郁耀闖，王長(zhǎng)燕

（1 寶雞文理學(xué)院地理與環(huán)境學(xué)院，陜西寶雞 721013；2 陜西省災(zāi)害監(jiān)測(cè)與機(jī)理模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西寶雞 721013）

黃土丘陵區(qū)須根系作物地土壤分離季節(jié)變化研究①

郁耀闖1，2，王長(zhǎng)燕1，2

（1 寶雞文理學(xué)院地理與環(huán)境學(xué)院，陜西寶雞 721013；2 陜西省災(zāi)害監(jiān)測(cè)與機(jī)理模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西寶雞 721013）

采用變坡試驗(yàn)水槽的試驗(yàn)方法，研究了黃土丘陵區(qū)典型須根系作物玉米和谷子在生長(zhǎng)季土壤分離能力的季節(jié)變化及潛在影響因素。結(jié)果表明： 在作物生長(zhǎng)季，須根系作物玉米地和谷子地的土壤分離能力具有明顯的季節(jié)變化（P＜0.05），并表現(xiàn)出了相似的季節(jié)變化模式；兩種作物地土壤分離能力的季節(jié)變化主要受到農(nóng)事活動(dòng)、土壤硬化、水穩(wěn)性團(tuán)聚體和作物根系生長(zhǎng)的影響；兩種作物地的土壤分離能力可以用土壤粘結(jié)力、作物根系密度和水流剪切力很好地?cái)M合（R2＞0.75，NSE＞0.74）。

黃土丘陵區(qū)；土壤分離能力；季節(jié)變化；土壤硬化；根系生長(zhǎng)

黃土丘陵區(qū)土壤結(jié)構(gòu)疏松，植被覆蓋率較低，降水多為短歷時(shí)暴雨，主要集中于6—9月，水土流失較為嚴(yán)重，劇烈的土壤侵蝕加速了河道泥沙的淤積，并潛在地威脅著黃河流域的生態(tài)安全和人地系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展［1-4］。在黃土高原地區(qū)，農(nóng)耕地是黃河泥沙的主要來源［5-6］。黃土高原現(xiàn)有耕地1.46×105km2，分別為該區(qū)總面積和水土流失面積的22.5% 和30.9%［7］。隨著黃土高原地區(qū)人口的增多，該區(qū)農(nóng)耕地的水土保持問題引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。土壤分離是土壤顆粒在侵蝕動(dòng)力的搬運(yùn)作用下離開土壤母質(zhì)的過程［6］，它是土壤侵蝕過程的起始階段，決定著泥沙輸移和泥沙沉積過程量的多少。因此，研究黃土高原地區(qū)典型農(nóng)耕地土壤分離過程問題，對(duì)于該區(qū)水土流失的控制具有重要意義。

在坡面流侵蝕中，土壤分離能力通常被定義為，在某一特定的水動(dòng)力條件下，當(dāng)水流中的沉積物濃度為0時(shí)的最大土壤分離速率。坡面流土壤侵蝕發(fā)生在土壤和坡面水流的界面上。因此，它受到土壤屬性和坡面水動(dòng)力條件的影響。水動(dòng)力條件（如流速、坡度、水深、摩擦力和輸沙量等）［6，8-9］、土壤屬性（如土壤初始含水量，土壤黏粒含量、體積質(zhì)量、水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、土壤切變強(qiáng)度和有機(jī)質(zhì)的含量等）［10-14］、植被根系［6，15-17］、農(nóng)事活動(dòng)［6］等都是影響土壤分離過程變化的重要因素。在黃土高原地區(qū)，受氣候變化、農(nóng)事活動(dòng)、作物根系生長(zhǎng)等多種因素的綜合影響，農(nóng)耕地土壤屬性具有明顯的季節(jié)波動(dòng)［6］，這可能導(dǎo)致土壤分離過程的季節(jié)變化。然而，目前對(duì)于黃土高原地區(qū)土壤分離過程季節(jié)變化及其影響因素的研究還相對(duì)較少。

以黃土丘陵區(qū)典型農(nóng)耕地須根系作物玉米和谷子為研究對(duì)象，采用變坡水槽的試驗(yàn)方法，系統(tǒng)研究了黃土丘陵區(qū)典型農(nóng)耕地玉米和谷子地土壤分離能力的季節(jié)變化，同時(shí)分析土壤粘結(jié)力、體積質(zhì)量、水穩(wěn)性團(tuán)聚體和作物根系密度等的動(dòng)態(tài)變化對(duì)土壤分離能力季節(jié)變化的潛在影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于中國(guó)科學(xué)院安塞水土保持綜合試驗(yàn)站墩山 （109°19′23″E， 36°51′30″N），該區(qū)水土流失嚴(yán)重，屬于黃土丘陵溝壑區(qū)。氣候類型屬于溫帶大陸性氣候，年均溫8.8℃，年降水量的變化范圍為297 ～645 mm，6—9月的降水占全年的70%，多為短歷時(shí)降雨，通常導(dǎo)致嚴(yán)重的土壤侵蝕。海拔1 068 ～ 1 309 m，土壤類型以黃綿土為主。

如圖1所示，在試驗(yàn)期內(nèi)，研究區(qū)的累積降水量為472.5 mm，主要集中在7—9月，這3個(gè)月的降水量占到試驗(yàn)期降水量的69.3%。4月中旬后，研究區(qū)的日平均氣溫穩(wěn)定在10℃以上，與多年平均狀況相比，相對(duì)偏低。

圖1 試驗(yàn)區(qū)氣溫與降水量季節(jié)變化Fig. 1 Changes of temperature and rainfall in the experimental zone

1.2 作物選擇

選取黃土丘陵區(qū)典型須根系作物玉米和谷子作為研究對(duì)象。試驗(yàn)樣地在2012年4月上旬采用大板犁（黃土高原傳統(tǒng)的耕作方式）深翻15 ～ 20 cm，人工移去土壤中的植物殘?bào)w。將整個(gè)試驗(yàn)樣地分成長(zhǎng)20 m，寬14 m左右的兩個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。玉米和谷子均采用播種機(jī)種植，行距均為50 cm，株距分別為35 cm和8 cm，種植時(shí)間均為4月30日，玉米地和谷子地分別在6月1日和7月1日各鋤草一次，鋤草深度小于5 cm，玉米和谷子均在9月28日收獲，玉米采用人工鋤收獲，谷子采用鐮刀收獲。需要說明的是，本文的季節(jié)指的是玉米和谷子的一個(gè)生長(zhǎng)季。

1.3 樣品采集

試驗(yàn)開始時(shí)分別在玉米地和谷子地采集原狀土壤樣品。采樣時(shí)盡量選取地表較為平整的土壤表面用內(nèi)徑9.8 cm、高5 cm 的環(huán)刀，靠近植株根部取原狀土［6，18］。每次取樣時(shí)用5個(gè)鋁盒在采樣點(diǎn)附近隨機(jī)采集土壤水分含量樣品，用于計(jì)算土樣沖刷前的干重。

每個(gè)采樣點(diǎn)每次均采集5個(gè)重復(fù)樣品，土壤分離能力試驗(yàn)開始于2012年4月上旬，根據(jù)各作物生育期的變化特征，分別選取關(guān)鍵的生育期開展試驗(yàn)（表1），在玉米地和谷子地均進(jìn)行了12次土壤分離能力試驗(yàn)，共采集土壤分離樣品720個(gè)。

表1 作物生育期時(shí)間特征Table1 Information of plant growing period

1.4 試驗(yàn)方法

土壤分離試驗(yàn)采用變坡水槽系統(tǒng)測(cè)定，變坡試驗(yàn)水槽長(zhǎng)4 m、寬0.35 m、深0.6 m，底部為有機(jī)玻璃板，水槽坡度調(diào)節(jié)范圍為0° ～ 60°。試驗(yàn)前將在試驗(yàn)樣地采集的地表土風(fēng)干，過1 mm篩子，用濕油漆均勻粘在有機(jī)玻璃板上，盡量保證水槽底部糙度與試驗(yàn)樣地地表一致。試驗(yàn)設(shè)計(jì)3個(gè)坡度和4個(gè)流量組合，分別為10°、1.0 L/s，10°、2.0 L/s，15°、2.0 L/s，25°、1.5 L/s，25°、2.0 L/s，25°、2.5 L/s，每組坡度和流量組合的沖刷試驗(yàn)做5次重復(fù)，分別對(duì)應(yīng)每個(gè)采樣點(diǎn)的5個(gè)樣品。用染色法測(cè)定水流表面最大流速，乘以修正系數(shù)0.8得到平均流速，徑流水深采用流量、流速和槽寬計(jì)算［6，18-19］。水流剪切力計(jì)算公式為［6，18-19］：

式中：τ為水流剪切力 （Pa）， ρ 為水的密度（kg/m3）， g 為重力加速度 （m/s2）， H 為水深 （m）， S 為水槽坡度 （m/m）。

土壤分離能力計(jì)算公式為［1，19-20］：

式中：Dc為土壤分離能力 （kg/（m2· s）），Wa為沖刷前土壤干重 （g），Wb為沖刷后土壤干重 （g），t 為沖刷時(shí)間 （s），A 為環(huán)刀面積 （m2）。土樣烘干稱重后，用水洗法沖刷土樣中的根系，并置于烘箱內(nèi)，于 65 ℃下烘至恒重并稱重。需要說明的是，每次沖刷試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)采樣器內(nèi)的土壤樣品被沖刷至大約 2 cm 深度時(shí)［5-6，21-22］，結(jié)束該次沖刷試驗(yàn)。

粘結(jié)力采用微型粘結(jié)力儀測(cè)定 （Durham Geoenterprises， Inc.， UK），每次測(cè)定12個(gè)重復(fù)。土壤體積質(zhì)量用環(huán)刀（100 cm2）法測(cè)定，每次測(cè)定3個(gè)重復(fù)。土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體采用干濕篩法，每次測(cè)定3個(gè)重復(fù)。根系采用水洗法測(cè)定，每次測(cè)定3個(gè)重復(fù)。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析方法

采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，土壤分離能力季節(jié)變化采用Kendall’s W 檢驗(yàn)（P＜0.05），差異顯著性檢驗(yàn)采用LSD（P＜0.05，雙尾）。

2 結(jié)果與討論

2.1 兩種作物地土壤分離能力季節(jié)變化特征

在黃土丘陵區(qū)典型須根系作物玉米和谷子生長(zhǎng)季（4月中旬至9月底），兩種作物地的土壤分離能力均呈現(xiàn)出明顯的先升高后降低再升高的相似的季節(jié)變化模式 （P＜0.05）（圖2）。玉米地的平均土壤分離能力最大 （1.37 kg/（m2·s）），其次是谷子地（1.15 kg/（m2·s））。在種植期前（4月上旬），兩種作物地的土壤分離能力都相對(duì)較小。4月底受種植活動(dòng)的影響，玉米地和谷子地的土壤分離能力明顯從1.21 kg/（m2·s） 增加到5.04 kg/（m2·s） （P＜0.05），并達(dá)到了作物生長(zhǎng)季中的最大值。4月下旬以后，隨著雨滴的打擊和土壤自身沉降等作用的影響，兩種作物地的土壤體積質(zhì)量和粘結(jié)力呈增加趨勢(shì)，土壤固結(jié)力逐漸增強(qiáng)，玉米地和谷子地的土壤分離能力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)（圖 2）。6月份以后，黃土高原開始進(jìn)入雨季，玉米經(jīng)歷了五葉期、拔節(jié)期、抽雄吐絲期和成熟期等4個(gè)生長(zhǎng)階段，谷子經(jīng)歷了幼苗期、拔節(jié)期、抽穗灌漿期、籽粒形成期和成熟期等5個(gè)生長(zhǎng)階段，在這些不同的生長(zhǎng)階段中，隨著玉米和谷子作物根系的生長(zhǎng)、蓋度的增加，土壤硬化過程進(jìn)一步增強(qiáng)，兩種作物地的土壤分離能力呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì) （P＜0.05）（圖2），下降幅度分別為975% 和767%，玉米地和谷子地的土壤分離能力均在成熟期（9月下旬）達(dá)到最小值。9月底，玉米和谷子進(jìn)入收獲期，玉米采用人工鋤收獲，谷子采用鐮刀收獲，收獲使兩種作物地的土壤分離能力又有所增加，增幅分別為453% 和194%，其中，玉米地的收獲方式使玉米地土壤分離能力的增加值在統(tǒng)計(jì)學(xué)上達(dá)到顯著性差異水平 （P＜0.01）。

圖2 玉米地和谷子地土壤分離能力季節(jié)變化Fig. 2 Seasonal changes of soil detachment capacities in corn and millet fields

本研究中，玉米地土壤分離能力在整個(gè)生長(zhǎng)季的平均值是Mamo等［15］研究結(jié)果的856倍左右，是Zhang等［6］黃土高原農(nóng)耕地研究結(jié)果的6.5倍，這可能與試驗(yàn)測(cè)量方法、土壤屬性和農(nóng)事活動(dòng)方式等因素有關(guān)。本研究與Zhang等［6］的研究結(jié)果存在不同的原因可能是由于研究期的氣候條件、作物輪作、干濕循環(huán)、作物根系生長(zhǎng)等因素的不同所造成。例如，本研究中，試驗(yàn)期內(nèi)7、8月份降水量分別比Zhang 等［6］2006年試驗(yàn)期7、8月份降水量少28%和25%。在黃土高原地區(qū)，7、8月份是作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，該時(shí)期降水的多少對(duì)作物的生長(zhǎng)具有重要影響，也會(huì)影響到作物根系密度的大小，這可能是導(dǎo)致Zhang 等［6］研究結(jié)果中的根系密度是本研究中測(cè)量的根系密度4.7 ～ 49.8倍的主要原因。土壤分離能力隨根系密度增加呈指數(shù)函數(shù)降低［6，16，18-19］。此外，本試驗(yàn)中的單寬流量是Zhang 等［6］研究單寬流量（0.002 8 m3/（s·m））的1 ～ 2.5倍。本試驗(yàn)中所使用的最大水流剪切力是Zhang 等［6］研究中水流剪切力（11.63 Pa）的1.48倍。因此，本研究中測(cè)定的土壤分離能力結(jié)果比Zhang等［6］測(cè)得的結(jié)果相對(duì)偏大。本研究中須根系作物玉米和谷子的根系密度在整個(gè)生長(zhǎng)季的均值具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性差異，但兩種作物地的土壤分離能力季節(jié)變化的平均值之間并未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性差異水平 （P＞0.05），Mamo等［15］和Ghidey等［20］的研究結(jié)果也證明了這一結(jié)論，這說明土壤分離能力的減小并不完全是根系的作用，也可能與農(nóng)事活動(dòng)、土壤物理結(jié)皮的發(fā)育和土體沉降等因素有關(guān)。

2.2 土壤分離能力季節(jié)變化的潛在影響因素

坡面流水動(dòng)力條件、土壤屬性和植被根系的生長(zhǎng)都是土壤分離過程的重要影響因素。降雨強(qiáng)度、土壤屬性季節(jié)變化和植被根系生長(zhǎng)等都可能導(dǎo)致土壤分離能力的動(dòng)態(tài)變化。本研究中，由于不同試驗(yàn)周期水動(dòng)力條件相同。因此，不考慮水動(dòng)力條件對(duì)土壤分離過程季節(jié)變化的影響，只討論土壤屬性和作物根系動(dòng)態(tài)變化對(duì)土壤分離能力季節(jié)變化的影響。本研究中，土壤粘結(jié)力、體積質(zhì)量和水穩(wěn)性團(tuán)聚體等土壤屬性具有明顯的季節(jié)變化（圖3），斯皮爾曼相關(guān)分析表明，兩種作物地的土壤分離能力與土壤屬性和作物根系密度關(guān)系密切（表2）。

圖3 土壤屬性季節(jié)變化Fig. 3 Seasonal changes of soil properties in crop fields

表2 土壤分離能力與土壤屬性和根系密度關(guān)系矩陣Table2 Correlation matrixes of soil detachment capacities with soil properties and root densities

土壤粘結(jié)力和體積質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化顯著影響著土壤分離能力的季節(jié)變化［6］，土壤粘結(jié)力和體積質(zhì)量的增加，會(huì)使土壤變得更為緊實(shí)，從而難于被分離［6］，進(jìn)而導(dǎo)致土壤分離能力降低。本研究中，玉米地和谷子地的土壤粘結(jié)力和體積質(zhì)量在整個(gè)生長(zhǎng)季呈增加趨勢(shì)（圖3A、3B），土壤分離能力隨土壤粘結(jié)力和體積質(zhì)量的增加呈指數(shù)函數(shù)降低（圖4A、4B），這一研究結(jié)果與Morgan等［12］及De Baets和Tang［17］的研究結(jié)果相同。斯皮爾曼相關(guān)分析表明，玉米地和谷子地的土壤分離能力與土壤粘結(jié)力和土壤體積質(zhì)量間呈顯著負(fù)相關(guān) （表2）。

土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體是表征土壤侵蝕阻力大小的一個(gè)重要指標(biāo)［23-25］。本研究中，玉米地和谷子地的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體在整個(gè)生長(zhǎng)季呈增加趨勢(shì)（圖3C），玉米地增加尤其明顯，在整個(gè)生長(zhǎng)季增加了111%左右，谷子地在整個(gè)生長(zhǎng)季增加了59%，土壤分離能力隨著土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的增加呈指數(shù)函數(shù)降低（圖4C），這說明在作物生長(zhǎng)季土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的顯著增加可能影響了土壤分離能力的季節(jié)變化，這可能與大顆粒土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成，有利于增加土壤的侵蝕阻力，土壤變得難于被分離有關(guān)（圖4C）。

植被根系對(duì)土壤分離能力也有重要影響［16-18］。本研究中，土壤分離能力與根系密度間呈指數(shù)負(fù)相關(guān)（圖4D），這一研究結(jié)果與Gyssels等［16］，De Baets和Poesen［17］，Zhang等［18］的研究結(jié)果相同，與Burylo等［26］的研究結(jié)果不同（土壤分離與植被根系沒有直接關(guān)系）。

玉米地和谷子地的土壤分離能力（Dc，kg/（m2· s））與根系密度（RD，kg/m3）的關(guān)系可以用下列方程擬合：

式中：系數(shù)a和b為回歸參數(shù) （表3）。

圖4 土壤分離能力與土壤屬性和根系密度的關(guān)系Fig. 4 Relationships of soil detachment capacities with soil properties and root densities

表3 土壤分離能力擬合方程參數(shù)a，b和c 值Table3 Values of parameter a，b and c in the simulated equation of soil detachment capacity

玉米和谷子地土壤分離能力與根系密度間的決定系數(shù)（R2）分別為0.72和0.84，這一研究結(jié)果說明須根系作物抵抗土壤被分離的能力較強(qiáng)。斯皮爾曼相關(guān)分析表明玉米和谷子的土壤分離能力與作物平均根徑間呈正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)作物平均根徑被添加到土壤分離能力擬合方程 （3） 中時(shí)，玉米地和谷子地土壤分離能力擬合方程的擬合精度均有所提高，谷子地?cái)M合方程的模型有效系數(shù)NSE提高了0.13。玉米和谷子地的土壤分離能力（Dc，kg/（m2·s））與根系密度（RD，kg/m3）和平均根徑（D，mm）的關(guān)系可以用下列方程擬合：

式中：D是平均根徑 （mm）。這一研究結(jié)果與De Baets和Poesen［17］的研究結(jié)果較為一致。但是，當(dāng)平均根莖被添加到土壤分離能力擬合方程時(shí)，玉米地?cái)M合方程的精度沒有明顯的變化，這說明平均根徑在本研究中并不是一個(gè)很好的擬合土壤分離能力季節(jié)變化的參數(shù)。

農(nóng)事活動(dòng)對(duì)土壤分離能力也有重要的影響。例如，玉米和谷子都采用播種機(jī)播種，播種后，與種植前相比玉米地和谷子地的土壤分離能力都明顯增加了416% （P＜0.05）。鋤草對(duì)作物地的土壤分離能力的變化也有影響。第一次鋤草，玉米地的土壤分離能力增加了17.4%，谷子地的土壤分離能力增加不明顯。第二次鋤草，谷子地伴隨著定苗，土壤分離能力增加了255%，玉米地則增加不明顯。玉米地采用人工鋤收獲，谷子地采用鐮刀收獲，受收獲的影響，玉米地的土壤分離能力增加了453%，達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性水平（P＜0.05），谷子地的土壤分離能力增加194%，未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性水平（P＞0.05）。農(nóng)事活動(dòng)對(duì)土壤分離能力的影響的多少主要與農(nóng)事活動(dòng)對(duì)近地表層土壤干擾程度的大小有關(guān)，通常隨作物的種類和時(shí)間的變化而變化［6］。農(nóng)事活動(dòng)通常使農(nóng)耕地近地表層的土壤變得更加容易被分離［6］。

2.3 土壤分離能力擬合方程

在野外條件下，坡面流土壤分離能力很難直接測(cè)量。但是，它對(duì)土壤侵蝕過程模型的建立是非常重要的。因此，精確模擬土壤分離能力是非常需要的。

本研究基于不同季節(jié)土壤屬性的動(dòng)態(tài)變化和根系生長(zhǎng)特征，利用作物地土壤粘結(jié)力、根系密度和水流剪切力構(gòu)建了兩種作物地土壤分離能力的季節(jié)變化擬合方程：

在這個(gè)擬合方程中，根系密度、土壤粘結(jié)力和水流剪切力分別能夠解釋土壤分離能力自變量92% 和75% 的變量?？傮w而言，該擬合方程分別高估了玉米地和谷子地土壤分離能力的3% 和7%。擬合方程的決定系數(shù)R2分別為0.92和0.75，NSE系數(shù)分別為0.91和0.74 （表4）。相比之下，玉米地的擬合精度較高（圖5）。土壤體積質(zhì)量和粘結(jié)力都反映了土壤的硬化過程，但相比之下，粘結(jié)力與土壤分離能力的關(guān)系更為密切。因此，在土壤分離能力擬合方程中，只考慮了粘結(jié)力對(duì)土壤分離能力的影響。

表4 土壤分離能力擬合方程參數(shù)d，e，f 和g 值Table4 Values of parameter d， e， f and g in the simulated equation of soil detachment capacity

圖5 土壤分離能力實(shí)測(cè)值與模擬值的關(guān)系Fig. 5 Relationship between the simulated and measured soil detachment capacities

3 結(jié)論

1） 在黃土丘陵區(qū)典型農(nóng)耕地玉米和谷子作物生長(zhǎng)季，它們的土壤分離能力在整個(gè)生長(zhǎng)季都表現(xiàn)出了先升高后降低再升高的明顯的季節(jié)變化（P＜0.05），并表現(xiàn)出了相似的季節(jié)變化模式。

2） 黃土丘陵區(qū)農(nóng)耕地土壤分離能力季節(jié)變化主要受控于農(nóng)事活動(dòng)、土壤屬性的季節(jié)變化和作物根系的生長(zhǎng)。兩種作物地的土壤分離能力隨作物根系密度、土壤粘結(jié)力和水穩(wěn)性團(tuán)聚體的增大呈指數(shù)函數(shù)形式下降。

3） 在黃土丘陵區(qū)，利用作物地土壤粘結(jié)力、根系密度和水流剪切力能夠較好地?cái)M合兩種作物地的土壤分離能力。

4） 針對(duì)黃土高原降雨主要集中于6—9月和坡耕地土壤分離能力存在季節(jié)變化的特點(diǎn)，可考慮在黃土高原坡耕地周圍修建不同組合模式的植物籬［27-28］，來減緩和降低坡耕地進(jìn)入河流的泥沙。

［1］ Fu B J. Soil erosion and its control in the Loess Plateau of China［J］. Soil Use and Management， 1989， 5（2）： 76-82

［2］ Kheir R B， Cerdan O， Abdallah C. Regional soil erosion risk mapping in Lebanon［J］. Geomorphology， 2006，82（3/4）： 347-359

［3］ Shi H， Shao M A. Soil and water loss from the Loess Plateau in China［J］. Journal of Arid Environments， 2000，45（1）： 9-20

［4］ 唐克麗， 張科利， 雷阿林. 黃土丘陵區(qū)退耕上限坡度的研究論證［J］. 科學(xué)通報(bào)， 1998， 43（2）： 200-203

［5］ Zhang G H， Liu G B， Tang K M， et al. Flow detachment of soils under different land uses in the Loess Plateau of China［J］. Transactions of the American Society of Agricultural and Biological Engineers， 2008， 51（3）：883-890

［6］ Zhang G H， Tang K M， Zhang X C. Temporal variation in soil detachment under different land uses in the Loess Plateau of China［J］. Earth Surface Processes and Landforms， 2009， 34（9）： 1 302-1 309

［7］ 國(guó)家發(fā)展改革委， 水利部， 農(nóng)業(yè)部， 國(guó)家林業(yè)局. 黃土高原地區(qū)綜合治理規(guī)劃大綱［Z］. 2011. 1， 17. http：//www. sdpc.gov.cn/

［8］ Nearing M A， Simanton J R， Norton L D， et al. Soil erosion by surface water flow on a stony， semiarid hillslope［J］. Earth Surface Processes and Landforms， 1999， 24（8）：677-686

［9］ Zhang G H， Liu B Y， Liu G B， et al. Detachment of undisturbed soil by shallow flow［J］. Soil Science Society of America Journal， 2003， 67（3）： 713-719

［10］ Nearing M A， West L T， Brown L C. A consolidation model for estimating changes in rill erodibility［J］. Transactions ofthe American Society of Agricultural Engineers， 1988，31（3）： 696-700

［11］ Ghebreiyessus Y T， Gantzer C J， Alberts E E， et al. Soil erosion by concentration flow： Shear stress and bulk density［J］. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers， 1994， 37（6）： 1 791-1 797

［12］ Morgan R P， Quiton J N， Smith R E， et al. The European soil erosion model （EUROSEM）： A dynamic approach for predicting sediment transport from fields and small catchments［J］. Earth Surface Processes and Landforms，1998， 23（6）： 527-544

［13］ Zheng F L， Huang C H， Norton L D. Vertical hydraulic gradient and run-on water and sediment effects on erosion processes and sediment regimes［J］. Soil Science Society of America Journal， 2000， 64（1）： 4-11

［14］ Knapen A， Poesen J， Govers G， et al. Resistance of soils to concentrated flow erosion： A review［J］. Earth-Science Reviews， 2007， 80（1/2）： 75-109

［15］ Mamo M， Bubenzer G D. Detachment rate， soil erodibility and soil strength as influenced by living plant roots part II：Field study［J］. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers， 2001， 44（5）： 1 175-1 181

［16］ Gyssels G， Poesen J， Van Dessel W， et al. Effects of cereal roots on detachment rates of single and doubled rilled topsoils during concentrated flow［J］. European Journal of Soil Science， 2006， 57（3）： 381-391

［17］ De Baets S， Poesen J. Empirical models for predicting the erosion-reducing effects of plant roots during concentrated flow erosion［J］. Geomorphology， 2010， 118（3/4）： 425-432

［18］ Zhang G H， Tang K M， Ren Z P， et al. Impact of grass root mass density on soil detachment capacity by concentrated flow on steep slopes［J］. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers， 2013， 56（3）： 927-934

［19］ Yu Y C， Zhang G H， Geng R， et al. Temporal variation in soil detachment capacity by overland flow under four typical crops in the Loess Plateau of China［J］. Biosystems Engineering， 2014， 122： 139-148

［20］ Ghidey F， Alberts E E. Plant root effects on soil erodibility，splash detachment， soil strength， and aggregate stability［J］. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers， 1997， 40（1）： 129-135

［21］ Knapen A， Poesen J， De Baets S. Seasonal variations in soil erosion resistance during concentrated flow for a loessderived soil under two contrasting tillage practices［J］. Soil and Tillage Research， 2007， 94（2）： 425-440

［22］ Nearing M A， Bradford J M， Parker S C. Soil detachment by shallow flow at low slopes［J］. Soil Science Society of America Journal， 1991， 55（2）： 339-344

［23］ Coote D R， Mc Govern M C A， Wall G J， et al. Seasonal variations of erodibility indices based on shear strength and aggregate stability in some Ontario Soils［J］. Canadian Journal of Soil Science， 1988， 68（2）： 405-416

［24］ Govers G， Everaert W， Poesen J， et al. A long-flume study of the dynamic factors affecting the resistance of a loamy soil to concentrated flow erosion［J］. Earth Surface Processes and Landforms， 1990， 15（4）： 313-328

［25］ Barthès B， Roose E. Aggregate stability as an indicator of soil susceptibility to runoff and erosion， validation at several levels［J］. Catena， 2002， 47（2）： 133-149

［26］ Burylo M， Rey F， Mathys N， et al. Plant root traits affecting the resistance of soils to concentrated flow erosion［J］. Earth Surface Processes and Landforms， 2012， 37（14）：1 463-1 470

［27］ 李聰會(huì)， 朱首軍， 陳云明， 等. 黃土丘陵區(qū)牧草籬對(duì)坡耕地土壤抗侵蝕性的影響［J］. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào)， 2013，28（5）： 41-46

［28］ 袁久芹， 梁音， 曹龍熹， 等. 紅壤坡耕地不同植物籬配置模式減流減沙效益對(duì)比［J］. 土壤， 2015， 47（2）： 400-407

Seasonal Changes of Soil Detachment Capacity Under Two Typical Fibrous Crops in Hilly Region of Loess Plateau of China

YU Yaochuang1，2， WANG Changyan1，2
（1 College of Geography and Environment， Baoji University of Arts and Sciences， Baoji， Shaanxi 721013， China；2 Key Laboratory of Disaster Monitoring and Mechanism Simulating of Shaanxi Province， Baoji， Shaanxi 721013， China）

In order to provide scientific basis for soil and water conservation measurements of the loess plateau， overland flow with a hydraulic flume with adjustable bed gradients was used to study the seasonal changes in soil detachment capacity and the potential influential factors during one growing season of maize and millet in 2012. The results showed that the soil detachment capacity for each fibrous crop fluctuated significantly over time with a similar pattern of seasonal change. The seasonal changes of soil detachment capacity were affected by tillage practices， soil consolidation， water-stable aggregates， and root growth. Soil detachment capacities of two fibrous crops could be estimated by using flow shear stress， soil cohesion and root density （R2＞0.75， NSE＞0.74）.

Hilly regions of Loess Plateau； Soil detachment capacity； Seasonal variations； Soil consolidation； Root growth

S147

10.13758/j.cnki.tr.2016.05.025

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41371497，41171423）、陜西省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目 （2009JS071）、陜西省教育廳項(xiàng)目（14JZ013）、寶雞文理學(xué)院重點(diǎn)科研項(xiàng)目 （ZK15052，ZK1054） 和陜西省自然地理學(xué)重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目資助。

郁耀闖（1980—），男，河南南陽(yáng)人，講師，博士，主要研究方向?yàn)橥寥狼治g與環(huán)境效應(yīng)。E-mail： yuyaochuang@126.com