小流域治理工程土壤侵蝕量影響因子研究

黃俊 亢慶 李樂 方宗福 王玉瑯 徐舟

摘要 以《云貴鄂渝水土保持世行貸款/歐盟贈(zèng)款項(xiàng)目》土壤侵蝕量監(jiān)測(cè)子項(xiàng)目為例，分析了小流域治理不同水土保持措施土壤減蝕效果。基于皮爾遜相關(guān)分析及灰色關(guān)聯(lián)度分析研究了8個(gè)影響因子（水土保持措施實(shí)施前、后坡長(zhǎng)坡度因子——LS前和LS后、作物覆蓋與管理因子——C前和C后、土壤保持因子——P前和P后，以及水土保持類型——SWCM和調(diào)查圖斑面積——AREA）與土壤減蝕量間相關(guān)關(guān)系，以及8因子重要性排序。結(jié)果表明，不同水土保持措施土壤侵蝕量減少20%～90%，依次為石（土）坎坡改梯>種草>保土耕作>封禁治理>水保林>經(jīng)果林。皮爾遜相關(guān)分析與灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果總體一致。土壤保持因子P后對(duì)土壤侵蝕量影響作用最大，皮爾遜相關(guān)系數(shù)及灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)分別為0.918（P<0.01）和0.650 6。兩種方法其余影響因子重要性排序分別為：“P前>LS后>C后>C前>SWCM>LS前>AREA”和“C后>C前>LS后>P前>SWCM>LS前>AREA”。

關(guān)鍵詞 土壤侵蝕；相關(guān)分析；灰色關(guān)聯(lián)度

中圖分類號(hào) S157.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）27-203-03

Study on Affecting Factors of Soil Erosion in the Watershed Rehabilitation Project

HUANG Jun1，2， KANG Qing1，2， YANG Jian-xin1，2 et al

（1. Pearl River Hydraulic Research Institute， Pearl River Water Resources Commission of the Ministry of Water Resources， Guangzhou， Guangdong 510611； 2. Soil and Water Conservation Monitoring Center of Pearl River Basin， Pearl River Water Resources Commission of the Ministry of Water Resources， Guangzhou， Guangdong 510611）

Abstract Taking the subproject of Soil Erosion Monitoring in the Changjing and Pearl River Watershed Rehabilitation Project as the example， this paper analyzed the soil loss reducing effect of different soil and water conservation measures. Based on the pearson correlation analysis and grey correlation analysis， this paper studied the relationship between soil erosion reducing ratio （SERR） and eigth factors （slope-length and gradient factor before and after the implementation of soil and water conservation measures——SLB and SLA， cover and management factor——CB and CA， support practice factor——PB and PA， the type of soil and water conservation measures——TM， and the area of the surveied map-spot——AMS）， and gave the importance rank of eight factors. Results showed， the soil erosion decreased from 20% to 90% for different soil and water conservation measures， the sequence of the soil erosion reduction for different measures were： Slope-To-Terrace>Planting Forage Grass>Conservation Tillage>Blockading Administration> Planting Soil and Water Conservation Forest>Planting Economic Fruit Forest. The result from the pearson correlation analysis and grey correlation analysis were generally consistent， and showed the PA was the most important factor affecting SERR， the pearson correlation coefficient and grey correlation degree between PA and SERR were 0.918（P<0.01）and 0.650 6， respectively. The importance order of other factors by these two methods were PB>LSA>CA>CB>TM>LSB>AMS and CA>CB>LSA>PB>TM>LSB>AMS.

Key words Soil erosion； Correlation analysis； Grey relational degree

小流域綜合治理指以小流域?yàn)橹卫韱卧谌嬉?guī)劃的基礎(chǔ)上，預(yù)防、治理和開發(fā)相結(jié)合，合理安排農(nóng)林牧等各業(yè)用地，因地制宜，因害設(shè)防，優(yōu)化配置工程、生物和農(nóng)業(yè)耕作等各項(xiàng)措施，形成有效的水土流失綜合防護(hù)體系，達(dá)到保護(hù)、改良和合理利用水土資源，實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)統(tǒng)一的水土流失防治活動(dòng)。筆者以啟動(dòng)于2006年的《云貴鄂渝水土保持世行貸款/歐盟贈(zèng)款項(xiàng)目》為例，分析了小流域治理中不同水土保持措施效果，及其多個(gè)影響因素對(duì)土壤侵蝕量變化的影響作用，以期為其他小流域水土保持治理工程提供參考。

1 項(xiàng)目概況

《云貴鄂渝水土保持世行貸款/歐盟贈(zèng)款項(xiàng)目》于2006年啟動(dòng)（以下簡(jiǎn)稱《世行》），建設(shè)周期為5年。項(xiàng)目旨在減輕水土流失，基于一系列農(nóng)村基礎(chǔ)建設(shè)和生計(jì)保障措施，通過改善生產(chǎn)生活條件和促進(jìn)當(dāng)?shù)卦鍪眨罱K實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)恢復(fù)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。項(xiàng)目包括公共/私人利益措施與技術(shù)支持服務(wù)三方面。主要水土保持措施有水土保持林、經(jīng)濟(jì)果木林、種草、封禁治理、保土耕作等20余項(xiàng)。項(xiàng)目涉及云南、貴州、湖北、重慶4省（市）的37個(gè)縣（市、區(qū)），其中云南省8個(gè)，貴州省12個(gè)，湖北省6個(gè)，重慶市11個(gè)。項(xiàng)目區(qū)涉及274條小流域，規(guī)劃治理水土流失面積3 175 km2。項(xiàng)目總投資約為16.61億元，其中世行貸款1億美元（合人民幣7.3億元），歐盟贈(zèng)款1 000萬歐元（合人民幣1億元），中央安排水利建設(shè)投資2.43億元，地方配套和農(nóng)民投勞折資4.566 2億元，建設(shè)期貸款利息1.314億元。

2 研究方法

筆者使用了《世行》項(xiàng)目中4省（市）中23個(gè)治理小流域的野外調(diào)查653組數(shù)據(jù)用于論文分析。該研究中反映土壤侵蝕量變化的因子為土壤侵蝕量減少比率（Soil Erosion Reducing Ratio——SERR），其值為水土保持工程實(shí)施后土壤侵蝕量與實(shí)施前土壤侵蝕量比值，由野外觀測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算獲得。影響土壤侵蝕量減少比率的因子共計(jì)8個(gè)，其中3個(gè)為美國通用土壤流失方程[1]中的變量，另外2個(gè)分別為調(diào)查圖斑面積（AREA）和調(diào)查圖斑水土保持措施（SWCM），詳情如表1所示。

其中調(diào)查圖斑水土保持措施共分為六大類，其代碼與措施對(duì)應(yīng)關(guān)系分別為：SWCM1——保土耕作、SWCM2——封禁

治理、SWCM3——經(jīng)果林、SWCM4——石（土）坎坡改梯、

SWCM5——水保林和SWCM6——種草。調(diào)查圖斑坡長(zhǎng)坡度

因子（LS）計(jì)算方法參考Wischmeier等[2]、Kenneth等[3]和Liu等[4]研究結(jié)果。作物覆蓋與管理因子（C）計(jì)算方法參考蔡崇法等[5]研究成果。調(diào)查圖斑土壤保持因子（P）計(jì)算方法參考張有全等[6]研究結(jié)果。

筆者分別采用皮爾遜相關(guān)分析與灰色關(guān)聯(lián)度分析，研究了上述8個(gè)影響因子與SERR間關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同水土保持措施效果

筆者統(tǒng)計(jì)了《世行》項(xiàng)目中4省（市）中23個(gè)治理小流域6種水土保持措施調(diào)查圖斑的土壤侵蝕量變化情況，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同水土保持措施土壤侵蝕量變化

與水土保持工程實(shí)施前相比，SWCM4保持水土效益最好，土壤侵蝕量平均值降低了94.3%；其次為SWCM6，其土壤侵蝕量平均值降低了88.9%；其余水土保持土壤侵蝕量降低了20%～40%，從大到小依次為SWCM1>SWCM2>SWCM5>SWCM3。這里統(tǒng)計(jì)結(jié)果是水土保持工程措施實(shí)施1年后的情況。因此，諸如封禁治理、水保林、經(jīng)果林等措施，因時(shí)間較短，林木樹齡較短，形成的郁閉度較低，水土保持功效并未真正體現(xiàn)。

3.2 各影響因子與土壤侵蝕量減少比率相關(guān)關(guān)系

3.2.1 皮爾遜相關(guān)分析。

表2給出了8個(gè)影響因子間以及它們與SERR間相關(guān)關(guān)系。水土保持類型與影響因子——C前、C后、P前和P后具有極為顯著的相關(guān)性（P<0.01），但為中等相關(guān)性。這也說明水土保持類型對(duì)LS影響不大，而對(duì)影響因子C和P具有較為顯著影響作用。8個(gè)影響因子對(duì)SERR的影響作用均達(dá)到了極顯著水平（P<0.01），其中影響因子P前和P后對(duì)SERR影響作用較大，相關(guān)系數(shù)均超過了0.9（P<0.01）。影響因子LS前、LS后、C前和C后對(duì)SERR影響作用也較為顯著，相關(guān)系數(shù)在0.2～0.4之間波動(dòng)。水土保持措施類型對(duì)SERR的影響作用是顯而易見的，且達(dá)到了極顯著水平（P<0.01），但相關(guān)系數(shù)僅為-0.252。AREA也對(duì)SERR產(chǎn)生了顯著影響作用，這是因?yàn)锳REA大小可直接影響水土保持措施實(shí)施的效果。總體而言，8個(gè)因子對(duì)SERR影響作用大小排序?yàn)椋篜后>P前>LS后>C后>C前>SWCM>LS前>AREA。

3.2.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析。

灰色關(guān)聯(lián)度分析是基于灰色系統(tǒng)理論的一種多因素分析方法，基本原則是根據(jù)序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷序列的關(guān)聯(lián)性是否緊密[7]。曲線越接近，認(rèn)為兩個(gè)序列關(guān)聯(lián)度就越大，反之亦然。灰色關(guān)聯(lián)分析可彌補(bǔ)傳統(tǒng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)方法在系統(tǒng)分析時(shí)帶來的不足，具有廣泛的適用性[8]。灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)計(jì)算公式如下：

r（y0（p），yi（p））=（ymin+δymax）/（△0i（p）+δymax）（1）

其中，△0i（p）=|y0（p）-yi（p）|，ymin=miniminp△0i（p），ymax=maximaxp△0i（p）。δ為分辨系數(shù)，一般有0<δ<1，筆者取δ=0.5。

那么灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式即為：

γ（y0，yi）=[∑r（y0（p），yi（p））]/n（2）

其中，n為數(shù)據(jù)序列長(zhǎng)度。

基于上述方法，筆者計(jì)算了8個(gè)影響因子與SERR之間灰色關(guān)聯(lián)度，結(jié)果如表3所示。影響因子P后與SERR灰色關(guān)聯(lián)度最大為0.650 6，其次為影響因子C后，與SERR間灰色關(guān)聯(lián)度為0.646 1。這表明這兩個(gè)影響因子對(duì)SERR影響作用最大。其余影響因子與SERR之間灰色關(guān)聯(lián)度排序?yàn)閄5>X4>X7>X2>X3>X1。其中X2～X8共7個(gè)影響因子與SERR灰色關(guān)聯(lián)度均>0.6，為影響SERR的重要影響因子。調(diào)查圖斑面積（X1）與SERR灰色關(guān)聯(lián)度僅為0.364 5。總體而言，灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果與皮爾遜相關(guān)分析結(jié)果基本一致，X8對(duì)SERR相關(guān)性最大，也就是該因子對(duì)SERR影響作用最大；AREA對(duì)SERR影響作用最小。

4 結(jié)論

（1）石（土）坎坡改梯水土保持措施減蝕量效果最好，實(shí)施1年后土壤侵蝕量降低了94.3%；其次為種草，該措施降低土壤侵蝕量達(dá)88.9%；其余各措施減少土壤侵蝕量為20%～40%，依次為保土耕作>封禁治理>水保林>經(jīng)果林。

（2）皮爾遜相關(guān)分析表明，影響因子P前和P后對(duì)SERR影響作用最大，與SERR相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9以上，且達(dá)到極顯著水平。其余影響因子與SERR相關(guān)系數(shù)排序?yàn)椋篖S后>C后>C前>SWCM>LS前>AREA。灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果與皮爾遜相關(guān)分析結(jié)果基本一致，影響因子P后對(duì)SERR影響作用最大，二者灰色關(guān)聯(lián)度值為0.650 6，AREA與SERR關(guān)聯(lián)度最小為0.364 5。其余各影響因子與SERR關(guān)聯(lián)度排序?yàn)椋篊后>C前>LS后>P前>SWCM>LS前。

參考文獻(xiàn)

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