鴨綠江不同類型小流域土壤侵蝕特征分析

劉建波

(丹東市寬甸縣水利局，遼寧 丹東 118200)

水土流失不僅會(huì)減少土層厚度，造成土壤肥沃力和有機(jī)質(zhì)的流失，而且在強(qiáng)降雨或暴雨沖刷作用下可徹底喪失土壤功能，使得土壤逐漸沙漠化，并進(jìn)一步降低土壤生產(chǎn)力，對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅。鴨綠江位于中國與朝鮮交界處，流域范圍內(nèi)地勢(shì)跌宕起伏，大小支流縱橫交錯(cuò)。受地形與氣候影響降雨量較為集中，土壤水力侵蝕較為嚴(yán)重，加之不合理的土地利用和頻繁的農(nóng)業(yè)活動(dòng)，進(jìn)一步加速了土壤的侵蝕并使得該區(qū)域水土流失狀況更加嚴(yán)峻。因鴨綠江區(qū)域水土流失較為嚴(yán)重，對(duì)流域附近生態(tài)環(huán)境造成不利影響，該區(qū)域被列為水土保持重點(diǎn)防治區(qū)，對(duì)鴨綠江流域綜合治理的研究分析，對(duì)于改善該流域生態(tài)環(huán)境并促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義[1- 4]。

針對(duì)小流域土壤流失與土地利用方式、水土保持生態(tài)工程與治理措施效益以及經(jīng)濟(jì)服務(wù)價(jià)值的相關(guān)研究，國內(nèi)外學(xué)者從多個(gè)角度進(jìn)行了深入分析，但是大部分研究主要集中在特定的一個(gè)大的或幾個(gè)小流域的分析，在此條件下基本能夠反映該流域水土保持的實(shí)際狀況，但是并不能真實(shí)反映該區(qū)域的整體情況，并且可對(duì)比性相對(duì)較低；在研究大區(qū)域整體狀況時(shí)未考慮各小流域之間的差異性，并不能準(zhǔn)確反映水保措施的真實(shí)效益[5- 9]。據(jù)此，本文以鴨綠江流域范圍內(nèi)各小流域?yàn)槔?，探討分析了不同小流域之間的土壤侵蝕特征，以期為各小流域水土保持治理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 多元?dú)w回模型

1.1 區(qū)域概況

研究區(qū)域主要包括鴨綠江流域的愛河、蒲石河、安平河等小流域，該區(qū)域冬季寒冷多風(fēng)、夏季溫暖多雨，屬于濕潤性溫帶季風(fēng)氣候區(qū)域；徑流區(qū)域降雨充沛，年降水量在1100mm以上，其中每年的6—9月份占全年降雨量的60%以上。流域內(nèi)氣候涼濕，植被覆蓋率較低，下游區(qū)域植被以櫟林為主，其他區(qū)域主要是以楓樺、紅松為主的針闊葉混交林。沿江可耕地面積8.9萬hm2，主要農(nóng)作物類型有水稻、大麥、小米、大豆，土壤有機(jī)質(zhì)含量較低且土質(zhì)疏松，在水力和風(fēng)力侵蝕作用下極易被溶蝕，土壤抗沖刷能力較差。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究以鴨綠江小流域竣工驗(yàn)收?qǐng)?bào)告為主要數(shù)據(jù)來源，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研研究分析對(duì)初始數(shù)據(jù)進(jìn)行完善，基于SPSS相關(guān)性分析軟件以及聚類分析、回歸分析法，對(duì)該區(qū)域愛河、蒲石河、安平河、渾江等小流域的土壤侵蝕特征進(jìn)行分析。以不同土地利用方式將鴨綠江各小流域聚類劃分為不同類型，對(duì)各小流域土壤侵蝕量和侵蝕來源之間的差異利用方差分析法進(jìn)行表征，在此基礎(chǔ)上建立以用地面積和土壤侵蝕量為自變量與因變量的多元線性歸回方程，對(duì)比分析各小流域之間的土壤侵蝕特征[10]。

1.3 建立模型

利用無截距模型分析各用地類型時(shí)，因土壤侵蝕與每個(gè)變量的關(guān)系數(shù)存在一定差異，并且用地面積對(duì)土壤侵蝕貢獻(xiàn)率不同，因此對(duì)土壤侵蝕量貢獻(xiàn)較大且顯著性低于0.05的自變量可利用線性回歸法移入模型，并在模型中移除顯著性水平大于0.1自變量。在模型中除去影響土壤流失不大的參數(shù)，并保留主要影響因子，所建立的模型如下：

Y=b1X1+b2X2++biXi

(1)

式中，Y—小流域年土壤侵蝕量，t/a；Xi、bi—不同用地類型的土地面積和侵蝕模數(shù)；i—不同土地利用方式，其值為1～12。

2 結(jié)果分析

2.1 土地利用方式聚類分析

將各小流域土地利用方式按照竣工驗(yàn)收細(xì)則進(jìn)行劃分，主要包括梯田、草地、荒地、坡耕地、水域等12種類型，然后根據(jù)不同類型面積占比聚類劃分為4大類，各類型土地面積占比與侵蝕量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 土地類型面積占比及侵蝕量

由表1聚類分析結(jié)果可以看出，第1類小流域?qū)儆跒檗r(nóng)田-林地型，其中水田、梯田和坡耕地面積分別占流域面積的23.86%、12.57%和14.33%，這3類土地利用方式共占50.76%；第2類小流域?qū)儆诹值?農(nóng)田型，其中有林地、灌木林、疏幼林、經(jīng)果林占比分別為29.14%、7.02%、8.61%、11.52%，總占比為56.29%，而農(nóng)田面積總占比32.51%；第3類小流域?qū)儆诘湫偷牧值匦停渲杏辛值卣急葹?2.16%，明顯大于其他利用方式；第4類小流域?qū)儆诹植菪停渲辛植莸乜傉急葹?7.21%，相對(duì)于其他類型該流域的草地、灌木林占比明顯較大。草地面積占比在4個(gè)不同流域類型中的變化較大，位于0.36%～18.61%范圍。

2.2 土壤侵蝕特征分析

水力侵蝕為鴨綠江流域土壤侵蝕的主要類型，根據(jù)該流域土壤侵蝕實(shí)際狀況并結(jié)合已有研究資料可將水力侵蝕劃分為不同等級(jí)，結(jié)果見表2。

表2 水力侵蝕劃分等級(jí)

然后根據(jù)不同類型流域面積和土壤流失量分別建立水田、梯田、坡耕地等12種土地類型的逐步回歸方程，其中第1、2、3、4類小流域的土壤侵蝕量選取指標(biāo)Yj表示，則其表達(dá)式為：

Y1= 2172.656X3+1136.175X4+5218.612X5+

867.260X6+12638.912X9

(2)

式中，Y1—第1類農(nóng)田-林地型小流域土壤侵蝕量，t/a；X3、X4、X5、X6、X9—分別為坡耕地、有林地、灌木林、疏幼林和荒地面積。

其他土地利用類型對(duì)侵蝕量的貢獻(xiàn)率較小并且顯著性低于0.05，因此可根據(jù)回歸方程約束條件在模型中進(jìn)行剔除，即不考慮對(duì)土壤侵蝕影響較小的類型。根據(jù)上式回歸方程可以看出，在第1類小流域中荒地具有極強(qiáng)烈的土壤侵蝕作用，其侵蝕模數(shù)為12638.912，其次為灌木林其侵蝕模數(shù)為5218.612處于強(qiáng)烈侵蝕程度。結(jié)合該區(qū)域土地利用實(shí)際情況可知，荒坡和荒山為主要荒地類型，該區(qū)域的土壤肥沃力較差、林草覆蓋率較低、抗水力侵蝕作用較弱，地表裸露并且土壤侵蝕較為嚴(yán)重，因此相對(duì)于其他土地利用其侵蝕模數(shù)最大。但是荒地面積占比相對(duì)于其他類型較小，僅為0.15%。疏幼林、有林地和坡耕地等類型的侵蝕模數(shù)分別為867.260、1136.175、2172.656t/(km2·a)，均處于500～2500t/(km2·a)范圍屬于輕度侵蝕。通過對(duì)土地面積和相應(yīng)的土壤侵蝕模數(shù)的乘積計(jì)算可分別得到不同土地類型的侵蝕量，由此表明X3、X4、X5、X6、X9的5種土地利用方式的土壤侵蝕量之比為5∶2∶1.8∶1.2∶0.2，因此可認(rèn)為坡耕地水土流失是造成第1類小流域土壤其實(shí)的主要來源。

Y2= 1725.625X2+2668.870X3+ 2248.542X7；R2=0.831

(3)

式中，Y2—第1類林地-農(nóng)田型小流域土壤侵蝕量，t/a；X2、X3、X7—分別為梯田、坡耕地、經(jīng)果林面積。

根據(jù)式(3)可知，在第2類小流域中坡耕地具有中度土壤侵蝕作用其侵蝕模數(shù)為2668.870t/(m2·a)其次為經(jīng)果林和梯田相應(yīng)的侵蝕模數(shù)分別為1725.625、2248.542t/(m2·a)于輕度侵蝕。由于部分坡耕地在人工措施下轉(zhuǎn)化為梯田，并且轉(zhuǎn)化而來的梯田往往以糧食作物種植為主，因此土地受農(nóng)業(yè)翻耕作用較為明顯，再加上因技術(shù)缺乏和監(jiān)管不到位等，部分梯田的水保效果并不明顯，其穩(wěn)定性膠擦，因此在水力作用和降水條件下仍會(huì)產(chǎn)生土壤侵蝕。X2、X3、X7土地利用的土壤侵蝕量之比為2∶3∶5，由此表明林果地是引起第2類小流域水土流失的主要來源，其次為梯田和坡耕地，并且二者的相差不大。

Y3= 5615.326X3+504.178X4+ 1372.842X8；R2=0.886

(4)

式中，Y3—第3類林地型小流域土壤侵蝕量，t/a；X3、X4、X8—分別為坡耕地、有林地和草地面積。

根據(jù)式(4)可知，坡耕地、有林地和草地為第3類小流域土壤侵蝕的主要影響因素，其中坡耕地為強(qiáng)度土壤侵蝕作用，其侵蝕模數(shù)為5615.326t/(km2·a)，草地和有林地分別為504.178、1372.842t/(km2·a)，屬于輕度侵蝕。X3、X4、X8土地利用的土壤侵蝕量之比為3.2∶5∶1.8，由此表明林地是引起第3類小流域水土流失的主要來源。

Y4= 4825.715X3+1508.725X6+471.640X7+

1086.652X8；R2=0.981

(5)

式中，Y4—第4類林草型小流域土壤侵蝕量，t/a；X3、X6、X7、X8—分別為坡耕地、疏幼林、經(jīng)果林和草地面積。

根據(jù)式(5)可知，坡耕地為中度土壤侵蝕作用其侵蝕模數(shù)為4825.715t/(km2·a)，疏幼林和草地分別為1508.725、1086.652t/(km2·a)，屬于輕度侵蝕，而經(jīng)果林屬于微弱侵蝕其侵蝕模數(shù)為471.640。X3、X6、X7、X8土地利用的土壤侵蝕量之比為3.6∶2.4∶0.8∶3.2，由此表明坡耕地是引起第4類小流域水土流失的主要來源。

對(duì)比分析4種不同流域土壤侵蝕特征可知，坡耕地對(duì)各小流域的水土流失影響作用最為明顯，其原因可能與坡耕地分布在平原與低山丘陵區(qū)交界處，地面結(jié)構(gòu)高低不平，蓄水保土能力較低并且存在農(nóng)業(yè)耕作活動(dòng)，在水力侵蝕作用下土壤結(jié)構(gòu)極易被破壞并成為水土流失的主要來源。坡耕地在第1、2類的侵蝕模糊相對(duì)較小，而在其他類型小流域均屬于中度及以上侵蝕強(qiáng)度，這可能與小流域坡度及其樣本量相關(guān)，在較大坡度地面的坡耕地極易出現(xiàn)水土流失，通過人工治理措施部分流域的草地或林地得到恢復(fù)。

在第4類林草型小流域范圍內(nèi)各土地利用方式的侵蝕模數(shù)均處于較低范圍，侵蝕強(qiáng)度在輕度及以下，其原因?yàn)橥恋厣系闹脖辉诮涤曜饔孟缕鸬奖Ｗo(hù)作用，可攔蓄一定的降雨徑流，林地的枯枝落葉較厚，郁閉度大并且根系發(fā)達(dá)，具有固結(jié)土壤的作用，并改良土壤結(jié)構(gòu)增大土壤有機(jī)質(zhì)含量。而第2類林地型小流域雖然林地侵蝕模數(shù)較小，但有林地面積比例相對(duì)較高。經(jīng)果林和疏林果也具有一定的固土蓄沙作用。在第3、4類小流域草地對(duì)土壤侵蝕發(fā)揮一定的負(fù)向作用，其原因可能為該類型小流域草地面積相對(duì)較大，并且部分草地是通過坡耕地的改造而成，在此條件下草地的保水固土作用較差，這也是引起該類型小流域土壤侵蝕的主要因素之一[11- 13]。

3 結(jié)語

本文根據(jù)不同的土地利用方式和占地面積將鴨綠江各小流域劃分為4種主要類型，通過建立多元線性回歸方程分析了12種土壤類型的侵蝕特征，得出的主要結(jié)論如下。

(1)在第1類小流域中荒地具有極強(qiáng)烈的土壤侵蝕作用，其侵蝕模數(shù)為12638.912t/(km2·a)，其次為灌木林其侵蝕模數(shù)為5218.612t/(km2·a)，屬于強(qiáng)烈侵蝕。X3、X4、X5、X6、X9的5種土地利用方式的土壤侵蝕量之比為5∶2∶1.8∶1.2∶0.2，因此可認(rèn)為坡耕地水土流失是造成第1類小流域土壤其實(shí)的主要來源。

(2)在第2類小流域中坡耕地具有中度土壤侵蝕作用，其侵蝕模數(shù)為2668.870t/(km2·a)，其次為經(jīng)果林和梯田相應(yīng)的侵蝕模數(shù)分別為1725.625、2248.542t/(km2·a)，屬于輕度侵蝕；X3、X4、X5、X6、X9的5種土地利用方式的土壤侵蝕量之比為5∶2∶1.8∶1.2∶0.2，因此可認(rèn)為坡耕地水土流失是造成第2類小流域土壤其實(shí)的主要來源。

(3)耕地、有林地和草地為第3類小流域土壤侵蝕的主要影響因素，其中坡耕地為強(qiáng)度土壤侵蝕作用，其侵蝕模數(shù)為5615.326t/(km2·a)，草地和有林地分別為504.178、1372.842t/(km2·a)，屬于輕度侵蝕；林地是引起第3類小流域水土流失的主要來源。

(4)坡耕地為中度土壤侵蝕作用其侵蝕模數(shù)為4825.715t/(km2·a)，疏幼林和草地分別為1508.725、1086.652t/(km2·a)，屬于輕度侵蝕，而經(jīng)果林屬于微弱侵蝕，其侵蝕模數(shù)為471.640。X3、X6、X7、X8土地利用的土壤侵蝕量之比為3.6∶2.4∶0.8∶3.2，由此表明坡耕地是引起第4類小流域水土流失的主要來源。