横坡垄作作为有效的防治坡耕地水土流失的耕作措施之一,其水土保持效应一直存在较大的争议,这在一定程度上影响了区域水土流失的有效防治和耕作措施的合理布设。本文以川中丘陵区紫色土为研究对象,采用室内人工模拟降雨试验,应用激光扫描技术,从微地形角度出发开展不同降雨类型、不同坡度和不同侵蚀阶段条件下横垄地表微地形变化及其土壤侵蚀效应研究。寻求相应条件下坡面径流及侵蚀产沙的临界条件,以期为紫色土区坡耕地水土流失的有效防治以及坡耕地管理提供科学依据。主要研究结果如下:(1)紫色土坡耕地地表微地形的空间变异属于中等变异强度。从整体上看,不同降雨条件标准偏差SD均表现为RT>CK,表明横垄坡面具有较强的空间变异性。不同措施在递增降雨系列下的地表高程衰退面积均大于递减降雨系列。横垄坡面≤15°时地表高程衰退的面积随坡度的增加呈现出逐渐减小的趋势,当坡度>15°时,地表高程衰退的面积迅速增大,且不同措施随着侵蚀阶段的演变,地表高程衰退面积均逐渐扩大。不同降雨条件下,横垄坡面微坡向主要分布在北坡和南坡,微坡度变化较为复杂。(2)递增降雨条件下,横垄坡面地表糙度、f(a)max、△a随降雨历时的增加不断升高,微地貌趋于尖锐,递减降雨条件下,地表糙度表现为先上升后降低的变化趋势,△f、△α随累积降雨量的增加分别表现为波动下降和波动上升的变化趋势,微地形趋于圆润。横垄坡面地表糙度、△a随坡度的增加逐渐上升,而△f(a)随坡度的增加逐渐减小,微地形随坡度的增加趋于尖锐。不同坡度条件下,横垄坡面地表糙度均随侵蚀阶段的演变呈现出先降低后升高的变化趋势,且坡度越高,增长幅度越大。△a随侵蚀阶段的演变逐渐增大,△f(a)在各个侵蚀阶段均小于0,微地形形态趋于尖锐。不同降雨条件下不同措施半方差函数结构比均大于75%,表现出较强的空间自相关性,表明人为耕作是影响地表糙度空间异质性的主要因素。(3)不同降雨条件下,横垄坡面径流流路最高可分为4级,直线坡面最高可分为5级,横垄坡面的径流密度、径流频度均小于直线坡面,这表明坡面汇流网络的集中程度随着地表糙度的增加明显增强。不同措施径流路径随着坡度的升高,空间分布差异较大。横垄坡面汇流密度随坡度的增加整体呈现出逐渐降低,表明坡度越大径流越集中,直线坡面表现为相反的变化趋势。不同降雨条件下,横垄坡面△D均小于直线坡面,径流分布空间异质性较低。(4)不同雨型对微地形的影响差异较大,递增型降雨更易造成土壤侵蚀的发生。地表糙度参数R0和R1/R0与产流产沙均呈现出显著或极显著的相关关系,微地形多重分形参数f(a)max、△a与产流产沙量表现为显著或极显著的二次项函数关系。场降雨条件下地表径流量、产流率、侵蚀量与侵蚀速率均随坡度的增加逐渐上升。不同坡度条件下,地表糙度参数R0、R1和R1/R0与产流产沙均呈现出显著或极显著的相关关系,而微地形多重分形参数f(a)max、△a和△f 与产流产沙量均表现为显著或极显著的二次项函数关系。随着侵蚀阶段的演变,产流率和产沙率均逐渐升高,且这种差距随着坡度的升高进一步加大。采用地表糙度、微地形多重分形参数和径流流路多重分形参数的组合,可较好地实现产流、产沙的预测。