红壤团聚体稳定性及其在坡面侵蚀过程中的迁移与转化规律

团聚体是土壤结构的基本单元，是土壤抵御侵蚀外力的最小单元。分布在我国南方的红壤富含铁铝氧化物，团聚体特征较黄土复杂，其稳定特性及其对坡面水流变化的响应影响着水蚀过程中土壤的分离、输移和沉积，对坡面侵蚀的发生发展以及泥沙的颗粒特性有重要的作用。本项目选取不同母质发育的红壤为对象，研究降雨击溅、径流冲刷及二者耦合作用下红壤表土团聚体在坡面的演变特征及其影响因素，解释红壤团聚体稳定性特征对坡面侵蚀泥沙起动-搬运-沉积的作用机制及相关关系，建立团聚体稳定性表征指标与土壤可蚀性因子的定量关系，为我国南方红壤丘陵区土壤侵蚀预测预报与水土流失防治规划提供科学依据。

团聚体是土壤结构的基本单元，是土壤抵御侵蚀外力的最小单元，其稳定特性及其对坡面侵蚀变化的响应影响着水蚀过程中土壤的分离、泥沙的输移和沉积，对坡面侵蚀的发生发展以及泥沙的颗粒特性产生重要作用。该项目以湖北咸宁、湖南长沙及江西南昌等地典型红壤为试验材料，通过性质分析、室内模拟和野外原位试验等方法，系统研究了红壤团聚体在降雨---径流中的稳定机制以及与坡面溅蚀、细沟间、细沟侵蚀过程关系，探讨了坡面侵蚀过程薄层水流内团聚体的输移和破坏规律，建立了基于团聚体稳定性特征的土壤侵蚀指标定量关系。取得的创新性成果如下：研究明确了红壤团聚体破碎的主要机制是快速湿润引起的消散作用和雨滴打击引起的机械破坏作用。研究得出红壤团聚体主要胶结物质为粘粒含量、有机质（但在有机质含量较低的情况下，红壤团聚体水稳性与有机质的含量之间无显著相关）、游离态铁铝。团聚体破碎机制对侵蚀过程影响显著，土壤类型不同侵蚀过程存在差异。基于团聚体稳定性研究，本研究首次提出了基于红壤团聚体稳定机理的特征指标（团聚体消散指数和机械破碎指数的乘积）—Ka。研究得出Ka与产流、产沙强度等坡面细沟间侵蚀过程参数以及细沟水流中红壤分离速率参数呈显著或极显著相关关系，并以此建立了基于土壤结构因子认知的坡面细沟间、细沟侵蚀预测模型。研究首次揭示了团聚体在薄层水流中的剥蚀破坏规律，得出团聚体在坡面薄层水流中的剥蚀特点与砾石在河流中的剥蚀特点不同。团聚体在坡面水流中的剥蚀程度受自身稳定性、粒径大小的影响，稳定性越强、粒径越小，在不同运移距离和流量中剥蚀程度越小。系统分析了薄层水流中团聚体剥蚀破坏程度与水力学参数间关系，研究表明了团聚体剥蚀破坏程度与径流水深、阻力系数关系密切，与其呈显著的幂函数关系。本项目通过四年的科学研究，进行了多系列室内和野外试验，积累了大量科学研究数据，项目的开展有助于丰富土壤侵蚀及泥沙动力学学科理论，研究结果也为我国南方红壤丘陵区土壤侵蚀预测预报与水土流失防治规划提供科学理论依据。