基于站點觀測的河南土壤侵蝕因子變化分析

關鍵詞：土壤侵蝕因子；徑流小區；水土流失；植被類型

中圖分類號：Ｓ１５７．１ 文獻標志碼：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、經濟、環境的協調發展，已成為全球性主要環境問題之一［１］ ，中國土壤侵蝕嚴重，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容。穆興民等［３］ 探討了黃土高原土壤侵蝕模數變化的驅動機制。不同時期土壤侵蝕強度變化驅動因子不同［４］ ，降雨侵蝕力、植被覆蓋、地形是主要驅動因子。國內學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相結合，建立了不同的土壤侵蝕經驗模型［５－８］ ，如中國土壤流失方程（ＣＳＬＥ）［９－１０］ ，對不同地區土壤侵蝕進行了定量評價。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）在不同地區的作用強度不同。利用河南水土保持觀測站實測資料，基于ＵＳＬＥ、ＣＳＬＥ、ＲＵＳＬＥ 等土壤流失方程和已有經驗模型，選擇土壤侵蝕因子Ｒ、ＬＳ、Ｋ、Ｃ、Ｐ 定量化計算［１１－１２］ 分析河南土壤侵蝕因子時空變化特征，以期為河南水土流失治理與生態環境保護提供借鑒。

１監測站點選取

河南地跨淮河、長江、黃河、海河四大流域，共建設１ 個水土保持監測總站、６ 個監測分站，１９８１—１９９１年、２０１１—２０２０ 年進行了徑流量、泥沙以及氣象要素監測（１９９２—２０１０ 年因客觀因素停測），并對監測資料進行了數據整編。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、豫西南唐白河水系花崗巖區、豫南大別山花崗片麻巖區土壤侵蝕監測的典型站，利用其實測資料進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

根據陜州站、南召站、羅山站３ 個水土流失監測站基本特征，以及站點所處區域雨量雨強、土壤侵蝕強度、坡度坡長、植被覆蓋情況、水土保持措施類型等特點，利用站點監測資料，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］ 提出的改進算法與基于ＵＳＬＥ 方程的Ｒ 值經典算法計算結果具有較高的一致性，計算模型有效系數為０．９８，相對誤差為０．０３，在中國水蝕地區適用性較好。因此采用卜兆宏提出的降雨侵蝕力Ｒ 計算公式：

２０１３—２０２０ 年河南Ｒ 趨勢系數ｒ 變化情況見圖２，陜州站、南召站、羅山站的離差系數ＣＶ 分別為０．４９２、０．５７１、０．７２９，因此降雨侵蝕力Ｒ 變動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ｒ 分別為０．２２６、０．２２７、０．０９８，河南年降雨侵蝕力Ｒ 的趨勢系數ｒ 呈波動增大趨勢；不同時段趨勢系數ｒ 變化趨勢不同，波動越大則降雨侵蝕力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 是計算土壤侵蝕量的重要因子，利用式（２）計算土壤可蝕性Ｋ，結果見表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，近年來豫西黃土區水土保持綜合治理效果顯著，土壤抗蝕能力增強。

（３）地形ＬＳ 變化分析。地形ＬＳ 計算時，坡度坡長為監測站已開展觀測徑流小區的實際值，利用式（３）、式（４）進行ＬＳ 計算，結果見表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，地表徑流對坡面的沖刷越大，挾帶的泥沙越多，侵蝕能力越強；坡度大于２０°時ＬＳ 顯著增大，應科學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）和監測站天然降雨條件下各徑流小區植被覆蓋度實測數據計算植被覆蓋Ｃ，結果見表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；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抵抗土壤侵蝕能力較強；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土壤的防護作用不同，合理選擇植被類型、提高植被覆蓋度對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）和監測站徑流小區實測數據計算Ｐ，結果見表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，說明灌木冠叢及發達的根系具有較好的降雨截留效果和較強的土壤固持能力，水土保持效果較好；植被收割及種植期間出現間歇性植被覆蓋缺失和土壤擾動，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，增強土壤抗侵蝕能力，谷坊工程規模小，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，坡耕地人為擾動會造成水土流失，應采取退耕還林還草或實施坡耕地改造工程以減少水土流失。

４結語

２０１２—２０２０年河南土壤侵蝕因子Ｒ、Ｋ、ＬＳ、Ｃ、Ｐ在時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、植被覆蓋等實測資料進行河南土壤侵蝕因子計算，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 計算表明，當坡度超過２０°時，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，水土保持措施發揮了良好的防護作用。

【責任編輯 呂艷梅】