东北黑土区是我国重要的粮食产区，严重的土壤侵蚀和养分流失直接威胁我国的粮
食战略安全。因此，深入理解黑土区土壤侵蚀机理是保护黑土资源的迫切需求。本文针
对我国黑土区土壤侵蚀机理与养分流失研究相对薄弱的现状，基于模拟降雨试验、室内
分析、137Cs示踪法和GIS技术相结合的研究方法，研究了雨滴打击、壤中流+地表径流共
同作用这两种侵蚀动力下的坡面土壤侵蚀过程，评价了降雨特征（雨强和雨型）、坡度
和地表覆盖对坡面土壤侵蚀过程的影响，揭示了坡面土壤侵蚀的动力学机理，并探究了
不同侵蚀条件下氮和磷的迁移机制，阐明了流域土壤侵蚀空间分布特征。主要研究结论
如下：
（ 1 ） 研究了雨滴打击对坡面土壤侵蚀的作用。雨滴侵蚀占总侵蚀量的
72.29%~96.21%。消除雨滴打击作用后径流深、流速、雷诺数和弗汝德数分别减少了
3.85%~39.34%、20.9%~67.5%、25.82%~70.29%和18.75%~62.50%，而阻力系数增加了
39.90%~430.91%。相关分析和通径分析的结果表明，流速是影响雨滴侵蚀的关键水力学
参数。与无雨滴打击处理下相比，雨滴打击可使临界径流剪切力、水流功率和单位水流
功率增加2倍以上。
（2）分析了壤中流与地表径流共同作用下的坡面土壤侵蚀过程和机理。与无壤中
流条件下相比，壤中流与地表径流共同作用下侵蚀量增加50.84%~74.34%，相应的坡面
水流流速、雷诺数和弗汝德数分别增加2.74%~50.11%、4.03%~77.22%和2.08%~37.51%，
而阻力系数减少4.52%~60.44%，侵蚀水动力参数径流剪切力、水流功率和单位水流功率
分别增加1.42%~24.64%、4.04%~77.22%和2.74%~50.49%。
（3）阐明了不同雨型下的坡面侵蚀过程和机理。变雨强雨型下的侵蚀量显著高于
均匀雨型下的侵蚀量，其中增加型雨型下的侵蚀量最大。增加型、减弱型和减弱-增加
型雨型下的侵蚀量分别是均匀型雨型下的1.83~5.17、1.62~3.79 和1.13~3.79 倍。同一
雨强不同发生时序对坡面土壤侵蚀有显著影响。与均匀型雨型下相比，变雨强雨型下
的流速、雷诺数和弗汝德数均显著增加，其中增加型雨型下水力学参数的增加幅度最
大。变雨强雨型下的径流剪切力、水流功率和单位水流功率较均匀型雨型下分别增加了10.28%~101.46%、8.89%~173.33%和6.75%~88.40%。
（4）建立了试验条件下的坡面土壤侵蚀量的估算方程。通过相关分析、通径分析和
因子分析发现雨滴打击与径流共同作用下，单位水流功率（ψ）和弗汝德数（Fr）是影
响坡面侵蚀量（Dr）的主控因子，其拟合方程为Dr=4.787 Fr3.547ψ-0.008；径流侵蚀下，影
响坡面侵蚀量的主控因子则为单位水流功率和雷诺数（Re），其拟合方程为Dr=0.002
Re0.76ψ0.53，且方程具有较高的预报精度。
（5）揭示了不同近地表水文条件下的土壤养分迁移机制。壤中流条件下，径流中
NO3-N、NH4-N 和 PO4-P 的浓度分别是自由入渗条件下的228.7~294.0，38.4~42.9 和
7.3~10.2 倍。径流和泥沙中养分流失量均表现为：壤中流+降雨>土壤水分饱和>自由入
渗。土壤水分饱和与壤中流+降雨条件下径流中NO3-N 的浓度分别是自由入渗条件下
的4.06~5.75 和14.8~20.96 倍，NH4-N 分别为1.26~1.36 和1.74~2.09 倍，PO4-P 分别
为1.29~1.90 和1.57~2.20 倍。计算了不同近地表水文条件下NO3-N 的等效径流迁移深
度，发现自由入渗条件下，NO3-N 的等效径流迁移深度小于3 mm；土壤水分饱和与
壤中流+降雨条件下，NO3-N 的等效径流迁移深度均大于10 mm。
（6）基于137Cs 示踪法和GIS 技术分析了黑土区小流域的土壤侵蚀空间分布特
征。流域上游以侵蚀为主，中游侵蚀与沉积交替出现，下游主要发生沉积。在坡长方
向上表现为坡上部侵蚀强度较弱，坡中部侵蚀较为严重，而坡脚发生沉积。流域土壤
侵蚀以坡面侵蚀为主，其侵蚀量占流域总侵蚀量的95.7%。全流域平均侵蚀模数为
571.5 t km-2 a-1。
关键词：雨型；壤中流；侵蚀机理；养分迁移；东北黑土区。