鴨綠江不同類型小流域土壤侵蝕特征分析

劉建波

(丹東市寬甸縣水利局，遼寧 丹東 118200)

水土流失不僅會減少土層厚度，造成土壤肥沃力和有機質的流失，而且在強降雨或暴雨沖刷作用下可徹底喪失土壤功能，使得土壤逐漸沙漠化，并進一步降低土壤生產力，對區域農業發展和生態環境構成嚴重威脅。鴨綠江位于中國與朝鮮交界處，流域范圍內地勢跌宕起伏，大小支流縱橫交錯。受地形與氣候影響降雨量較為集中，土壤水力侵蝕較為嚴重，加之不合理的土地利用和頻繁的農業活動，進一步加速了土壤的侵蝕并使得該區域水土流失狀況更加嚴峻。因鴨綠江區域水土流失較為嚴重，對流域附近生態環境造成不利影響，該區域被列為水土保持重點防治區，對鴨綠江流域綜合治理的研究分析，對于改善該流域生態環境并促進區域經濟持續健康發展具有重要意義[1- 4]。

針對小流域土壤流失與土地利用方式、水土保持生態工程與治理措施效益以及經濟服務價值的相關研究，國內外學者從多個角度進行了深入分析，但是大部分研究主要集中在特定的一個大的或幾個小流域的分析，在此條件下基本能夠反映該流域水土保持的實際狀況，但是并不能真實反映該區域的整體情況，并且可對比性相對較低；在研究大區域整體狀況時未考慮各小流域之間的差異性，并不能準確反映水保措施的真實效益[5- 9]。據此，本文以鴨綠江流域范圍內各小流域為例，探討分析了不同小流域之間的土壤侵蝕特征，以期為各小流域水土保持治理和生態環境保護提供理論依據。

1 多元歸回模型

1.1 區域概況

研究區域主要包括鴨綠江流域的愛河、蒲石河、安平河等小流域，該區域冬季寒冷多風、夏季溫暖多雨，屬于濕潤性溫帶季風氣候區域；徑流區域降雨充沛，年降水量在1100mm以上，其中每年的6—9月份占全年降雨量的60%以上。流域內氣候涼濕，植被覆蓋率較低，下游區域植被以櫟林為主，其他區域主要是以楓樺、紅松為主的針闊葉混交林。沿江可耕地面積8.9萬hm2，主要農作物類型有水稻、大麥、小米、大豆，土壤有機質含量較低且土質疏松，在水力和風力侵蝕作用下極易被溶蝕，土壤抗沖刷能力較差。

1.2 數據來源

本研究以鴨綠江小流域竣工驗收報告為主要數據來源，根據現場實地調研研究分析對初始數據進行完善，基于SPSS相關性分析軟件以及聚類分析、回歸分析法，對該區域愛河、蒲石河、安平河、渾江等小流域的土壤侵蝕特征進行分析。以不同土地利用方式將鴨綠江各小流域聚類劃分為不同類型，對各小流域土壤侵蝕量和侵蝕來源之間的差異利用方差分析法進行表征，在此基礎上建立以用地面積和土壤侵蝕量為自變量與因變量的多元線性歸回方程，對比分析各小流域之間的土壤侵蝕特征[10]。

1.3 建立模型

利用無截距模型分析各用地類型時，因土壤侵蝕與每個變量的關系數存在一定差異，并且用地面積對土壤侵蝕貢獻率不同，因此對土壤侵蝕量貢獻較大且顯著性低于0.05的自變量可利用線性回歸法移入模型，并在模型中移除顯著性水平大于0.1自變量。在模型中除去影響土壤流失不大的參數，并保留主要影響因子，所建立的模型如下：

Y=b1X1+b2X2++biXi

(1)

式中，Y—小流域年土壤侵蝕量，t/a；Xi、bi—不同用地類型的土地面積和侵蝕模數；i—不同土地利用方式，其值為1～12。

2 結果分析

2.1 土地利用方式聚類分析

將各小流域土地利用方式按照竣工驗收細則進行劃分，主要包括梯田、草地、荒地、坡耕地、水域等12種類型，然后根據不同類型面積占比聚類劃分為4大類，各類型土地面積占比與侵蝕量數據統計結果見表1。

表1 土地類型面積占比及侵蝕量

由表1聚類分析結果可以看出，第1類小流域屬于為農田-林地型，其中水田、梯田和坡耕地面積分別占流域面積的23.86%、12.57%和14.33%，這3類土地利用方式共占50.76%；第2類小流域屬于林地-農田型，其中有林地、灌木林、疏幼林、經果林占比分別為29.14%、7.02%、8.61%、11.52%，總占比為56.29%，而農田面積總占比32.51%；第3類小流域屬于典型的林地型，其中有林地占比為52.16%，明顯大于其他利用方式；第4類小流域屬于林草型，其中林草地總占比為57.21%，相對于其他類型該流域的草地、灌木林占比明顯較大。草地面積占比在4個不同流域類型中的變化較大，位于0.36%～18.61%范圍。

2.2 土壤侵蝕特征分析

水力侵蝕為鴨綠江流域土壤侵蝕的主要類型，根據該流域土壤侵蝕實際狀況并結合已有研究資料可將水力侵蝕劃分為不同等級，結果見表2。

表2 水力侵蝕劃分等級

然后根據不同類型流域面積和土壤流失量分別建立水田、梯田、坡耕地等12種土地類型的逐步回歸方程，其中第1、2、3、4類小流域的土壤侵蝕量選取指標Yj表示，則其表達式為：

Y1= 2172.656X3+1136.175X4+5218.612X5+

867.260X6+12638.912X9

(2)

式中，Y1—第1類農田-林地型小流域土壤侵蝕量，t/a；X3、X4、X5、X6、X9—分別為坡耕地、有林地、灌木林、疏幼林和荒地面積。

其他土地利用類型對侵蝕量的貢獻率較小并且顯著性低于0.05，因此可根據回歸方程約束條件在模型中進行剔除，即不考慮對土壤侵蝕影響較小的類型。根據上式回歸方程可以看出，在第1類小流域中荒地具有極強烈的土壤侵蝕作用，其侵蝕模數為12638.912，其次為灌木林其侵蝕模數為5218.612處于強烈侵蝕程度。結合該區域土地利用實際情況可知，荒坡和荒山為主要荒地類型，該區域的土壤肥沃力較差、林草覆蓋率較低、抗水力侵蝕作用較弱，地表裸露并且土壤侵蝕較為嚴重，因此相對于其他土地利用其侵蝕模數最大。但是荒地面積占比相對于其他類型較小，僅為0.15%。疏幼林、有林地和坡耕地等類型的侵蝕模數分別為867.260、1136.175、2172.656t/(km2·a)，均處于500～2500t/(km2·a)范圍屬于輕度侵蝕。通過對土地面積和相應的土壤侵蝕模數的乘積計算可分別得到不同土地類型的侵蝕量，由此表明X3、X4、X5、X6、X9的5種土地利用方式的土壤侵蝕量之比為5∶2∶1.8∶1.2∶0.2，因此可認為坡耕地水土流失是造成第1類小流域土壤其實的主要來源。

Y2= 1725.625X2+2668.870X3+ 2248.542X7；R2=0.831

(3)

式中，Y2—第1類林地-農田型小流域土壤侵蝕量，t/a；X2、X3、X7—分別為梯田、坡耕地、經果林面積。

根據式(3)可知，在第2類小流域中坡耕地具有中度土壤侵蝕作用其侵蝕模數為2668.870t/(m2·a)其次為經果林和梯田相應的侵蝕模數分別為1725.625、2248.542t/(m2·a)于輕度侵蝕。由于部分坡耕地在人工措施下轉化為梯田，并且轉化而來的梯田往往以糧食作物種植為主，因此土地受農業翻耕作用較為明顯，再加上因技術缺乏和監管不到位等，部分梯田的水保效果并不明顯，其穩定性膠擦，因此在水力作用和降水條件下仍會產生土壤侵蝕。X2、X3、X7土地利用的土壤侵蝕量之比為2∶3∶5，由此表明林果地是引起第2類小流域水土流失的主要來源，其次為梯田和坡耕地，并且二者的相差不大。

Y3= 5615.326X3+504.178X4+ 1372.842X8；R2=0.886

(4)

式中，Y3—第3類林地型小流域土壤侵蝕量，t/a；X3、X4、X8—分別為坡耕地、有林地和草地面積。

根據式(4)可知，坡耕地、有林地和草地為第3類小流域土壤侵蝕的主要影響因素，其中坡耕地為強度土壤侵蝕作用，其侵蝕模數為5615.326t/(km2·a)，草地和有林地分別為504.178、1372.842t/(km2·a)，屬于輕度侵蝕。X3、X4、X8土地利用的土壤侵蝕量之比為3.2∶5∶1.8，由此表明林地是引起第3類小流域水土流失的主要來源。

Y4= 4825.715X3+1508.725X6+471.640X7+

1086.652X8；R2=0.981

(5)

式中，Y4—第4類林草型小流域土壤侵蝕量，t/a；X3、X6、X7、X8—分別為坡耕地、疏幼林、經果林和草地面積。

根據式(5)可知，坡耕地為中度土壤侵蝕作用其侵蝕模數為4825.715t/(km2·a)，疏幼林和草地分別為1508.725、1086.652t/(km2·a)，屬于輕度侵蝕，而經果林屬于微弱侵蝕其侵蝕模數為471.640。X3、X6、X7、X8土地利用的土壤侵蝕量之比為3.6∶2.4∶0.8∶3.2，由此表明坡耕地是引起第4類小流域水土流失的主要來源。

對比分析4種不同流域土壤侵蝕特征可知，坡耕地對各小流域的水土流失影響作用最為明顯，其原因可能與坡耕地分布在平原與低山丘陵區交界處，地面結構高低不平，蓄水保土能力較低并且存在農業耕作活動，在水力侵蝕作用下土壤結構極易被破壞并成為水土流失的主要來源。坡耕地在第1、2類的侵蝕模糊相對較小，而在其他類型小流域均屬于中度及以上侵蝕強度，這可能與小流域坡度及其樣本量相關，在較大坡度地面的坡耕地極易出現水土流失，通過人工治理措施部分流域的草地或林地得到恢復。

在第4類林草型小流域范圍內各土地利用方式的侵蝕模數均處于較低范圍，侵蝕強度在輕度及以下，其原因為土地上的植被在降雨作用下起到保護作用，可攔蓄一定的降雨徑流，林地的枯枝落葉較厚，郁閉度大并且根系發達，具有固結土壤的作用，并改良土壤結構增大土壤有機質含量。而第2類林地型小流域雖然林地侵蝕模數較小，但有林地面積比例相對較高。經果林和疏林果也具有一定的固土蓄沙作用。在第3、4類小流域草地對土壤侵蝕發揮一定的負向作用，其原因可能為該類型小流域草地面積相對較大，并且部分草地是通過坡耕地的改造而成，在此條件下草地的保水固土作用較差，這也是引起該類型小流域土壤侵蝕的主要因素之一[11- 13]。

3 結語

本文根據不同的土地利用方式和占地面積將鴨綠江各小流域劃分為4種主要類型，通過建立多元線性回歸方程分析了12種土壤類型的侵蝕特征，得出的主要結論如下。

(1)在第1類小流域中荒地具有極強烈的土壤侵蝕作用，其侵蝕模數為12638.912t/(km2·a)，其次為灌木林其侵蝕模數為5218.612t/(km2·a)，屬于強烈侵蝕。X3、X4、X5、X6、X9的5種土地利用方式的土壤侵蝕量之比為5∶2∶1.8∶1.2∶0.2，因此可認為坡耕地水土流失是造成第1類小流域土壤其實的主要來源。

(2)在第2類小流域中坡耕地具有中度土壤侵蝕作用，其侵蝕模數為2668.870t/(km2·a)，其次為經果林和梯田相應的侵蝕模數分別為1725.625、2248.542t/(km2·a)，屬于輕度侵蝕；X3、X4、X5、X6、X9的5種土地利用方式的土壤侵蝕量之比為5∶2∶1.8∶1.2∶0.2，因此可認為坡耕地水土流失是造成第2類小流域土壤其實的主要來源。

(3)耕地、有林地和草地為第3類小流域土壤侵蝕的主要影響因素，其中坡耕地為強度土壤侵蝕作用，其侵蝕模數為5615.326t/(km2·a)，草地和有林地分別為504.178、1372.842t/(km2·a)，屬于輕度侵蝕；林地是引起第3類小流域水土流失的主要來源。

(4)坡耕地為中度土壤侵蝕作用其侵蝕模數為4825.715t/(km2·a)，疏幼林和草地分別為1508.725、1086.652t/(km2·a)，屬于輕度侵蝕，而經果林屬于微弱侵蝕，其侵蝕模數為471.640。X3、X6、X7、X8土地利用的土壤侵蝕量之比為3.6∶2.4∶0.8∶3.2，由此表明坡耕地是引起第4類小流域水土流失的主要來源。