三峡库区紫色土坡地作物覆盖与管理因子C值估算

徐勤学, 李春茂, 李朝霞, 蔡崇法

(1.桂林理工大学 岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心, 广西 桂林 541004;2.华中农业大学 农业部长江中下游耕地保育重点实验室, 武汉 430070; 3.桂林理工大学广西环境污染控制理论与技术重点实验室, 广西 桂林 541004; 4.华中农业大学 资源与环境学院, 武汉 430070)

植被覆盖与作物管理因子C值(以下简称C值)是土壤流失方程(USLE)和修正通用土壤流失方程(RUSLE)中的重要组成部分，用来表示植被覆盖和管理措施对土壤侵蚀的影响，定义为在一定地表覆盖和管理措施下土壤流失量与同等条件下适时翻耕、连续休闲对照地上土壤流失量之比[1-3]。

不同种植和管理制度下坡面土壤侵蚀各异，作物种类、种植顺序、农作期长短、栽培措施以及不同农作期降雨侵蚀力的分布等都影响着坡面侵蚀过程。但由于存在许多种植和管理制度，比如作物可以单独种植、也可以间作或与其他作物轮作，轮作又具有各种轮作期和顺序，作物收获后的残茬或从田面上清除，或者留在田面，也可以把它们掺入土壤中，土地可以清耕，或者使用几种土壤保持耕作措施，因此很难评价种植和管理制度对土壤侵蚀的影响。而且评价这一影响还必须结合本地区的降雨侵蚀力分布，而各地的侵蚀性降雨时间及对应的种植制度各不相同，因此种植和管理制度对土壤侵蚀的影响只能是个地区性的指标，而不能简单推广。目前国内对C值的研究也多关注于在不同植被及土壤利用的组合条件下的USLE方程在局部地区的适用性，其中南方丘陵区[4-7]和黄土高原区[8-10]对植被覆盖与土壤侵蚀关系方面的研究较多，而对于紫色土地区的研究报道相对较少[11]。紫色土由于发育于紫色砂岩或页岩的幼年土，其成土过程迅速，黏粒含量较低，抗蚀性弱，是三峡库区侵蚀风险最大的一种土壤类型。USLE侵蚀模拟模型在该地区研究虽然较多，但对作物管理因子C值的研究相对不足，且相关研究多集中在作物类型、前期含水量、地表粗糙度等种植和管理制度中的单一因素对土壤侵蚀的影响，而综合考虑种植和管理因子C值的研究相对较少。

为此，本文选取三峡库区的紫色土坡地22种常见的农地作物种植模式，分为单作、轮作、间—轮作的主要种植制度，结合三峡库区当地的降雨侵蚀力分布及作物生长周期和覆盖度变化，通过通用流失方程(USLE)计算年均C值，以对比分析紫色土坡地主要种植和轮作模式对坡面土壤侵蚀的影响，既为紫色土地区土壤侵蚀的预测预报提供基础支持，也为紫色土坡地农业合理布局提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本文的研究对象是三峡库区的紫色土坡地，试验区选在三峡库区秭归县王家桥小流域，该流域的自然条件及其区域发展模式在三峡库区紫色土地区具有广泛的代表性。该试验区(110°40′—110°47′E，31°05′—31°15′N)属于北亚热带湿润季风气候区，气候温和、四季分明、雨热同季、无霜期长。多年平均气候18℃，多年平均降雨蒸发量846.5 mm，多年平均降雨1 192 mm，雨量时空分布极其不均匀，汛期5—9月降水量占年总量的66.5%。流域坡度较陡，25°～35°的坡地占35%，大于35°的坡地占50%，属典型的山区小流域。流域出露中生界侏罗系蓬莱镇组地层，土壤为中性紫色土和石灰性紫色土，紫色土土层薄、砾石含量高，土层厚度大都在50 cm以下[12]。该流域植被分布为少量针阔叶林，主要树种有马尾松、柏、杉等，林下为灌草结构，灌木主要种类为马桑、积木。人工栽植树种主要是经济林(柑橘、茶、油桐、板栗、杜仲)。旱地作物主要有小麦、玉米、薯类、豆类。主要耕作方式为套种或间作。

1.2 C值的计算方法

本文首先通过资料分析和野外调查统计出紫色土地区常见的种植模式，分析具体种植作物的不同农作期。其次是确定不同农作期的土壤流失比率(SLR)，对有观测资料的种植模式，利用观测小区与标准小区侵蚀量比值确定SLR，对无观测资料的种植模式，利用植被覆盖度与土壤侵蚀的经验公式得出SLR值，计算出不同农作期内的降雨侵蚀力分布。最后利用USLE中C值公式计算出该种植模式的作物覆盖与管理因子C值。

不同地区降雨侵蚀力在年内的分布以及作物的生长期差别很大，因此同一种作物在不同地区C值也会明显不同。如张宪奎等[18]通过7 a的试验数据统计得出黑龙江地区玉米的年均C值为0.257，而杨子生[19]在滇东北的3年实际观测数据表明玉米的年C值为0.351，并与史志华[20]根据经验公式计算的三峡库区玉米的C值0.36相近。本文通过计算农作期、降雨侵蚀力分布、农作期土壤流失比率得出的玉米年C值为0.38，与在滇东北和三峡库区的结果比较一致。

紫色土坡地其他不同轮作制度下的年均C值见表5。轮作模式下的C值通常都小于单种模式。分析原因是，轮作制度下作物的残茬期普遍缩短，甚至在残茬期接着轮作下一种作物，这种做法会使每种作物的C值的峰值大大减小，导致总的C值减小，另外轮作可以改变田地生态条件，改善土壤理化性质，提高抵抗土壤流失的能力。

以单作模式下的计算玉米苗床期为例(表2)，苗床期作物覆盖度为0～10%，一般播种后20 d以内作物覆盖度小于5%，不超过10%。这里取5%代入公式(4)，求得SLR=e(-0.035×5)=0.83。降雨侵蚀力R根据苗床期生长日数见图1，比如苗床期(04-05—04-25)农作物EI百分比为5，所以SLR与降雨侵蚀力R的乘积得到0.041 5。用相同方法求出玉米作物定苗期、成熟期、发育期、残茬期每个时段SLR和EI相乘，将5个时段的值求和，再将该和与EI百分比之和相除，得到的就是C值[17]，结果见表2。

R=∑E·I30/100

(1)

以小麦—红薯为例说明轮作模式下C值的计算(表4)。计算过程同样是先划分生长期，然后确定降雨侵蚀力、土壤流失比，计算各农作期的C值，最后计算全年C值，唯一与单种区别的是需将两种作物的农作期都考虑在内。

E=e·p

(2)

式中：e为单位降雨动能[(m·t)/(hm2·cm)]；p为某时段的降雨雨量(cm)。而单位降雨动能e的计算如下：

(一)在制度层面，首先，镇街非税收入