黃土坡面細(xì)溝侵蝕研究進(jìn)展與展望

趙龍山，侯 瑞，吳發(fā)啟

黃土坡面細(xì)溝侵蝕研究進(jìn)展與展望

趙龍山1，侯 瑞1，吳發(fā)啟2

(1.貴州大學(xué) 林學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

細(xì)溝；土壤侵蝕；模型；地表糙度；黃土高原

細(xì)溝侵蝕是黃土高原地區(qū)坡面土壤侵蝕的主要方式之一，在土壤剝蝕—搬運(yùn)—沉積過(guò)程中具有重要作用，開(kāi)展細(xì)溝侵蝕研究對(duì)于深入了解坡面土壤侵蝕機(jī)理與建立水土流失模型具有重要意義。從野外調(diào)查研究、室內(nèi)模擬研究及細(xì)溝形態(tài)定量化等3個(gè)方面對(duì)坡面細(xì)溝侵蝕與特征的研究狀況進(jìn)行了綜述，并探討了細(xì)溝侵蝕研究的發(fā)展趨勢(shì)。

水力侵蝕主要包括雨滴對(duì)地表打擊作用造成的濺蝕，坡面徑流對(duì)地表沖刷與搬運(yùn)作用造成的面蝕和坡面流匯集后對(duì)地表下切、側(cè)蝕和溯源侵蝕造成的溝蝕等3種侵蝕方式[1]。通常情況下，這3種侵蝕方式在一場(chǎng)降雨過(guò)程中同時(shí)存在，但是相對(duì)于濺蝕和面蝕，溝蝕對(duì)耕層土壤損壞程度更大，一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)侵蝕問(wèn)題之一。

細(xì)溝對(duì)地表土壤侵蝕的作用和影響主要包括兩個(gè)方面。一是細(xì)溝形成后地表出現(xiàn)大量的負(fù)地形和臨時(shí)性水路網(wǎng)，這必然會(huì)影響坡面產(chǎn)流、匯流過(guò)程，使徑流連通性顯著增加，從而導(dǎo)致地表的蓄水能力和徑流阻力降低。也就是說(shuō)，有侵蝕細(xì)溝的坡面在降雨過(guò)程中更容易產(chǎn)生徑流。二是細(xì)溝會(huì)進(jìn)一步加劇土壤侵蝕的發(fā)生。當(dāng)坡面產(chǎn)生細(xì)溝后，徑流搬運(yùn)能力增強(qiáng)，坡面侵蝕量隨之增加。細(xì)溝尺寸會(huì)隨著侵蝕作用的增大逐漸增大，若不及時(shí)采取有效的防治措施，細(xì)溝的規(guī)模會(huì)不斷擴(kuò)展，最后形成溝長(zhǎng)較長(zhǎng)、下切深度和寬度較大的淺溝。在坡耕地上，淺溝一旦形成，很難通過(guò)一次正常的耕作管理措施來(lái)消除，達(dá)到地表恢復(fù)的目的[2]，久而久之，勢(shì)必會(huì)造成土地資源的破壞與浪費(fèi)，對(duì)保障區(qū)域糧食安全及生態(tài)環(huán)境健康產(chǎn)生較大影響。

溝蝕在黃土高原的坡面尤為普遍。從邏輯關(guān)系上講，在超滲產(chǎn)流匯集與流動(dòng)過(guò)程中最先出現(xiàn)細(xì)溝，之后是淺溝、切溝、沖溝和干溝。細(xì)溝產(chǎn)生后，其水深、流速及侵蝕力均有較大增加，坡面侵蝕方式也發(fā)生了根本性變化，因而侵蝕強(qiáng)度可較面蝕增加幾倍至幾十倍，甚至面蝕強(qiáng)度與溝蝕強(qiáng)度相比有時(shí)可以忽略[3-4]。因此，深入開(kāi)展細(xì)溝侵蝕研究對(duì)揭示土壤侵蝕機(jī)理、建立土壤侵蝕模型都具有重要意義[5]。本研究就坡面細(xì)溝侵蝕的研究狀況進(jìn)行綜述，并探討其發(fā)展趨勢(shì)。

1 野外調(diào)查研究

黃土高原的水土流失問(wèn)題一直受到人們的關(guān)注。20世紀(jì)50年代以來(lái)，中科院、水利部等先后組織專家對(duì)黃土高原地區(qū)土壤侵蝕狀況進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，取得了諸多成果。這些成果極大地促進(jìn)了人們對(duì)黃土高原土壤侵蝕狀況、特征及影響因素的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)開(kāi)展土壤侵蝕發(fā)生機(jī)制與特征方面的系統(tǒng)研究奠定了基礎(chǔ)。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，受復(fù)雜的地形地貌條件影響，黃土高原地區(qū)土壤侵蝕類型多樣。溝蝕是黃土高原地區(qū)土壤侵蝕中主要的侵蝕類型之一[6]。朱顯謨[7]認(rèn)為，依據(jù)侵蝕程度，溝蝕可以分為細(xì)溝、淺溝和切溝等類型。細(xì)溝是溝蝕發(fā)展的最初形式，它的縱斷面和坡面一致，橫斷面往往呈淺V形，溝深以10～15 cm為主，溝寬多小于15 cm，溝間距15～95 cm，一般多見(jiàn)于5°以上的農(nóng)地，如塬畔坡地、溝壁塬面集水區(qū)。在農(nóng)地上產(chǎn)生的細(xì)溝多呈枝狀分布，在農(nóng)事生產(chǎn)中很容易通過(guò)耕作消除。細(xì)溝侵蝕的另一種形式常見(jiàn)于荒坡草地，因有植被生長(zhǎng)，地面徑流常在較稀疏草地或草叢間裸露地面流動(dòng)，將流道逐漸侵蝕為細(xì)溝，此種細(xì)溝常呈網(wǎng)狀密布于地面而不成枝狀。淺溝是細(xì)溝和切溝的過(guò)渡形式，規(guī)模上較細(xì)溝大，但遠(yuǎn)小于切溝，橫斷面往往呈淺U形，在農(nóng)事生產(chǎn)中能進(jìn)行橫坡耕作，但耕作后侵蝕溝痕跡依然存在。切溝是淺溝進(jìn)一步下切發(fā)育的結(jié)果，溝的深度和寬度都較大，橫斷面形狀和分布情況也較為多樣，在農(nóng)事生產(chǎn)中不能進(jìn)行橫坡耕作，故一般不能消除。

朱顯謨[6]認(rèn)為，降雨、地形地貌、地質(zhì)條件、土壤類型和植被覆蓋等都會(huì)影響溝蝕的產(chǎn)生、發(fā)展與分布，尤其是降水對(duì)溝蝕的影響更大。在黃土高原地區(qū)，全年降水分布極為不均，80%集中在7—8月份，且以暴雨為主，同時(shí)地形地貌復(fù)雜和土壤質(zhì)地均勻、土層深厚、土質(zhì)以粉沙為主、表土腐殖質(zhì)含量極低、土壤結(jié)構(gòu)性差等造成黃土抗沖性差，再有干旱的氣候條件限制了植物生長(zhǎng)，植被覆蓋度低和人為活動(dòng)擾動(dòng)大等，使得黃土高原地區(qū)溝蝕問(wèn)題較為嚴(yán)重。

自然狀態(tài)下，黃土坡面土壤侵蝕具有明顯的垂直分帶性[8-10]。自分水嶺向下到溝沿線之間作為農(nóng)耕地的梁峁坡面，在鄰近分水嶺地帶的梁峁頂部，在坡度小于5°的情況下，主要為濺蝕、面蝕的弱侵蝕區(qū)，面積甚小，不到坡地總面積的1%；在梁峁坡的上部，順坡向上，坡度逐漸增加，徑流距離增長(zhǎng)，主要為細(xì)溝侵蝕區(qū)，占坡地總面積的10%以內(nèi)；在梁峁坡的中下部，主要為細(xì)溝、淺溝侵蝕區(qū)，占坡地總面積的70%～90%。根據(jù)淺溝分布的密度及侵蝕程度，梁峁坡的中下部又可劃分為以細(xì)溝侵蝕為主的輕度—強(qiáng)烈細(xì)溝侵蝕和淺溝侵蝕區(qū)，以及以淺溝侵蝕為主的極強(qiáng)烈—?jiǎng)×覝\溝侵蝕和細(xì)溝侵蝕區(qū)。后者主要分布在梁峁坡下部臨近溝沿線地帶，淺溝密度較大，間距為10～15 m，淺溝切割也較深，接近切溝侵蝕，往往成為由溝間地發(fā)展為溝谷地的過(guò)渡地帶。

在黃土高原地區(qū)，坡耕地由兩大部分組成，即溝間地部分的坡耕地和溝谷地部分的陡坡地，這為細(xì)溝侵蝕的產(chǎn)生與發(fā)展提供了天然的地理?xiàng)l件。朱顯謨[7]調(diào)查表明，在坡度大于5°的農(nóng)地上，降雨強(qiáng)度較大時(shí)會(huì)有細(xì)溝出現(xiàn)，而當(dāng)坡度達(dá)到25°時(shí)，細(xì)溝侵蝕更加明顯。唐克麗等[9]對(duì)杏子河流域坡耕地的土壤侵蝕調(diào)查表明，坡面徑流通過(guò)細(xì)溝的匯集，并經(jīng)淺溝和切溝，最終排入溝道系統(tǒng)，這一方面會(huì)促使細(xì)溝溝頭繼續(xù)前進(jìn)，溝的規(guī)模繼續(xù)加深與擴(kuò)展，導(dǎo)致侵蝕溝面積不斷擴(kuò)大、坡面面積減小，另一方面溝蝕的發(fā)育為地表土壤的流失提供了運(yùn)輸通道，加劇了坡面侵蝕的發(fā)生發(fā)展，因此在杏子河流域，除上游河源部分的重力侵蝕比較活躍外，大部分地區(qū)以溝蝕為主，伴隨有面蝕、重力侵蝕、洞穴侵蝕等。在溝間地部分，除少數(shù)的水平梯田及林灌草地為無(wú)侵蝕和鱗片狀侵蝕外，絕大部分坡耕地為細(xì)溝侵蝕和淺溝侵蝕，而細(xì)溝和淺溝侵蝕的發(fā)展又加劇了土壤侵蝕程度。據(jù)估算，在入黃泥沙中，有30%～50%來(lái)自坡耕地耕層土，如按耕層20 cm計(jì)算，每年損失的有效耕地面積為22.0萬(wàn)～36.7萬(wàn)hm2。坡耕地土壤侵蝕量可占總侵蝕量的60%，而細(xì)溝侵蝕是坡耕地土壤侵蝕的主要方式之一，據(jù)測(cè)算細(xì)溝侵蝕量可以占到總侵蝕量的45.3%[11]。

以上分析表明，細(xì)溝侵蝕是黃土高原坡耕地土壤侵蝕的主要方式之一[9,12]。由于細(xì)溝具有向淺溝、切溝演化的可能，因此研究細(xì)溝形態(tài)特征對(duì)于了解坡面溝蝕演化規(guī)律具有重要意義。另外，黃土高原地區(qū)坡耕地?cái)?shù)量較大、坡度較陡，研究坡耕地細(xì)溝的形成與演化特征對(duì)揭示坡耕地土壤侵蝕的規(guī)律、防治水土流失具有重要意義。

2 試驗(yàn)?zāi)M研究

細(xì)溝是坡面徑流形成股流后對(duì)地表下切、側(cè)蝕和溯源產(chǎn)生的一種地表形態(tài)。近年來(lái)，許多學(xué)者用模擬試驗(yàn)的方法對(duì)細(xì)溝侵蝕產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)條件、細(xì)溝侵蝕量和溝道空間分布特征等進(jìn)行了研究[13-21]，這些研究成果極大地提高了人們對(duì)細(xì)溝侵蝕的認(rèn)識(shí)。

在水力侵蝕中，細(xì)溝侵蝕的發(fā)生具有臨界條件。雷阿林等[22]用室內(nèi)模擬降雨和放水試驗(yàn)方法，在一個(gè)長(zhǎng)、寬和深分別為1.5、1.0、0.4 m的木制沖刷槽中研究了黃土坡面細(xì)溝侵蝕的水動(dòng)力學(xué)條件，試驗(yàn)包括3個(gè)降雨強(qiáng)度(29.7、90.2、153.7 mm/h)、5個(gè)試驗(yàn)坡度(5°、10°、15°、20°和25°)。研究結(jié)果表明坡面產(chǎn)生細(xì)溝前后坡面流的水動(dòng)力學(xué)特征明顯不同，因此他們認(rèn)為水動(dòng)力學(xué)特征可以作為判斷坡面細(xì)溝侵蝕發(fā)生與否的依據(jù)，并給出雷諾數(shù)(Re)和弗勞德數(shù)(Fr)臨界值分別為1 486和6.519，過(guò)水?dāng)嗝鎲挝荒芰?E)臨界值為1.387 cm，當(dāng)坡面流的這3個(gè)特征參數(shù)大于臨界值時(shí)，即發(fā)生細(xì)溝侵蝕。王文龍等[23]采用組合坡形的方法，在室內(nèi)模擬了黃土丘陵溝壑區(qū)梁峁、溝谷系統(tǒng)細(xì)溝發(fā)生的水動(dòng)力學(xué)特征，其研究結(jié)果也表明Re、Fr和E可以作為判斷侵蝕方式演變的水動(dòng)力學(xué)指標(biāo)。李占斌等[24]用室內(nèi)放水試驗(yàn)的方法，在一個(gè)長(zhǎng)、寬、深分別為7.0、1.0、0.6 m的鋼制沖刷槽中研究了陡坡產(chǎn)生細(xì)溝的水動(dòng)力學(xué)特性及其相互關(guān)系，試驗(yàn)采用3個(gè)流量(6.5、8.5、10.5 L/min)、3個(gè)坡度(21°、24°、27°)，研究結(jié)果表明坡面產(chǎn)生細(xì)溝后，Re明顯增大，且增大幅度會(huì)隨放水時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，細(xì)溝產(chǎn)生后，Re>500，F(xiàn)r>1。SAVAT et al.[25]發(fā)現(xiàn)有黏性的土壤，其細(xì)溝產(chǎn)生的Fr臨界值在2.3～2.8之間。鄭粉莉[26]在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，在長(zhǎng)、寬分別為5.0、1.5 m，面積為7.5 m2的試驗(yàn)小區(qū)上對(duì)坡面細(xì)溝產(chǎn)生的影響因素進(jìn)行了研究，結(jié)果表明降雨動(dòng)能對(duì)細(xì)溝侵蝕的影響較大，徑流侵蝕力是造成細(xì)溝侵蝕的直接動(dòng)力，但是只有當(dāng)徑流侵蝕力超過(guò)土壤抗蝕能力后，才會(huì)發(fā)生細(xì)溝侵蝕。張科利等[27]利用室內(nèi)徑流沖刷試驗(yàn)，在一個(gè)長(zhǎng)、寬、深分別為5.0、0.5、0.7 m的鋼制沖刷槽中研究了黃土坡面細(xì)溝侵蝕發(fā)生的水動(dòng)力學(xué)條件及輸沙特征，結(jié)果表明試驗(yàn)黃土坡面發(fā)生細(xì)溝侵蝕的臨界切應(yīng)力約為7 Pa，并建立了陡坡面細(xì)溝侵蝕能力與徑流切應(yīng)力之間的關(guān)系式D=8.18(τ-7)/1 0000，其中τ為細(xì)溝中徑流的平均切應(yīng)力(Pa)，D為細(xì)溝侵蝕能力〔kg/(ms〕，8.18為與試驗(yàn)黃土土壤性質(zhì)有關(guān)的侵蝕系數(shù)，7為黃土坡面發(fā)生細(xì)溝侵蝕的臨界切應(yīng)力。楊具瑞等[28]研究認(rèn)為，黃土坡面細(xì)溝侵蝕的臨界坡度在21°～50°之間，同時(shí)土壤類型及坡長(zhǎng)也會(huì)影響細(xì)溝侵蝕的臨界坡度。雷廷武等[29]利用15 m長(zhǎng)的土槽，在30～35 mm/h模擬降雨條件下，研究了細(xì)溝產(chǎn)生與坡面流之間的關(guān)系，研究結(jié)果表明在水流方向上，地面產(chǎn)生侵蝕坑是細(xì)溝產(chǎn)生的前提，在侵蝕坑出現(xiàn)的位置，水流的溯源侵蝕和搬運(yùn)作用導(dǎo)致細(xì)溝逐漸發(fā)育形成，同時(shí)坡面急流(超過(guò)臨界流)的出現(xiàn)和水流波動(dòng)對(duì)坡面的沖刷是產(chǎn)生侵蝕坑的前提條件，不存在臨界水動(dòng)力條件。

細(xì)溝侵蝕對(duì)坡面輸沙量及侵蝕量大小具有明顯影響。坡面出現(xiàn)細(xì)溝后，坡面流匯集到細(xì)溝，形成細(xì)溝流，流速和水深大大增加，水流的侵蝕與搬運(yùn)能力增強(qiáng)，導(dǎo)致侵蝕量顯著增加。鄭粉莉[26]在長(zhǎng)5 .0 m、寬1.5 m、面積7.5 m2的試驗(yàn)小區(qū)上對(duì)細(xì)溝侵蝕過(guò)程中坡面輸沙能力的研究結(jié)果表明，細(xì)溝侵蝕量增加值與降雨動(dòng)能增加值之間存在顯著的線性關(guān)系，對(duì)降雨動(dòng)能和徑流位能影響細(xì)溝侵蝕能力的分析表明，徑流位能對(duì)細(xì)溝侵蝕的影響遠(yuǎn)大于降雨動(dòng)能，同時(shí)土壤、地形及土地管理措施都會(huì)影響細(xì)溝侵蝕量，且這些影響基本與野外調(diào)查結(jié)果相符。SLATTERY et al.[30]研究表明，坡面產(chǎn)生細(xì)溝會(huì)減小坡面徑流量，增加產(chǎn)沙量，細(xì)溝侵蝕產(chǎn)沙量與弗勞德數(shù)之間滿足標(biāo)準(zhǔn)冪函數(shù)關(guān)系y=axb，y為細(xì)溝侵蝕產(chǎn)沙量(g)，x為弗勞德數(shù)，a、b為回歸系數(shù)。張科利等[15]用多元統(tǒng)計(jì)方法對(duì)水槽沖刷試驗(yàn)資料進(jìn)行分析，建立了細(xì)溝侵蝕量與徑流量、坡度的指數(shù)關(guān)系。雷廷武等[29]用室內(nèi)徑流沖刷試驗(yàn)，將長(zhǎng)8 m、寬1 m的鋼制沖刷槽分隔為寬0.1 m的小水槽，研究了黃土坡面細(xì)溝侵蝕發(fā)生過(guò)程中的輸沙特征，試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)坡度(5°、10°、15°、20°、25°)、9個(gè)溝長(zhǎng)(0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0 m)和3個(gè)流量(0.12、0.24、0.48 m3/h)，結(jié)果表明：輸沙能力隨坡度的變化較大，但當(dāng)坡度大于20°時(shí)，坡度對(duì)輸沙能力的影響減弱；輸沙能力隨流量的變化較??；溝長(zhǎng)與細(xì)溝輸沙能力之間存在明顯的函數(shù)關(guān)系。近年來(lái)，除試驗(yàn)?zāi)M建立的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯?，一些具有物理基礎(chǔ)的細(xì)溝侵蝕模型也被提出，如WEPP模型中的細(xì)溝侵蝕量Dr。但總體而言，由于細(xì)溝產(chǎn)生、發(fā)展過(guò)程具有隨機(jī)性，因此目前細(xì)溝侵蝕模擬研究仍不成熟，有待進(jìn)一步地完善和提高[31]。

以上分析表明，人們利用試驗(yàn)?zāi)M的方法在細(xì)溝侵蝕的發(fā)生機(jī)理與侵蝕量計(jì)算方面取得了一些成果，但是也存在一些不足，需要進(jìn)一步深入研究。比如，就研究方法來(lái)講，大多數(shù)模擬試驗(yàn)中試驗(yàn)土壤經(jīng)過(guò)風(fēng)干、過(guò)篩處理，試驗(yàn)坡面都是經(jīng)平整處理的，這與自然條件下細(xì)溝侵蝕發(fā)生的地表?xiàng)l件相比明顯不同。朱顯謨等[2,8-9,26]的調(diào)查都表明，黃土高原細(xì)溝侵蝕多發(fā)生在具有一定坡度的農(nóng)地上，人為耕作、作物生長(zhǎng)及其他農(nóng)事活動(dòng)會(huì)造成地表土壤的空間分布變化，增加地表糙度。研究表明，在侵蝕過(guò)程中，地表糙度會(huì)通過(guò)自身特征與變化影響徑流的產(chǎn)生、流向、地表填洼量和土壤入滲量，進(jìn)而影響徑流量與侵蝕量的大小[32-33]，特別是對(duì)流向的影響會(huì)造成匯流路徑變化[34-37]，這必然導(dǎo)致不同地表?xiàng)l件下細(xì)溝分布的差異。此外，地表糙度的存在會(huì)造成局部水流動(dòng)力特征的變化，這會(huì)影響細(xì)溝的形成與演化過(guò)程，導(dǎo)致不同地表?xiàng)l件下細(xì)溝的形態(tài)差異。但是，縱觀已有的研究，很少考慮地表糙度對(duì)細(xì)溝侵蝕的影響，這在一定程度上影響了人們對(duì)細(xì)溝侵蝕機(jī)理的理解及其在研究與生產(chǎn)中的應(yīng)用。因此，未來(lái)需要對(duì)地表糙度影響細(xì)溝侵蝕的作用展開(kāi)研究。

3 細(xì)溝形態(tài)定量化研究

在細(xì)溝侵蝕的研究中，關(guān)于細(xì)溝形態(tài)特征的研究主要包括兩個(gè)方面：一方面是細(xì)溝空間分布特征；另一方面是細(xì)溝形態(tài)的量化表達(dá)。從已有的研究成果看，關(guān)于細(xì)溝空間分布特征的研究較多，但是關(guān)于細(xì)溝形態(tài)量化的研究較少，正處于不斷探索與發(fā)展階段。GOMEZ et al.[38]對(duì)坡面細(xì)溝發(fā)育過(guò)程進(jìn)行了模擬研究，結(jié)果表明，坡面細(xì)溝的形成與發(fā)育滿足能量?jī)?yōu)化原理，故可將水文學(xué)研究中常用的方法引入坡面細(xì)溝分布的研究中，具體步驟是用三維掃描儀或者其他測(cè)量工具獲取地表高程信息，結(jié)合GIS技術(shù)建立地表數(shù)字高程模型DEM，用水文分析的方法，提取河網(wǎng)分布，進(jìn)而獲得細(xì)溝的空間分布特征，比如分叉比、河網(wǎng)密度、匯流頻度、流向等，通過(guò)這些指標(biāo)即可掌握細(xì)溝空間分布特征。在此基礎(chǔ)上，張攀等[39]采用分形理論和信息熵來(lái)量化坡面細(xì)溝分布特征，結(jié)果表明用分形理論可以表達(dá)細(xì)溝的平面形態(tài)，但是對(duì)細(xì)溝侵蝕量的表達(dá)不理想，因?yàn)榉中尉S數(shù)隨著侵蝕過(guò)程的變化波動(dòng)較大，相反，信息熵的變化較穩(wěn)定，隨侵蝕的加劇呈單調(diào)增加趨勢(shì)，這說(shuō)明信息熵與侵蝕過(guò)程的相關(guān)性較大。

近些年來(lái)，隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，一些新的測(cè)量技術(shù)逐步應(yīng)用到細(xì)溝侵蝕的研究中，比如：HELMING et al.[34]、GOMEZ et al.[38]、ROMKENS et al.[40]、霍云云等[41]、陳俊杰等[42]、沈海鷗等[43]利用三維激光掃描儀對(duì)模擬降雨條件下坡面細(xì)溝侵蝕的演化過(guò)程進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果表明，前期坡面上以不連續(xù)細(xì)溝為主，細(xì)溝深度和長(zhǎng)度都較小，后期隨著降雨時(shí)間的延長(zhǎng)和降雨場(chǎng)次的增加，細(xì)溝溝長(zhǎng)增加。但是，由于侵蝕產(chǎn)生的細(xì)溝形態(tài)較為復(fù)雜，利用三維激光掃描儀不能完整地測(cè)量細(xì)溝形態(tài)，因此不能用來(lái)量化細(xì)溝的形態(tài)特征。在自然狀態(tài)下，由于土壤性質(zhì)的空間不均勻性，再加上降雨分布、地表糙度等其他因素的影響，土壤抗蝕性也具有空間變異性，導(dǎo)致侵蝕產(chǎn)生細(xì)溝的空間分布和形態(tài)特征具有多種類型。概括來(lái)講，細(xì)溝的空間形態(tài)可以分為上寬下窄型、上窄下寬型或上窄中寬下又窄型等類型。通常情況下，這幾種侵蝕溝類型是同時(shí)存在的。盡管三維激光掃描儀可以精確測(cè)量空間物體的形狀，空間分辨率可達(dá)毫米級(jí)，但是也僅限于視域范圍內(nèi)的物體形狀，對(duì)于受外物遮擋或不在視域范圍內(nèi)的物體形狀很難測(cè)量，比如上窄下寬型或上窄中寬下又窄型的細(xì)溝受溝沿(或溝壁)遮擋影響，利用三維激光掃描儀很難獲得細(xì)溝的完整形態(tài)，降低了測(cè)量結(jié)果的精度。也正是因?yàn)橐陨显?，目前還沒(méi)有形成細(xì)溝形態(tài)量化的專門方法。

目前，有學(xué)者利用攝影測(cè)量技術(shù)來(lái)測(cè)量坡耕地上的侵蝕溝，取得了較好的效果，這為細(xì)溝形態(tài)的量化表達(dá)提供了新的技術(shù)思路。但是，NOUWAKPO et al.[44]研究中所測(cè)量的侵蝕溝深度和寬度都較大，不屬于細(xì)溝的范疇。同時(shí)，從報(bào)道的情況來(lái)看，他們所測(cè)量侵蝕溝的類型也屬于上寬下窄型，故攝影測(cè)量技術(shù)是否可以用來(lái)測(cè)量細(xì)溝，并最終對(duì)細(xì)溝進(jìn)行量化表達(dá)還需要做進(jìn)一步的評(píng)估研究。此外，在大多數(shù)研究中，細(xì)溝溝長(zhǎng)、寬度、溝壑密度和切割深度等作為描述坡面細(xì)溝形態(tài)特征的參數(shù)，其值通常是用均值表達(dá)。嚴(yán)格來(lái)講，這里所說(shuō)的細(xì)溝形態(tài)并不完整，它實(shí)質(zhì)上是細(xì)溝的水平投影，而完整的細(xì)溝形態(tài)應(yīng)該是由細(xì)溝深度和寬度及其隨空間位置變化共同構(gòu)成的三維空間形態(tài)。

4 結(jié) 語(yǔ)

在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，人們?cè)谝巴庹{(diào)查和試驗(yàn)?zāi)M的基礎(chǔ)上，將細(xì)溝的發(fā)生歸咎于坡度、降雨、流速，以及土壤抗蝕性與徑流剪切力等因素相互作用的結(jié)果，并探討了細(xì)溝發(fā)生的臨界條件，取得了諸多成果。但是，這些研究要么調(diào)查范圍小，要么試驗(yàn)?zāi)M條件有限，不能全面地反映細(xì)溝侵蝕特征。另外，對(duì)細(xì)溝形態(tài)的度量，人們常常用細(xì)溝深度與寬度的平均值作為特征參數(shù)，用匯流路徑來(lái)表達(dá)細(xì)溝的空間形態(tài)。嚴(yán)格來(lái)講，匯流路徑并不是細(xì)溝的形態(tài)，它實(shí)質(zhì)上是細(xì)溝在坡面的投影，而真實(shí)的形態(tài)應(yīng)該是包括深度和寬度及其隨空間位置變化的三維空間形態(tài)?？梢?jiàn)細(xì)溝侵蝕的復(fù)雜性，以及人們認(rèn)識(shí)和研究方法的局限性，使土壤侵蝕過(guò)程中細(xì)溝侵蝕這一研究領(lǐng)域仍處在不斷的探索與發(fā)展階段。目前研究中還存在幾方面的問(wèn)題：溝蝕過(guò)程中形成的細(xì)溝空間特征復(fù)雜，目前還沒(méi)有較好的方法對(duì)其三維形態(tài)進(jìn)行量化表達(dá)；已有的研究較多的是討論細(xì)溝產(chǎn)生的臨界條件，而對(duì)于溝蝕過(guò)程中細(xì)溝的演化規(guī)律的研究較少；已有的研究表明地表糙度在坡耕地土壤侵蝕中具有重要的作用，但是對(duì)地表糙度與細(xì)溝侵蝕之間相互作用的研究還未見(jiàn)報(bào)道。這些問(wèn)題研究的缺乏，在一定程度上影響了人們對(duì)細(xì)溝侵蝕及其在土壤侵蝕中的作用的理解，因此急需開(kāi)展相關(guān)研究工作，為坡面土壤侵蝕與土地管理提供科學(xué)基礎(chǔ)，也為土壤侵蝕學(xué)科發(fā)展增補(bǔ)知識(shí)。

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(責(zé)任編輯 李楊楊)

S157.1

A

1000-0941(2017)09-0047-05

趙龍山(1985—)，男，甘肅古浪縣人，副教授，博士，主要從事水土保持與生態(tài)環(huán)境建設(shè)方面的研究工作。

2017-03-15