不同坡度對土壤水分流失的影響
我國是一個多山的國家，山地、丘陵和地形比較崎嶇的高原所構(gòu)成的山區(qū)占國土總面積的５０％以上。在山區(qū)的道路建設中，道路多穿行于河谷山川之間，道路沿線土石方的開挖，形成了大量的道路邊坡。
道路邊坡的開挖破壞了原有植被覆蓋層，導致出現(xiàn)大量的次生裸地以及產(chǎn)生嚴重的水土流失現(xiàn)象，造成生態(tài)環(huán)境的破壞［１］。道路邊坡土壤是植物形成、生長和演替的基礎(chǔ)，植被在道路邊坡防護以及生態(tài)景觀恢復方面又有著不可取代的重要作用。而土壤水分是植物生長、植被恢復以及減輕土壤侵蝕的重要影響因素，是反映土壤特性的重要指標。道路邊坡土壤水分不僅影響坡面土壤的發(fā)育和植被的形成，而且對道路邊坡的安全也有著重要的影響。道路邊坡與農(nóng)田、林地不同，處在一個特殊生境條件下，但有關(guān)道路邊坡土壤水分的空間和時間變異性及其影響因素的文獻報道極少。針對這一問題，本文對道路邊坡土壤水分在不同坡位和坡向的空間變異性和季節(jié)變異性開展觀測研究，以期為道路邊坡防護和生態(tài)環(huán)境保護提供理論依據(jù)。
１ 不同坡位土壤水分空間變異性
土壤水分是降水等氣候因素與土壤特性的綜合反映，在土壤、植被、地貌等因素一致的情況下，土壤水分反映了大氣降水與水分蒸發(fā)的相互關(guān)系。土壤水分受降雨、植被、地貌等多方面的因素影響，單一考慮其中的一個或幾個因素都不能完全表達出土壤水分的變異性。另外，由于侵蝕、植被等因素造成的坡面淺溝等微地形，也會對土壤水分造成影響［２］。降雨和植被被作為主要的影響因素，對道路邊坡的穩(wěn)定性以及道路邊坡土壤的水分差異有著重要的作用。降雨是土壤侵蝕的動力因素，水土流失量隨降雨量的變化而發(fā)生變化，植被具有攔蓄降雨，減少徑流，固持土壤，防止侵蝕，改良土壤，改善生態(tài)環(huán)境等作用。植被作為水土保持當中的有效因子，不同植被會造成土壤水分利用以及土壤水分空間分布的差異性［３－４］。
道路邊坡坡位的不同會帶來坡面局部地形和土壤性狀的空間變異。土壤水分與地形和土壤性狀的空間變異有關(guān)。隨地形不同，植被的分布不同，形成的土壤生物結(jié)皮和成土層厚度也不一致。土壤生物結(jié)皮和成土層越厚的地方，土壤保水能力越強，降雨季節(jié)土壤含水量就越高［５］。土壤性狀的空間變異通常是有方向性的，即由于局部地形、植被分布及其它環(huán)境因子對土壤性狀的影響，導致其在不同方向上的土壤水分呈現(xiàn)不同的變異特性。從表２可知，１０月份道路邊坡不同坡位之間的含水量無顯著差異，其它３個月份土壤含水量隨坡位呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律，即坡下含水量最大且顯著大于坡上的土壤含水量。這可能是由于土壤水分在重力作用下，隨坡位的高低變化有向下聚集流失的作用，并且坡下植被生長最為茂盛，在一定程度對土壤水分涵養(yǎng)起到了較大的作用，因此坡下的土壤含水量最高。前人對農(nóng)田、林地等坡地土壤水分的研究結(jié)果也表明，土壤水分在坡地不同位置上的變化有一定規(guī)律性，即從坡上到坡下由于坡面降水再分配使其土壤水分越來越大［４－６］。
３．２不同坡向土壤水分空間變異性坡向?qū)τ谏降厣鷳B(tài)有著較大的作用，山地的方位對日照時數(shù)和太陽輻射強度有影響。坡面土壤含水量和坡向密切相關(guān)，坡向的不同會形成不同的小氣候和小環(huán)境，坡面及植被受陽光的量和時間也不同，造成水分地面蒸發(fā)和蒸騰作用的差異，坡面接受的太陽輻射及其植被類型均有差異形成土壤水分的變異［７］。
Ｇａｒｔｅｎ等［８］的研究結(jié)果顯示，輻射收入南坡最多，其次為東南坡和西南坡，再次為東坡與西坡及東北坡和西北坡，最少為北坡。陽坡（或南坡）和陰坡（或北坡）之間溫度或植被的差異常常很大。南坡或西南坡最暖和，而北坡或東北坡最寒冷，同一高度的極端溫差竟達３～４℃。坡向?qū)邓挠绊懸埠苊黠@。由于一山之隔，降水量可相差幾倍。來自西南的暖濕氣流在南北或偏南北走向山脈的西坡和西南坡形成大量降水；東南暖濕氣流在東坡和東南坡造成豐富的降水。
對森林、草地等坡面土壤水分的研究結(jié)果表明，土壤水分受到坡向因素的影響［９－１０］。
從表３可知，１月份和１０月份道路邊坡４個坡向的土壤含水量差異不顯著，但４月份和７月份陰坡的土壤含水量顯著高于陽坡。上述結(jié)果表明，太陽輻射造成的土壤水分蒸發(fā)對道路邊坡不同坡向土壤含水量影響顯著。秋冬兩季太陽照射不是很強烈，因此４個坡向的土壤含水量相差不大，而春夏兩季，太陽照射時間長，強度大，陽坡接收的輻射多，導致坡面溫度升高，土壤含水量較少。
３．３ 不同季節(jié)土壤水分時間變異性不同時間段土壤水分分布所受的主導影響因素可能不同，土壤水分隨時間的變化較大，不像其它土壤理化性質(zhì)一樣具有相對穩(wěn)定性，而且不同尺度上土壤水分的空間變異規(guī)律不同，所以土壤水分的分布和變異具有時間依賴性。四川山區(qū)屬于亞熱帶濕潤季風氣候，一年四季溫度和降水量差異均較大，受降水和植被生長季節(jié)差異影響，該地區(qū)道路邊坡土壤含水量的季節(jié)變化也很明顯。由表２和表３可知，道路邊坡土壤含水量在坡上、坡中和坡下３個坡位上均為１０月份最高。坡上和坡中４月份和７月份的土壤含水量顯著小于其它２個月，而坡下則為１月份土壤含水量最小。道路邊坡土壤含水量在東、西、南、北４個坡向上，１月份和１０月份的土壤含水量顯著高于４月份和７月份，并且土壤含水量的最低值均出現(xiàn)在７月份。道路邊坡土壤含水量１０月份均相對較高，原因可能是道路邊坡與自然邊坡的性質(zhì)不同，經(jīng)過液壓噴播等人工護養(yǎng)，但因為生長環(huán)境的惡劣，植被生長十分緩慢。１０月份該地區(qū)雨量相對充足，因此土壤含水量顯著高于其它月份。該地區(qū)除夏季外，其它季節(jié)均陽光不充足，太陽輻射小，而７月為一年當中最熱的月份，雖然此時降雨量比較大，但由于太陽照射非常強烈，水分蒸發(fā)量大，因此土壤含水量顯著減少。前人對林地等坡地土壤水分的研究結(jié)果表明，土壤含水量取決于氣候（降雨）條件和季節(jié)變化，按四季劃分為土壤水分相對穩(wěn)定期、消耗補償期、虧損期和積累期。
土壤水分相對穩(wěn)定期是指春季（３—５月），土壤水分消耗補償期是指夏季（６—８月），土壤水分虧損期指秋季（９—１１月），土壤水分積累期為冬季（１２—翌年２月）［１１］。道路邊坡的形成與所處環(huán)境同林地、農(nóng)田等坡地有差異，所以道路邊坡不同季節(jié)的土壤水分變化趨勢與林地、農(nóng)田等坡地土壤水分的變化趨勢不同。
３．４ 不同坡位、坡向、季節(jié)土壤水分之間的相關(guān)性由表４可知，道路邊坡的土壤含水量除坡下外，不同坡位、坡向之間的土壤含水量均有顯著相關(guān)性。
坡下的土壤含水量只與季節(jié)呈顯著相關(guān)（ｐ＜０．０５）。
除季節(jié)與各坡向土壤含水量呈負相關(guān)外，其余均為正相關(guān)。季節(jié)與各坡位之間的土壤含水量相關(guān)性密切，而與各坡向含水量無相關(guān)性。這可能是因為坡下最接近鐵軌，受人為擾動大，重金屬污染、火車尾氣、高氣壓流、電磁輻射、生活垃圾等都不可避免地影響著坡下環(huán)境，因此坡下的土壤水分規(guī)律性不強。表４結(jié)果還表明，季節(jié)對不同坡位土壤含水量的影響遠遠大于對不同坡向土壤含水量的影響。
土壤水分是土壤中極其活躍的因素，影響和制約著土壤中所有的肥力因素和生產(chǎn)性能。本文對道路邊坡不同坡位，不同坡向和不同季節(jié)的土壤水分規(guī)律性以及其間的相關(guān)性進行了研究。
（１）由于坡下植物生長較好，植物對土壤水分有涵養(yǎng)作用，加上重力作用的影響，因此道路邊坡坡下的土壤含水量最高。由于太陽輻射強度和水分蒸發(fā)的影響，道路邊坡陽坡的土壤含水量顯著低于陽坡土壤含水量。因夏季水分蒸發(fā)強烈且氣溫較高，導致道路邊坡４個坡向的土壤含水量均為７月份最低。
（２）道路邊坡的土壤含水量除坡下外，不同坡位、坡向之間的土壤含水量均有顯著相關(guān)性。坡下的土壤含水量只與季節(jié)呈顯著相關(guān)（ｐ＜０．０５）。除季節(jié)與各坡向土壤含水量呈負相關(guān)外，其余均為正相關(guān)。季節(jié)與各坡位之間的土壤含水量相關(guān)性密切，而與各坡向含水量無相關(guān)性。
（３）道路邊坡坡面土壤水分分布是降雨、植被以及坡位、坡向等綜合因素影響的結(jié)果，而坡地地形與土壤侵蝕密切相關(guān)，在陡坡坡面土壤水分的研究中，不能孤立地研究土壤水分，而應考慮陡坡坡地的實際情況，把土壤水分過程與土壤侵蝕過程有機地結(jié)合起來研究。