闽北裸露坡地水土流失与降雨量的关系研究

江淼华

（闽江学院 地理科学系，福建 福州 350108）

闽北裸露坡地水土流失与降雨量的关系研究

江淼华

（闽江学院 地理科学系，福建 福州 350108）

该文运用坡面径流小区法研究闽北裸露坡地水土流失与降雨量的关系。研究结果表明：径流量与降雨量呈极显著线性相关 （P＜0.01），径流量随降雨量增加而增大，拟合方程为y=-6.1447+0.5125x；降雨量是引起土壤流失量的关键因素之一，降雨量与土壤流失量的关系与土地利用方式、人为干扰、降雨强度、降雨历时、前期降雨和下垫面性质等多种因素有关；土壤流失量受环境因素的影响远比径流量更为复杂。

闽北；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关键因素。降雨特性一般是指降雨总量、降雨历时及由二者换算而得之降雨强度，降雨特性制约着土壤流失的过程，流失总量等。[1-3]降雨量是主要的降雨特性之一，是造成土壤侵蚀的直接原因之一。卢程隆关于闽东南土壤流失的研究认为：降雨量极显著地影响着顺坡抛荒区的土壤侵蚀模数。[4]吴发启等人[5]关于黄土高原南部缓坡耕地降雨量与土壤流失量的回归分析结果表明，次降雨量与土壤流失量呈M＝aPb，且b＞1的 函数关系 （M为流失量，P为降雨量，a，b为常数）。黄炎和等[6]关于闽南的坡地的研究结果表明，坡度和下垫面不同，次降雨量与土壤流失量的关系不同。笔者通过研究闽北裸露坡地水土流失与降雨量的关系，探讨该区降雨量与水土流失的关系，为研究该区水土流失与降雨量的规律提供依据与参照。

一、材料与方法

（一）研究区概况

笔者所选的研究区位于闽江上游的建瓯市东门牛坑垅 （26°38′54″～27°20′26″N， 117°45′58″～118°57′11″E）， 属于闽江上游区域， 研究区自然地理概况见参考文献 [3]，土壤理化性质表层土壤（0 cm～20cm）有机质含量为 1.16%，全 N为0.62g·kg-1， 全 P 为 0.22 g·kg-1， 全 K 为6.12 g·kg-1，容重为1.25 g·cm-3；20cm～40cm层有机质含量为0.86%， 全 N 为 0.70g·kg-1， 全 P 为 0.21 g·kg-1，全 K 为 6.26 g·kg-1， 容重为 1.42 g·cm-3； 40cm～60cm层有机质含量为0.71%，全N为0.52g·kg-1，全 P 为 0.30 g·kg-1， 全 K 为 6.32 g·kg-1， 容重为1.43 g·cm-3。 研究区临界温度为-7.3℃～41.4℃， 年平均温度为18.7℃。降水多为台风性降水，年平均降水量为1663.7 mm。试验小区选取坡度为15°的裸露地，试验期间人工清除地表覆盖植被，保持地表无覆盖物。

（二）研究方法

1.径流小区设计

径流小区设计为长方形投影面积100 m2，长边垂直投影长度20 m，短边5 m。小区四周设截水墙，截水墙用水泥板建造，水泥隔板埋深25cm～35cm，露高25cm。板间用水泥勾缝。小区下端设梯形集水槽，集水槽下设集流池，水位尺固定在集流池内壁靠小区一侧，小区上方及两侧设截流沟和排水沟。

2.主要观测项目

（1） 降雨量

降雨量数据来源于试验区气候观测站雨量自动记录仪器。

（2）液体径流量

每次降雨后，量算集流池内的水量，当池内水位高于5cm时，直接从池内水位尺读取；当池内水位低于5cm时把水取出用量水容器量取；当集流池内水位超过1m时，集流池的分流装置开始分流，此时径流总量为集流池内水量与分流总水量之和。最后根据各小区实测面积计算径流深。

（3）固体径流量计算

固体径流量为悬移质和推移质输沙量之和，悬移质取样法如下：分别于每次降雨过后，混匀径流池中水样，用移液管移取50ml于烧杯中 （n=3），用烘干法测定悬移质输沙量.推移质取样方法为：若集流池内仅有少量泥沙 （小于2kg），则收集全部泥沙烘干计算干重，如泥沙含量大 （大于2kg），称量所有泥沙湿重，并均匀取部分泥沙（n=3）根据含水量推算总干重。

3.统计分析

用分级统计法分析不同量级的降雨量与裸露坡地径流量和土壤流失量的关系；[9]用逐步回归分析方法研究裸露坡地径流量和土壤流失量与降雨量的关系，建立径流和土壤流失预测预报方程式，为今后的研究提供依据。

二、结果与分析

土壤侵蚀强度随降雨量的增大而增加，这在已有的许多研究中已有报道。[7-8]但不同地区也有所不同，如土壤流失和降雨特性之间的关系在黄土地区呈现不同特征，除应用回归分析方法外，用分级统计方法则能更好的表征两者之间的关系。[9]

笔者在观测期内共有的184场降雨中，选取引起裸露坡地土壤流失的降雨场次，并依据 《中国农业百科全书》农业气象卷的划分标准划分降雨类型，结果列于下页表1。

分别统计每一降雨类型的土壤流失参数：土壤流失次数 （n）、土壤流失总量 （∑M）、平均土壤流失量 （M）、径流总量 （∑H）、平均径流量 （H）。采用以下5种指标综合分析评价降雨类型变化与水土流失量的关系，结果见下页表2和第10页图1：

1.土壤流失次数n（%）—表示某一类型降雨土壤流失次数占总土壤流失次数的百分率；

2.平均土壤流失量M（kg·hm-2）—表示某一类型降雨每次产生的平均土壤流失量；

3.土壤流失总量∑M（%）—表示某一类型降雨土壤流失量占总土壤流失量的百分率；

4.平均径流量H（mm）—表示某一类型降雨每次产生的平均径流量；

5.径流总量∑H（mm）—表示某一类型降雨径流量占总径流量的百分率。

表1 不同降雨类型降雨量与降雨次数统计

表2 不同降雨类型条件下的水土流失量

（一）水土流失与不同降雨类型的关系

由下页图1可见，裸露坡地的土壤流失次数与降雨类型的关系从小雨到中雨逐渐增加，从中雨到大暴雨逐渐减少，所有降雨类型中中雨所产生的土壤流失次数最多，占总土壤流失次数的40%。分析各种降雨类型的特征：小雨雨量小且由于土壤的渗透作用地表几乎不产生径流，很难造成地表土壤流失，因此尽管小雨场次占总降雨场次的56%，其造成的土壤流失次数仅为引起土壤流失总降雨次数的21%，而且均是微弱侵蚀。中雨降雨次数仅次于小雨，占总降雨次数的25%，而大雨、暴雨和大暴雨的降雨次数则相对较少，分别占总降雨次数的10.27%、0.07%和0.016%，中雨以上的降雨类型均产生土壤流失，土壤流失次数占引起土壤流失总降雨次数的79%，但由于从中雨到大暴雨降雨次数逐渐减少，所产生的土壤流失次数也呈现逐渐减少趋势。本研究结果与在黄土高原的研究相符，降雨量15mm是引起土壤流失的拐点，当降雨量小于15mm，土壤流失与降雨量呈正相关，降雨量大于15mm则表现为负相关。而土壤流失次数最多则集中在降雨量为10 mm～30mm，其流失次数占总流失次数的55%。[9]

径流总量与降雨类型总体上呈正相关，从表1的统计可以看出小雨到大暴雨的降雨次数分别为103、46、19、13、3场，其不同降雨类型的降雨次数呈递减趋势，但是从小雨到大暴雨径流总量却逐渐增大。其中由大雨产生的径流量约占总径流量的25%，由暴雨产生的径流量约占总径流量的30%，由大暴雨所产生的径流量约占总径流量的25%。由表1计算可知：尽管大雨以上的降雨次数不多 （约占降雨总次数19%），但其产生的径流量占总径流量的80%以上，这些数据表明大雨以上的降雨是产生径流的主要降雨类型。

土壤流失量和平均土壤流失量与降雨类型的关系基本一致，在大雨以下呈正相关，大雨以上呈负相关。大雨的土壤流失量最大，占总土壤流失量的50%，这是由于大雨的降雨场次相对较多、降雨侵蚀力相对较大，每场降雨均能产生土壤流失，因而由大雨所产生的土壤流失量所占的比例较大。而小雨由于其径流次数少、降雨侵蚀力弱，产生的土壤流失量很小，不到5%。中雨产生的土壤流失量约占27%，而剩余的68%均由大雨以上的降雨产生，表明大雨以上的降雨是产生土壤流失的主要降雨类型。

平均径流量与降雨量的大小呈正相关，从小雨到暴雨其曲线与径流总量相似，到大暴雨时平均径流量达到最大。

（二）水土流失量与降雨量的回归统计分析

对降雨量与径流量进行相关分析结果见下页表3，裸露坡地的径流量与降雨量呈极显著的线性相关，即降雨量显著的影响径流量，径流量随着降雨量的增加而增大，这与卢程隆关于闽东南的研究结果相近。[4]从降雨量与径流量的散点图来看，以y=ax+b进行模拟的效果较好，裸露坡地径流量与降雨量的回归方程参见下页表3。

对降雨量与径流量的回归分析表明，裸露坡地用线性方程进行拟合的效果更好，这说明裸露坡地缺乏植被保护。从降雨过程分析，在落地中，刚开始降落的部分雨水通过土壤孔隙渗入地下，当土壤水分达到饱和状态，或降雨量远大于渗透量时，大部分降水都将以地表径流的形式流失，地表径流量与降水量表现为显著的正相关。

针对表3中降雨量与土壤流失量的拟合方程，笔者考察了线性回归和幂函数回归方程，结果表明：幂函数回归方程中体现的土壤流失量与降雨量之间的相关系数大于线性回归方程，土壤流失量与降雨量的关系比较复杂。不同区域水土流失规律并不相同，如已有报道的闽东南的土壤流失规律：降水量并非小区侵蚀量的决定因素，降雨量虽与顺坡抛荒区侵蚀模数呈极显著相关，但对于顺坡种草区、中耕作物区和灌丛区的侵蚀量的影响并不大。[4]学者们在黄土高原的研究结果则显示，不同降雨量是制约着土壤侵蚀的主要因素，当降水量为40mm～60mm，或日雨量＞50mm的降雨均能引起比较严重的土壤侵蚀。[9-10]综合考察黄土高原土壤流失与降雨量的关系，相关系数仅介于0.261 mm～0.660 mm之间，其原因是由于在黄土高原区，短历时暴雨和长历时锋面雨是引起水土流失的主要降雨类型。[9]卢喜平等［11］认为，短历时、高强度降雨对紫色土坡地的产沙影响最强烈，降雨历时与产沙存在明显的负相关，而雨强参数与产沙则存在明显的正相关。关于黑土地区的研究结果表明，土壤流失量随降雨量的增大而增大，但不是呈线性相关，在次降雨历时较长的情况下，土壤流失量先增大然后有逐渐减小的趋势。[7]综合分析各地的研究结果，土壤流失量与降雨量的关系虽然较密切，但很难从降雨量单一的因素中得出与土壤流失量的理想相关方程，这是因为影响土壤流失量的因素很多并十分复杂，除了与降雨量有关外还与土壤理化性质、土地利方式、次降雨强度、次降雨历时及前期降雨和下垫面植被状况等多种因素有关。

表3 水土流失量与降雨量的相关回归方程

三、结论

综上所述，闽北裸露坡地的水土流失受到不同降雨类型的影响。产生水土流失的主要降雨类型是大雨及以上的降雨类型，这部分降雨类型产生的径流量占总径流量的80%，土壤流失量占总土壤流失量的68%。而中雨产生的土壤流失次数最多，因为中雨在总的降雨次数中占的比例较大。回归分析结果表明降雨量与径流量呈极显著线性相关，随着降雨量的增大径流量也增大，而降雨量与土壤流失量的相关性不明显，这是因为土壤流失量受环境因素的影响远比径流量复杂。

[1]王万忠.黄土地区降雨特性与土壤流失关系的研究[J].水土保持通报,1984（2）:12-15.

[2]江淼华,杨玉盛.闽江上游降雨特征及不同土地利用方式水土流失动态研究[J].闽江学院学报,2005（5）:93-98.

[3]江淼华.闽北地区降雨侵蚀力R值的分布特征[J].闽江学院学报,2004（2）:95-99.

[4]卢程隆.闽东南花岗岩侵蚀区土壤侵蚀与治理[J].福建农学院学报,1989（4）:504-509.

[5]吴发启,范文波.土壤结皮与降雨溅蚀的关系研究[J].水土保持学报,2001（3）:1-3.

[6]黄炎和,卢程隆.闽南次降雨量与土壤流失量的关系研究[J].水土保持学报,2002（3）:76-78.

[7]李长宝,太史怀远.降雨特性对土壤侵蚀影响的研究分析[J].水土保持学报,1990（3）:63-70.

[8]卢程隆,黄炎和,郑添发,等.闽东南花岗岩地区土壤侵蚀的研究[J].水土保持通报,1990（2）:41-48.

[9]郭耀文.雨滴侵蚀特征分析[J].中国水土保持,1997（4）:15-17.

[10]王占礼,邵明安,王庆瑞.黄土高原降雨因素对土壤侵蚀的影晌[J].西北农业大学学报,1998（4）:101-105.

[11]卢喜平,史东梅,吕刚,等.紫色土坡地果草种植模式的水土流失特征研究[J].水土保持学报,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

福建省重大基础研究项目（2000F004）

江淼华（1978-），男，福建寿宁人，闽江学院地理科学系讲师，研究方向：水土保持与荒漠化防治。

张金根）