基于站點(diǎn)觀測的河南土壤侵蝕因子變化分析

關(guān)鍵詞：土壤侵蝕因子；徑流小區(qū)；水土流失；植被類型

中圖分類號(hào)：Ｓ１５７．１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．０５．０２３

引用格式：楊碩果，張緒蘭，朱莎莎，等．基于站點(diǎn)觀測的河南土壤侵蝕因子變化分析［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（５）：１１５－１１８，１２２．

土壤侵蝕制約著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，已成為全球性主要環(huán)境問題之一［１］ ，中國土壤侵蝕嚴(yán)重，土壤侵蝕受降雨、地貌、植被、土壤及人為因素等影響［２］ ，土壤侵蝕因子是水土流失與水土保持方面的重要研究內(nèi)容。穆興民等［３］ 探討了黃土高原土壤侵蝕模數(shù)變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。不同時(shí)期土壤侵蝕強(qiáng)度變化驅(qū)動(dòng)因子不同［４］ ，降雨侵蝕力、植被覆蓋、地形是主要驅(qū)動(dòng)因子。國內(nèi)學(xué)者將通用土壤流失方程（ＵＳＬＥ）及其修正方程（ＲＵＳＬＥ）與中國土壤侵蝕特點(diǎn)相結(jié)合，建立了不同的土壤侵蝕經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停郏担福?，如中國土壤流失方程（ＣＳＬＥ）［９－１０］ ，對(duì)不同地區(qū)土壤侵蝕進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)。不同土壤侵蝕因子（包括降雨侵蝕力Ｒ、地形ＬＳ、土壤可蝕性Ｋ、植被覆蓋Ｃ、水土保持措施Ｐ）在不同地區(qū)的作用強(qiáng)度不同。利用河南水土保持觀測站實(shí)測資料，基于ＵＳＬＥ、ＣＳＬＥ、ＲＵＳＬＥ 等土壤流失方程和已有經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停x擇土壤侵蝕因子Ｒ、ＬＳ、Ｋ、Ｃ、Ｐ 定量化計(jì)算［１１－１２］ 分析河南土壤侵蝕因子時(shí)空變化特征，以期為河南水土流失治理與生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供借鑒。

１監(jiān)測站點(diǎn)選取

河南地跨淮河、長江、黃河、海河四大流域，共建設(shè)１ 個(gè)水土保持監(jiān)測總站、６ 個(gè)監(jiān)測分站，１９８１—１９９１年、２０１１—２０２０ 年進(jìn)行了徑流量、泥沙以及氣象要素監(jiān)測（１９９２—２０１０ 年因客觀因素停測），并對(duì)監(jiān)測資料進(jìn)行了數(shù)據(jù)整編。陜州金水河站（黃河流域，簡稱陜州站）、南召新寺溝站（長江流域，簡稱南召站）、羅山萬河站（淮河流域，簡稱羅山站）分別為豫西黃土階地區(qū)、豫西南唐白河水系花崗巖區(qū)、豫南大別山花崗片麻巖區(qū)土壤侵蝕監(jiān)測的典型站，利用其實(shí)測資料進(jìn)行河南土壤侵蝕因子變化特征分析。

２土壤侵蝕因子量化方程

根據(jù)陜州站、南召站、羅山站３ 個(gè)水土流失監(jiān)測站基本特征，以及站點(diǎn)所處區(qū)域雨量雨強(qiáng)、土壤侵蝕強(qiáng)度、坡度坡長、植被覆蓋情況、水土保持措施類型等特點(diǎn)，利用站點(diǎn)監(jiān)測資料，選擇降雨侵蝕力Ｒ、地形ＬＳ、土壤可蝕性Ｋ、植被覆蓋Ｃ、水土保持措施Ｐ 的量化方程。

（ １）降雨侵蝕力Ｒ 量化方程。降雨侵蝕力表征由降雨引起的土壤侵蝕潛在能力。卜兆宏等［１２］ 提出的改進(jìn)算法與基于ＵＳＬＥ 方程的Ｒ 值經(jīng)典算法計(jì)算結(jié)果具有較高的一致性，計(jì)算模型有效系數(shù)為０．９８，相對(duì)誤差為０．０３，在中國水蝕地區(qū)適用性較好。因此采用卜兆宏提出的降雨侵蝕力Ｒ 計(jì)算公式：

２０１３—２０２０ 年河南Ｒ 趨勢系數(shù)ｒ 變化情況見圖２，陜州站、南召站、羅山站的離差系數(shù)ＣＶ 分別為０．４９２、０．５７１、０．７２９，因此降雨侵蝕力Ｒ 變動(dòng)幅度由大到小依次為羅山站、南召站、陜州站；陜州站、南召站、羅山站平均趨勢系數(shù)ｒ 分別為０．２２６、０．２２７、０．０９８，河南年降雨侵蝕力Ｒ 的趨勢系數(shù)ｒ 呈波動(dòng)增大趨勢；不同時(shí)段趨勢系數(shù)ｒ 變化趨勢不同，波動(dòng)越大則降雨侵蝕力Ｒ 的變化趨勢越明顯，且呈增大趨勢。

（２）土壤可蝕性Ｋ 變化分析。土壤可蝕性Ｋ 是計(jì)算土壤侵蝕量的重要因子，利用式（２）計(jì)算土壤可蝕性Ｋ，結(jié)果見表１。可以看出，２０１７—２０２０ 年羅山站Ｋ高于陜州站和南召站，陜州站、南召站、羅山站Ｋ 平均值分別為０．００１ ７、０．００２ １、０．００９ ９ ｔ·ｈｍ^２·ｈ／ （ｈｍ^２·ＭＪ·ｍｍ），說明河南南部土壤抗蝕性較弱，近年來豫西黃土區(qū)水土保持綜合治理效果顯著，土壤抗蝕能力增強(qiáng)。

（３）地形ＬＳ 變化分析。地形ＬＳ 計(jì)算時(shí)，坡度坡長為監(jiān)測站已開展觀測徑流小區(qū)的實(shí)際值，利用式（３）、式（４）進(jìn)行ＬＳ 計(jì)算，結(jié)果見表２。南召站ＬＳ 較大，陜州站和羅山站ＬＳ 較小；坡度越陡、坡長越長，地表徑流對(duì)坡面的沖刷越大，挾帶的泥沙越多，侵蝕能力越強(qiáng)；坡度大于２０°時(shí)ＬＳ 顯著增大，應(yīng)科學(xué)選擇陡坡地的水土流失治理方案。

（４）植被覆蓋Ｃ 變化分析。利用式（５）和監(jiān)測站天然降雨條件下各徑流小區(qū)植被覆蓋度實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算植被覆蓋Ｃ，結(jié)果見表３。陜州站Ｃ 平均值為０．４４５ ８，空地Ｃ 最大，自然植被地區(qū)Ｃ 最小，說明相同降雨條件下自然植被抵抗土壤侵蝕能力較強(qiáng)；南召站Ｃ 平均值為０．４４４ ５，馬尾松Ｃ 最大，櫟林Ｃ 最小，說明相同降雨條件下櫟林植被覆蓋度高的徑流小區(qū)抵抗土壤侵蝕能力較強(qiáng)；羅山站Ｃ 平均值為０．４４６ ２，自然植被Ｃ 最大，小麥Ｃ 最小。相同降雨侵蝕力條件下，不同植被類型Ｃ 存在差異，荊條和櫟林種植條件下Ｃ 較小，空地Ｃ 較大。影響Ｃ 大小的因素較多，其中植被覆蓋度對(duì)Ｃ 影響最大。相同植被類型、不同植被覆蓋度下Ｃ 大小不同，表明不同植被覆蓋度對(duì)土壤的防護(hù)作用不同，合理選擇植被類型、提高植被覆蓋度對(duì)防止水土流失具有顯著作用。

（５）水土保持措施Ｐ 變化分析。水土保持措施Ｐ取值范圍為０～１，其中０ 代表防治措施很好、侵蝕輕微，１ 代表未采取任何水土保持措施、侵蝕劇烈。利用式（６）和監(jiān)測站徑流小區(qū)實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算Ｐ，結(jié)果見表４。多年平均Ｐ 羅山站（０．５３５ ６）＞南召站（０．４８３ ７）＞陜州站（０．３７１ ９）。除裸地外，陜州站植物措施（荊條）Ｐ 最小、等高耕作（綠豆、紅薯）Ｐ 較大，說明灌木冠叢及發(fā)達(dá)的根系具有較好的降雨截留效果和較強(qiáng)的土壤固持能力，水土保持效果較好；植被收割及種植期間出現(xiàn)間歇性植被覆蓋缺失和土壤擾動(dòng)，防治水土流失效果較差。南召站工程措施（梯田） Ｐ 最小，工程措施（谷坊）的Ｐ 最大，說明大面積梯田可以有效改變坡度、坡長、土壤物理性狀，增強(qiáng)土壤抗侵蝕能力，谷坊工程規(guī)模小，控制水土流失面積較小，防治大面積土壤侵蝕的效果很差。羅山站工程措施（梯帶）Ｐ 較小，坡耕地Ｐ 較大，說明工程措施能有效減小土壤侵蝕因子的不利影響，坡耕地人為擾動(dòng)會(huì)造成水土流失，應(yīng)采取退耕還林還草或?qū)嵤┢赂馗脑旃こ桃詼p少水土流失。

４結(jié)語

２０１２—２０２０年河南土壤侵蝕因子Ｒ、Ｋ、ＬＳ、Ｃ、Ｐ在時(shí)間和空間上具有不同的變化趨勢。利用羅山站、南召站、陜州站的降雨徑流、土壤侵蝕、植被覆蓋等實(shí)測資料進(jìn)行河南土壤侵蝕因子計(jì)算，分析河南土壤侵蝕因子變化特征。降雨侵蝕力Ｒ 呈增大趨勢，自東南向西北Ｒ 呈減小趨勢；土壤可蝕性Ｋ 整體呈減小趨勢；地形ＬＳ 計(jì)算表明，當(dāng)坡度超過２０°時(shí)，土壤侵蝕加劇；不同植被類型植被覆蓋Ｃ 存在差異性，喬灌植被Ｃ較小，空地Ｃ 較大；采取水土保持措施后，Ｐ 整體呈減小趨勢，水土保持措施發(fā)揮了良好的防護(hù)作用。

【責(zé)任編輯 呂艷梅】