不同土地利用类型土壤侵蚀量的坡度效应

不同土地利用类型土壤侵蚀量的坡度效应

为了从根本上改善中国的生态环境，减少干旱和水土流失等自然灾害对经济和人民生命财产造成的巨大损失，中国在20世纪90年代末开始实施大规模的人工林冠工程。对于25以上的倾斜区域，进行了大规模的恢复工程。这无疑是党中央和国务院的一项功在当代、利在千秋的重大战略决策。笔者认为,就土壤侵蚀而言,坡度固然是造成水土流失的重要因子,但却不是唯一的重要因子,土地利用类型是更重要的因子。为探讨不同土地利用类型土壤侵蚀量的坡度效应,笔者根据安徽省岳西县毛尖山乡上舍河小流域2000年55场有效降雨的资料,进行了有关的分析研究,以期为退耕还林及坡耕地的水土保持措施提供科学依据。1山地黄土壤林分现状试验区设在安徽省岳西县毛尖山乡上舍河小流域,地理坐标为东经116°20′～116°50′,属典型的亚热带季风气候,年平均气温14.6℃,极端最低温度-8℃,最高温度30℃,年平均降水量1400mm,平均无霜期212d,平均日照时间1200h左右。土壤为片麻岩发育的山地黄棕壤,平均有效土层厚度60cm,森林覆盖率69%,多为原生植被遭破坏后形成的天然次生林和人工林。上舍河小流域总面积为565hm2,其中林业用地445hm2,占总面积的78.8%。主要乔木树种有马尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、毛竹(Phyllostachyspubercens)、栎类(Quercus、Castanea、Cyclobalanopsis)。林下植被有白檀(Symplocospaniculata)、映山红(Rhododendronsimsii)、油茶(Camelliaoleifera)、野山楂(Crataeguscuneata)、蛇莓(Duchesneaindica)、茅莓(Rubusparvifolius)、悬钩子(Rubussp.)等灌木和草本植物。下木平均盖度为74.25%,平均高1.1m。坡耕地主要作物种类为玉米和小麦。2单场降雨径流侵蚀模数测定在试验区内,选择具有代表性的杉木林和坡耕地,按0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°的坡度,设置宽1m、长2m的长方形米级观测区。杉木林的林龄15年左右,坡耕地种植作物为冬小麦和夏玉米。在导流槽下放置承水容器,按次降雨观测径流量,并取样测定次降雨径流含沙率,计算单场降雨径流侵蚀模数。每坡度范围内设置2～3个重复,在杉木林外和坡耕地旁,分别设置雨量筒、自记雨量计各1台,以观测降雨量和降雨强度。3结果与分析3.1杉木林次降雨生态参数变化对2000年55场有效降雨产生的地表径流量和侵蚀量的观测结果,运用SAS软件进行多元相关及线性回归分析,杉木林地次降雨径流量、次降雨侵蚀量、坡度、林下草本盖度、乔木层盖度、降雨量、降雨强度间的相关系数矩阵见表1。由表1可知,杉木林次降雨地表径流量与坡度、林下植被盖度呈负相关关系,与降雨量、降雨强度、以及降雨量与降雨强度的积呈正相关。次降雨径流量与坡度、降雨量相关密切,相关系数分别为0.6134和0.7554;次降雨侵蚀量与坡度和降雨强度相关密切,相关系数分别为0.6232和0.7587,而与林下草本盖度、乔木层盖度和降雨量相关性较差。3.2与降雨强度、作物盖度和人为活动因子的关系由表2可以看出,坡耕地次降雨地表径流量与坡度、次降雨量、次降雨量和降雨强度的积成正相关,相关系数分别为0.7737、0.6549、0.8273,而与降雨强度、作物盖度和人为活动因子相关性较小,相关系数仅分别为0.2549、-0.1006和0.2362。次降雨地表侵蚀量与坡度、次降雨量与降雨强度的乘积,以及人为活动因子存在显著的正相关相关关系,相关系数分别为0.8062、0.7926和0.7142,与农作物的盖度负相关,相关系数为-0.4174。3.3降雨、降雨、降雨与降雨的关系根据杉木林分、坡耕地次降雨地表径流量、侵蚀量和坡度、降雨量、降雨强度、降雨量与降雨强度的积、人为活动因子的逐步回归分析,分别列表计算在不同坡度、不同雨量条件下杉木林地、坡耕地的次降雨地表径流模数和土壤侵蚀模数。3.3.1杉木林地的地表径流模数和侵蚀模数杉木林地次降水地表径流模数(m3/hm2)和侵蚀模数(t/hm2)分别见表3和4。由表3和表4可以看出,不同降雨量级下,杉木林地的地表径流模数和侵蚀模数,均有随降雨量级的增加和坡度的增大而增大的趋势,但在30°左右出现最大值。可以推断,在安徽大别山的杉木林区,土壤侵蚀转折坡度为30°～35°。3.3.2地表径流、侵蚀模数变化坡耕地次降水地表径流模数与侵蚀模数分别见表5和表6。由表5和表6可以看出,在坡耕地上,不同降雨量级地表径流模数和侵蚀模数,也有随着坡度和降水量级的增大而增加的趋势,但与杉木林地的情况相比,有明显的不同。在坡耕地上,地表径流模数在30°左右出现最大值,但侵蚀模数至35°处仍呈现出继续增加的趋势。3.4坡耕地与杉木林地次降雨地表径流、侵蚀模数的个数关系据上述杉木林地与坡耕地在不同坡度条件下,次降雨地表径流的侵蚀模数,计算在相同降雨强度(30mm/h)、不同坡度、不同降雨量条件下,坡耕地侵蚀模数与杉木林地侵蚀模数间的倍数关系,见表7。由表7可知,在雨量一定的条件下,坡耕地与杉木林分次降雨、地表径流、侵蚀模数的倍数关系,随着坡度的增大而增加。在低坡度条件下,坡耕地与杉木林地次降雨地表径流、侵蚀模数的倍数关系,随着降雨量的增大而增加。在降雨量、强度相同情况下,坡度10°以上的坡耕地,次降雨地表径流侵蚀模数仅仅相差1倍左右,与同样条件下的杉木林次降雨地表径流侵蚀模数,则相差达300倍以上,并在一定条件下趋向无穷大。当坡度≥20°时,坡耕地与杉木林分次降雨地表径流侵蚀模数的倍数关系,随着降雨量的增加而降低。坡耕地与杉木林地次降雨地表径流侵蚀模数之间的极大倍数关系,其实质在于坡耕地地表径流侵蚀模数,随着坡度的增大而增加;而杉木林地次降雨地表径流、侵蚀模数,随着坡度的增大而降低,当二者达到侵蚀阈值状态时,二者的倍数关系将在某一降雨量和坡度范围内,趋向无穷大。在坡耕地与杉木林地次降雨地表径流、侵蚀模数差的绝对值继续增大的情况下,坡耕地与杉木林地,次降雨地表径流、侵蚀模数的倍数关系,将逐渐下降。4坡耕地次降雨地表径流侵蚀模数表41)在一定坡度范围内,坡耕地的次降雨地表径流量、地表径流侵蚀模数,随着坡度的增加而增加,而杉木林地的降雨地表径流量、地表径流侵蚀模数,随着坡度的增加在30°左右出现最大值,而后随着坡度的增加而降低。2)坡耕地、杉木林分的次降雨地表径流模数、地表径流侵蚀模数的降雨量阈值,是一个随着降雨强度、坡度、地表植被类型变化而变化的变量。坡耕地次降雨地表径流模数、地表径流侵蚀模数的降雨量阈值,随着坡度的增加而降低;杉木林分的次降雨地表径流模数、地表径流侵蚀模数的降雨量阈值,随着坡度的增加而增加。3)耕地、杉木林在坡度较小(<10°)的条件下,次降雨地表径流模数是相近的,而在坡度>10°的情况下,差距的绝对量随着降雨量、降雨强度等因素的增加而加大。4)鉴于在降雨量和降雨强度相同情况下,10°以上的坡耕地次降雨地表径流侵蚀模数仅仅相差1倍左右,与同样条件下的杉木林次降雨地表径流侵蚀模数,则相差达300