水土流失的主要原因分析

水土流失的主要原因分析

人类对可更新资源（-选择性土地资源）的过度开发和掠夺，导致了大规模土地的水土流失，导致了土地退化。水土流失已成为当今世界主要灾害之一,我国南方地区约有1/4的土地因水土流失而形成光裸地并失去再生产的能力。因此,探讨影响水土流失的主要因素是一个刻不容缓的任务。本文以茂名小良水保站为研究对象,通过调研、样本化验分析等手段,着重研究除人为因素的影响外,岩土含水量对水土流失的影响。利用Mathematica软件对小良实测数据作回归分析,建立幂函数模型,为水土流失的研究提供了新思路和新方法,为人类防治水土流失提供了科学依据。1岩石性质是水土流失形成的基本因素岩性对风化壳和土壤性质有着深刻的影响,而风化壳和土壤性质又影响着水土流失的强度和特征,岩土性质是水土流失形成的基本因素。1风化壳、矿物特征母岩是风化壳发育的物质基础,岩石的基本特性对岩石的风化过程、风化产物、土壤类型及抗侵蚀能力都有重要影响,同时与沟蚀的发生发展以及崩塌、滑塌、泻溜等侵蚀活动也有密切关系。易风化的岩石常常遭到强烈侵蚀,如南方风化层深厚的花岗岩地区,水土流失严重,崩岗普遍。由于南方的花岗岩类岩石,都以其岩石组分含有大量的石英、长石类矿物,矿物颗粒粗大等为其共同特征。小良沿海台地的这类花岗岩在高温、高湿天气的影响下,矿物结晶体热胀冷缩,加速了岩体分解;其疏松结构又有利于地表水下渗而致使岩土的抗蚀性削弱。因而,发育于花岗岩母岩上的多砾粘质砖红壤,其土质因石英过多而失去凝集力,透水性强,抗侵蚀能力差,加上组成岩石的一些物质膨胀系数不同,冷热变化,岩石容易分崩离析而造成了严重的水土流失现象。茂名小良水保站地处于巨大的燕山期花岗岩体上,以粗粒黑云母二长花岗岩和伟晶二长花岗岩为主,结晶颗粒粗大,是风化壳发育最优良的岩性。另外,小良水保站地处吴川—四会大断裂旁侧的次一级北西向、南北向断裂上,有三组陡倾角密集,节理非常发育,为风化作用提供了良好的构造条件。小良又地处热带北缘地区,常年高温多雨的气候极利于风化作用的进行。高温化学元素活跃,增加了化学风化的强度;多雨加强了水解作用,增加了土层与空间气体交换速度,植被和微生物分解的有机酸多,地下水活动变化频繁,这些条件都大大地加速了岩石的氧化和水解作用,因而小良极有利于侵蚀的红色风化壳的发育。2粘土的土壤结构土壤是被侵蚀的对象,侵蚀的强弱取决于土壤的物理化学性状,如土壤的透水性、土壤质地、土壤结构、孔隙度及抗冲抗蚀性能等。土壤透水性与地表径流成反比,土壤渗透能力越强,产生的地表径流越少。土壤透水性取决于土壤孔隙度,而孔隙大小又取决于土壤质地、土壤结构和土壤松紧度等。沙土透水性能好,不易产生地表径流。而粘土土壤颗粒细,土粒之间排列紧密,大孔隙很少,比表面积大,透水力很差,易产生地表径流。具有团粒结构的土壤,一般不易发生地表径流,这是因为雨水被土壤吸收,经大孔隙渗透入团粒内部的小空隙中,由于土粒之间能涵蓄较多的水分,多余的水分在重力作用渗入下层土中,从而减少地表径流。不同的土壤它的抗蚀、抗冲能力不一样,土壤有机质含量高,结构良好,水稳性团聚体含量多的土壤遇水不易分散和崩解,其抗冲抗蚀能力强,水土流失相对较轻。据测定,黄壤抗冲力最强,红壤次之,花岗岩壤土最差。在缺乏结构的土壤中,土壤质地(土壤颗粒粗细的含量)是决定土壤透水性的主要因素,沙土透水性能力强,但其松散,抗冲能力弱。在地表径流大到足以推动沙粒时,沙土极易被径流带走;粘土土体密实,不易被径流分离冲走;具有植物根系密布的土壤,也不易被冲刷。茂名小良地区是发育于花岗岩母岩上的多砾粘质砖红壤,其土质因石英过多无凝集力,抗侵蚀能力差,再加上缺乏植被保护,很容易造成严重的水土流失现象。3土壤水分入渗特征今天的小良,经过了一个世纪的水土流失,又经过近半个世纪的人工生态修复,虽然已是绿树参天,但开发性水土流失依然存在,土壤依然非常贫瘠,很难取得良好的经济效益。目前小良水保站的成土母质为花岗岩红色风化壳,厚达20m。地带性土壤是红壤和砖红壤。地表土是原来森林土壤侵蚀、冲刷后残存的B层土壤。由于表层土已严重破坏,花岗岩风化物形成的砖红壤土又多石英砂粒,与土壤中的粘粒胶结而形成坚硬的地皮,降低了土壤水分入渗速率。据测定,土壤水分渗透系数为3.87×10-7(cm/s)。另外土层中隔有铁锰结核或铁盘,阻碍土壤水分入渗。土壤呈酸性反应,pH值为4.2~5.0。土壤腐殖质、N含量都比较低,有机质质量分数仅有0.6%,全氮质量分数为0.03%。土壤的物理性质,特别是土壤的保水性能严重变坏,导致土壤缺水,贫瘠。改造后的土壤,性状有所改变,有机质质量分数可达4.14%,全氮质量分数0.21%,但仍然还是比较缺水,贫瘠。总之,酸、瘦、表皮硬、透水差等性状是这里土壤的特性,改良土壤仍是当前的一个重要的研究课题。综上所述,小良是以花岗岩为成土母岩发育形成的砖红壤,其土质因石英砂粒过多而失去凝集力,透水性强,抗侵蚀能力差,加上终年高温多暴雨,易发生水土流失。2土壤含水率岩土性质包括好多因素,但对水土流失影响最大的因素是土壤的含水率的大小,它直接影响降水是否能形成径流造成水土流失。下面我们就用年均土壤含水率(%)作指标来定量研究岩土性质与水土流失量的关系。2.1统一测值的计算土壤水分含量的测定采用经典烘干法,这是目前国际上仍在沿用的标准方法。一般一年按季节测3~4次,求平均值。表1的数据是在实测值和参照其他资料求平均值求得。年均侵蚀模数数据来自小良水土流失槽实测值,由小良水保站提供。2.2水率和侵蚀模数关系由表1的数据,利用Mathematica软件进行描点做图得土壤含水率和侵蚀模数的幂函数模型,见图1。从图1可以看出,年均土壤含水率和侵蚀模数基本呈幂函数关系,剔除奇异点(17.39,1257.63),(17.84,684.16)。利用Mathematica软件进行拟合、回归,得:M1=191.99H0.858742。其中F比为11.1458。若取a=0.05,则F0.95(1,5)=6.61。由于11.1458>6.61,因此,在显著水平0.05下回归方程是显著的。图1年均含水率与年均侵蚀模数的散点图3长期侵权模数预测模型(1)利用Mathematica软件进行拟合、回归,得出茂名小良年均土壤含水率和侵蚀模数的幂函数模型,经过F检验,在显著水平0.05下回归方程是显著的,能满足预测精度要求,可以用此模型进行年均土壤含水率或年均侵蚀模数的预测。(2)通过分析年均含水率与年均侵蚀模数的散点图可以看出:年