喀斯特地区裸露基岩—土壤复合地表条件的土壤侵蚀研究

The karst area in southwest China is one of the typical ecological fragile areas in China, and the problem of rock desertification caused by soil erosion is very serious. Because of a high rate of exposed bedrock and less soil in karst rocky desertification land, its soil erosion process and mechanism is relatively complex compared with other region. Many key scientific problems are still in the exploratory stage, which have a largely impact on regional ecological environment construction and protection. This project takes the rocky desertification land as the research object and the exposed bedrock morphological characteristics (geometry, bedrock exposed rate, surface area, etc.), soil distribution (soil depth, density, etc.) and rock interface characteristics and their spatial distribution will be measured through several quantitative manner such as conventional surveying method, photogrammetry technology and profile survey method. Based on the above characteristic parameters, a series of exposed bedrock and soil composite surface conditions will be built in laboratory. After, indoor and outdoor rainfall simulation method are applied to different exposed bedrock and soil composite surface conditions to collect soil infiltration, runoff and sediment yields. These data are used for analyzing the characteristics and influencing factors of soil erosion under experiment conditions. Finally, the soil erosion process and mechanism occur on the rock desertification land will be explained through these experiments and validated combined with field monitoring experiments. The results will provide scientific basis for the prevention and control of land rocky desertification in karst area, and further promote the development of soil and water conservation of discipline in karst area.

以贵州省为中心的西南喀斯特地区是我国典型生态脆弱区之一，区域土壤侵蚀造成的土地石漠化问题十分严重。由于喀斯特地区石漠化土地具有基岩裸露率高，土壤少等特点，其土壤侵蚀问题较为复杂，许多关键科学问题仍处于探索阶段，对区域生态环境建设与保护产生了影响。本项目以石漠化土地为研究对象，通过常规测量、摄影测量技术及剖面调查等方法，定量研究石漠化坡地裸露基岩形态特征（几何形态、基岩裸露率、表面积等）、土壤分布特征（土壤深度、容重等）及岩土界面特征及其空间分布规律，并建立基于以上特征参数的裸露基岩—土壤复合地表条件试验模型，采用室内外模拟降雨方法对不同裸露基岩—土壤复合地表条件的土壤入渗、产流产沙过程与影响因素进行系统研究，阐明不同裸露基岩—土壤复合地表条件土壤侵蚀过程与机理，并结合野外监测试验进行验证、完善。研究成果将为喀斯特地区土地石漠化防治提供科学依据，并进一步促进喀斯特土壤侵蚀与水土保持学科发展。

土地石漠化是喀斯特地区主要的生态环境问题。调查表明，石漠化坡地基岩裸露，土层浅薄，且土壤空间分布不连续，造成土壤侵蚀过程与特征复杂。本项目综合运用土壤想、土壤侵蚀学、水力学、地质地貌学等理论和方法，定量研究了石漠化坡地不同土岩组构条件下土壤侵蚀特征及其影响机制。取得以下重要进展：（1）以石漠化薄土层坡地为研究对象，构建了一种模拟喀斯特坡地地表、地下土壤侵蚀试验研究方法。该方法可有效测量地表径流、壤中流及地下径流及其挟带泥沙，对研究喀斯特区域土壤侵蚀过程与机理提供方法支持；（2）揭示了喀斯特坡地降水转化机制，结果发现在存在地下裂隙条件下地表径流、壤中流及地下径流分别占降雨量的6.79%，16.68%和36.13%，而在未地下裂隙条件下地表径流、壤中流和岩土界面流占降雨量的11.08%，17.79%和29.99%。这说明喀斯特坡地土壤侵蚀与下伏基岩是否存在裂隙有直接关系；（3）明确了土岩组构形态、降雨特征、土地利用类型及裸露根系分布对喀斯特坡地土壤侵蚀的影响，识别了关键影响因子，并构建了土壤侵蚀量预测经验模型；（4）在喀斯特坡面尺度，地下径流的土壤流失模数较低（<0.05 g/L），即场降雨造成坡面上土壤地下漏失少，土壤流失仍以地表流失为主，这一方面受土壤特征的影响（即土壤抗蚀性强），另一方面由于基岩裸露导致坡地土壤分布不连续，造成降水在地表土壤和下伏基岩表面转化，很难形成连续地表径流。以上研究成果阐明了石漠化坡地裸露基岩—土壤复合条件下的土壤侵蚀特征与机理，为定量评价土地石漠化特征及生态恢复功能提供了理论和方法依据。.截至目前,已发表科研论文17篇，其中SCI论文10篇，EI论文1篇。获国家发明专利2项，以项目研究成果为基础的成果获得中国水土保持学会科技奖一等奖1项，贵州省自然科学奖三等奖1项。依托项目培养研究生6名，其中4名研究生完成的学位论文与本项目内容直接相关。项目已全面超额完成了既定研究目标。