低山丘陵区坡面土壤流失预测模型及应用研究

【摘要】土地是自然环境的组成基础,又是自然资源的重要组成部分,是人类赖以生存的最基本的物质基础和环境条件。土壤侵蚀则是导致土地资源退化和损失的主要原因,它不仅造成了大量的土地资源流失,而且导致土地退化、洪水隐患、水质污染。我国是世界上土壤侵蚀最严重的国家之一,并由此产生了一系列的环境问题。长江的洪水灾害,黄河下游地上悬河对人民生命财产的威胁,东北黑土地的严重退化,无不与土壤侵蚀密切相关。江苏省地貌类型多样,土壤质地松散、季节性降水丰沛、人为扰动面广量大等因素均容易造成水土流失。赣榆县地处江苏东北海州湾畔,东临黄海、西接沂蒙,北通青岛,南襟连云港,是江苏省低山丘陵区水土流失重点治理地区。因此以赣榆县夹谷山为例,明确赣榆县夹谷山坡面土壤侵蚀过程,研究降雨特性、土壤理化性质、地形地貌、植被覆盖以及水土保持措施对坡面土壤侵蚀的影响,对掌握低山丘陵区土壤侵蚀特点和规律,探索建立低山丘陵区的水土保持措施模式,对建设秀美山川和促进地区经济可持续发展具有重要作用。本文选择有典型代表性的赣榆县夹谷山为例,基于20年自然降雨条件不同土地利用方式下(包括乔木用材林区、经济林区、牧草小区、顺坡耕作区、标准小区以及梯田小区)夹谷山径流小区土壤流失监测试验结果,以及4年的夹谷山径流小区周围坡面标桩监测试验数据,并以全球广泛使用的土壤流失经验模型—通用土壤流失方程为基本模型框架,建立赣榆县土壤流失方程预测模型为A=R·K·LS·C·P式中A表示多年平均土壤流失量(t·hm-2·a-1);R表示降雨侵蚀指标(J·mm·m-2·h-1·a-1);K表示土壤可蚀性因子(t·m2·h·hm2·J-1·mm-1);LS表示地形因子,无量纲,其中L为坡长(m),S为坡度(°)；C表示植被覆盖与作物经营管理因子,无量纲；P—水土保持措施因子,无量纲。根据前人研究成果,运用查图法、查表法、经验公式法、相关分析法和回归分析法等,研究确定低山丘陵区坡面土壤流失方程中各个因子的计算方法或数值,最终构建了低山丘陵区坡面土壤流失预测模型,以期为江苏省低山丘陵区水土保持监测网络建设、土壤侵蚀预测预报、水土保持规划、小流域治理、生态环境建设等提供科学的依据。主要结论如下：(1)降雨特性中30min最大降雨强度(130)和次降雨总动能(∑E)的交互作用对土壤侵蚀具有显著影响,130·∑E越大,侵蚀量越大,相关系数为0.871,判定系数为0.944,达到显著相关。因此用130·∑E表征降雨特性对土壤侵蚀的影响,即次降雨侵蚀力R=130·∑E。为了迅速有效的计算降雨侵蚀力,本研究进一步分析了次降雨量(H)与次降雨侵蚀力的关系,发现次降雨量越大,次降雨侵蚀力越大,表现为幂函数关系R=0.214H1387,判定系数R2为0.944,达到极显著水平。(2)根据夹谷山土壤理化性质,确定其土壤可蚀因子K值为0.36。(3)地形因子中,坡度和坡长对土壤侵蚀具有显著影响。0-22m坡长区间时,坡长(入)越长,土壤侵蚀量越大。定义坡长因子L=A/A0,得到坡长因子L与坡长入表现为幂函数关系L=(λ/22)0.3,判定系数为0.942,且达到极显著水平；在0°-35°坡度区间时,坡度(α)越大,土壤侵蚀量越大。定义坡度因子S=A/A0,得到坡度因子S与坡度α表现为幂函数关系S=(α/5.5)1.21,判定系数为0.999,且达到极显著水平。(4)不同植被与覆盖度对土壤侵蚀的影响。不同植被类型不同,土壤侵蚀量不同；植被覆盖度不同,土壤侵蚀量也不同。用植被覆盖度与管理因子C表示其对土壤侵蚀量的影响：乔灌草C值,在覆盖度从0%到100%变化时,草地C值从0.45-0.011之间,灌木C值在0.4-0.011之间,乔灌混交C值在0.39-0.007之间,茂密森林C值在0.1-0.001之间；小区中红薯在70%覆盖度时,C值为0.232；花生C值与覆盖度e表现为指数函数关系C=0.933e-0.046X,相关系数为0.983,达到极显著水平。(5)不同耕作措施对土壤侵蚀的影响。根据本地区六个径流试验小区20年的数据推算得到不同耕作措施因子P：乔木用材林区P=0.3,经济林区P=0.24,牧草小区P=0.349,顺坡耕作区P=1.0,标准小区P=143,梯田小区P=0.033,由不同小区的P因子值可以看出,不同耕作措施对土壤侵蚀产沙量的影响作用依次是顺坡耕作区>标准小区>经济林区>牧草区>乔木用材林区>梯田小区。(6)以红领巾小流域为调查对象,运用相对偏差和模型确定性系数两个指标,确定模型的可靠性,结果发现运用本研究土壤侵蚀预测模型预测的土壤侵蚀量与红领巾小流域实际土壤侵蚀量相比,相对偏差小于10%,模型确定性系数均大于0.8接近1,说明本研究预测模型可靠。(7)以赣榆县夹谷山坡面土壤流失预测模型为技术工具,连云港大吴山(属连云港低山丘陵区)为例开展典型调查,预测得到大吴山年均土壤侵蚀量为3540t·km-2·a-1,属中度水土流失,该结果与赣榆县水土流失现状图一致,并计算出大吴山(7km2区域)年度土壤流失量为2.67万t；以红领巾小流域为例,指导在水土流失治理中如何选择合适的水土保持措施。
【作者】夏美玲；
【导师】赵言文；
【作者基本信息】南京农业大学，环境工程，2013，硕士
【副题名】以江苏省赣榆县夹谷山为例
【关键词】赣榆县夹谷山；土壤侵蚀；USLE模型；不同土地利用方式；水土保持措施；

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