不同土地利用類型土壤侵蝕量的坡度效應

為了從根本上改善中國的生態環境，減少干旱和水土流失等自然災害對經濟和人民生命財產造成的巨大損失，中國在20世紀90年代末開始實施大規模的人工林冠工程。對于25以上的傾斜區域，進行了大規模的恢復工程。這無疑是黨中央和國務院的一項功在當代、利在千秋的重大戰略決策。筆者認為,就土壤侵蝕而言,坡度固然是造成水土流失的重要因子,但卻不是唯一的重要因子,土地利用類型是更重要的因子。為探討不同土地利用類型土壤侵蝕量的坡度效應,筆者根據安徽省岳西縣毛尖山鄉上舍河小流域2000年55場有效降雨的資料,進行了有關的分析研究,以期為退耕還林及坡耕地的水土保持措施提供科學依據。1山地黃土壤林分現狀試驗區設在安徽省岳西縣毛尖山鄉上舍河小流域,地理坐標為東經116°20′～116°50′,屬典型的亞熱帶季風氣候,年平均氣溫14.6℃,極端最低溫度-8℃,最高溫度30℃,年平均降水量1400mm,平均無霜期212d,平均日照時間1200h左右。土壤為片麻巖發育的山地黃棕壤,平均有效土層厚度60cm,森林覆蓋率69%,多為原生植被遭破壞后形成的天然次生林和人工林。上舍河小流域總面積為565hm2,其中林業用地445hm2,占總面積的78.8%。主要喬木樹種有馬尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、毛竹(Phyllostachyspubercens)、櫟類(Quercus、Castanea、Cyclobalanopsis)。林下植被有白檀(Symplocospaniculata)、映山紅(Rhododendronsimsii)、油茶(Camelliaoleifera)、野山楂(Crataeguscuneata)、蛇莓(Duchesneaindica)、茅莓(Rubusparvifolius)、懸鉤子(Rubussp.)等灌木和草本植物。下木平均蓋度為74.25%,平均高1.1m。坡耕地主要作物種類為玉米和小麥。2單場降雨徑流侵蝕模數測定在試驗區內,選擇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,設置寬1m、長2m的長方形米級觀測區。杉木林的林齡15年左右,坡耕地種植作物為冬小麥和夏玉米。在導流槽下放置承水容器,按次降雨觀測徑流量,并取樣測定次降雨徑流含沙率,計算單場降雨徑流侵蝕模數。每坡度范圍內設置2～3個重復,在杉木林外和坡耕地旁,分別設置雨量筒、自記雨量計各1臺,以觀測降雨量和降雨強度。3結果與分析3.1杉木林次降雨生態參數變化對2000年55場有效降雨產生的地表徑流量和侵蝕量的觀測結果,運用SAS軟件進行多元相關及線性回歸分析,杉木林地次降雨徑流量、次降雨侵蝕量、坡度、林下草本蓋度、喬木層蓋度、降雨量、降雨強度間的相關系數矩陣見表1。由表1可知,杉木林次降雨地表徑流量與坡度、林下植被蓋度呈負相關關系,與降雨量、降雨強度、以及降雨量與降雨強度的積呈正相關。次降雨徑流量與坡度、降雨量相關密切,相關系數分別為0.6134和0.7554;次降雨侵蝕量與坡度和降雨強度相關密切,相關系數分別為0.6232和0.7587,而與林下草本蓋度、喬木層蓋度和降雨量相關性較差。3.2與降雨強度、作物蓋度和人為活動因子的關系由表2可以看出,坡耕地次降雨地表徑流量與坡度、次降雨量、次降雨量和降雨強度的積成正相關,相關系數分別為0.7737、0.6549、0.8273,而與降雨強度、作物蓋度和人為活動因子相關性較小,相關系數僅分別為0.2549、-0.1006和0.2362。次降雨地表侵蝕量與坡度、次降雨量與降雨強度的乘積,以及人為活動因子存在顯著的正相關相關關系,相關系數分別為0.8062、0.7926和0.7142,與農作物的蓋度負相關,相關系數為-0.4174。3.3降雨、降雨、降雨與降雨的關系根據杉木林分、坡耕地次降雨地表徑流量、侵蝕量和坡度、降雨量、降雨強度、降雨量與降雨強度的積、人為活動因子的逐步回歸分析,分別列表計算在不同坡度、不同雨量條件下杉木林地、坡耕地的次降雨地表徑流模數和土壤侵蝕模數。3.3.1杉木林地的地表徑流模數和侵蝕模數杉木林地次降水地表徑流模數(m3/hm2)和侵蝕模數(t/hm2)分別見表3和4。由表3和表4可以看出,不同降雨量級下,杉木林地的地表徑流模數和侵蝕模數,均有隨降雨量級的增加和坡度的增大而增大的趨勢,但在30°左右出現最大值。可以推斷,在安徽大別山的杉木林區,土壤侵蝕轉折坡度為30°～35°。3.3.2地表徑流、侵蝕模數變化坡耕地次降水地表徑流模數與侵蝕模數分別見表5和表6。由表5和表6可以看出,在坡耕地上,不同降雨量級地表徑流模數和侵蝕模數,也有隨著坡度和降水量級的增大而增加的趨勢,但與杉木林地的情況相比,有明顯的不同。在坡耕地上,地表徑流模數在30°左右出現最大值,但侵蝕模數至35°處仍呈現出繼續增加的趨勢。3.4坡耕地與杉木林地次降雨地表徑流、侵蝕模數的個數關系據上述杉木林地與坡耕地在不同坡度條件下,次降雨地表徑流的侵蝕模數,計算在相同降雨強度(30mm/h)、不同坡度、不同降雨量條件下,坡耕地侵蝕模數與杉木林地侵蝕模數間的倍數關系,見表7。由表7可知,在雨量一定的條件下,坡耕地與杉木林分次降雨、地表徑流、侵蝕模數的倍數關系,隨著坡度的增大而增加。在低坡度條件下,坡耕地與杉木林地次降雨地表徑流、侵蝕模數的倍數關系,隨著降雨量的增大而增加。在降雨量、強度相同情況下,坡度10°以上的坡耕地,次降雨地表徑流侵蝕模數僅僅相差1倍左右,與同樣條件下的杉木林次降雨地表徑流侵蝕模數,則相差達300倍以上,并在一定條件下趨向無窮大。當坡度≥20°時,坡耕地與杉木林分次降雨地表徑流侵蝕模數的倍數關系,隨著降雨量的增加而降低。坡耕地與杉木林地次降雨地表徑流侵蝕模數之間的極大倍數關系,其實質在于坡耕地地表徑流侵蝕模數,隨著坡度的增大而增加;而杉木林地次降雨地表徑流、侵蝕模數,隨著坡度的增大而降低,當二者達到侵蝕閾值狀態時,二者的倍數關系將在某一降雨量和坡度范圍內,趨向無窮大。在坡耕地與杉木林地次降雨地表徑流、侵蝕模數差的絕對值繼續增大的情況下,坡耕地與杉木林地,次降雨地表徑流、侵蝕模數的倍數關系,將逐漸下降。4坡耕地次降雨地表徑流侵蝕模數表41)在一定坡度范圍內,坡耕地的次降雨地表徑流量、地表徑流侵蝕模數,隨著坡度的增加而增加,而杉木林地的降雨地表徑流量、地表徑流侵蝕模數,隨著坡度的增加在30°左右出現最大值,而后隨著坡度的增加而降低。2)坡耕地、杉木林分的次降雨地表徑流模數、地表徑流侵蝕模數的降雨量閾值,是一個隨著降雨強度、坡度、地表植被類型變化而變化的變量。坡耕地次降雨地表徑流模數、地表徑流侵蝕模數的降雨量閾值,隨著坡度的增加而降低;杉木林分的次降雨地表徑流模數、地表徑流侵蝕模數的降雨量閾值,隨著坡度的增加而增加。3)耕地、杉木林在坡度較小(<10°)的條件下,次降雨地表徑流模數是相近的,而在坡度>10°的情況下,差距的絕對量隨著降雨量、降雨強度等因素的增加而加大。4)鑒于在降雨量和降雨強度相同情況下,10°以上的坡耕地次降雨地表徑流侵蝕模數僅僅相差1倍左右,與同樣條件下的杉木林次降雨地表徑流侵蝕模數,則相差達300