赣南崩岗的发育阶段及部位对土壤水力性质的影响

文 慧，倪世民，冯舒悦，王军光，蔡崇法

赣南崩岗的发育阶段及部位对土壤水力性质的影响

文 慧，倪世民，冯舒悦，王军光※，蔡崇法

（华中农业大学水土保持研究中心，农业部长江中下游耕地保育重点实验室，武汉 430070）

为探究赣南典型崩岗侵蚀区不同发育阶段崩岗对土壤水力性质的影响，采用圆盘入渗仪对3种不同发育阶段崩岗（初期、活跃期和稳定期）以及3个部位（集水区、边坡和沟道）的土壤进行了4个压力水头（0、-3、-6和-9 cm）下的圆盘入渗试验。结果表明，崩岗发育阶段和部位显著影响着土壤的理化性质。随着压力水头的减小，3种不同发育阶段崩岗的土壤稳定入渗率逐渐减小，土壤砂粒含量显著影响土壤的入渗参数。3种不同发育阶段崩岗与土壤导水率和Gardner常数之间差异不显著。除了-9 cm压力水头下的导水率以外，崩岗的部位显著影响土壤导水率和Gardner常数值。不同发育阶段崩岗的大孔隙对水流贡献率随着崩岗受侵蚀程度的增加而增加，不同发育阶段崩岗各部位土壤大孔隙、中等孔隙2以及小孔隙对水流贡献率影响显著，其中活跃期崩岗沟通处大孔隙对水流的贡献率最高。研究结果可为南方不同发育阶段崩岗的土壤侵蚀过程提供一定的参考。

土壤；崩岗；土壤水力性质；圆盘入渗仪

0 引 言

崩岗是指山坡土石体在水力和重力的作用下受破坏而崩塌及受冲刷的侵蚀现象，在中国主要发生于花岗岩分布广泛的南方地区[1-2]。由于其发展速度快、侵蚀程度大，是造成当地土地资源和生态环境恶化的重要原因，能引起自然灾害并直接危及当地居民的人身财产安全，现已经成为水土保持研究的重要研究方向[3]。崩岗作为一种地貌过程具有阶段性，按其发育阶段可以分为初期、活跃期和稳定期[4]。影响其发育的主要因素包括花岗岩的结构、降雨、地质地形因素以及人类活动的作用等，地表径流冲刷沟床形成细沟切沟，其入渗过程决定了降雨过程水分在崩岗剖面的再分配，影响崩岗的土壤侵蚀特征[5-6]。

土壤入渗是探讨地表径流产生的前提和基础，是评价土壤抗侵蚀能力的重要指标[7-8]，通常被应用在水文过程、土壤侵蚀以及污染物运输的监测上。影响土壤水分入渗的因素主要有土壤质地、土壤含水率和土壤有机质等[9-10]。目前，对土壤入渗的测定方法有很多，如环刀法、双环法、定水头渗透仪法、人工模拟降雨法等[11-13]。Bagarello等[14]利用张力入渗仪测量了红土不同压力水头下的土壤水力性质；江凌等[11]采用双环法、环刀法和土壤入渗自动测量系统，研究崩岗崩壁的3个土层入渗情况的差异；朱良君等[15]利用双环、单环、圆盘入渗仪和Hood入渗仪4种方法测定了黄土土壤入渗性能，结果表明圆盘入渗仪更适合用于野外试验。由于圆盘入渗仪便于操作并且提供可靠的土壤导水率值，近年来已成为一种常用的田间测定土壤水力参数的仪器[16-18]。

土壤导水率以及土壤孔隙大小分布Gardner常数等是反映土壤入渗能力的重要参数[19]。佘冬立等[20]利用圆盘入渗仪测定了4种土地利用方式下的土壤水力特征参数，结果表明土地利用方式对土壤导水率和Gardner常数均有显著影响。相关学者对崩岗的成因、地质地貌、分布特征、治理措施以及不同土地利用类型下的土壤入渗特性进行了相关研究[21-22]，但对不同发育阶段崩岗的土壤入渗特性方面的研究较少。因此，本文采用圆盘入渗仪测定3种不同发育阶段崩岗土壤导水率等相关参数，以研究不同发育阶段崩岗土壤水力性质的变化，对深入探讨崩岗的侵蚀过程具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于江西省赣县金钩形小流域，介于114°42′～115°22′E，25°26′～26°17′N之间，地处亚热带湿润季风气候区，具有气候温和、光照充足、雨量充沛、四季分明、无霜期长等特点。该区地貌类型以低山、丘陵为主，局部为河谷平地。成土母质以花岗岩类风化物为主，岩体风化迅速，风化壳具有丰富的裂隙面和节理面，为水土流失的发生提供有力的内在条件。土壤类型以红壤和水稻土、潮土为主，植被物种以马尾松和铁芒萁为主，多年平均气温为19.3 ℃，年平均降雨量为1 476 mm。项目区土地总面积214.21 km²，存在崩岗815处，崩岗面积95.8 hm²，属赣南山地丘陵强度侵蚀区[23]。

图1 研究区概况

1.2 采样点及土壤样品采集

本试验在对研究区内崩岗进行调查研究的基础上，按崩岗侵蚀特征和发育阶段，将其分为发育初期、发育活跃期和发育稳定期（表1）。集水坡面是崩岗主要的汇水区域，降雨降落至此形成径流，冲刷地表土体，为崩岗侵蚀提供最原始的动力。边坡位于崩岗的两边，未发生崩塌，植被覆盖度较高。径流下切形成沟道，大量泥沙输送，是连接崩岗与外部环境的通道。因此，选取不同发育阶段崩岗的集水区、边坡和沟道3个部位为研究对象进行圆盘入渗试验。每个部位选取3～4个样点进行试验，与此同时，于崩岗各个部位采集原状土壤的环刀样（100 cm³）和1～2 kg散土样装入自封袋带回实验室，进行风干后用于土壤基础理化性质分析，样品采集和土壤性质的测定进行3次重复。

1.3 试验方法与数据处理

张力圆盘入渗仪由气泡塔、储水管、圆盘和ID管组成。试验采用入渗圆盘直径为20 cm，储水管直径为4.45 cm，高度为100 cm。试验前将样点周围半径20 cm内的土壤表面整平，并用小刀移除土壤表面植物，整理过程中不破坏土壤中的根系，于整理后的土壤表面平铺过1 mm筛的细沙，厚度约为2～3 mm，以确保圆盘底部与土壤的良好接触。每个测点按供水压力水头0、-3、-6和-9 cm的顺序依次进行圆盘入渗试验，在前5 min内每隔10 s记录储水管的读数，随后5 min内每隔30 s记录一次读数，从第10 min开始按每隔1 min读取一次读数，直到相同时间间隔内储水管下降的高度相等，停止实验。每个试验点做3个重复。

表1 各发育阶段崩岗及部位

利用非线性回归和wooding方法[24]，计算自由入渗中的导水率和Gardner常数的值[25]。拟合的方程为

根据毛管水的理论，在-3、-6、-9 cm压力水头下的入渗将分别排除当量半径大于0.5、0.25、0.1 mm中的水流。因此，将孔隙分为4个等级：大孔隙（孔隙半径>0.5 mm），中等孔隙1（孔隙半径>0.25～0.5 mm），中等孔隙2（孔隙半径0.1～0.25 mm），小孔隙（孔隙半径<0.1 mm）。不同级别孔隙对水流的贡献率表明了各级孔隙的导水能力，记为[26]

3.4 提高患者健康知识掌握情况及护理满意度 通过临床护理路径进行健康教育可使健康教育具有计划性、预见性，提高健康教育的针对性，从而提高患者对健康知识的掌握程度。同时，护士根据临床护理路径与患者及家属交流时，能促进护士主动宣教意识，督促护士每天下病房与患者交流，发现问题及时指导，通过更专业的健康教育知识给予患者热情周到的服务，增加了患者对护士的信任，密切了护患关系，减少了护患纠纷，提高了护理满意率。本研究表明，经临床护理路径进行健康教育后，患者对健康知识掌握情况及护理满意度明显提高(P＜0.05)，说明经临床护理路径进行健康教育，可显著提高患者健康知识掌握情况及护理满意度。

采取的样品经风干后于实验室内分析基本理化性质，土壤容重，毛管孔隙度、总孔隙采用环刀法测定；吸管法测定土壤的机械组成；土壤有机质采用重铬酸钾法[27-28]。试验数据通过Excel 2016、SPSS 22.0和Origin2020软件进行分析与处理。

2 结果与分析

2.1 不同发育阶段崩岗基本理化性质分析

由表2可知，3种不同发育阶段崩岗容重之间无明显差异，变化范围在1.32~1.45 kg/m3，其中，活跃期崩岗的容重最大为1.45 kg/m3。初期崩岗的初始含水率最高为27.64 %，是活跃期崩岗初始含水率的1.67倍。活跃期崩岗土壤有机质含量最低，沙粒含量最高为63.33 %。土壤中的有机质含量表现为初期>稳定期>活跃期，稳定期崩岗的发育逐渐稳定后，自身存在一定的自我修复能力，植被和微生物开始逐渐恢复，植物根系具有一定的固土作用使得土壤中的有机质含量逐渐增加。崩岗的不同部位中，发育初期崩岗沟道处容重最低为1.15 kg/m3，是其他部位（集水区、边坡）的0.82倍。活跃期崩岗沟道处沙粒含量最高为80.24 %，显著高于其他部位（<0.05），随着崩岗地势的降低，从集水区到沟道，土壤含水率逐渐减小，沟道处最小（7.95 %）。

表2 不同发育阶段崩岗的基本理化性质

注：不同字母表示不同部位间差异显著（<0.05）。

Note: Different letters indicate significant differences between parts (<0.05)

根据一般线性模型（general linear model）分析，崩岗的不同发育阶段（初期、活跃期和稳定期）对土壤含水率、粉粒和砂粒含量有显著影响（<0.05），崩岗3个部位（集水区、边坡和沟道）对土壤基本理化性质无显著影响（表 3）。除了土壤黏粒含量外，崩岗的不同发育阶段与不同部位之间的相互作用对其他土壤基本性质的影响显著（<0.05）。

表3 崩岗不同发育阶段和部位对基本理化性质影响的显著性

2.2 不同发育阶段崩岗入渗过程分析

分析不同发育阶段崩岗的土壤入渗特性，发现随着时间的推移，土壤入渗速率逐渐降低，最终趋于稳定。如图2所示，随着压力水头的增加，土壤的稳定入渗率逐渐增加，压力水头为0 时的土壤稳定入渗率明显大于其他压力水头的稳定入渗率，且表现为活跃期>稳定期>初期。发育稳定期崩岗沟道处的土壤稳定入渗率最高，是发育初期、活跃期崩岗沟道处的1.01、1.40倍。表明崩岗发育稳定期沟道处土壤结构较差，保水储水能力弱。

发育初期和发育稳定期崩岗不同部位的土壤稳定入渗率在不同负水头条件下变化基本相同，都表现为沟道>边坡>集水区，并且稳定入渗速率随着负压的增加逐渐增加（图2）。发育活跃期崩岗不同部位在压力水头为0 时的土壤稳定入渗率，表现为沟道>集水区>边坡。不同发育阶段崩岗的土壤稳定入渗率随着负水头的变化具有显著的指数函数关系（2>0.87）。主要是由于负压的增加导致土壤内的小孔隙逐渐被排干，因此土壤的入渗能力越来越差。

a. 初期 a. Initial stage b. 活跃期 b. Active stage c. 稳定期 c. Stable stage

2.3 不同发育阶段崩岗的土壤导水率和Gardner常数

表4总结了3个不同发育阶段崩岗以及其部位，在不同压力水头下的土壤导水率和Gardner常数值。3个不同发育阶段崩岗的土壤导水率均随着压力水头的增加而增加，在压力水头为0 时最大，且都表现为活跃期>稳定期>初期，其中活跃期崩岗的土壤饱和导水率是初期和稳定期崩岗的4.12、3.68倍。除了发育初期，崩岗土壤饱和导水率值都表现为沟道>边坡>集水区。这可能是因为，发育初期的崩岗，水蚀作用强烈，在降雨和地表径流的作用下，集水区坡面受到严重的侵蚀。土壤导水率的变异系数CV的值在1.25%～58.73%之间，表明土壤导水率有中等的空间变异性。土壤孔隙大小分布Gardner常数值在0.09～0.40 cm-1之间，表现为活跃期>稳定期>初期，表明活跃期崩岗的土壤孔隙分布差异最明显，变异系数在0.25%～40.96%，表现为中等变异性。3种不同发育阶段崩岗沟道处的Gardner常数值都最大，为集水区和边坡的0.98～2.86倍。

表4 不同发育阶段崩岗土壤的入渗特性

注：为饱和土壤导水率；9、6、3分别为压力水头为-9、-6、-3 cm时的土壤导水率；为Gardner常数。

Note:is saturated soil hydraulic conductivity;9,6,3are soil hydraulic conductivity with pressure headof -9、-6、-3 cm respectively;is Gardner constant.

为研究不同发育阶段崩岗以及其部位对土壤导水率大小和孔隙大小分布的影响，分别对3种不同发育阶段崩岗以及3个部位的土壤导水率和Gardner常数值进行方差分析。结果如表5所示，崩岗不同发育阶段的土壤导水率和Gardner常数值无显著差异（>0.05），这表明崩岗的发育阶段，不是影响土壤导水率和Gardner常数的主要原因。除了-9 cm水头下的导水率以外，崩岗不同部位的土壤导水率、3、6和Gardner常数值之间均存在显著差异（<0.05），测得的土壤饱和导水率（）在活跃期和稳定期崩岗不同部位从大到小依次为沟道>边坡>集水区，初期崩岗的土壤饱和导水率（）从大到小为沟道>集水区>边坡，表明不同部位下的土壤孔隙分布有明显的差异，沟道处的土壤结构差，植被覆盖低、易受扰动，土壤中大孔隙较多。

表5 不同发育阶段崩岗土壤导水率和Gardner常数α的方差分析

2.4 不同发育阶段崩岗土壤孔隙级别对入渗的贡献

对崩岗的土壤孔隙级别对水流的贡献率进行方差分析，进而研究不同发育阶段的崩岗以及其3个部位对不同级别孔隙对水流贡献率的影响。结果如表6所示，3种不同发育阶段的崩岗孔隙对水流的贡献率均无显著差异。崩岗不同部位的土壤孔隙级别对水流的贡献率除中等孔隙1外，大孔隙、中等孔隙2和小孔隙对水流的贡献率均有显著差异（<0.05）。3种不同发育阶段崩岗沟道处的大孔隙对水流的贡献率均在45%以上。表明崩岗的部位是影响土壤孔隙大小分布的主要因素之一。

a. 初期 a. Initial stageb. 活跃期 b. Active stagec. 稳定期 c. Stable stage