎn)沙量在坡度為15°、20°和25°的產(chǎn)沙量差異較大，變異系數(shù)為46.6%。降雨強(qiáng)度為120 mm/h時(shí)，各坡度的產(chǎn)沙量均表現(xiàn)為無礫石>嵌套5%礫石>覆蓋5%礫石；坡度25°的無礫石紅壤坡面次降雨產(chǎn)沙量最高，為3 172 g(表2)。無礫石、覆蓋5%礫石和嵌套5%礫石紅壤坡面在相同坡度時(shí)，次降雨產(chǎn)沙量均表現(xiàn)為降雨強(qiáng)度120 mm/h>60 mm/h，增加1.3～13.0倍，其中嵌套5%礫石10°坡面隨降雨強(qiáng)度增加次降雨產(chǎn)沙量增加13.0倍。這說明在相同坡度下，降雨強(qiáng)度對(duì)含礫石土壤的侵蝕同樣具有重要的影響，并控制坡面侵蝕產(chǎn)沙量。

表2 不同礫石存在形式紅壤坡面次降雨產(chǎn)沙量

3 結(jié)論與討論

3.1 不同礫石存在形式紅壤坡面對(duì)土壤侵蝕產(chǎn)流的影響

降雨強(qiáng)度是土壤侵蝕的主要?jiǎng)恿Γ露仁怯绊懫旅媲治g產(chǎn)流產(chǎn)沙的主要地形因素，二者均影響坡面產(chǎn)流時(shí)間[21-22]。有研究表明：降雨強(qiáng)度越大，雨滴中值粒徑也越大，擊濺能力越強(qiáng)，從而增加坡面徑流的紊動(dòng)性[23]；雨滴擊濺促進(jìn)土壤顆粒分離、徑流沖刷和運(yùn)轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致土壤流失[24]；若消除雨滴擊濺動(dòng)能后，土壤侵蝕量將會(huì)減少20～60倍，甚至90倍[25]。降雨強(qiáng)度越大，相同坡度的土壤坡面在單位面積單位時(shí)間所接受的雨量也增大，產(chǎn)流所需的時(shí)間隨著降雨強(qiáng)度的增加必然縮短[17]，而礫石覆蓋可以保護(hù)土壤免受雨滴濺蝕，減少表土結(jié)皮，增強(qiáng)表土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[14]。本研究表明：無礫石、覆蓋5%礫石和嵌套5%礫石紅壤坡面在相同坡度時(shí)，隨著降雨強(qiáng)度的增加產(chǎn)流時(shí)間提前；降雨強(qiáng)度增加后，雨滴對(duì)坡面的打擊和沖刷力也隨之增加，且降雨強(qiáng)度的增加也會(huì)掩蓋坡度對(duì)產(chǎn)流時(shí)間的影響；降雨強(qiáng)度為60 mm/h時(shí)，10°、15°、20°和25° 4個(gè)坡度，覆蓋5%礫石較嵌套5%礫石坡面產(chǎn)流時(shí)間分別延長(zhǎng)1.12 min、0.35 min、0.14 min和0.15 min。

徑流率隨坡度的變化是一個(gè)復(fù)雜的過程，在降雨強(qiáng)度一定的條件下，地表徑流率的大小主要由坡面土壤入滲特性和承雨量來決定[26]。本研究表明：降雨強(qiáng)度為120 mm/h時(shí)，無礫石和覆蓋5%礫石在4個(gè)坡度的徑流率隨時(shí)間變化過程較接近，而嵌套5%礫石坡面在坡度為10°時(shí)徑流率遠(yuǎn)低于其他坡度的；在降雨強(qiáng)度為60 mm/h時(shí)，無礫石、嵌套5%礫石和覆蓋5%礫石坡面在不同坡度時(shí)的徑流率差異較大。

本研究還表明，徑流總量隨降雨強(qiáng)度的增加而增加，這與張會(huì)茹等[17]的研究結(jié)果一致。降雨強(qiáng)度為60 mm/h時(shí)，除坡度20°外，10°、15°和25°時(shí)，徑流總量均表現(xiàn)為無礫石>覆蓋5%礫石>嵌套5%礫石。降雨強(qiáng)度為120 mm/h時(shí)，坡度為10°和25°時(shí)，徑流總量表現(xiàn)同上。覆蓋5%礫石坡面在降雨強(qiáng)度120 mm/h和60 mm/h時(shí)，前10 min徑流量、后50 min徑流量、徑流總量和平均徑流量的最小值均出現(xiàn)在20°。總體而言，降雨強(qiáng)度較小時(shí)礫石存在(嵌套或覆蓋)對(duì)坡面徑流量削減的效果更顯著，隨著降雨強(qiáng)度的增大，降雨強(qiáng)度對(duì)坡面產(chǎn)流的影響程度強(qiáng)于坡度和礫石的影響。原因可能是坡面礫石的存在增加土壤空隙及入滲[7]，嵌套礫石又較覆蓋礫石坡面土壤孔隙多，但當(dāng)降雨強(qiáng)度增加后礫石的減流效應(yīng)也被相應(yīng)削弱。

3.2 不同礫石存在形式紅壤坡面對(duì)土壤侵蝕產(chǎn)沙的影響

侵蝕產(chǎn)沙過程是坡面侵蝕過程研究的主要內(nèi)容，是研究坡地發(fā)育的基礎(chǔ)[27]。礫石覆蓋與細(xì)溝間侵蝕關(guān)系復(fù)雜，受到表土結(jié)構(gòu)、礫石位置和大小以及坡度等因素的影響[14]。相關(guān)研究表明：在同一降雨強(qiáng)度下隨坡度增加侵蝕產(chǎn)沙強(qiáng)度增大，且這種坡度對(duì)侵蝕產(chǎn)沙的影響程度隨降雨強(qiáng)度的不同有明顯差異[28]；侵蝕產(chǎn)沙量在25°附近均存在一個(gè)侵蝕量的臨界坡度[29]；坡度對(duì)坡面產(chǎn)流與產(chǎn)沙過程的貢獻(xiàn)率不同，其中坡度對(duì)坡面徑流量貢獻(xiàn)率在60%以上，坡度對(duì)產(chǎn)沙量的貢獻(xiàn)率在30%左右[30]；當(dāng)?shù)[石置于表土之上或嵌入具有結(jié)構(gòu)孔隙表土?xí)r，礫石與細(xì)溝間侵蝕呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[14]。本研究表明：不同降雨強(qiáng)度時(shí)不同礫石存在形式的各坡面，產(chǎn)沙強(qiáng)度整體上隨著降雨的持續(xù)呈波動(dòng)性減小的趨勢(shì)，最后趨于平穩(wěn)；不同礫石存在形式紅壤坡面在降雨強(qiáng)度60 mm/h和120 mm/h時(shí)，產(chǎn)沙強(qiáng)度均表現(xiàn)為25°明顯大于10°、15°和20°；相同條件下次降雨產(chǎn)沙量均隨著坡度的增加呈增加的趨勢(shì)，且隨降雨強(qiáng)度增大而增大。這是因?yàn)榻涤暧甑蔚膿魹R作用使坡面上產(chǎn)生分散的土粒，坡面形成的薄層水流將這些土粒搬運(yùn)至鋼槽出口，由此形成了坡面產(chǎn)沙的高峰；隨降雨的持續(xù)進(jìn)行，雨滴的打擊作用可使土壤表面形成較致密的臨時(shí)結(jié)皮層，使土壤抗蝕力相應(yīng)增強(qiáng)，又因薄層水流的存在，雨滴擊濺坡面的機(jī)會(huì)減少，坡面產(chǎn)沙量逐漸下降并趨于穩(wěn)定[28]。

Poesen[31]研究發(fā)現(xiàn)礫石在細(xì)砂土中的位置對(duì)于地表結(jié)皮強(qiáng)度有明顯影響，礫石覆蓋地面時(shí)的土壤結(jié)皮強(qiáng)度比礫石嵌套于土壤中時(shí)弱。本研究表明：不同礫石存在形式紅壤坡面由于降雨強(qiáng)度不同，次降雨產(chǎn)沙量規(guī)律表現(xiàn)不同；降雨強(qiáng)度60 mm/h時(shí)，除25°外，各坡度的產(chǎn)沙量表現(xiàn)為無礫石>覆蓋5%礫石>嵌套5%礫石，降雨強(qiáng)度120 mm/h時(shí)則為無礫石>嵌套5%礫石>覆蓋5%礫石。原因可能是：在較小降雨侵蝕力作用下，嵌套于坡面的礫石可以增加地表入滲，阻礙坡面侵蝕；而在較大降雨侵蝕力作用下，由于嵌套礫石坡面裸露土壤相對(duì)于覆蓋礫石坡面多，從而坡面侵蝕量較高，這也從另一方面說明礫石覆蓋在較大雨強(qiáng)時(shí)更能抑制表土細(xì)溝的形成、增加細(xì)溝糙度、降低細(xì)溝徑流速率[14]。本研究?jī)H探討了覆蓋5%和嵌套5%礫石紅壤坡面產(chǎn)流開始1小時(shí)后的侵蝕產(chǎn)流產(chǎn)沙特征，鑒于此，今后還需在降雨時(shí)長(zhǎng)、礫石含量及入滲規(guī)律等方面進(jìn)行深入研究。