劉松波,孫莉英,和繼軍*,田 磊,蔡強國,王銘薇

(1 首都師范大學(xué) 城市環(huán)境過程和數(shù)字模擬國家重點試驗室培育基地 水資源安全北京實驗室 北京 100048;2 中國科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101;3 中國科學(xué)院大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院,北京 100190)

黃土高原是我國典型的生態(tài)脆弱區(qū),在歷史時期長期經(jīng)歷高強度的人類活動,加之特殊的地質(zhì)地貌及降雨條件,使其成為我國土壤侵蝕最嚴(yán)重的地區(qū),其中大量的坡耕地是其主要水土流失策源地。如對2017年無定河流域7·26暴雨后坡面侵蝕的調(diào)查結(jié)果顯示,細(xì)溝侵蝕是坡耕地的主要侵蝕方式,且主要發(fā)生在10°以上的坡面上,撂荒坡耕地細(xì)溝侵蝕強度僅為裸露坡耕地的12%,而草地沒有出現(xiàn)細(xì)溝侵蝕[1-2]。2000年以來,隨著黃土高原一系列重大生態(tài)治理工程的實施,黃土高原坡耕地占比不斷下降[3],這部分退出的坡耕地主要轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾筒莸?致使植被覆蓋率顯著增加,由2000年的27.4%增長至2019年的57.5%,其中7°～25°坡面植被覆蓋率最高,改善程度也最大,有效降低了黃土高原坡面的土壤侵蝕強度[4-6]。盡管如此,該區(qū)域仍然保留有大量的坡耕地,使其成為該區(qū)域雨季水土流失的主要策源地。

新時期以來,隨著生態(tài)文明建設(shè)在黃土高原持續(xù)開展,生態(tài)和生態(tài)效應(yīng)持續(xù)好轉(zhuǎn),農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移,經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和生活方式也發(fā)生很大變化,農(nóng)業(yè)收入在家庭收入結(jié)構(gòu)中的比重顯著降低。2000—2015年退耕區(qū)農(nóng)村家庭農(nóng)業(yè)收入占比從44.25%下降到21.32%,收入結(jié)構(gòu)好轉(zhuǎn),使得黃土高原在耕坡耕地面積持續(xù)快速減少,其中退出的坡耕地主要集中在8°～25°區(qū)域,在耕的耕地主要集中在≤2°、2°～6°的坡面上[7-9]。當(dāng)前黃土高原絕大部分區(qū)域在人類活動方式、強度發(fā)生改變以及自然環(huán)境不斷好轉(zhuǎn)的雙重影響下,侵蝕環(huán)境和侵蝕條件均發(fā)生了重大變化。如區(qū)域內(nèi)大坡度坡面林草植被覆蓋率顯著提高,土壤侵蝕得到有效抑制;在耕坡耕地不斷向極緩坡(本研究把≤5°的坡面定義為極緩坡)集中,使其成為未來黃土高原坡面侵蝕新的關(guān)鍵組成部分[10]。目前關(guān)于極緩坡關(guān)注度不夠,相關(guān)研究不多,因此亟須探明極緩坡條件下土壤侵蝕發(fā)生的特點、規(guī)律,為土壤保護及土壤侵蝕防治提供理論支撐。

土壤性質(zhì)對侵蝕有重要影響。土壤顆粒越細(xì),其黏聚力越強,易被搬運而不易被剝蝕;土壤顆粒越粗,越易被剝蝕而不易被搬運,如粉壤或壤土等中等質(zhì)地的土壤易被剝蝕和搬運,更易被侵蝕[11]。黏粒含量低的土壤,容易發(fā)生細(xì)溝邊壁坍塌,從而引起水沙過程發(fā)生顯著變化[12]。已有的相關(guān)研究因試驗條件、土壤性質(zhì)不同,研究結(jié)果也存在較大差異[13-14],對于土壤質(zhì)地在坡面侵蝕中的作用需要深入研究。

徑流的水動力作用是土壤侵蝕的源動力,在土壤侵蝕機理研究中,水力學(xué)參數(shù)的選取是關(guān)鍵。國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對水力學(xué)參數(shù)做了大量研究,但對不同水力學(xué)參數(shù)的認(rèn)可度差異較大。Foster等[15]認(rèn)為侵蝕和徑流剪切力呈正比;Nearing等[16]的野外試驗證明水流功率能更好地描述土壤分離;肖海等[17]認(rèn)為侵蝕是單位水流功率的函數(shù);張光輝等[18]認(rèn)為水流功率比水流切應(yīng)力和單位水流功率更適合預(yù)報土壤侵蝕。因此,當(dāng)前仍需對不同侵蝕限制條件下土壤侵蝕過程水力學(xué)參數(shù)的適宜性做進一步的研究。此外,以前相關(guān)研究多集中在大坡度坡面(>5°),研究成果是否適用于更小的坡度,需要進一步明確,這樣才能更好地開展極緩坡土壤侵蝕的防治工作。

綜上所述,本研究采用室內(nèi)模擬降雨試驗,選取黃土高原不同典型侵蝕區(qū)兩種極緩坡耕地的表層土壤,對其片蝕過程進行研究,揭示其侵蝕特征和變化規(guī)律。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗土壤分別取自黃土丘陵溝壑區(qū)安塞水土保持綜合試驗站(安塞土)和綏德水土保持科學(xué)試驗站(綏德土)附近的坡耕地,這些坡耕地均位于河流階地上,坡度極緩,均不超過5°,一直處于在耕狀態(tài)。土壤的顆粒組成采用馬爾文激光粒度儀測定,安塞土和綏德土的黏粒(<0.002 mm)、粉粒(≥0.002～0.05 mm)和砂粒(≥0.05 mm)含量分別為8.73%和7.72%、55.22%和48.96%、36.06%和43.32%。與綏德土相比,安塞土的黏粒和粉粒含量稍高,按照國際土壤質(zhì)地分類均屬于砂壤土。同時對兩種土壤的容重(環(huán)刀法)和有機質(zhì)含量(重鉻酸鉀法)進行了測定,安塞土的容重和有機質(zhì)含量分別為1.22 g/cm3和7.67 g/kg,綏德土的容重和有機質(zhì)含量分別為1.26 g/cm3和5.86 g/kg。

本試驗在中國科學(xué)院水利部水土保持研究所土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室人工降雨大廳進行,降雨系統(tǒng)的工作方式為下噴式,降雨高度為18 m,有效降雨試驗區(qū)為27 m×18 m。關(guān)于降雨系統(tǒng)的雨滴特征、率定、空間分布及其他相關(guān)參數(shù)的詳細(xì)信息可參見文獻[19-21]。

1.2 試驗設(shè)計

兩種土壤自然風(fēng)干后過10 mm篩,以備試驗之用。試驗土槽選用5 m×1 m×0.5 m和10 m×1.5 m×0.5 m(長×寬×高)兩種規(guī)格,分別模擬5 m和10 m坡面極緩坡條件下的片蝕過程及特征。試驗土壤裝入土槽之前,先在土槽底部裝入10 cm厚的細(xì)沙,其上覆蓋透水細(xì)紗布,確保上部試驗土壤的透水情況與自然坡面相近;采用分層填土法進行填土,每次填土5 cm,共分6次填入30 cm厚的試驗土壤,兩種試驗土壤的容重控制在1.25 g/cm3左右,與采樣地耕地表層土壤容重基本相同。試驗時坡度采取2.5°和5°兩個坡度,設(shè)計降雨強度為90 mm/h,降雨歷時60 min。關(guān)于試驗雨強選取依據(jù)及試驗設(shè)計的詳細(xì)情況可見文獻[20]。

1.3 觀測和計算參數(shù)

所有數(shù)據(jù)均采集于片蝕階段。片蝕為淺而分散的坡面片狀薄層水流引起土粒比較均勻流失的過程,又稱片狀侵蝕或?qū)訝钋治g。在本研究中片蝕過程確定為坡面出現(xiàn)明顯細(xì)溝(溝深≥1 cm)之前的整個侵蝕過程。

產(chǎn)流時間:坡面開始產(chǎn)流前的持續(xù)時間。

含沙量(C)、徑流率(q):降雨開始后,等坡面開始產(chǎn)流后在出水口采集徑流樣品。采樣間隔為1 min/次,泥沙采樣容器為1 000 mL,用烘干法測定含沙量,單位為g/L。坡面徑流率采用自制大量桶測量1 min內(nèi)的徑流體積,加上前面的泥沙樣值,即為1 min內(nèi)的徑流量,記為徑流率,單位為mL/min。

流速:待坡面水流穩(wěn)定后,用顏色示蹤法(KMnO4溶液)測量坡面徑流流速,流速測定區(qū)長度為0.5 m。5 m土槽的測速區(qū)范圍位于距坡頂距離4.5～4.0 m,10 m土槽的測速區(qū)范圍位于距坡頂距離9.5～9.0 m,徑流流速測定間隔與徑流率的采樣間隔保持一致,每次徑流采樣時間內(nèi)連續(xù)測量3次流速,并計算平均值,作為對應(yīng)時間內(nèi)相應(yīng)徑流的流速。

其他相關(guān)參數(shù)還包括徑流剪切力(τ)、徑流功率(ω)、雷諾數(shù)(Re)和弗勞德數(shù)(Fr)。具體計算方法[19-20]如下。

1)徑流剪切力:

τ=ρgRJ。

(1)

式中:τ為徑流剪切力(N/m2);ρ為水密度(kg/m3);g為重力加速度(g=9.8 m/s2);R為水力半徑,坡面流可以用徑流深(m)近似代替;J為水力坡度,可用坡度的正切值近似代替,即J=tanθ,θ為坡度(°)。

2)徑流功率:

ω=τv。

(2)

式中:ω為徑流功率[N/(m·s)];v為流速(m/s);τ為徑流剪切力(N/m2)。

3)雷諾數(shù):

Re=vR/η。

(3)

式中:Re為雷諾數(shù),是判別層流和紊流的定量準(zhǔn)則,表征水流慣性力與黏性力比值的無量綱參數(shù);v為流速(m/s);R為水力半徑,可用徑流深近似代替;η為水流的運動黏性系數(shù)(m2/s),是水流溫度的函數(shù)(可查水力學(xué)相關(guān)統(tǒng)計表格中的對應(yīng)數(shù)據(jù))。

4)弗勞德數(shù):

(4)

式中:Fr為弗勞德數(shù),是表征水流流態(tài)的無量綱水力參數(shù)之一,它是水流慣性力與重力的比值;h為徑流深(m)。

2 結(jié)果與分析

2.1 侵蝕及水動力學(xué)參數(shù)主要特征

表1對兩種土壤侵蝕過程中的主要侵蝕特征進行了統(tǒng)計分析。對于安塞土,坡度及坡長對坡面開始產(chǎn)流和穩(wěn)定徑流達到前的持續(xù)時間沒有明顯的規(guī)律性影響,這與前期對7.5°～15°坡面的研究結(jié)果不同,即10 m坡長的產(chǎn)流時間明顯長于5 m坡長[13]。這說明當(dāng)坡度極緩時,坡面徑流的橫向流動增強,加之徑流入滲率和微地形對徑流的影響增加,使得地形對產(chǎn)流時間的影響變得復(fù)雜。徑流增加階段的含沙量明顯高于徑流穩(wěn)定后的含沙量,這說明徑流增加階段和穩(wěn)定階段的侵蝕機制存在差異。地形對含沙量的影響明顯,在相同徑流階段,較大坡度和坡長情況下的含沙量更高。坡長較長時,坡面可搬運的松散物質(zhì)較多,同時其徑流率更大,能夠搬運更多的侵蝕物質(zhì);坡度較大時,徑流的流速和侵蝕力也較大(表2),同樣可以搬運或侵蝕更多的地表物質(zhì)。

對于綏德土,地形對徑流穩(wěn)定前階段的影響基本與安塞土相同,但產(chǎn)流更快,徑流穩(wěn)定前的持續(xù)時間更短,使得綏德土的徑流率明顯高于安塞土,也使得前者在徑流穩(wěn)定前和穩(wěn)定后的平均含沙量在絕大部分情況下明顯高于后者。這與前期對10 m坡長在10°～20°坡度范圍內(nèi)的研究結(jié)果不同,即片蝕時安塞土徑流率明顯小于綏德土,但含沙量明顯高于后者[14]。針對上述差異,在后續(xù)研究中需要進一步深入研究,以期闡明產(chǎn)生差異的原因。此外,與安塞土相比,綏德土在4場降雨中,有3場降雨發(fā)生了細(xì)溝侵蝕,與前期研究結(jié)果相同,即綏德土更易產(chǎn)生細(xì)溝[22]。原因可能在于綏德土產(chǎn)流快,徑流率大,同時其黏粒含量及有機質(zhì)含量較低,土壤的抗侵蝕能力相對較弱。試驗結(jié)果也表明,在相同情況下坡長較長或坡度較大時更易形成細(xì)溝,主要原因在于增加坡度和坡長可以增加徑流的沖刷能力和匯水面積,從而提高徑流總的侵蝕能力。

表2是對兩種土壤侵蝕過程中水動力學(xué)參數(shù)的統(tǒng)計情況。在相同條件下,綏德土的徑流剪切力、徑流功率和雷諾數(shù)均高于安塞土;徑流流速和弗勞德數(shù)低于安塞土。但前者比后者有更高徑流含沙量,這說明土壤侵蝕的強度不僅取決于水動力學(xué)參數(shù),同時也與土壤本身的抗侵蝕能力有關(guān)。相關(guān)研究表明,由于綏德土黏粒含量低,影響到土壤顆粒間的黏結(jié)性,使得其土壤穩(wěn)定性明顯低于安塞土[23],因此在徑流能量與土壤性質(zhì)的綜合作用下,綏德土含沙量較高。對于同一種土壤,上述水動力參數(shù)值與含沙量總體上具有一致的對應(yīng)關(guān)系,即徑流剪切力、徑流功率和雷諾數(shù)高時,含沙量也高,但徑流流速和弗勞德數(shù)會出現(xiàn)相反現(xiàn)象。綜合來看,上述5種水動力學(xué)參數(shù)在一定程度上均可以用以表征土壤侵蝕的強度,這與前人的研究結(jié)果一致[19]。

2.2 產(chǎn)流與產(chǎn)沙的響應(yīng)關(guān)系

徑流是土壤侵蝕發(fā)生的原動力,含沙量變化可以反映單位徑流率的侵蝕產(chǎn)沙能力;侵蝕產(chǎn)沙的多少不僅取決于徑流的能量,土壤的抗侵蝕能力也對其有重要影響。因此含沙量是徑流侵蝕能力與土壤抗侵蝕能力共同作用后的結(jié)果?？梢?通過徑流率與含沙量對應(yīng)變化可以反映土壤侵蝕發(fā)生時徑流侵蝕能力與土壤抗侵蝕能力的動態(tài)平衡關(guān)系。

對于安塞土(圖1a、1c),兩種坡度條件下,含沙量隨徑流率的變化規(guī)律稍有不同,主要體現(xiàn)在徑流率增加階段。對于2.5°坡度,5 m和10 m坡長上的含沙量隨徑流率增加可以分為兩個階段:第一階段,隨著徑流率的增加,含沙量不斷降低,當(dāng)達到最低值時,進入第二階段;在第二階段,隨著徑流增加,含沙量基本保持不變,或略有增加(10 m坡長,在后期出現(xiàn)大量跌坎,介于片蝕向細(xì)溝侵蝕過渡階段),但基本上具有維持穩(wěn)定含沙量的趨勢。對于5°坡度,兩個坡長條件下,含沙量隨徑流率增加或到達穩(wěn)定,呈先增加進而迅速降低,最后趨于穩(wěn)定或仍有持續(xù)降低的趨勢。

圖1 徑流率與含沙量的關(guān)系Fig.1 Relationship between sediment content and runoff

對于綏德土(圖1b、1d),兩種坡度條件下,坡長相同時,含沙量隨徑流率增加具有相同的變化趨勢。當(dāng)坡長為5 m時,含沙量隨徑流率增加呈快速下降趨勢,或當(dāng)徑流率趨于穩(wěn)定時,含沙量仍有降低趨勢(圖1b);當(dāng)坡長為10 m時,僅在徑流增加的初始階段,含沙量呈增加狀態(tài),但持續(xù)時間很短,其后含沙量隨徑流率的變化過程與5 m坡長相同。

總體來看,在相同條件下,綏德土與安塞土相比,當(dāng)徑流率趨于穩(wěn)定時,前者有較高的含沙量。兩種土壤在4種情況下,出現(xiàn)了含沙量隨徑流增加而增加的階段,但該階段出現(xiàn)在產(chǎn)流初期,存在時間短,一般僅能維持幾分鐘,且該階段徑流率相對較低,在整個侵蝕過程中占比也低,為了便于計算,在侵蝕產(chǎn)沙計算中該階段可以忽略[19]。鑒于以上分析,在片蝕階段,含沙量與徑流率的關(guān)系可分別用線性遞減函數(shù)(表3)和含沙量作為常數(shù)兩種形式進行表征,該試驗結(jié)果與前人得出的含沙量隨徑流率增加而增加的結(jié)論存在較大差異[24-25]。主要原因在于前人研究沒有明確區(qū)分片蝕和細(xì)溝侵蝕,試驗條件也均為較大坡度,這也表明極緩坡與較大坡度上的侵蝕規(guī)律可能存在較大差異。

表3 徑流率與含沙量的擬合關(guān)系Tab.3 The fitting relationship between runoff rate and sediment content

兩種土壤含沙量與徑流率的關(guān)系表明,對于極緩坡,在片蝕過程中,相對于土壤本身的抗侵蝕能力,徑流對土壤的剝蝕分離能力明顯不足。這是造成片蝕過程中徑流含沙量顯著降低的主要原因,也是片蝕階段侵蝕強度顯著低于其他類型侵蝕強度的主要原因。該結(jié)論也在7.5°～20°坡度范圍內(nèi)得到證實,即片蝕階段土壤侵蝕機制主要受徑流的剝蝕能力控制[19,26]。

2.3 產(chǎn)流與水動力學(xué)參數(shù)的響應(yīng)關(guān)系

水動力學(xué)參數(shù)是表征土壤侵蝕關(guān)系的關(guān)鍵性指標(biāo),它們主要與徑流率有關(guān)。對于安塞土(圖2),兩種坡度在相同坡長情況下,各水動力學(xué)參數(shù)隨徑流率的變化趨勢總體一致。徑流流速和弗勞德數(shù)(圖2a、2c)總體上隨徑流率增加有波動增加的趨勢,當(dāng)徑流率達到穩(wěn)定后,兩者均會在一個更大范圍內(nèi)波動;對于5 m坡長,徑流率達到穩(wěn)定后,其徑流流速波動范圍為0.1～0.3 m/s,弗勞德數(shù)為1～7,且兩者的值在不同坡度時差異性較小;對于10 m坡長也有類似現(xiàn)象。對于徑流剪切力(圖2b),當(dāng)坡長為5 m時,其隨徑流率增加有增加趨勢;當(dāng)坡長為10 m時,這種增加趨勢并不明顯,且離散程度更大。雷諾數(shù)和徑流功率隨徑流率呈線性遞增關(guān)系(圖2d、2e),相關(guān)系數(shù)均達到1(表4);且當(dāng)徑流率相同時,5 m坡長的雷諾數(shù)和徑流功率大于10 m坡長。可能的原因在于,當(dāng)徑流率相同時,5 m坡長比10 m坡長有更小的匯水面積,從而會形成相對較大的徑流深。坡長相同時,兩種坡度下雷諾數(shù)與徑流率的線性關(guān)系保持不變(圖2d和表4);徑流功率與徑流率的線性關(guān)系表現(xiàn)為5°坡度時斜率明顯大于2.5°坡度。這表明在表征土壤侵蝕關(guān)系時,徑流功率比雷諾數(shù)更加靈敏,從5°坡度時的含沙量明顯大于2.5°坡度的試驗結(jié)果也可給予證明(表1)。

表4 徑流功率、雷諾數(shù)與徑流率的擬合關(guān)系Tab.4 The fitting relationship between runoff power, Reynolds number and runoff rate

在相同試驗條件下,綏德土的5個水動力學(xué)參數(shù)隨徑流率的變化規(guī)律或關(guān)系與安塞土的情況基本一致(圖3)。綜合來看,對于不同土壤,坡度和坡長對雷諾數(shù)、徑流功率與徑流率線性關(guān)系的影響存在一定差異(圖2d、2e和圖3d、3e;表4)。

圖3 綏德土水動力學(xué)參數(shù)與徑流率的變化關(guān)系Fig.3 Relationship between hydrodynamic parameters and runoff in Suide soil

含沙量與徑流率的作用關(guān)系是土壤侵蝕過程最直觀的表征形式,因為它是徑流侵蝕能力與輸沙能力的綜合反映。而水動力學(xué)參數(shù)的變化主要與徑流率有關(guān),因此水動力學(xué)參數(shù)與徑流率的響應(yīng)關(guān)系反映了水動力學(xué)參數(shù)在表征土壤侵蝕時的適宜性[19]。試驗結(jié)果顯示(圖2、3),雷諾數(shù)和徑流功率與徑流率響應(yīng)關(guān)系最穩(wěn)定,呈線性遞增關(guān)系,它們在表征土壤侵蝕時適宜性最好;徑流流速和弗勞德數(shù)與徑流率的響應(yīng)關(guān)系相同,在絕大多數(shù)情況下與徑流率呈較明顯遞增關(guān)系,這兩個參數(shù)也可以較好地表征土壤侵蝕;徑流剪切力隨徑流率的變化離散程度最大,表征土壤侵蝕的效果較差,這與前期在較大坡度范圍內(nèi)的研究結(jié)果一致[19]。同時,由圖2、3可知,兩種土壤總體上2.5°坡度比5°坡度有相對較大的水動力學(xué)參數(shù),但是前者的含沙量卻明顯低于后者(表1),這說明土壤侵蝕不僅取決于徑流能量的大小,土壤穩(wěn)定性也會起重要作用。當(dāng)坡度變得極緩時表層土壤的穩(wěn)定性會顯著提高,進而土壤的抗侵蝕能力增加,由于2.5°坡度相對較大的徑流能量不足以抵消其坡度變小增加的土壤穩(wěn)定性,從而使得其含沙量低于5°坡度,這也可能是極緩坡與較大坡度相比,片蝕特征存在差異的重要原因之一,也是未來極緩坡土壤保護措施實施時需要重點關(guān)注的方面。

從兩種土壤含沙量隨徑流率的變化關(guān)系可以進一步證明以上分析的合理性(圖1),即隨著徑流率增加直到穩(wěn)定,含沙量呈急劇下降趨勢,說明在片蝕階段,土壤的穩(wěn)定性起決定性作用。對于極小坡度時,這種作用會更加明顯,即其形成的抗侵蝕能力遠(yuǎn)高于隨徑流增加而增加的侵蝕能力。早期含沙量較大,是由于此時徑流攜帶的泥沙主要來源于坡面表層已經(jīng)形成的松散物質(zhì),隨著這些松散物質(zhì)搬運殆盡,徑流中的泥沙主要由徑流對表層土壤的剝離作用提供,這時徑流的剝離作用所獲得的泥沙不能滿足徑流增加所獲得的新的輸沙能力,使得含沙量開始降低,該現(xiàn)象正是片蝕階段的侵蝕環(huán)境主要受徑流剝蝕能力控制的表現(xiàn)形式,這也是片蝕造成的侵蝕強度遠(yuǎn)小于其他水力侵蝕類型的主要原因[26]。

3 結(jié)論

在相同條件下,兩種土壤徑流穩(wěn)定前的含沙量明顯高于徑流穩(wěn)定后的含沙量,10 m坡長的含沙量高于5 m坡長,5°坡度的含沙量高于2.5°坡度,水動力學(xué)參數(shù)值高時,含沙量高,但這種關(guān)系在徑流穩(wěn)定前的階段波動較大,會出現(xiàn)相反情況。相對于安塞土,綏德土產(chǎn)流快,徑流率高,易發(fā)育細(xì)溝,達到穩(wěn)定徑流的持續(xù)時間短,同時含沙量和徑流剪切力、徑流功率和雷諾數(shù)的值也較高。

在試驗絕大部分時間段內(nèi),安塞土和綏德土的含沙量隨著徑流率增加呈線性降低趨勢,然后趨于穩(wěn)定(安塞土),當(dāng)徑流即將達到穩(wěn)定或穩(wěn)定后含沙量趨于穩(wěn)定(綏德土);在相同條件下,綏德土含沙量隨徑流率增加而降低的速率,以及最終達到穩(wěn)定含沙量的值均大于安塞土。綜合來看,可以用線性遞減函數(shù)和含沙量作為常量表征土壤侵蝕過程。

兩種土壤在侵蝕過程中,徑流流速和弗勞德數(shù)隨著徑流率的增加呈較為明顯的波動增加趨勢,當(dāng)徑流趨于穩(wěn)定后會在一個較大范圍內(nèi)波動,它們在表征土壤侵蝕過程時可以作為等價參數(shù)進行處理。徑流剪切力隨徑流率變化的離散程度最大,在5 m坡長時表現(xiàn)有一定的增加趨勢,但是在10 m坡長時該趨勢不明顯。雷諾數(shù)和徑流功率與徑流率均表現(xiàn)為穩(wěn)定的線性遞增函數(shù)關(guān)系,是最適宜表征土壤侵蝕過程的水動力學(xué)參數(shù)。此外,極緩坡情況下的片蝕規(guī)律與較大坡度存在一定的差異,可為未來極緩坡土壤保護措施的有效實施提供理論指導(dǎo)。