水蚀和耕作侵蚀交互作用对紫色土坡耕地微地貌变化的影响

Water erosion and tillage erosion are two dominant erosion types in a purple soil slope farmland. Applicants of this study found that intense simulative tillage gradually reduced the slope angles and smoothed the slopes. However, this phenomenon is not common in the study area under natural conditions combined with long-term agricultural practices, which indicates that the variation of landform of slope farmland was affected by the interactions between water and tillage erosion. Until now, the studies, which focus on landform change of slope farmlands in relation to water erosion and tillage erosion, are very rare in this area.. This study will seek to explore rates and patterns of water erosion and tillage erosion in purple soil slope farmlands by conducting Cs-137 tracing method and tillage erosion model, and thus the interactions between water erosion and tillage erosion could be studied using static analysis method. Meanwhile, this study will reveal the dynamic process of soil transfer in purple soil slope farmlands in relation to water erosion and tillage erosion using simulative tillage experiment, artificial rainfall, and 3-dimensional scanner. Finally, the landform change in a purple soil slope can be clarified using statistical analysis and spatial analysis. This study will provide a scientific basis for exploring soil erosion process and landform evolution in this area.

水蚀和耕作侵蚀是紫色土坡耕地上两种主导的土壤侵蚀形式。申请者通过前期研究发现，紫色土坡耕地内无降雨条件下多次模拟耕作会导致坡面出现夷平化趋势，而野外观测表明，自然状态的坡耕地在较长的时间内起伏度和坡度并未发生显著变化，这一互相矛盾的现象表明坡耕地地貌变化可能受到水蚀和耕作侵蚀交互作用的影响。目前，关于水蚀和耕作侵蚀交互作用下紫色土坡地微地貌变化过程研究鲜见报道。. 本研究拟采用Cs-137示踪技术和耕作侵蚀模型，查明紫色土坡耕地上水蚀和耕作侵蚀速率及其空间分布格局，静态分析紫色土坡耕地水蚀和耕作侵蚀的相互影响；同时利用三维激光扫描技术，结合多次模拟耕作和人工降雨试验，研究水蚀和耕作侵蚀交互作用下坡面土壤顺坡迁移的动态变化，并基于空间分析和统计分析，探明水蚀和耕作侵蚀交互作用对紫色土坡耕地微地貌变化的影响机理，从而为揭示紫色土坡耕地土壤侵蚀过程和地貌演化过程奠定基础。

耕作侵蚀和水蚀是紫色土坡耕地景观内两种主要的土壤侵蚀类型，并对坡耕地土壤景观演化过程产生了显著的影响，但耕作侵蚀与水力侵蚀双重作用下土壤景观的演化规律尚未被认识清楚。本研究以5°、10°、20°的紫色土坡耕地为研究对象，分别进行5次、10次和15次强度的模拟耕作试验，在此基础上采用60 L/min的流量进行三轮放水冲刷试验，研究结果表明：（1）采用近景摄影测量技术能够准确监测地形变化，其测算结果与插钎法比较接近，且通过计算土壤流失体积推算土壤侵蚀速率的方法比较可靠，精度较高；（2）模拟耕作试验结果表明，紫色土坡耕地在坡度为5°、10°、20°条件下平均耕作侵蚀速率分别为 69.85、131.45、155.34 t/(hm2•tillage pass)，耕作侵蚀速率随坡度增加呈增加趋势，随着耕作次数增加则呈逐渐减小的趋势；（3）放水冲刷试验结果表明，紫色土坡耕地在坡度为5°、10°和20°条件下平均水力侵蚀速率分别为1 892.52、2 961.76、4 405.93 t/(hm2•h)，水力侵蚀速率与坡度呈正相关关系，与此同时，随着耕作强度的增加，水蚀也呈逐渐增大的趋势，表明耕作侵蚀对水力侵蚀有加速作用。.本研究还采用土壤剖面层次法和模拟耕作实验，基于紫色土坡耕地土壤发生层、137Cs和土壤有机碳（SOC）在垂直方向和水平方向上的空间分异规律，结合模拟耕作前后的土壤特性的空间变异规律，阐明了长期的耕作熟化和土壤侵蚀过程显著地改变了坡耕地不同空间部位的土壤剖面特性；模拟耕作实验还表明，耕作侵蚀主要导致坡顶土壤发生净流失，在上坡部位主要是混合、替换耕层土壤，在中坡部位传输耕层土壤，并混入一定的过渡层土壤，在下坡部位耕层土壤被替换和翻转，在坡脚主要表现为土壤沉积并形成新的耕层。基于以上研究结果，提出了紫色土坡耕地耕作侵蚀和水蚀作用下的土壤景观和土壤剖面演化范式，查明耕作侵蚀和水蚀分别对紫色土坡耕地土壤景观演化过程的影响机制，从而为更大尺度认识紫色土坡耕地土壤景观格局和开展土壤制图工作奠定了理论基础。