冻融循环与未冻坡面土壤侵蚀过程差异：青藏高原东南部高海拔干旱河谷的人工降雨实验研究

针对青藏高原东南部高海拔干旱河谷区因冻融循环加剧的土壤侵蚀问题，研究人员通过室内人工降雨实验，系统分析了20°和40°裸坡在冻融与未冻条件下的溅蚀量、径流量及产沙量差异。研究发现冻融循环使土壤溅蚀量增加近3倍，累计产流量减少15.99%-37.42%，而累计产沙量增加2.29%-51.24%，揭示了冻融作用通过改变土壤孔隙度和剪切强度影响侵蚀过程的机制，为高寒河谷生态修复提供科学依据。

　　

青藏高原东南部的干旱河谷是生态脆弱区，近年来因人类活动加剧导致土壤侵蚀问题日益严峻。该区域独特的季节性冻融循环通过反复冻结-融化作用破坏土壤结构，但冻融过程对坡面侵蚀的具体影响机制尚不明确。针对这一科学问题，中国的研究团队在西藏洛隆县典型干旱河谷区展开研究，通过室内模拟冻融循环与人工降雨实验，揭示了冻融作用对裸坡土壤侵蚀过程的定量影响，相关成果发表于《International Soil and Water Conservation Research》。

研究采用三项关键技术：1）室内冻融循环模拟（-8°C/12 h与10°C/12 h交替，共9次循环）；2）可调坡度（20°和40°）钢槽人工降雨系统（强度30±3 mm/h，雨滴直径2-3 mm）；3）溅蚀量分级测量（区分上坡/下坡溅蚀量）。实验土壤采自工程扰动裸坡，属砂质壤土（砂粒63%），容重1.2 g/cm³。

3.1 多冻融与未冻坡面土壤溅蚀差异
冻融循环显著增加土壤溅蚀量，9次循环后20°坡总溅蚀量达6.99 g（未冻坡2.29 g），净溅蚀量增幅超3倍。40°坡溅蚀量增幅更显著，体现冻融对土壤抗蚀性的削弱作用。

3.2 人工降雨下径流过程差异
冻融坡面累计产流量减少15.96%（20°坡）和37.16%（40°坡）。冻融作用通过增加土壤孔隙度（总孔隙度从30.32%升至34.69%）提高入渗率，降低地表径流。

3.3 产沙过程差异
冻融坡面累计产沙量在40°坡增加51.24%，峰值产沙速率达2.47 g·m^-2·min^-1（未冻坡1.55 g·m^-2·min^-1）。冻融破坏土壤团聚体稳定性（剪切强度从13.2降至2.2），加剧细沟侵蚀。

3.4 土壤入渗率变化
冻融坡面初始入渗率较未冻坡提高38-39%，但随降雨持续趋于一致，表明冻融效应在侵蚀初期起主导作用。

4.1 冻融对土壤物理性质的改变
冻融循环通过冰晶膨胀-融化形成新孔隙，使容重从1.52 g/cm³降至1.46 g/cm³，毛细孔隙度增加11.1%，直接导致土壤抗剪强度下降。

4.3 产沙过程机制
冻融坡面细沟发育更显著（长度增加69%），与Li等（2018）在泥炭地的发现一致。产沙量与径流量呈幂函数关系（Y=0.067X^0.798, R²=0.983）。

该研究首次量化了青藏高原干旱河谷冻融坡面的侵蚀参数，证实冻融循环通过"孔隙度增加-结构松散-抗蚀性降低"的连锁反应加剧侵蚀。成果为高海拔工程边坡生态修复提供了关键参数，建议采用土壤改良剂（如沸石）提升冻融区土壤稳定性。未来研究需结合野外监测验证室内实验结论，并评估植被恢复对冻融侵蚀的抑制效果。