降雨與坡度對(duì)滇東坡耕地土壤侵蝕強(qiáng)度的影響

袁樹堂，劉新有*，文朝菊，潘明昌

(1.云南省水文水資源局，云南昆明 650106；2.云南省水文水資源局曲靖分局，云南曲靖 655000)

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降雨與坡度對(duì)滇東坡耕地土壤侵蝕強(qiáng)度的影響

袁樹堂1，劉新有1*，文朝菊1，潘明昌2

(1.云南省水文水資源局，云南昆明 650106；2.云南省水文水資源局曲靖分局，云南曲靖 655000)

選擇滇東宣威市吉科小流域，采用20 m×3 m試驗(yàn)小區(qū)觀測，研究滇東地區(qū)不同坡度和不同降水水平年坡耕地土壤侵蝕特征。2012年(平水年)和2013年(枯水年)雨季52場自然降雨土壤侵蝕觀測表明，吉科小流域初始產(chǎn)流降雨量為10 mm左右，枯水年土壤水分含量低，初始產(chǎn)流降雨量相對(duì)較大；11.8°坡地小區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度2012和2013年分別為2.0°坡地的2.37和1.75倍；兩個(gè)坡度坡耕地2012年徑流系數(shù)和土壤侵蝕強(qiáng)度均遠(yuǎn)大于2013年；坡度和降雨量對(duì)坡耕地土壤侵蝕的影響顯著，其中降雨量對(duì)坡耕地土壤侵蝕的影響更大。2012和2013年2.0和11.8°坡地降雨與土壤侵蝕的相關(guān)系數(shù)均較高，降雨～土壤侵蝕擬合關(guān)系式對(duì)滇東坡耕地土壤侵蝕估算具有較高的參考價(jià)值。

土壤侵蝕；降雨；坡度；滇東坡耕地；吉科小流域

云南省山區(qū)、半山區(qū)面積占全省國土面積的94%，在全省640多萬hm2耕地中，坡耕地占407多萬hm2，坡耕地是水土流失最主要的策源地。在全省73個(gè)國家扶貧攻堅(jiān)縣中，有60個(gè)屬于水土流失嚴(yán)重縣，同時(shí)也是坡耕地分布最為廣泛和少數(shù)民族聚居的地區(qū)。研究表明，坡耕地是產(chǎn)流產(chǎn)沙最大的地類[1-2]。坡耕地面積比和植被覆蓋度很大程度上影響了土壤侵蝕的程度，減少坡耕地面積、植樹造林是減輕土壤侵蝕的有效途徑[3]。同時(shí)，坡耕地水土流失綜合治理也是水土流失地區(qū)改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境，可持續(xù)地利用水土資源，從根本上解決群眾長遠(yuǎn)生存與發(fā)展最有效的措施之一。云南省于2010年8月啟動(dòng)了水土流失嚴(yán)重山區(qū)坡耕地水土流失綜合治理試點(diǎn)工程，并要求進(jìn)行坡耕地土壤侵蝕現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，為坡耕地水土流失綜合治理工程決策提供技術(shù)支撐。目前，土壤侵蝕估算方法主要有遙感解譯法[4]、經(jīng)驗(yàn)公式與GIS技術(shù)相結(jié)合的模型預(yù)測法[5-8]、示蹤法[9]以及試驗(yàn)法[10-11]。但由于區(qū)域降水、坡度、土壤等因素的相關(guān)參數(shù)的準(zhǔn)確確定存在較大困難，在各類土壤侵蝕估算方法中，采用野外觀測試驗(yàn)方法相對(duì)更為可靠。為掌握云南省坡耕地水土流失現(xiàn)狀，在位于滇東地區(qū)的宣威市吉科小流域分別選擇11.8和2.0°坡耕地建立試驗(yàn)小區(qū)，通過自然降雨土壤侵蝕觀測分析降雨與坡度對(duì)滇東坡耕地土壤侵蝕的影響。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

吉科小流域位于宣威市熱水鎮(zhèn)東南部，屬珠江流域，地理坐標(biāo)為103°54′21″～103°55′26″ E，25°57′01″～25°59′53″ N之間，東西最大橫距2.72 km，南北最大縱距2.87 km，流域面積4.18 km2。流域地形以中山山地為主，地勢總體中部地勢高，東側(cè)、西側(cè)較低，海拔位于2 150～2 216 m之間。吉科小流域?qū)賮啛釒У途暩咴撅L(fēng)氣候，全年氣候溫和，降水集中，干濕分明。流域多年平均降水量1 100 mm，年最大降雨量1 304.8 mm，年最小降雨量657.4 mm，5～10月降水量占全年降水量的83.2%；多年平均氣溫13.4 ℃，最高月平均氣溫19.5 ℃，最低月平均氣溫6.3 ℃，相對(duì)濕度平均為71%；年均日照時(shí)數(shù)2 018 h，年均霜凍期37.6 d，年平均太陽輻射112.6 kcal/cm2。吉科小流域以烤煙、糧食、畜牧業(yè)為支柱產(chǎn)業(yè)，隨著社會(huì)的發(fā)展，流域內(nèi)逐步把烤煙等經(jīng)濟(jì)作物作為農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點(diǎn)。吉科小流域坡耕地面積為341.7 hm2，占流域土地總面積的81.8%，水土流失較為嚴(yán)重。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)小區(qū)布設(shè)該研究根據(jù)實(shí)際情況，選擇自然坡度11.8和2.0°分別作為坡耕地大坡度和小坡度的代表坡度，基巖類型為碎屑巖，土壤類型為在滇東具有代表性的黃壤土，11.8和2.0°坡耕地土層厚度分別為0.8和1.2 m。試驗(yàn)小區(qū)的布設(shè)與等高線垂直，試驗(yàn)小區(qū)投影面積為60 m2，即20 m(順坡投影長度)×3 m(與等高線平行)。為隔絕與周圍地表和壤中流，試驗(yàn)小區(qū)擋墻作防滲處理。為便于徑流順勢流出及徑流收集，將集流口設(shè)計(jì)為收口形狀，集流口前用鐵絲網(wǎng)攔擋，以免土層崩塌堵塞集流口。試驗(yàn)小區(qū)農(nóng)作物種植與周邊一致。

2.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)2012和2013年雨季(5～10月)，宣威吉科小流域共觀測到52場自然降雨產(chǎn)流過程，其中2012年雨季觀測33場，2013年雨季觀測19場。根據(jù)自記雨量計(jì)記錄結(jié)果統(tǒng)計(jì)，吉科小流域2012年降水量為1 133 mm，接近多年平均水平，觀測到有產(chǎn)流過程的33場降雨總量為841.5 mm，占全年降水量的74.3%；2013年降水量為852 mm，屬枯水年，觀測到有產(chǎn)流過程的19場降雨總量為495.0 mm，占全年降水量的58.1%。觀測到的52場自然降雨的平均降雨量為25.7 mm，其中2012年33場降雨過程平均降雨量為25.5 mm，2013年19場降雨過程平均降雨量為26.1 mm。

3 結(jié)果與分析

3.1 坡度和降雨量對(duì)坡耕地土壤侵蝕的影響吉科小流域2012年(平水年)和2013年(枯水年)初始產(chǎn)流降雨量分別為9.5和11.5 mm，枯水年土壤水分含量低，初始產(chǎn)流降雨量相對(duì)較大；2012年33場自然降雨2.0和11.8°坡地徑流系數(shù)分別為0.21和0.26，侵蝕強(qiáng)度分別為843.33和1 996.67 t/km2；2013年19場自然降雨2.0和11.8°坡地徑流系數(shù)分別為0.07和0.09，侵蝕強(qiáng)度分別為30.50和53.33 t/km2。從不同坡度坡耕地土壤侵蝕來看，2.0和11.8°坡地小區(qū)徑流系數(shù)相差不大，但侵蝕強(qiáng)度差異明顯，2012和2013年11.8°坡地小區(qū)侵蝕強(qiáng)度分別為2.0°坡地的2.37和1.75倍，表明坡度較大的坡耕地是水土流失的主要來源，應(yīng)作為防治重點(diǎn)區(qū)域。從同一坡度不同降水量下土壤侵蝕來看，2.0和11.8°坡地在降雨量較大的2012年徑流系數(shù)均為降雨量較小的2013年的3倍，侵蝕強(qiáng)度分別為2013年的27.65和37.44倍，表明降雨量對(duì)坡耕地土壤侵蝕影響顯著，應(yīng)特別注意降水較多年份雨季的水土流失防范?？傮w來看，降雨量對(duì)坡耕地土壤侵蝕強(qiáng)度的影響大于坡度對(duì)土壤侵蝕強(qiáng)度的影響。各場次監(jiān)測成果見表1和表2。

表1 吉科小流域自然降雨土壤侵蝕觀測結(jié)果統(tǒng)計(jì)

年份年降雨量mm監(jiān)測場數(shù)監(jiān)測場次降雨量∥mm2.0°坡地徑流系數(shù)侵蝕強(qiáng)度∥t/km211.8°坡地徑流系數(shù)侵蝕強(qiáng)度∥t/km22012113333841.50.21843.330.261996.67201385219495.00.0730.500.0953.33

表2 吉科小流域52場自然降雨土壤侵蝕觀測結(jié)果

年份觀測場次自然降雨自然降雨時(shí)間降雨量mm2.0°坡地徑流系數(shù)小區(qū)產(chǎn)沙量∥kg侵蝕強(qiáng)度t/km211.8°坡地徑流系數(shù)小區(qū)產(chǎn)沙量∥kg侵蝕強(qiáng)度t/km2201215月21日20:45～22日05:3584.00.2012.98216.330.3064.761079.3325月23日01:00～06:5529.50.249.63160.500.3311.25187.5035月27日18:55～28日09:4049.00.254.7579.170.337.29121.42425月29日01:55～12:2519.00.240.8213.730.346.28104.6556月1日09:05～2日04:4519.00.010.000.070.010.010.1066月3日15:10～4日03:2027.50.401.0016.580.481.7629.3076月7日23:00～8日16:0019.50.580.8113.420.670.7712.8886月11日17:45～12日08:459.50.030.010.130.040.020.3396月12日22:55～13日01:3011.50.100.050.750.140.142.25106月18日22:20～19日08:3090.00.258.21136.880.2710.29171.48116月20日20:15～21日15:3019.00.070.345.680.080.396.55126月21日20:55～22日11:5549.00.455.6393.800.506.70111.65136月23日21:55～24日06:2021.50.170.426.980.210.569.33146月24日16:40～20:359.50.100.244.000.110.284.70156月26日19:00～27日08:4531.50.333.2253.670.384.3472.32166月30日01:05～07:0016.50.320.7712.900.371.1018.30177月12日23:50～13日20:1572.00.260.609.980.310.7412.38187月18日21:15～19日18:5019.00.190.447.320.260.6210.40197月22日21:15～23日06:259.50.050.000.050.060.030.53207月25日00:20～26日00:0514.00.060.010.150.070.040.58217月28日07:25～29日01:2522.50.070.010.120.080.091.52228月2日02:00～04:1524.00.190.183.050.221.0617.68238月5日16:15～6日09:5520.50.220.040.650.290.193.22248月6日17:10～7日09:1510.50.370.020.400.470.193.08258月9日02:05～03:3510.50.050.020.380.060.030.48268月9日16:55～19:3011.50.160.060.930.210.172.82278月18日12:20～19日04:2012.50.030.010.080.040.010.10288月27日14:50～16:4513.00.040.010.200.050.020.27

接下表

續(xù)表2

3.2 不同降水水平年土壤侵蝕強(qiáng)度與坡度的擬合關(guān)系為分析不同降水水平年和不同坡度坡耕地單場降雨量與地表徑流、土壤侵蝕的定量關(guān)系，利用散點(diǎn)圖分別對(duì)其關(guān)系進(jìn)行擬合，建立關(guān)系式。由圖1～4可知，2012年(平水年)2.0和11.8°坡地小區(qū)降雨～徑流擬合關(guān)系式R2值分別為0.773 4和0.806 8，降雨～土壤侵蝕擬合關(guān)系式R2值分別為0.572 8和0.404 1；2013年(枯水年)2.0和11.8°坡地小區(qū)降雨～徑流擬合關(guān)系式R2值分別為0.969 8和0.972 7，降雨～土壤侵蝕擬合關(guān)系式R2值分別為0.664 6和0.701 4。降雨～徑流和降雨～土壤侵蝕擬合關(guān)系均較好，能夠較好地反映降雨～徑流和降雨～土壤侵蝕之間的規(guī)律，擬合關(guān)系式對(duì)于根據(jù)降水估算滇東坡耕地土壤侵蝕具有一定的參考價(jià)值。

4 結(jié)論

(1)吉科小流域2012年(平水年)和2013年(枯水年)初始產(chǎn)流降雨量分別為9.5和11.5 mm，枯水年土壤水分含量低，初始產(chǎn)流降雨量相對(duì)較大。

(2)2012和2013年11.8°坡地小區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度分別為2.0°坡地的2.37和1.75倍；2.0和11.8°坡地2012年(平水年)徑流系數(shù)均為2013年(枯水年)的3倍，土壤侵蝕強(qiáng)度分別為2013年的27.65和37.44倍；降雨量對(duì)坡耕地土壤侵蝕的影響大于坡度對(duì)土壤侵蝕的影響。

(3)2012和2013年2.0和11.8°坡地小區(qū)降雨～徑流和降雨～土壤侵蝕擬合關(guān)系均較好，擬合關(guān)系式對(duì)滇東坡耕地土壤侵蝕估算具有一定的參考價(jià)值。但由于監(jiān)測條件和時(shí)段限制，監(jiān)測時(shí)段中未包含豐水年，其降雨～徑流和降雨～土壤侵蝕擬合關(guān)系式代表性有限，有待后續(xù)研究進(jìn)一步完善。

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Effects of Rainfall and Slope on Soil Erosion of Slope Cultivated Land in Eastern Yunnan

YUAN Shu-tang, LIU Xin-you*, WEN Chao-ju et al

(Yunnan Bureau of Hydrology and Water Resources Manage, Kunming, Yunnan 650106)

Using small watershed of Jike in Xuanwei as an example, this paper apply a method of 60 square meters cell observation experiment to research soil erosion of cultivated land in Yunnan with different slope and precipitation. The results in 2012 (normal rainfall year)and 2013(low rainfall year) show that: initial rainfall is relative large and is about 10 mm in small watershed of Jike, with low soil moisture content in low flow year; Compared to 2.0° slope area, erosion modulus of 11.8°slope area are respectively 2.37 and 1.75 times in 2012 and 2013. Compared to 2013, runoff coefficients and erosion modulus of 2.0 and 11.8° slope area in 2012 are much larger than that in 2013. Slope and rainfall have significant influence on soil erosion of sloping cultivated land，and rainfall have more significant influence. There is a highly correlative coefficient between slope and rainfall of 2.0 and 11.8° slope area in 2012 and 2013, which show a high reference value on estimating the intensity of soil erosion in the slope of Central Yunnan.

Soil erosion; Rainfall; Slope; Slope cultivated land in eastern Yunnan; Small watershed of Jike

云南省坡耕地水土流失綜合治理工程水土保持監(jiān)測與評(píng)價(jià)項(xiàng)目；云南省水利廳2014年水利科技項(xiàng)目(2014003)。

袁樹堂(1971-),男,云南昆明人,高級(jí)工程師,從事水文水資源與水土保持監(jiān)測研究。*通訊作者,高級(jí)工程師,博士,從事水文水資源與生態(tài)安全研究。

2015-02-12

S 157.1

A

0517-6611(2015)09-234-04