閩北裸露坡地水土流失與降雨量的關(guān)系研究

江淼華

（閩江學(xué)院 地理科學(xué)系，福建 福州 350108）

閩北裸露坡地水土流失與降雨量的關(guān)系研究

江淼華

（閩江學(xué)院 地理科學(xué)系，福建 福州 350108）

該文運(yùn)用坡面徑流小區(qū)法研究閩北裸露坡地水土流失與降雨量的關(guān)系。研究結(jié)果表明：徑流量與降雨量呈極顯著線性相關(guān) （P＜0.01），徑流量隨降雨量增加而增大，擬合方程為y=-6.1447+0.5125x；降雨量是引起土壤流失量的關(guān)鍵因素之一，降雨量與土壤流失量的關(guān)系與土地利用方式、人為干擾、降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、前期降雨和下墊面性質(zhì)等多種因素有關(guān)；土壤流失量受環(huán)境因素的影響遠(yuǎn)比徑流量更為復(fù)雜。

閩北；裸露坡地；水土流失；降雨量

在自然界中，降水量是引起土壤流失的關(guān)鍵因素。降雨特性一般是指降雨總量、降雨歷時(shí)及由二者換算而得之降雨強(qiáng)度，降雨特性制約著土壤流失的過(guò)程，流失總量等。[1-3]降雨量是主要的降雨特性之一，是造成土壤侵蝕的直接原因之一。盧程隆關(guān)于閩東南土壤流失的研究認(rèn)為：降雨量極顯著地影響著順坡拋荒區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)。[4]吳發(fā)啟等人[5]關(guān)于黃土高原南部緩坡耕地降雨量與土壤流失量的回歸分析結(jié)果表明，次降雨量與土壤流失量呈M＝aPb，且b＞1的 函數(shù)關(guān)系 （M為流失量，P為降雨量，a，b為常數(shù)）。黃炎和等[6]關(guān)于閩南的坡地的研究結(jié)果表明，坡度和下墊面不同，次降雨量與土壤流失量的關(guān)系不同。筆者通過(guò)研究閩北裸露坡地水土流失與降雨量的關(guān)系，探討該區(qū)降雨量與水土流失的關(guān)系，為研究該區(qū)水土流失與降雨量的規(guī)律提供依據(jù)與參照。

一、材料與方法

（一）研究區(qū)概況

筆者所選的研究區(qū)位于閩江上游的建甌市東門?？盂?（26°38′54″～27°20′26″N， 117°45′58″～118°57′11″E）， 屬于閩江上游區(qū)域， 研究區(qū)自然地理概況見參考文獻(xiàn) [3]，土壤理化性質(zhì)表層土壤（0 cm～20cm）有機(jī)質(zhì)含量為 1.16%，全 N為0.62g·kg-1， 全 P 為 0.22 g·kg-1， 全 K 為6.12 g·kg-1，容重為1.25 g·cm-3；20cm～40cm層有機(jī)質(zhì)含量為0.86%， 全 N 為 0.70g·kg-1， 全 P 為 0.21 g·kg-1，全 K 為 6.26 g·kg-1， 容重為 1.42 g·cm-3； 40cm～60cm層有機(jī)質(zhì)含量為0.71%，全N為0.52g·kg-1，全 P 為 0.30 g·kg-1， 全 K 為 6.32 g·kg-1， 容重為1.43 g·cm-3。 研究區(qū)臨界溫度為-7.3℃～41.4℃， 年平均溫度為18.7℃。降水多為臺(tái)風(fēng)性降水，年平均降水量為1663.7 mm。試驗(yàn)小區(qū)選取坡度為15°的裸露地，試驗(yàn)期間人工清除地表覆蓋植被，保持地表無(wú)覆蓋物。

（二）研究方法

1.徑流小區(qū)設(shè)計(jì)

徑流小區(qū)設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方形投影面積100 m2，長(zhǎng)邊垂直投影長(zhǎng)度20 m，短邊5 m。小區(qū)四周設(shè)截水墻，截水墻用水泥板建造，水泥隔板埋深25cm～35cm，露高25cm。板間用水泥勾縫。小區(qū)下端設(shè)梯形集水槽，集水槽下設(shè)集流池，水位尺固定在集流池內(nèi)壁靠小區(qū)一側(cè)，小區(qū)上方及兩側(cè)設(shè)截流溝和排水溝。

2.主要觀測(cè)項(xiàng)目

（1） 降雨量

降雨量數(shù)據(jù)來(lái)源于試驗(yàn)區(qū)氣候觀測(cè)站雨量自動(dòng)記錄儀器。

（2）液體徑流量

每次降雨后，量算集流池內(nèi)的水量，當(dāng)池內(nèi)水位高于5cm時(shí)，直接從池內(nèi)水位尺讀?。划?dāng)池內(nèi)水位低于5cm時(shí)把水取出用量水容器量??；當(dāng)集流池內(nèi)水位超過(guò)1m時(shí)，集流池的分流裝置開始分流，此時(shí)徑流總量為集流池內(nèi)水量與分流總水量之和。最后根據(jù)各小區(qū)實(shí)測(cè)面積計(jì)算徑流深。

（3）固體徑流量計(jì)算

固體徑流量為懸移質(zhì)和推移質(zhì)輸沙量之和，懸移質(zhì)取樣法如下：分別于每次降雨過(guò)后，混勻徑流池中水樣，用移液管移取50ml于燒杯中 （n=3），用烘干法測(cè)定懸移質(zhì)輸沙量.推移質(zhì)取樣方法為：若集流池內(nèi)僅有少量泥沙 （小于2kg），則收集全部泥沙烘干計(jì)算干重，如泥沙含量大 （大于2kg），稱量所有泥沙濕重，并均勻取部分泥沙（n=3）根據(jù)含水量推算總干重。

3.統(tǒng)計(jì)分析

用分級(jí)統(tǒng)計(jì)法分析不同量級(jí)的降雨量與裸露坡地徑流量和土壤流失量的關(guān)系；[9]用逐步回歸分析方法研究裸露坡地徑流量和土壤流失量與降雨量的關(guān)系，建立徑流和土壤流失預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方程式，為今后的研究提供依據(jù)。

二、結(jié)果與分析

土壤侵蝕強(qiáng)度隨降雨量的增大而增加，這在已有的許多研究中已有報(bào)道。[7-8]但不同地區(qū)也有所不同，如土壤流失和降雨特性之間的關(guān)系在黃土地區(qū)呈現(xiàn)不同特征，除應(yīng)用回歸分析方法外，用分級(jí)統(tǒng)計(jì)方法則能更好的表征兩者之間的關(guān)系。[9]

筆者在觀測(cè)期內(nèi)共有的184場(chǎng)降雨中，選取引起裸露坡地土壤流失的降雨場(chǎng)次，并依據(jù) 《中國(guó)農(nóng)業(yè)百科全書》農(nóng)業(yè)氣象卷的劃分標(biāo)準(zhǔn)劃分降雨類型，結(jié)果列于下頁(yè)表1。

分別統(tǒng)計(jì)每一降雨類型的土壤流失參數(shù)：土壤流失次數(shù) （n）、土壤流失總量 （∑M）、平均土壤流失量 （M）、徑流總量 （∑H）、平均徑流量 （H）。采用以下5種指標(biāo)綜合分析評(píng)價(jià)降雨類型變化與水土流失量的關(guān)系，結(jié)果見下頁(yè)表2和第10頁(yè)圖1：

1.土壤流失次數(shù)n（%）—表示某一類型降雨土壤流失次數(shù)占總土壤流失次數(shù)的百分率；

2.平均土壤流失量M（kg·hm-2）—表示某一類型降雨每次產(chǎn)生的平均土壤流失量；

3.土壤流失總量∑M（%）—表示某一類型降雨土壤流失量占總土壤流失量的百分率；

4.平均徑流量H（mm）—表示某一類型降雨每次產(chǎn)生的平均徑流量；

5.徑流總量∑H（mm）—表示某一類型降雨徑流量占總徑流量的百分率。

表1 不同降雨類型降雨量與降雨次數(shù)統(tǒng)計(jì)

表2 不同降雨類型條件下的水土流失量

（一）水土流失與不同降雨類型的關(guān)系

由下頁(yè)圖1可見，裸露坡地的土壤流失次數(shù)與降雨類型的關(guān)系從小雨到中雨逐漸增加，從中雨到大暴雨逐漸減少，所有降雨類型中中雨所產(chǎn)生的土壤流失次數(shù)最多，占總土壤流失次數(shù)的40%。分析各種降雨類型的特征：小雨雨量小且由于土壤的滲透作用地表幾乎不產(chǎn)生徑流，很難造成地表土壤流失，因此盡管小雨場(chǎng)次占總降雨場(chǎng)次的56%，其造成的土壤流失次數(shù)僅為引起土壤流失總降雨次數(shù)的21%，而且均是微弱侵蝕。中雨降雨次數(shù)僅次于小雨，占總降雨次數(shù)的25%，而大雨、暴雨和大暴雨的降雨次數(shù)則相對(duì)較少，分別占總降雨次數(shù)的10.27%、0.07%和0.016%，中雨以上的降雨類型均產(chǎn)生土壤流失，土壤流失次數(shù)占引起土壤流失總降雨次數(shù)的79%，但由于從中雨到大暴雨降雨次數(shù)逐漸減少，所產(chǎn)生的土壤流失次數(shù)也呈現(xiàn)逐漸減少趨勢(shì)。本研究結(jié)果與在黃土高原的研究相符，降雨量15mm是引起土壤流失的拐點(diǎn)，當(dāng)降雨量小于15mm，土壤流失與降雨量呈正相關(guān)，降雨量大于15mm則表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。而土壤流失次數(shù)最多則集中在降雨量為10 mm～30mm，其流失次數(shù)占總流失次數(shù)的55%。[9]

徑流總量與降雨類型總體上呈正相關(guān)，從表1的統(tǒng)計(jì)可以看出小雨到大暴雨的降雨次數(shù)分別為103、46、19、13、3場(chǎng)，其不同降雨類型的降雨次數(shù)呈遞減趨勢(shì)，但是從小雨到大暴雨徑流總量卻逐漸增大。其中由大雨產(chǎn)生的徑流量約占總徑流量的25%，由暴雨產(chǎn)生的徑流量約占總徑流量的30%，由大暴雨所產(chǎn)生的徑流量約占總徑流量的25%。由表1計(jì)算可知：盡管大雨以上的降雨次數(shù)不多 （約占降雨總次數(shù)19%），但其產(chǎn)生的徑流量占總徑流量的80%以上，這些數(shù)據(jù)表明大雨以上的降雨是產(chǎn)生徑流的主要降雨類型。

土壤流失量和平均土壤流失量與降雨類型的關(guān)系基本一致，在大雨以下呈正相關(guān)，大雨以上呈負(fù)相關(guān)。大雨的土壤流失量最大，占總土壤流失量的50%，這是由于大雨的降雨場(chǎng)次相對(duì)較多、降雨侵蝕力相對(duì)較大，每場(chǎng)降雨均能產(chǎn)生土壤流失，因而由大雨所產(chǎn)生的土壤流失量所占的比例較大。而小雨由于其徑流次數(shù)少、降雨侵蝕力弱，產(chǎn)生的土壤流失量很小，不到5%。中雨產(chǎn)生的土壤流失量約占27%，而剩余的68%均由大雨以上的降雨產(chǎn)生，表明大雨以上的降雨是產(chǎn)生土壤流失的主要降雨類型。

平均徑流量與降雨量的大小呈正相關(guān)，從小雨到暴雨其曲線與徑流總量相似，到大暴雨時(shí)平均徑流量達(dá)到最大。

（二）水土流失量與降雨量的回歸統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)降雨量與徑流量進(jìn)行相關(guān)分析結(jié)果見下頁(yè)表3，裸露坡地的徑流量與降雨量呈極顯著的線性相關(guān)，即降雨量顯著的影響徑流量，徑流量隨著降雨量的增加而增大，這與盧程隆關(guān)于閩東南的研究結(jié)果相近。[4]從降雨量與徑流量的散點(diǎn)圖來(lái)看，以y=ax+b進(jìn)行模擬的效果較好，裸露坡地徑流量與降雨量的回歸方程參見下頁(yè)表3。

對(duì)降雨量與徑流量的回歸分析表明，裸露坡地用線性方程進(jìn)行擬合的效果更好，這說(shuō)明裸露坡地缺乏植被保護(hù)。從降雨過(guò)程分析，在落地中，剛開始降落的部分雨水通過(guò)土壤孔隙滲入地下，當(dāng)土壤水分達(dá)到飽和狀態(tài)，或降雨量遠(yuǎn)大于滲透量時(shí)，大部分降水都將以地表徑流的形式流失，地表徑流量與降水量表現(xiàn)為顯著的正相關(guān)。

針對(duì)表3中降雨量與土壤流失量的擬合方程，筆者考察了線性回歸和冪函數(shù)回歸方程，結(jié)果表明：冪函數(shù)回歸方程中體現(xiàn)的土壤流失量與降雨量之間的相關(guān)系數(shù)大于線性回歸方程，土壤流失量與降雨量的關(guān)系比較復(fù)雜。不同區(qū)域水土流失規(guī)律并不相同，如已有報(bào)道的閩東南的土壤流失規(guī)律：降水量并非小區(qū)侵蝕量的決定因素，降雨量雖與順坡拋荒區(qū)侵蝕模數(shù)呈極顯著相關(guān)，但對(duì)于順坡種草區(qū)、中耕作物區(qū)和灌叢區(qū)的侵蝕量的影響并不大。[4]學(xué)者們?cè)邳S土高原的研究結(jié)果則顯示，不同降雨量是制約著土壤侵蝕的主要因素，當(dāng)降水量為40mm～60mm，或日雨量＞50mm的降雨均能引起比較嚴(yán)重的土壤侵蝕。[9-10]綜合考察黃土高原土壤流失與降雨量的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)僅介于0.261 mm～0.660 mm之間，其原因是由于在黃土高原區(qū)，短歷時(shí)暴雨和長(zhǎng)歷時(shí)鋒面雨是引起水土流失的主要降雨類型。[9]盧喜平等［11］認(rèn)為，短歷時(shí)、高強(qiáng)度降雨對(duì)紫色土坡地的產(chǎn)沙影響最強(qiáng)烈，降雨歷時(shí)與產(chǎn)沙存在明顯的負(fù)相關(guān)，而雨強(qiáng)參數(shù)與產(chǎn)沙則存在明顯的正相關(guān)。關(guān)于黑土地區(qū)的研究結(jié)果表明，土壤流失量隨降雨量的增大而增大，但不是呈線性相關(guān)，在次降雨歷時(shí)較長(zhǎng)的情況下，土壤流失量先增大然后有逐漸減小的趨勢(shì)。[7]綜合分析各地的研究結(jié)果，土壤流失量與降雨量的關(guān)系雖然較密切，但很難從降雨量單一的因素中得出與土壤流失量的理想相關(guān)方程，這是因?yàn)橛绊懲寥懒魇Я康囊蛩睾芏嗖⑹謴?fù)雜，除了與降雨量有關(guān)外還與土壤理化性質(zhì)、土地利方式、次降雨強(qiáng)度、次降雨歷時(shí)及前期降雨和下墊面植被狀況等多種因素有關(guān)。

表3 水土流失量與降雨量的相關(guān)回歸方程

三、結(jié)論

綜上所述，閩北裸露坡地的水土流失受到不同降雨類型的影響。產(chǎn)生水土流失的主要降雨類型是大雨及以上的降雨類型，這部分降雨類型產(chǎn)生的徑流量占總徑流量的80%，土壤流失量占總土壤流失量的68%。而中雨產(chǎn)生的土壤流失次數(shù)最多，因?yàn)橹杏暝诳偟慕涤甏螖?shù)中占的比例較大?；貧w分析結(jié)果表明降雨量與徑流量呈極顯著線性相關(guān)，隨著降雨量的增大徑流量也增大，而降雨量與土壤流失量的相關(guān)性不明顯，這是因?yàn)橥寥懒魇Я渴墉h(huán)境因素的影響遠(yuǎn)比徑流量復(fù)雜。

[1]王萬(wàn)忠.黃土地區(qū)降雨特性與土壤流失關(guān)系的研究[J].水土保持通報(bào),1984（2）:12-15.

[2]江淼華,楊玉盛.閩江上游降雨特征及不同土地利用方式水土流失動(dòng)態(tài)研究[J].閩江學(xué)院學(xué)報(bào),2005（5）:93-98.

[3]江淼華.閩北地區(qū)降雨侵蝕力R值的分布特征[J].閩江學(xué)院學(xué)報(bào),2004（2）:95-99.

[4]盧程隆.閩東南花崗巖侵蝕區(qū)土壤侵蝕與治理[J].福建農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào),1989（4）:504-509.

[5]吳發(fā)啟,范文波.土壤結(jié)皮與降雨濺蝕的關(guān)系研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2001（3）:1-3.

[6]黃炎和,盧程隆.閩南次降雨量與土壤流失量的關(guān)系研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2002（3）:76-78.

[7]李長(zhǎng)寶,太史懷遠(yuǎn).降雨特性對(duì)土壤侵蝕影響的研究分析[J].水土保持學(xué)報(bào),1990（3）:63-70.

[8]盧程隆,黃炎和,鄭添發(fā),等.閩東南花崗巖地區(qū)土壤侵蝕的研究[J].水土保持通報(bào),1990（2）:41-48.

[9]郭耀文.雨滴侵蝕特征分析[J].中國(guó)水土保持,1997（4）:15-17.

[10]王占禮,邵明安,王慶瑞.黃土高原降雨因素對(duì)土壤侵蝕的影晌[J].西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1998（4）:101-105.

[11]盧喜平,史東梅,呂剛,等.紫色土坡地果草種植模式的水土流失特征研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2005（2）:21-25.

An Analysis of the Relationship Between Rainfall and Losses of Soil and Water in the Sloping Bare Land of Northern Fujian

Jiang Miaohua
（Department of Geography,Minjiang University,Fuzhou 350108,China）

This paper makes a studyofthe relationship between rainfall and losses ofsoil and water in slopingbare land ofNorthern Fujian by means of multivariate statistical analysis of runoff amount on a certain sloping surface of land.Here are the research findings.There is an obvious linear correlation between rainfall and runoffamount（ P＜0.01） ,the runoffamount becominglarger with the increase of rainfall,a regression equation being established as:y=-6.1447+0.5125x.The rainfall is the key factor to cause soil erosion.The relationship between the amount of rainfall and soil erosion is affected by ways of utilizing land,human interference,level of rainfall,duration of rainfall,pre-precipitation,textures ofunderlyingsurface,etc.Compared with the runoffamount,environmental factors have more complex influence on soil erosion amount.

Northern Fujian;slopingbare land;losses ofsoil and water;rainfall

P333.5

A

1673-8535（2010）01-0007-05

2009-12-02

福建省重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（2000F004）

江淼華（1978-），男，福建壽寧人，閩江學(xué)院地理科學(xué)系講師，研究方向：水土保持與荒漠化防治。

張金根）