不同降雨强度下黄土区冻土坡面产流产沙过程及水沙关系

张 洋，张 辉，李占斌,※2，李 鹏，肖 列，柯浩成，陈怡婷

（1. 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室（西安理工大学），西安 710048；2. 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，杨凌 712100；3. 陕西西部联盟生态股份有限公司，西安 710075）

0 引 言

季节性冻融现象主要发生在中纬度地区，一般表现为冬季冻结，夏季消融[1-3]。黄河中游位于中纬度地区，在每年的10月下旬至来年3月下旬，土壤温度均在0 ℃以下，最低温度可达到–15 ℃左右，年 0 ℃以下的天数约为110 d，多年平均降雨量在500 mm左右，该研究区的气候条件满足冻融侵蚀发生的要求[4-6]。

土壤的冻融会对土壤的理化性质产生直接或间接影响[7-9]。已有研究表明，冻融作用能够通过改变土壤结构[10-12]，从而降低土壤抗剪强度[13]，增大土壤可蚀性，增加沟蚀发生的几率[14]。Frame等[15]通过室内试验发现，冻融循环后的侵蚀产沙量相对增加了25%左右。李强等[16]通过对黄土丘陵区的野外试验发现，与冻融前相比，裸地处理(CK)和低密度草被覆盖(LD)处理的总产沙量显著增加，分别增加了19.4%和6.7%。

前人的研究主要集中于土壤可蚀性在冻融作用前后的变化，而对于冻结状态下土壤的可蚀性研究较少。冻结时和未冻土土壤可蚀性的差异仍不清楚。当土壤中的水分以固体冰晶存在时，土壤中的含冰量较多，当春季外部气温升高，土壤表层土体中冰体融解而深处尚未融解的情况下，未融解部分就形成了不透水层或弱透水层[17]，春季的降水和融冰水无法从土层中迅速下渗，多余的水体会导致表层土壤含水量增加，使土体处于流动状态，此时已解冻土层的强度比其在冻结状态下或原始未冻状态要显著降低[18]，在降雨和融冰水的外营力作用下极易发生土壤侵蚀。……