坡面近地表剧烈变化对产流产沙过程影响的雨强和坡度效应分析

　　 摘要:

现有研究多聚焦相似近地表条件下雨强和坡度变化对土壤侵蚀的影响，针对近地表剧烈变化下，土壤侵蚀过程对雨强和坡度的响应差异仍关注不足。本研究针对这一问题，在黄土高原六道沟小流域设置了自然恢复（植被盖度约75%）、刈割（无植被地上部分、有根系）和翻耕坡面（无植被、无根系）3类近地表条件差异显著的径流小区，通过人工模拟降雨试验，系统分析三种处理下的坡面产流产沙特征及其对雨强（60 mm h-1、90 mm h-1、120 mm h-1）和坡度（10°、20°、30°）的响应。结果表明：（1）自然恢复坡面的产流产沙速率显著低于刈割和翻耕坡面，且近地表剧烈变化对产沙量的影响比产流量更显著；（2）不同处理对雨强的响应存在差异，随雨强增大，各处理径流与侵蚀速率均呈增加趋势，且不同处理间的差异逐渐扩大；翻耕坡面产流产沙的绝对增量大但相对增幅小，而自然恢复与刈割坡面则相反；（3）坡度增加会使各处理径流速率达到峰值和稳定状态的时间缩短9.1%-50%，20°时各坡面侵蚀速率最高，且刈割和翻耕处理会在一定程度上弱化不同坡度间产流产沙的差异；（4）结构方程模型结果显示，地上植被覆盖与地下根系分别对径流量和侵蚀量发挥关键调控作用，保留植被地上部分可显著减少径流量（路径系数-0.58），移除地下根系则会显著增加侵蚀量（路径系数0.72）。本研究明确了近地表剧烈变化下土壤侵蚀对雨强和坡度的差异化响应特征，可为黄土高原地区水土保持措施空间配置与近地表管理提供了科学依据。