閩北裸露坡地水土流失與降雨量的關系研究

江淼華

（閩江學院 地理科學系，福建 福州 350108）

閩北裸露坡地水土流失與降雨量的關系研究

江淼華

（閩江學院 地理科學系，福建 福州 350108）

該文運用坡面徑流小區法研究閩北裸露坡地水土流失與降雨量的關系。研究結果表明：徑流量與降雨量呈極顯著線性相關 （P＜0.01），徑流量隨降雨量增加而增大，擬合方程為y=-6.1447+0.5125x；降雨量是引起土壤流失量的關鍵因素之一，降雨量與土壤流失量的關系與土地利用方式、人為干擾、降雨強度、降雨歷時、前期降雨和下墊面性質等多種因素有關；土壤流失量受環境因素的影響遠比徑流量更為復雜。

閩北；裸露坡地；水土流失；降雨量

在自然界中，降水量是引起土壤流失的關鍵因素。降雨特性一般是指降雨總量、降雨歷時及由二者換算而得之降雨強度，降雨特性制約著土壤流失的過程，流失總量等。[1-3]降雨量是主要的降雨特性之一，是造成土壤侵蝕的直接原因之一。盧程隆關于閩東南土壤流失的研究認為：降雨量極顯著地影響著順坡拋荒區的土壤侵蝕模數。[4]吳發啟等人[5]關于黃土高原南部緩坡耕地降雨量與土壤流失量的回歸分析結果表明，次降雨量與土壤流失量呈M＝aPb，且b＞1的 函數關系 （M為流失量，P為降雨量，a，b為常數）。黃炎和等[6]關于閩南的坡地的研究結果表明，坡度和下墊面不同，次降雨量與土壤流失量的關系不同。筆者通過研究閩北裸露坡地水土流失與降雨量的關系，探討該區降雨量與水土流失的關系，為研究該區水土流失與降雨量的規律提供依據與參照。

一、材料與方法

（一）研究區概況

筆者所選的研究區位于閩江上游的建甌市東門牛坑垅 （26°38′54″～27°20′26″N， 117°45′58″～118°57′11″E）， 屬于閩江上游區域， 研究區自然地理概況見參考文獻 [3]，土壤理化性質表層土壤（0 cm～20cm）有機質含量為 1.16%，全 N為0.62g·kg-1， 全 P 為 0.22 g·kg-1， 全 K 為6.12 g·kg-1，容重為1.25 g·cm-3；20cm～40cm層有機質含量為0.86%， 全 N 為 0.70g·kg-1， 全 P 為 0.21 g·kg-1，全 K 為 6.26 g·kg-1， 容重為 1.42 g·cm-3； 40cm～60cm層有機質含量為0.71%，全N為0.52g·kg-1，全 P 為 0.30 g·kg-1， 全 K 為 6.32 g·kg-1， 容重為1.43 g·cm-3。 研究區臨界溫度為-7.3℃～41.4℃， 年平均溫度為18.7℃。降水多為臺風性降水，年平均降水量為1663.7 mm。試驗小區選取坡度為15°的裸露地，試驗期間人工清除地表覆蓋植被，保持地表無覆蓋物。

（二）研究方法

1.徑流小區設計

徑流小區設計為長方形投影面積100 m2，長邊垂直投影長度20 m，短邊5 m。小區四周設截水墻，截水墻用水泥板建造，水泥隔板埋深25cm～35cm，露高25cm。板間用水泥勾縫。小區下端設梯形集水槽，集水槽下設集流池，水位尺固定在集流池內壁靠小區一側，小區上方及兩側設截流溝和排水溝。

2.主要觀測項目

（1） 降雨量

降雨量數據來源于試驗區氣候觀測站雨量自動記錄儀器。

（2）液體徑流量

每次降雨后，量算集流池內的水量，當池內水位高于5cm時，直接從池內水位尺讀取；當池內水位低于5cm時把水取出用量水容器量取；當集流池內水位超過1m時，集流池的分流裝置開始分流，此時徑流總量為集流池內水量與分流總水量之和。最后根據各小區實測面積計算徑流深。

（3）固體徑流量計算

固體徑流量為懸移質和推移質輸沙量之和，懸移質取樣法如下：分別于每次降雨過后，混勻徑流池中水樣，用移液管移取50ml于燒杯中 （n=3），用烘干法測定懸移質輸沙量.推移質取樣方法為：若集流池內僅有少量泥沙 （小于2kg），則收集全部泥沙烘干計算干重，如泥沙含量大 （大于2kg），稱量所有泥沙濕重，并均勻取部分泥沙（n=3）根據含水量推算總干重。

3.統計分析

用分級統計法分析不同量級的降雨量與裸露坡地徑流量和土壤流失量的關系；[9]用逐步回歸分析方法研究裸露坡地徑流量和土壤流失量與降雨量的關系，建立徑流和土壤流失預測預報方程式，為今后的研究提供依據。

二、結果與分析

土壤侵蝕強度隨降雨量的增大而增加，這在已有的許多研究中已有報道。[7-8]但不同地區也有所不同，如土壤流失和降雨特性之間的關系在黃土地區呈現不同特征，除應用回歸分析方法外，用分級統計方法則能更好的表征兩者之間的關系。[9]

筆者在觀測期內共有的184場降雨中，選取引起裸露坡地土壤流失的降雨場次，并依據 《中國農業百科全書》農業氣象卷的劃分標準劃分降雨類型，結果列于下頁表1。

分別統計每一降雨類型的土壤流失參數：土壤流失次數 （n）、土壤流失總量 （∑M）、平均土壤流失量 （M）、徑流總量 （∑H）、平均徑流量 （H）。采用以下5種指標綜合分析評價降雨類型變化與水土流失量的關系，結果見下頁表2和第10頁圖1：

1.土壤流失次數n（%）—表示某一類型降雨土壤流失次數占總土壤流失次數的百分率；

2.平均土壤流失量M（kg·hm-2）—表示某一類型降雨每次產生的平均土壤流失量；

3.土壤流失總量∑M（%）—表示某一類型降雨土壤流失量占總土壤流失量的百分率；

4.平均徑流量H（mm）—表示某一類型降雨每次產生的平均徑流量；

5.徑流總量∑H（mm）—表示某一類型降雨徑流量占總徑流量的百分率。

表1 不同降雨類型降雨量與降雨次數統計

表2 不同降雨類型條件下的水土流失量

（一）水土流失與不同降雨類型的關系

由下頁圖1可見，裸露坡地的土壤流失次數與降雨類型的關系從小雨到中雨逐漸增加，從中雨到大暴雨逐漸減少，所有降雨類型中中雨所產生的土壤流失次數最多，占總土壤流失次數的40%。分析各種降雨類型的特征：小雨雨量小且由于土壤的滲透作用地表幾乎不產生徑流，很難造成地表土壤流失，因此盡管小雨場次占總降雨場次的56%，其造成的土壤流失次數僅為引起土壤流失總降雨次數的21%，而且均是微弱侵蝕。中雨降雨次數僅次于小雨，占總降雨次數的25%，而大雨、暴雨和大暴雨的降雨次數則相對較少，分別占總降雨次數的10.27%、0.07%和0.016%，中雨以上的降雨類型均產生土壤流失，土壤流失次數占引起土壤流失總降雨次數的79%，但由于從中雨到大暴雨降雨次數逐漸減少，所產生的土壤流失次數也呈現逐漸減少趨勢。本研究結果與在黃土高原的研究相符，降雨量15mm是引起土壤流失的拐點，當降雨量小于15mm，土壤流失與降雨量呈正相關，降雨量大于15mm則表現為負相關。而土壤流失次數最多則集中在降雨量為10 mm～30mm，其流失次數占總流失次數的55%。[9]

徑流總量與降雨類型總體上呈正相關，從表1的統計可以看出小雨到大暴雨的降雨次數分別為103、46、19、13、3場，其不同降雨類型的降雨次數呈遞減趨勢，但是從小雨到大暴雨徑流總量卻逐漸增大。其中由大雨產生的徑流量約占總徑流量的25%，由暴雨產生的徑流量約占總徑流量的30%，由大暴雨所產生的徑流量約占總徑流量的25%。由表1計算可知：盡管大雨以上的降雨次數不多 （約占降雨總次數19%），但其產生的徑流量占總徑流量的80%以上，這些數據表明大雨以上的降雨是產生徑流的主要降雨類型。

土壤流失量和平均土壤流失量與降雨類型的關系基本一致，在大雨以下呈正相關，大雨以上呈負相關。大雨的土壤流失量最大，占總土壤流失量的50%，這是由于大雨的降雨場次相對較多、降雨侵蝕力相對較大，每場降雨均能產生土壤流失，因而由大雨所產生的土壤流失量所占的比例較大。而小雨由于其徑流次數少、降雨侵蝕力弱，產生的土壤流失量很小，不到5%。中雨產生的土壤流失量約占27%，而剩余的68%均由大雨以上的降雨產生，表明大雨以上的降雨是產生土壤流失的主要降雨類型。

平均徑流量與降雨量的大小呈正相關，從小雨到暴雨其曲線與徑流總量相似，到大暴雨時平均徑流量達到最大。

（二）水土流失量與降雨量的回歸統計分析

對降雨量與徑流量進行相關分析結果見下頁表3，裸露坡地的徑流量與降雨量呈極顯著的線性相關，即降雨量顯著的影響徑流量，徑流量隨著降雨量的增加而增大，這與盧程隆關于閩東南的研究結果相近。[4]從降雨量與徑流量的散點圖來看，以y=ax+b進行模擬的效果較好，裸露坡地徑流量與降雨量的回歸方程參見下頁表3。

對降雨量與徑流量的回歸分析表明，裸露坡地用線性方程進行擬合的效果更好，這說明裸露坡地缺乏植被保護。從降雨過程分析，在落地中，剛開始降落的部分雨水通過土壤孔隙滲入地下，當土壤水分達到飽和狀態，或降雨量遠大于滲透量時，大部分降水都將以地表徑流的形式流失，地表徑流量與降水量表現為顯著的正相關。

針對表3中降雨量與土壤流失量的擬合方程，筆者考察了線性回歸和冪函數回歸方程，結果表明：冪函數回歸方程中體現的土壤流失量與降雨量之間的相關系數大于線性回歸方程，土壤流失量與降雨量的關系比較復雜。不同區域水土流失規律并不相同，如已有報道的閩東南的土壤流失規律：降水量并非小區侵蝕量的決定因素，降雨量雖與順坡拋荒區侵蝕模數呈極顯著相關，但對于順坡種草區、中耕作物區和灌叢區的侵蝕量的影響并不大。[4]學者們在黃土高原的研究結果則顯示，不同降雨量是制約著土壤侵蝕的主要因素，當降水量為40mm～60mm，或日雨量＞50mm的降雨均能引起比較嚴重的土壤侵蝕。[9-10]綜合考察黃土高原土壤流失與降雨量的關系，相關系數僅介于0.261 mm～0.660 mm之間，其原因是由于在黃土高原區，短歷時暴雨和長歷時鋒面雨是引起水土流失的主要降雨類型。[9]盧喜平等［11］認為，短歷時、高強度降雨對紫色土坡地的產沙影響最強烈，降雨歷時與產沙存在明顯的負相關，而雨強參數與產沙則存在明顯的正相關。關于黑土地區的研究結果表明，土壤流失量隨降雨量的增大而增大，但不是呈線性相關，在次降雨歷時較長的情況下，土壤流失量先增大然后有逐漸減小的趨勢。[7]綜合分析各地的研究結果，土壤流失量與降雨量的關系雖然較密切，但很難從降雨量單一的因素中得出與土壤流失量的理想相關方程，這是因為影響土壤流失量的因素很多并十分復雜，除了與降雨量有關外還與土壤理化性質、土地利方式、次降雨強度、次降雨歷時及前期降雨和下墊面植被狀況等多種因素有關。

表3 水土流失量與降雨量的相關回歸方程

三、結論

綜上所述，閩北裸露坡地的水土流失受到不同降雨類型的影響。產生水土流失的主要降雨類型是大雨及以上的降雨類型，這部分降雨類型產生的徑流量占總徑流量的80%，土壤流失量占總土壤流失量的68%。而中雨產生的土壤流失次數最多，因為中雨在總的降雨次數中占的比例較大。回歸分析結果表明降雨量與徑流量呈極顯著線性相關，隨著降雨量的增大徑流量也增大，而降雨量與土壤流失量的相關性不明顯，這是因為土壤流失量受環境因素的影響遠比徑流量復雜。

[1]王萬忠.黃土地區降雨特性與土壤流失關系的研究[J].水土保持通報,1984（2）:12-15.

[2]江淼華,楊玉盛.閩江上游降雨特征及不同土地利用方式水土流失動態研究[J].閩江學院學報,2005（5）:93-98.

[3]江淼華.閩北地區降雨侵蝕力R值的分布特征[J].閩江學院學報,2004（2）:95-99.

[4]盧程隆.閩東南花崗巖侵蝕區土壤侵蝕與治理[J].福建農學院學報,1989（4）:504-509.

[5]吳發啟,范文波.土壤結皮與降雨濺蝕的關系研究[J].水土保持學報,2001（3）:1-3.

[6]黃炎和,盧程隆.閩南次降雨量與土壤流失量的關系研究[J].水土保持學報,2002（3）:76-78.

[7]李長寶,太史懷遠.降雨特性對土壤侵蝕影響的研究分析[J].水土保持學報,1990（3）:63-70.

[8]盧程隆,黃炎和,鄭添發,等.閩東南花崗巖地區土壤侵蝕的研究[J].水土保持通報,1990（2）:41-48.

[9]郭耀文.雨滴侵蝕特征分析[J].中國水土保持,1997（4）:15-17.

[10]王占禮,邵明安,王慶瑞.黃土高原降雨因素對土壤侵蝕的影晌[J].西北農業大學學報,1998（4）:101-105.

[11]盧喜平,史東梅,呂剛,等.紫色土坡地果草種植模式的水土流失特征研究[J].水土保持學報,2005（2）:21-25.

An Analysis of the Relationship Between Rainfall and Losses of Soil and Water in the Sloping Bare Land of Northern Fujian

Jiang Miaohua
（Department of Geography,Minjiang University,Fuzhou 350108,China）

This paper makes a studyofthe relationship between rainfall and losses ofsoil and water in slopingbare land ofNorthern Fujian by means of multivariate statistical analysis of runoff amount on a certain sloping surface of land.Here are the research findings.There is an obvious linear correlation between rainfall and runoffamount（ P＜0.01） ,the runoffamount becominglarger with the increase of rainfall,a regression equation being established as:y=-6.1447+0.5125x.The rainfall is the key factor to cause soil erosion.The relationship between the amount of rainfall and soil erosion is affected by ways of utilizing land,human interference,level of rainfall,duration of rainfall,pre-precipitation,textures ofunderlyingsurface,etc.Compared with the runoffamount,environmental factors have more complex influence on soil erosion amount.

Northern Fujian;slopingbare land;losses ofsoil and water;rainfall

P333.5

A

1673-8535（2010）01-0007-05

2009-12-02

福建省重大基礎研究項目（2000F004）

江淼華（1978-），男，福建壽寧人，閩江學院地理科學系講師，研究方向：水土保持與荒漠化防治。

張金根）