南方紅壤丘陵水力侵蝕規(guī)律研究

胡建民，喻榮崗

（江西省水土保持科學(xué)研究院，江西南昌 330029）

我國南方紅壤地區(qū)涉及南方15個(gè)省區(qū)，總面積約217.96萬km2，約占全國土地總面積的22.7%。江西紅壤面積達(dá)10.8萬km2，占全省土地總面積的64.7%[1-2]。紅壤丘陵山區(qū)是我國南方水土流失的主要類型區(qū)和泥沙策源地，也是重要的農(nóng)作物生產(chǎn)基地。為了探索紅壤丘陵山區(qū)水力侵蝕的規(guī)律，本文應(yīng)用贛北花崗巖、第四紀(jì)紅粘土，贛中第四紀(jì)紅粘土，贛南花崗巖、紅砂巖，贛東花崗巖等江西省典型水土流失區(qū)共42個(gè)小區(qū)的氣象、徑流與泥沙定位觀測(cè)資料，對(duì)各種降雨參數(shù)的單因子、復(fù)合因子與侵蝕泥沙量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以探討南方紅壤丘陵區(qū)降雨因子與土壤侵蝕量的關(guān)系。

1 試驗(yàn)區(qū)概況與研究方法

試驗(yàn)區(qū)位于我國南方典型紅壤丘陵水力侵蝕區(qū)，涉及贛北的修水縣、德安縣，贛中的永豐縣、豐城市、泰和縣，贛南的興國縣、贛縣、于都縣、寧都縣，贛東的廣豐縣等10個(gè)縣（市）的42個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。成土母質(zhì)主要是花崗巖風(fēng)化物和第四紀(jì)紅粘土，土壤以紅壤為主，部分為山地黃壤。

42個(gè)小區(qū)的分布情況：贛北18個(gè)，贛中11個(gè)，贛南11個(gè)，贛東2個(gè)。各小區(qū)基本概況詳見表1。

在同一地方的同一坡面上布設(shè)徑流小區(qū)，按照《水土保持試驗(yàn)規(guī)范》（SD239―87）和《水土保持試驗(yàn)規(guī)程》（SL419-2007）有關(guān)規(guī)程規(guī)范的要求配備氣象、徑流、泥沙觀測(cè)儀器設(shè)備，并開展試驗(yàn)觀測(cè)。本文主要是摘錄42個(gè)小區(qū)觀測(cè)期內(nèi)典型次降雨過程的降雨量P、降雨歷時(shí)t、平均雨強(qiáng)I 和侵蝕泥沙量A。通過降雨單因子和復(fù)合因子與侵蝕泥沙量的回歸分析和相關(guān)性檢驗(yàn)，揭示降雨因子與土壤侵蝕量的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 侵蝕泥沙量與降雨量、降雨強(qiáng)度及降雨歷時(shí)的關(guān)系分析

根據(jù)試驗(yàn)區(qū)現(xiàn)測(cè)資料，我們分別對(duì)降雨量、降雨強(qiáng)度和降雨歷時(shí)三者與侵蝕泥沙量的相關(guān)顯著性和擬合方程進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，除降雨歷時(shí)與侵蝕泥沙量散點(diǎn)圖零亂，兩者相關(guān)性差，無法擬合出具有代表性的曲線及方程外，降雨量、降雨強(qiáng)度均與侵蝕泥沙量存在著顯著的相關(guān)性，均能擬合出表征它們之間發(fā)展趨勢(shì)的曲線及方程，詳見表2、表3。

從表2、表3 可以看出，降雨量、降雨強(qiáng)度與侵蝕泥沙量擬合的曲線最優(yōu)方程主要有冪函數(shù)方程和二次曲線方程兩種形式，其中，贛北地區(qū)的18個(gè)小區(qū)均為冪函數(shù)方程；贛中地區(qū)的11個(gè)小區(qū)均為二次曲線方程；贛南地區(qū)的11個(gè)小區(qū)中，有9個(gè)小區(qū)為二次曲線方程，有2個(gè)小區(qū)為冪函數(shù)方程。因此，僅從單因子角度來看，贛北地區(qū)用冪函數(shù)方程表征降雨量、降雨強(qiáng)度與侵蝕泥沙量之間的關(guān)系更具代表性；贛中和贛南地區(qū)用二次曲線方程表征降雨量、降雨強(qiáng)度與侵蝕泥沙量之間的關(guān)系更具代表性。

表1 徑流小區(qū)基本情況一覽表

表2 侵蝕泥沙量（A）與降雨量（P）及降雨強(qiáng)度（I）的相關(guān)性分析結(jié)果一覽表

表3 侵蝕泥沙量（A）與降雨量（P）及降雨強(qiáng)度（I）的相關(guān)性分析結(jié)果一覽表

2.2 侵蝕泥沙量與降雨量、降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)的復(fù)合因子關(guān)系分析

研究分析表明，由于降雨歷時(shí)與侵蝕泥沙量的相關(guān)性差，無論降雨歷時(shí)與降雨量、降雨強(qiáng)度兩因子如何復(fù)合或三因子如何進(jìn)行效應(yīng)疊加，與侵蝕泥沙量都不存在明顯的相關(guān)性。而降雨量與降雨強(qiáng)度兩因子的復(fù)合，與侵蝕泥沙量相關(guān)性很強(qiáng)，尤其是兩者的乘積與侵蝕泥沙量相關(guān)性達(dá)到顯著標(biāo)準(zhǔn)，詳見表2、表3。

對(duì)表1、表2 和表3 進(jìn)行分析可以看出，侵蝕泥沙量與降雨量、降雨強(qiáng)度乘積值的相關(guān)方程也具有冪函數(shù)方程和二次曲線方程兩種形式，且與土壤母質(zhì)有一定的相關(guān)性。42個(gè)小區(qū)中，有22個(gè)小區(qū)的土壤母質(zhì)為第四紀(jì)紅粘土，其中有21個(gè)小區(qū)的降雨量、降雨強(qiáng)度的乘積值與侵蝕泥沙量成冪函數(shù)曲線關(guān)系；有18個(gè)小區(qū)的土壤母質(zhì)為花崗巖風(fēng)化物，其中有15個(gè)小區(qū)的降雨量、降雨強(qiáng)度的乘積值與侵蝕泥沙量成二次曲線關(guān)系。因此，從降雨量與降雨強(qiáng)度復(fù)合因子來看，第四紀(jì)紅土侵蝕區(qū)用冪函數(shù)方程表征降雨量、降雨強(qiáng)度的乘積值與侵蝕泥沙量之間的關(guān)系更具代表性；花崗巖侵蝕區(qū)用二次曲線方程表征降雨量、降雨強(qiáng)度的乘積值與侵蝕泥沙量之間的關(guān)系更具代表性。

2.3 侵蝕泥沙量與降雨量、降雨強(qiáng)度及其兩者乘積的相關(guān)性比較

將42個(gè)小區(qū)的侵蝕泥沙量與降雨量的相關(guān)性（R1）、降雨強(qiáng)度的相關(guān)性（R2）及其兩者乘積的相關(guān)性（R3）進(jìn)行比較，結(jié)果見表4。

從表4 可以看出，42個(gè)小區(qū)中有33個(gè)小區(qū)的R3值比R2和R1值均大，有31個(gè)小區(qū)R1值比R2值大，且平均值R3＞R1＞R2。使用EXCEL 軟件對(duì)表4 中的相關(guān)系數(shù)R 值做單因素方差分析和多重比較分析，結(jié)果詳見

表5 顯示，F(xiàn) 值=23.5225＞F0.01=4.8738，說明降雨量、表5 和表6。降雨強(qiáng)度以及兩者乘積與侵蝕泥沙量的相關(guān)系數(shù)R1、R2和R3相互之間存在著非常顯著的差異。

表4 各小區(qū)侵蝕泥沙量與降雨量、降雨強(qiáng)度及其兩者乘積的相關(guān)性比較表

表6 說明：從單因子角度來看，降雨量與侵蝕泥沙量的相關(guān)性明顯優(yōu)于降雨強(qiáng)度與侵蝕泥沙量的相關(guān)性，兩者的相關(guān)系數(shù)R 均值相互比較，差異極其顯著，可見，就單因子來講，降雨量對(duì)土壤侵蝕量的影響要優(yōu)于降雨強(qiáng)度，用降雨量來說明降雨對(duì)土壤侵蝕的影響比降雨強(qiáng)度更具有代表性。

表5 相關(guān)系數(shù)（R）方差分析表

表6 相關(guān)系數(shù)（R）比較表

從單因子與復(fù)合因子所得相關(guān)系數(shù)R 值的比較來看，降雨量、降雨強(qiáng)度兩者的乘積與侵蝕泥沙量的相關(guān)性明顯優(yōu)于降雨量及降雨強(qiáng)度兩個(gè)單因子與侵蝕泥沙量的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R 均值相互比較，差異極其顯著，可見復(fù)合因子—降雨量、降雨強(qiáng)度的乘積對(duì)土壤侵蝕量的影響要優(yōu)于降雨量、降雨強(qiáng)度兩個(gè)單因子，用復(fù)合因子—降雨量、降雨強(qiáng)度兩者的乘積來分析降雨對(duì)土壤侵蝕的影響比單因子更具優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語

（1）降雨量、降雨強(qiáng)度均與侵蝕泥沙量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)方程贛北地區(qū)主要表現(xiàn)為冪函數(shù)方程；贛中和贛南地區(qū)主要表現(xiàn)為二次曲線方程。

（2）降雨量與降雨強(qiáng)度兩因子的復(fù)合，與侵蝕泥沙量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)方程第四紀(jì)紅土侵蝕區(qū)主要表現(xiàn)為冪函數(shù)方程；花崗巖侵蝕區(qū)主要表現(xiàn)為二次曲線方程。

（3）就降雨因子而言，降雨量對(duì)土壤侵蝕量的影響要優(yōu)于降雨強(qiáng)度；降雨量、降雨強(qiáng)度的乘積對(duì)土壤侵蝕量的影響要優(yōu)于降雨量和降雨強(qiáng)度兩個(gè)單因子。在第四紀(jì)紅壤坡地和花崗巖發(fā)育紅壤坡地，分別用冪函數(shù)方程和二次曲線方程：A=b0+b1（PI）+b2（PI）2可以更好地揭示降雨因子與土壤侵蝕之間的內(nèi)在規(guī)律。對(duì)于缺乏降雨過程記錄的紅壤丘陵區(qū)，可以借用附近自然條件相似的試驗(yàn)小區(qū)的回歸方程作為土壤侵蝕預(yù)報(bào)模型。

［1］趙其國，謝為民，等.江西紅壤［M］.南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，1986.

［2］趙其國，王明珠.江西省農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的建設(shè)［J］.土壤，1996，28（1）：1-7.

［3］葉芝菡，劉寶元，章文波，等.北京市降雨侵蝕力及其空間分布［J］.中國水土保持科學(xué)，2003，1（1）：16-20.