華南花崗巖風(fēng)化殼裂隙發(fā)育對崩崗侵蝕的影響

周紅藝++李輝霞

摘要：為了解崩崗侵蝕與風(fēng)化殼裂隙發(fā)育的關(guān)系，通過野外調(diào)查風(fēng)化殼剖面特征、風(fēng)化殼裂隙走向和數(shù)量與崩崗口方向之間的關(guān)系，并對采集的土樣進(jìn)行基本理化性質(zhì)研究。結(jié)果表明，研究區(qū)豐富的土壤裂隙形成與該區(qū)主要分布的花崗巖紅壤風(fēng)化殼關(guān)系密切；崩崗與裂隙息息相關(guān)，裂隙是邊坡崩塌和直接產(chǎn)生重力侵蝕的重要因子，崩崗發(fā)育完全受裂隙控制?？梢娙A南花崗巖風(fēng)化殼裂隙是崩崗侵蝕所特有的成因之一。

關(guān)鍵詞：花崗巖風(fēng)化殼；土壤裂隙；崩崗侵蝕；水土流失；華南

中圖分類號： S151+.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2014）10-0352-03

收稿日期：2013-12-21

基金項目：國家自然科學(xué)基金（編號：41371041）；教育部人文社會科學(xué)研究規(guī)劃基金（編號：13YJAZH041）；廣東省自然科學(xué)基金（編號：S2012010009272）。

作者簡介：周紅藝（1977—），男，湖北利川人，博士，副教授，主要從事土壤侵蝕研究。E-mail：zhouhyfs@163.com?；◢弾r風(fēng)化殼的侵蝕是華南地區(qū)最嚴(yán)重的水土流失類型，而崩崗侵蝕則是其中最嚴(yán)重的侵蝕過程，雖然表面侵蝕及細(xì)溝侵蝕是崩崗的先導(dǎo)，但土的大量流失卻是崩崗地形發(fā)育的直接結(jié)果。據(jù)調(diào)查，在我國南方紅壤區(qū)[廣東、福建、江西、湖北、湖南和安徽6省300多個縣（市、區(qū)）]各類崩崗有2013萬個，88.9%屬于活動型的，相對穩(wěn)定型的崩崗僅占111%。其中，廣東有11.52萬個，占崩崗總數(shù)的57.2%，其崩崗面積和防治面積最大，崩崗面積占全國崩崗總面積的67.83%，防治面積占全國總防治面積的45.9%[1-2]。在廣東低山丘陵區(qū)，由于受崩崗的影響，完整的坡面被切割得支離破碎，對自然環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了極大的破壞，因此治理崩崗侵蝕是當(dāng)?shù)卣仨氈匾暤纳鷳B(tài)環(huán)境問題。研究崩崗侵蝕機(jī)理是為了更好地找到治理崩崗的模式，崩崗侵蝕是由多因素作用造成的，不少學(xué)者從地貌條件、地質(zhì)基礎(chǔ)、植被條件、地下水活動、坡地水紋、坡地氣候等方面研究崩崗侵蝕的機(jī)理[3-7]，目前還沒有學(xué)者對風(fēng)化殼裂隙發(fā)育與崩崗侵蝕的關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)的研究，而崩崗產(chǎn)生的機(jī)理至今還不清楚。華南花崗巖發(fā)育的紅壤風(fēng)化殼是崩崗侵蝕母體，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)風(fēng)化殼裂隙發(fā)育普遍存在，但裂隙發(fā)育與崩崗侵蝕之間有無關(guān)系、裂隙發(fā)育是否是崩崗侵蝕重要的影響因子等問題還需要進(jìn)一步調(diào)查研究。裂隙構(gòu)造的研究在地質(zhì)學(xué)和地貌學(xué)上有重要的特殊意義，在地質(zhì)方面，巖體內(nèi)的裂隙可以指明構(gòu)造運(yùn)動的方向、巖體形成的應(yīng)力分布、不同變形的時間順序；在地貌方面，裂隙又是水體和氣體等風(fēng)化介質(zhì)進(jìn)入巖體深部的通道，巖體的風(fēng)化與破壞和裂隙的存在密切相關(guān)[8-10] 。本研究以花崗巖水土流失典型地區(qū)的廣東省德慶縣為例，通過野外調(diào)查采樣，以實測當(dāng)?shù)亓严蹲呦蚝蛿?shù)量，結(jié)合土壤基本理化性質(zhì)對崩崗發(fā)育進(jìn)行分析，探討裂隙在崩崗侵蝕過程中所起的作用。

1研究區(qū)概況與方法

研究區(qū)德慶縣地處廣東省中西部，屬低緯度地區(qū)，氣候溫和，熱量豐富，雨量充沛，無霜期長，據(jù)廣東省德慶縣氣象站統(tǒng)計資料可知，該縣年均氣溫21.5 ℃，年均降水量 1 516.5 mm，年均日照時數(shù)1 848 h。在廣東省德慶縣馬圩鎮(zhèn)深涌水土保持監(jiān)測站設(shè)立的定位觀測點，選定其中一個較活躍的崩崗進(jìn)行崩崗上部土樣采集。取樣地布設(shè)于馬墟鎮(zhèn)的東南部深涌水土保持監(jiān)測站1號攔沙壩丘陵坡地，坐標(biāo)位置為110°50′26″ E、23°10′29″ N，海拔高度132 m，植物群落主要為木荷-崗松-笀萁群落以及其他雜草，植被蓋度41%，土壤類型為赤紅壤。該崩崗屬弧形崩崗，侵蝕溝2條，崩壁后壁高5 m，平均深度3 m，溝口寬1.8 m，溝道最大寬度5.2 m，崩崗面積 136 m2，溝道長16 m，邊壁高3.6 m。

在典型區(qū)內(nèi)調(diào)查花崗巖風(fēng)化殼的剖面特征、裂隙數(shù)量及走向、崩崗崩口方向與數(shù)量，分析討論裂隙對崩崗侵蝕過程的影響；采集具有代表性土壤剖面主要土層的混合土樣和原狀土樣進(jìn)行研究，其中土壤容重的測定采用環(huán)刀法，游離氧化鐵含量的測定采用二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-重碳酸鈉（DCB）法，土壤質(zhì)地的測定采用吸管法[11] 。

2結(jié)果與分析

2.1調(diào)查區(qū)花崗巖風(fēng)化殼的剖面特征

在筆者調(diào)查的德慶縣馬圩鎮(zhèn)深涌水土保持站內(nèi)，典型的花崗巖紅土型風(fēng)化殼可分為5 個層次，各層在礦物成分、風(fēng)化程度、土體結(jié)構(gòu)、粒度、顏色等方面均有明顯的差異[3]，導(dǎo)致抗沖、抗蝕、抗滑塌能力不同。在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)化殼綜合剖面劃分，根據(jù)野外調(diào)查將研究區(qū)風(fēng)化殼天然剖面分為全風(fēng)化帶、強(qiáng)風(fēng)化帶、弱風(fēng)化帶、微風(fēng)化帶，各層調(diào)查特征如表1所示。表1調(diào)查區(qū)花崗巖風(fēng)化殼的剖面特征

剖面剖面顏色剖面礦物成分的變化剖面結(jié)構(gòu)變化剖面力學(xué)特征的變化全風(fēng)化帶

棕紅色

除石英顆粒外，其余礦物風(fēng)化形成次生礦物，鐵鋁富集

巖體結(jié)構(gòu)已完全破壞，呈松散狀，雨后干裂，板結(jié)可捏碎，可觀察到發(fā)育充分的裂隙，裂隙寬度>0.5 cm、深度>80 cm，土表常常形成龜裂，裂隙密度多>30% （面積比）浸水崩解

風(fēng)化殼裂隙在地表（坡面）對面狀侵蝕起主導(dǎo)作用，它破壞地表的完整性。當(dāng)降雨沿坡面產(chǎn)生徑流時不是呈均勻?qū)訝睿蛄严峨[伏在土層中，下雨時形成地下吸水中心，而在地表裂隙處則產(chǎn)生流線。在地下吸水中心與地表流線2種水流作用下，當(dāng)水的流速、流量超過一定限度則坡面出現(xiàn)侵蝕，在裂隙通過之處形成淺凹地，這就是面狀侵蝕的破壞機(jī)理。面狀侵蝕進(jìn)一步發(fā)展則成為溝狀侵蝕，它是流水與裂隙相互作用的結(jié)果。坡面上面侵蝕淺凹地形形成后，雨季坡面雨量不斷集中，流水下切，漸漸形成細(xì)溝，細(xì)溝與風(fēng)化殼內(nèi)的裂隙相連，水體除形成地表徑流外，一部分往巖體內(nèi)滲透，即所謂地下吸水中心（裂隙走向帶），這種下滲的水體，是不均勻供應(yīng)的，使風(fēng)化殼的土體濕脹干裂，交替變化，對加速侵蝕與崩塌起到極大作用。斜坡在雨季間歇性暴流作用下，被強(qiáng)烈破壞，斜坡比降大，使溝床構(gòu)成多級跌水，產(chǎn)生渦流，加之裂隙往巖體內(nèi)發(fā)展，裂隙面在水流作用下，不斷產(chǎn)生小型崩塌。因此，凡裂隙通過的地方很快就能發(fā)育成溝狀侵蝕，由細(xì)溝到中溝發(fā)展成大溝，最后擴(kuò)大成崩崗。

3結(jié)論與討論

風(fēng)化殼土壤裂隙的存在一方面破壞了土體的整體性，引起土體整體強(qiáng)度的降低；另一方面增大了土體的滲透性，為雨水滲入和水分蒸發(fā)提供了良好的通道，使得氣候?qū)ν馏w的影響深度進(jìn)一步向土體內(nèi)部發(fā)展。在降雨入滲條件下，流水迅速滲入到土體內(nèi)部，引起孔隙水壓力上升，基質(zhì)吸力減小，土體強(qiáng)度下降，風(fēng)化殼自重增加，兼之風(fēng)化殼下部洞穴的存在，風(fēng)化殼邊坡失穩(wěn)加劇，最終導(dǎo)致風(fēng)化殼上部土體崩墜或滑入溝底，并在以后的降雨中，被徑流帶走，至此溝岸后退完成了一個輪回。但是，關(guān)于風(fēng)化殼裂隙發(fā)育是如何影響土體的滲透性和強(qiáng)度、裂隙發(fā)育程度對風(fēng)化殼的穩(wěn)定性和風(fēng)化殼侵蝕量的定量關(guān)系等一系列問題都還沒有看到新的研究進(jìn)展，而這些問題恰恰是揭示崩崗發(fā)生機(jī)理的重要數(shù)據(jù)和參數(shù)。因此，筆者從風(fēng)化殼土體裂隙發(fā)育程度入手，研究風(fēng)化殼土體的裂隙發(fā)育及其對滲透特性、土體強(qiáng)度的影響和機(jī)理，定量評價裂隙發(fā)育對風(fēng)化殼穩(wěn)定性、崩塌堆積量的影響，為深入系統(tǒng)了解崩崗發(fā)育規(guī)律及提出治理途徑具有重要的科學(xué)意義。

本研究結(jié)果表明，研究區(qū)豐富的土壤裂隙形成與該區(qū)主要分布的花崗巖紅壤風(fēng)化殼有密切關(guān)系；崩崗與裂隙息息相關(guān)，裂隙成為邊坡崩塌和直接產(chǎn)生重力侵蝕的重要因子，崩崗發(fā)育完全受裂隙所控制。華南花崗巖風(fēng)化殼裂隙是崩崗侵蝕所特有的成因之一。

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[11]鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

3結(jié)論與討論

風(fēng)化殼土壤裂隙的存在一方面破壞了土體的整體性，引起土體整體強(qiáng)度的降低；另一方面增大了土體的滲透性，為雨水滲入和水分蒸發(fā)提供了良好的通道，使得氣候?qū)ν馏w的影響深度進(jìn)一步向土體內(nèi)部發(fā)展。在降雨入滲條件下，流水迅速滲入到土體內(nèi)部，引起孔隙水壓力上升，基質(zhì)吸力減小，土體強(qiáng)度下降，風(fēng)化殼自重增加，兼之風(fēng)化殼下部洞穴的存在，風(fēng)化殼邊坡失穩(wěn)加劇，最終導(dǎo)致風(fēng)化殼上部土體崩墜或滑入溝底，并在以后的降雨中，被徑流帶走，至此溝岸后退完成了一個輪回。但是，關(guān)于風(fēng)化殼裂隙發(fā)育是如何影響土體的滲透性和強(qiáng)度、裂隙發(fā)育程度對風(fēng)化殼的穩(wěn)定性和風(fēng)化殼侵蝕量的定量關(guān)系等一系列問題都還沒有看到新的研究進(jìn)展，而這些問題恰恰是揭示崩崗發(fā)生機(jī)理的重要數(shù)據(jù)和參數(shù)。因此，筆者從風(fēng)化殼土體裂隙發(fā)育程度入手，研究風(fēng)化殼土體的裂隙發(fā)育及其對滲透特性、土體強(qiáng)度的影響和機(jī)理，定量評價裂隙發(fā)育對風(fēng)化殼穩(wěn)定性、崩塌堆積量的影響，為深入系統(tǒng)了解崩崗發(fā)育規(guī)律及提出治理途徑具有重要的科學(xué)意義。

本研究結(jié)果表明，研究區(qū)豐富的土壤裂隙形成與該區(qū)主要分布的花崗巖紅壤風(fēng)化殼有密切關(guān)系；崩崗與裂隙息息相關(guān)，裂隙成為邊坡崩塌和直接產(chǎn)生重力侵蝕的重要因子，崩崗發(fā)育完全受裂隙所控制。華南花崗巖風(fēng)化殼裂隙是崩崗侵蝕所特有的成因之一。

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[11]鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

3結(jié)論與討論

風(fēng)化殼土壤裂隙的存在一方面破壞了土體的整體性，引起土體整體強(qiáng)度的降低；另一方面增大了土體的滲透性，為雨水滲入和水分蒸發(fā)提供了良好的通道，使得氣候?qū)ν馏w的影響深度進(jìn)一步向土體內(nèi)部發(fā)展。在降雨入滲條件下，流水迅速滲入到土體內(nèi)部，引起孔隙水壓力上升，基質(zhì)吸力減小，土體強(qiáng)度下降，風(fēng)化殼自重增加，兼之風(fēng)化殼下部洞穴的存在，風(fēng)化殼邊坡失穩(wěn)加劇，最終導(dǎo)致風(fēng)化殼上部土體崩墜或滑入溝底，并在以后的降雨中，被徑流帶走，至此溝岸后退完成了一個輪回。但是，關(guān)于風(fēng)化殼裂隙發(fā)育是如何影響土體的滲透性和強(qiáng)度、裂隙發(fā)育程度對風(fēng)化殼的穩(wěn)定性和風(fēng)化殼侵蝕量的定量關(guān)系等一系列問題都還沒有看到新的研究進(jìn)展，而這些問題恰恰是揭示崩崗發(fā)生機(jī)理的重要數(shù)據(jù)和參數(shù)。因此，筆者從風(fēng)化殼土體裂隙發(fā)育程度入手，研究風(fēng)化殼土體的裂隙發(fā)育及其對滲透特性、土體強(qiáng)度的影響和機(jī)理，定量評價裂隙發(fā)育對風(fēng)化殼穩(wěn)定性、崩塌堆積量的影響，為深入系統(tǒng)了解崩崗發(fā)育規(guī)律及提出治理途徑具有重要的科學(xué)意義。

本研究結(jié)果表明，研究區(qū)豐富的土壤裂隙形成與該區(qū)主要分布的花崗巖紅壤風(fēng)化殼有密切關(guān)系；崩崗與裂隙息息相關(guān)，裂隙成為邊坡崩塌和直接產(chǎn)生重力侵蝕的重要因子，崩崗發(fā)育完全受裂隙所控制。華南花崗巖風(fēng)化殼裂隙是崩崗侵蝕所特有的成因之一。

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