江蘇省沿海平原沙土區(qū)典型河溝邊坡土壤侵蝕試驗研究

曲麗莉，郭紅麗，李 盟，吳 芳，梁 音，朱緒超，田芷源，代夢夢，袁久芹

(1.土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室，中國科學(xué)院南京土壤研究所，南京 210008；2.江蘇省水文水資源勘測局，南京 210005；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4.鹽城市大豐區(qū)堤防管理處，江蘇 鹽城 224100)

降雨造成的侵蝕產(chǎn)沙是水土流失、土地退化及面源污染等全球性環(huán)境問題的重要原因之一。雨滴擊打土壤表面造成的土壤濺蝕是坡面水蝕過程的開端，濺蝕導(dǎo)致土體分散，土壤顆粒被薄層水流運移，在運動的過程中沖擊坡面產(chǎn)生片蝕。雨水沖刷引起的產(chǎn)流與產(chǎn)沙過程一直是國內(nèi)外專家學(xué)者研究坡面土壤侵蝕的主要內(nèi)容，目前，對于坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響因素方面已有大量研究。其中，降雨特征、地形特征及土壤特征等被認(rèn)為是影響坡面侵蝕的主要因素。降雨強(qiáng)度是侵蝕動力的主要來源，雨滴通過對土壤顆粒的擊濺、搬運等作用對侵蝕產(chǎn)生重要影響。Yan等研究表明，降雨強(qiáng)度是影響產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量最重要的因素，并且表明雨強(qiáng)>0.8 mm/min時才能造成地表土壤侵蝕；Wu等認(rèn)為，降雨強(qiáng)度越大，產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量呈冪函數(shù)增長趨勢。坡度作為水土流失方程中的重要因子，是地表其他形態(tài)存在的前提和條件，它通過制約降雨徑流侵蝕力的大小和土壤物質(zhì)的穩(wěn)定性引起徑流、侵蝕泥沙的變化。Defersha等認(rèn)為，在一定范圍內(nèi)坡面產(chǎn)沙量隨著坡度的增大而增加；鄭子成等認(rèn)為，隨坡度增大，地表產(chǎn)流量呈先減小后增大的變化趨勢。土壤理化性質(zhì)是影響土壤侵蝕和土壤抗蝕性能的重要內(nèi)在因素，土壤容重、含水量、有機(jī)質(zhì)及團(tuán)聚體含量等都對土壤侵蝕影響顯著。

坡度和雨強(qiáng)是影響坡面土壤侵蝕的重要外在因素，關(guān)于坡度和雨強(qiáng)對坡面侵蝕過程影響因素的研究主要集中在南方紅壤區(qū)、黃土高原區(qū)和東北黑土區(qū)等大尺度坡耕地，而缺乏對于平原沙土區(qū)河溝邊坡小尺度的產(chǎn)沙產(chǎn)流研究。江蘇省水土流失主要分布在丘陵山區(qū)和平原沙土區(qū)，全省輕度以上水土流失面積6 279 km，其中平原沙土區(qū)水土流失面積占全省水土流失面積的36%，是省水土保持重點治理區(qū)。江蘇平原沙土區(qū)地形平坦，理論上不具備水土流失的地形條件，因此，在水土流失監(jiān)測和計算中常被忽略。由于區(qū)域內(nèi)降雨量多、雨強(qiáng)大、土壤結(jié)構(gòu)疏松、抗侵蝕能力弱等原因，河溝邊坡土壤侵蝕嚴(yán)重。江蘇省地處江淮沂沭泗五大河流下游，境內(nèi)河網(wǎng)密布，水系發(fā)達(dá)，水域面積占比高達(dá)16.9%，有鄉(xiāng)級、縣級及流域級河道共22 700余條，河溝邊坡產(chǎn)生的水土流失不容忽視。河溝邊坡的坡面通常不長，但坡度較大，加上沙土本身特殊的物理、化學(xué)性質(zhì)，降雨時，表土顆粒很快被分離、濺散，片蝕和溝蝕活躍，引起河坡毀壞、坍塌，最終導(dǎo)致河道淤塞，影響沿岸引排水、航運與防洪安全，威脅人們的生產(chǎn)生活。

相比于其他水土流失類型區(qū)，關(guān)于江蘇省平原沙土區(qū)水土流失的研究主要集中于水土流失現(xiàn)狀、形成原因、危害和治理措施等方面，缺乏對河溝邊坡產(chǎn)流產(chǎn)沙過程及影響因素的研究，限制了對河溝邊坡水土流失過程的認(rèn)識和對河溝邊坡水土流失的有效治理。因此，本文采用人工模擬降雨試驗方法，以江蘇平原沙土區(qū)河溝邊坡土壤為對象，研究不同雨強(qiáng)和坡度條件下坡面土壤侵蝕的過程和特征，并分析其主要影響因素，以加深對平原地區(qū)河溝邊坡土壤侵蝕規(guī)律的認(rèn)識，為平原沙土區(qū)河溝邊坡水土流失治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

江蘇省平原沙土區(qū)主要被分為3大區(qū)：黃河故道沙土區(qū)、沿海平原沙土區(qū)和通南高沙土區(qū)(圖1)。沿海平原沙土區(qū)系濱海淤漲而成，面積較大，鹽城市是沿海平原沙土區(qū)中面積最大的市，大豐區(qū)位于沿海平原沙土區(qū)的中心位置，在該沙土區(qū)具有典型的代表性。大豐區(qū)位于江蘇省東部(32°56′—33°36′N，120°13′—120°56′E)，屬亞熱帶與暖溫帶的過渡地帶，雨量充沛，氣候溫和。全區(qū)年平均氣溫14.1 ℃，年平均降水量1 042 mm，雨日71天，無霜期213天，日照時間2 238.9 h。大豐區(qū)地形平坦，地質(zhì)為湖相、河相、海相三者交替的沉積物，土壤類型主要為粉砂土。境內(nèi)河網(wǎng)密布，溝渠縱橫，現(xiàn)有大中小河4.5萬條，總長2.4萬km，為蘇北平原水網(wǎng)地區(qū)的典型代表。

圖1 沙土區(qū)位置

1.2 試驗土壤

本研究中用到的土壤樣品包括兩部分：基本理化性質(zhì)分析土樣和人工模擬降雨土樣，均采自江蘇省鹽城市大豐區(qū)1個典型河溝邊坡。基本理化性質(zhì)分析土樣包括原狀土樣和散土土樣，在選擇的邊坡利用100 cm環(huán)刀在坡上和坡下部位采集4個原狀土樣，烘干法測定土壤容重；利用土鉆在坡上和坡下部位采集0—20 cm表土，按照四分法制成散土土樣，實驗室處理后，利用激光粒度儀測定顆粒組成、重鉻酸鉀外加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量。供試土壤容重為1.28 g/cm，砂粒、粉粒、黏粒的含量分別為64.76%，24.01%，11.24%，有機(jī)質(zhì)含量為8.59 g/kg。人工模擬降雨土樣取自上述相同地方，利用挖掘機(jī)挖取河溝邊坡表層0—50 cm土壤2 t，運輸至江西省鷹潭紅壤生態(tài)實驗站開展模擬降雨試驗。人工模擬降雨試驗包括2個部分：一是模擬濺蝕試驗，試驗土壤不做過篩處理，分散較大的土塊，剔除石子及草根，填入400 cm(直徑10 cm，高5 cm)環(huán)刀，控制土壤容重為1.35 g/cm，為保證土樣初始含水量相同，將環(huán)刀浸泡12 h達(dá)到飽和，取出晾置6 h后開始試驗；二是微區(qū)模擬降雨試驗，將土樣分層填入徑流槽，邊填土邊灑水壓實，以減小邊際效應(yīng)，充分壓實土槽邊緣土壤后開始試驗。

1.3 試驗設(shè)計與方法

試驗于2020年9月在江西省中國科學(xué)院鷹潭紅壤生態(tài)實驗站進(jìn)行。使用便攜式人工模擬降雨機(jī)進(jìn)行模擬降雨，降雨裝置主要包括噴頭、支架、水泵、水壓表等設(shè)備。降雨噴頭采用美國Spraying system公司的Fulljet系列實心錐形噴頭，型號為Fulljet1/2HH-30WSQ和Fulljet 1/2HH-50WSQ。當(dāng)噴頭高度達(dá)到3 m、水壓為60 kPa時，這2個噴頭可分別產(chǎn)生1.5，2.5 mm/min的降雨，雨滴降落速度和動能大小與自然降雨接近，在噴頭正下方2 m范圍內(nèi)降雨均勻系數(shù)>85%。

人工模擬濺蝕試驗采用改進(jìn)的Morgan濺蝕盤，直徑為51 cm，盤深5 cm，其中裝土盤位于正中心，直徑為11 cm，收集盤位于裝土盤外側(cè)(圖2a)。根據(jù)研究區(qū)氣象局近30年的降雨資料，將雨強(qiáng)設(shè)定為1.5，2.5 mm/min，采用手動調(diào)節(jié)坡度，將坡度設(shè)置為0，10°，20°和30°。通過雨強(qiáng)和坡度2個變量的組合設(shè)置，每個條件3次重復(fù)，4個濺蝕盤同時試驗，共進(jìn)行降雨試驗6場，每場降雨持續(xù)10 min，降雨結(jié)束后收集濺蝕盤收集盤內(nèi)的水沙樣品，靜置24 h后倒去上清液，放入烘箱內(nèi)105 ℃下烘干后測定濺蝕量。

微區(qū)模擬降雨試驗采用自行設(shè)計的液壓式變坡徑流槽(圖2b)。徑流槽前部設(shè)計有三角形出水口，用于收集坡面徑流含沙水樣，徑流槽底部設(shè)計有液壓泵，用于調(diào)節(jié)坡度。將坡度設(shè)定為10°，20°，30°和40°，雨強(qiáng)設(shè)定為1.5，2.5 mm/min。通過坡度和雨強(qiáng)2個變量的組合設(shè)置，每個條件2次重復(fù)，共進(jìn)行降雨試驗16場。試驗開始前，用遮雨布蓋住徑流槽率定雨強(qiáng)，達(dá)到設(shè)計雨強(qiáng)時移走遮雨布并開始計時，記錄初始產(chǎn)流時間。開始產(chǎn)流后每2 min取1次泥沙樣品，持續(xù)降雨30 min，每場降雨共采集水沙樣品15個。將水沙樣品帶入實驗室測定每個樣品的質(zhì)量，靜置24 h后倒去上清液，放入烘箱內(nèi)105 ℃下烘干后測定產(chǎn)沙量。

圖2 濺蝕盤和液壓式變坡徑流槽示意

1.4 傳遞函數(shù)

傳遞函數(shù)是將具有線性特征對象的關(guān)系通過某種算法(如回歸分析、最優(yōu)規(guī)劃法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分類回歸樹、分形機(jī)理等)表達(dá)的一種有效方法。多元線性回歸在土壤科學(xué)、生態(tài)學(xué)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域被廣泛用于建立變量的傳遞函數(shù)。因此，本研究將坡度和雨強(qiáng)等變量以及其常見轉(zhuǎn)換(指數(shù)、對數(shù)、倒數(shù)和平方轉(zhuǎn)換等)作為自變量進(jìn)行逐步回歸分析，建立濺蝕率、產(chǎn)流強(qiáng)度和產(chǎn)沙強(qiáng)度的傳遞函數(shù)為：

=+(+)+(log+log)+

(1)

式中：為因變量(本研究中為濺蝕率、產(chǎn)流強(qiáng)度和產(chǎn)沙強(qiáng)度)；為截距；a～a為回歸系數(shù)；、為自變量(本研究中為坡度和雨強(qiáng))。

使用調(diào)整和均方根誤差(RMSE)來評價模型的優(yōu)劣為：

(2)

(3)

1.5 統(tǒng)計分析

使用Microsoft Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的初步整理、分析；使用SPSS 19.0軟件進(jìn)行變量的描述性統(tǒng)計分析、差異顯著性分析；利用Origin 2017軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤濺蝕特征與模擬

濺蝕率是普遍用來描述土壤擊濺侵蝕的特征指標(biāo)。圖3a為2種雨強(qiáng)(1.5，2.5 mm/min)下河溝邊坡土壤在不同坡度(0，10°，20°和30°)條件下的土壤濺蝕率。在降雨強(qiáng)度為1.5 mm/min時，坡度為10°，20°和30°的濺蝕率分別比坡度為0的高79.34%，98.52%和145.57%；在降雨強(qiáng)度為2.5 mm/min時，坡度為10°，20°和30°的濺蝕率分別比坡度為0的高82.97%，198.55%和301.45%。在坡度為20°和30°時，2種雨強(qiáng)條件下的濺蝕率存在顯著差異(<0.05)。劉和平等認(rèn)為，濺蝕率隨著坡度的增長呈先增加后減小的趨勢，臨界坡度為35°，本試驗設(shè)置最大坡度為30°，在轉(zhuǎn)折點之前趨勢與其一致，說明在降雨強(qiáng)度相同的情況下，一定范圍內(nèi)濺蝕率隨著坡度的增大而增加。這是由于雨滴在擊打地表時，降雨動能轉(zhuǎn)化為垂直于坡面的打擊力和平行于坡面的剪切力，隨著坡度的增加，作用于土壤表面的雨滴側(cè)向剪切分力增加，致使土壤抗濺蝕分散能力減弱，同時在重力作用下土壤顆粒之間的黏結(jié)力減弱，坡面穩(wěn)定性降低，使土壤顆粒更容易發(fā)生位移，導(dǎo)致濺蝕搬運量增大。從增長幅度來看，在大雨強(qiáng)條件下，濺蝕率隨坡度增長的速度更大，說明坡度在大雨強(qiáng)條件下對濺蝕率的影響更明顯。

圖3b展示了4種坡度(0，10°，20°和30°)條件下河溝邊坡土壤在2種雨強(qiáng)(1.5，2.5 mm/min)下的土壤濺蝕率。降雨強(qiáng)度從1.5 mm/min增加到2.5 mm/min時，坡度為0，10°，20°和30°的濺蝕率分別增加1.84%，3.91%，53.25%和66.49%。這是由于隨著降雨強(qiáng)度的增大，雨滴動能變大，雨滴對于土壤顆粒的打擊力變大，也增大了地表徑流，使土壤顆粒更易被分散和輸移。從增長幅度來看，在較大的坡度條件下，濺蝕率隨雨強(qiáng)的增長速度更快。

注：圖a不同字母表示濺蝕率在同一坡度、不同雨強(qiáng)間差異顯著(P<0.05)；圖b不同字母表示濺蝕率在同一雨強(qiáng)、不同坡度間差異顯著(P<0.05)。

以雨強(qiáng)和坡度以及其常用轉(zhuǎn)換形式作為自變量進(jìn)行逐步回歸分析，建立濺蝕率的傳遞函數(shù)模型(表1)。

表1 濺蝕率傳遞函數(shù)擬合

濺蝕率與坡度的擬合方程調(diào)整可達(dá)到0.7，而濺蝕率與雨強(qiáng)的擬合方程調(diào)整僅為0.45，這可能與試驗設(shè)置的雨強(qiáng)數(shù)量較少有關(guān)。濺蝕率與坡度和雨強(qiáng)的綜合影響擬合方程調(diào)整可達(dá)到0.97，顯著高于坡度或雨強(qiáng)獨立因子的模擬效果，這主要是因為該方程包含更多變量的信息，可以更好地刻畫變量與濺蝕率之間的關(guān)系。利用2/3樣本(16個)重新建立濺蝕率與坡度及雨強(qiáng)的模型，剩余1/3樣本(8個)用于模型的檢驗和校正，自變量為坡度，雨強(qiáng)、坡度及雨強(qiáng)3個函數(shù)的均方根誤差分別為6.54，7.60和5.04。

2.2 坡面產(chǎn)流特征與模擬

坡面徑流是土壤顆粒運移的載體，坡面侵蝕產(chǎn)沙量和徑流量關(guān)系密切。坡面一旦產(chǎn)生徑流，松散的土壤顆粒易隨徑流輸出坡面，造成土壤侵蝕。由圖4可知，各曲線總體上表現(xiàn)出先增大后波動穩(wěn)定的趨勢。這是因為在降雨初始階段，土壤含水量未達(dá)到飽和，土壤入滲率較大，從而使得坡面產(chǎn)流強(qiáng)度較低。隨著降雨過程的進(jìn)行，坡面土體吸水飽和后，土壤入滲較少且穩(wěn)定，使得產(chǎn)流強(qiáng)度在降雨后期保持相對穩(wěn)定。在2種降雨強(qiáng)度下，坡面產(chǎn)流強(qiáng)度總體上均隨著坡度的增大而減小，但產(chǎn)流強(qiáng)度的起伏變化幅度隨著坡度的增加而增大，這主要是因為坡度的增大使徑流的流速增大，徑流的紊亂性增大。從產(chǎn)流強(qiáng)度達(dá)到相對穩(wěn)定所需的時間來看，降雨強(qiáng)度為1.5 mm/min的徑流在10～14 min內(nèi)達(dá)到峰值(圖4a)，并趨于穩(wěn)定；而降雨強(qiáng)度為2.5 mm/min的徑流在6～10 min內(nèi)即達(dá)到峰值并趨于穩(wěn)定(圖4b)，說明降雨強(qiáng)度越小，徑流響應(yīng)的延遲時間越長。

圖4 不同坡度下坡面產(chǎn)流過程

圖5a為2種雨強(qiáng)(1.5，2.5 mm/min)下河溝邊坡土壤在不同坡度(10°，20°，30°和40°)條件下的產(chǎn)流強(qiáng)度。由圖5a可知，在2種降雨強(qiáng)度下，產(chǎn)流強(qiáng)度總體上隨著坡度的增長呈下降趨勢，這與魏小燕等的研究結(jié)果類似；且在2種降雨強(qiáng)度下，坡度為40°的產(chǎn)流強(qiáng)度顯著低于坡度為10°～20°時的產(chǎn)流強(qiáng)度。這可能是由于不同坡度條件下形成的表土結(jié)皮程度不同。土壤結(jié)皮是由于雨滴打擊或者徑流壓實作用在土壤表面形成的致密層，坡度越小，雨滴對土壤的垂直擊打分力越大，地表大顆粒團(tuán)聚體在雨滴擊濺的作用下被分散的數(shù)量更多，細(xì)顆粒重新排列組合導(dǎo)致形成結(jié)皮的程度越大。土壤結(jié)皮的形成導(dǎo)致土壤表面光滑且入滲率降低，因此坡度較小時，徑流受到的阻力小，入滲少，進(jìn)而導(dǎo)致坡面產(chǎn)流強(qiáng)度增大，產(chǎn)流量增加。

圖5b為4種坡度(10°，20°，30°和40°)條件下河溝邊坡土壤在2種雨強(qiáng)(1.5，2.5 mm/min)下的產(chǎn)流強(qiáng)度。當(dāng)降雨強(qiáng)度從1.5 mm/min增加到2.5 mm/min時，坡度為10°，20°，30°和40°的平均產(chǎn)流強(qiáng)度分別增加43.75%，58.85%，42.71%和46.15%，且在所有坡度條件下，2種雨強(qiáng)間的產(chǎn)流強(qiáng)度均存在顯著差異。這主要是因為試驗過程中降雨強(qiáng)度大于土壤入滲強(qiáng)度，形成了超滲產(chǎn)流。在大雨強(qiáng)條件下，試驗微區(qū)在單位時間、單位面積內(nèi)承接的總降雨量較大，而入滲速率沒有明顯增大，從而導(dǎo)致徑流量增大。

注：圖a不同字母表示產(chǎn)流強(qiáng)度在同一坡度、不同雨強(qiáng)間差異顯著(P<0.05)；圖b不同字母表示產(chǎn)流強(qiáng)度在同一雨強(qiáng)、不同坡度間差異顯著。

建立產(chǎn)流強(qiáng)度的傳遞函數(shù)模型見表2。產(chǎn)流強(qiáng)度與坡度間的擬合方程調(diào)整為0.43，與雨強(qiáng)的擬合方程調(diào)整為0.78，與坡度和雨強(qiáng)的綜合影響擬合方程調(diào)整為0.91，說明傳遞函數(shù)模型可以較好地揭示坡度與雨強(qiáng)及產(chǎn)流量之間的關(guān)系。利用62.5%樣本(10個)重新建立產(chǎn)流強(qiáng)度與坡度及雨強(qiáng)的模型，37.55%樣本(6個)用于模型的檢驗和校正。自變量為坡度、雨強(qiáng)和坡度及雨強(qiáng)3個函數(shù)的均方根誤差分別為4.75，3.32和1.58。

表2 產(chǎn)流強(qiáng)度傳遞函數(shù)擬合

2.3 坡面產(chǎn)沙特征與模擬

圖6為河溝邊坡土壤在2種降雨強(qiáng)度下不同坡度間的產(chǎn)沙過程。由圖6可知，各曲線總體呈現(xiàn)出先快速增加后波動減小，最后趨于穩(wěn)定的過程。這是由于在降雨初期，土壤入滲量大，徑流量小，所以攜沙能力也較小。隨著降雨的持續(xù)，土壤含水量趨于飽和，徑流量逐漸增大，其攜沙能力也相應(yīng)變強(qiáng)，所以產(chǎn)沙強(qiáng)度隨之增加。

圖6 不同坡度下坡面產(chǎn)沙過程

圖7a為2種雨強(qiáng)(1.5，2.5 mm/min)下河溝邊坡土壤在不同坡度(10°，20°，30°和40°)條件下的產(chǎn)沙強(qiáng)度。在降雨強(qiáng)度為1.5 mm/min時，坡度為20°，30°和40°的產(chǎn)沙強(qiáng)度比坡度為10°的產(chǎn)沙強(qiáng)度分別提高14.74%，17.30%和19.75%；在降雨強(qiáng)度為2.5 mm/min時，坡度為20°，30°和40°的產(chǎn)沙強(qiáng)度比坡度為10°的產(chǎn)沙強(qiáng)度分別提高31.87%，66.79%和101.60%，且坡度為30°和40°的產(chǎn)沙強(qiáng)度與10°和20°之間存在顯著差異(<0.05)，說明坡面產(chǎn)沙強(qiáng)度隨坡度的增大而增加。這是由于隨著降雨的持續(xù)，坡度較小的坡面更易形成結(jié)皮，表土結(jié)皮在增加徑流量的同時，徑流搬運土壤顆粒的能力也大大增強(qiáng)，最終導(dǎo)致產(chǎn)沙量增多。

圖7b為4種坡度(10°，20°，30°和40°)條件下河溝邊坡土壤在2種雨強(qiáng)(1.5，2.5 mm/min)下的產(chǎn)沙強(qiáng)度。在2種降雨強(qiáng)度下，產(chǎn)沙強(qiáng)度總體上隨著坡度的增大而增加，當(dāng)降雨強(qiáng)度從1.5 mm/min增加到2.5 mm/min時，坡度為10°，20°，30°和40°的平均產(chǎn)沙強(qiáng)度分別增加21.23%，5.32%，31.10%和55.21%。表明相同坡度條件下，總體上產(chǎn)沙強(qiáng)度隨著雨強(qiáng)的增大呈增大的趨勢，已有研究的結(jié)論相同。一方面是因為雨強(qiáng)的增大導(dǎo)致坡面徑流量的增大，增強(qiáng)徑流的輸沙能力；另一方面是因為雨強(qiáng)越大，降雨動能越高，雨滴對土壤的沖擊力越大，最終導(dǎo)致產(chǎn)沙量增大。

注：圖a不同字母表示產(chǎn)沙強(qiáng)度在同一坡度、不同雨強(qiáng)間差異顯著(P<0.05)；圖b不同字母表示產(chǎn)沙強(qiáng)度在同一雨強(qiáng)、不同坡度間差異顯著(P<0.05)。

建立產(chǎn)沙強(qiáng)度的傳遞函數(shù)模型見表3。產(chǎn)沙強(qiáng)度與坡度間的擬合方程調(diào)整為0.58，與雨強(qiáng)的擬合方程調(diào)整為0.49，與坡度和雨強(qiáng)兩者的綜合影響擬合方程調(diào)整為0.72，說明基于雨強(qiáng)和坡度建立的傳遞函數(shù)模型可以很好地預(yù)測產(chǎn)沙強(qiáng)度。

表3 產(chǎn)沙強(qiáng)度傳遞函數(shù)擬合

坡面產(chǎn)沙量一直是國內(nèi)外專家學(xué)者研究坡面土壤侵蝕的重點關(guān)注內(nèi)容，因此利用62.5%樣本(10個)重新建立產(chǎn)沙強(qiáng)度與坡度及雨強(qiáng)的模型，37.55%樣本(6個)用于模型的檢驗和校正。產(chǎn)沙強(qiáng)度的預(yù)測值和實測值見圖8。從圖8可以看出，擬合線和1∶1線相對接近，調(diào)整為0.74，精度驗證參數(shù)優(yōu)于坡度或雨強(qiáng)獨立因子建立的模型。

圖8 產(chǎn)沙強(qiáng)度的預(yù)測值和實測值

3 結(jié) 論

(1)河溝邊坡土壤濺蝕率在一定的范圍內(nèi)隨降雨強(qiáng)度及坡度的增大而增加，土壤濺蝕率與降雨強(qiáng)度和坡度之間呈線性關(guān)系。

(2)河溝邊坡的產(chǎn)流過程總體上呈現(xiàn)出先增大后波動穩(wěn)定的趨勢，產(chǎn)流強(qiáng)度隨著坡度的增大而減??；產(chǎn)沙過程總體上呈先快速增加后波動減小，最后趨于穩(wěn)定的趨勢，產(chǎn)沙強(qiáng)度隨著坡度的增大而增加；產(chǎn)流強(qiáng)度和產(chǎn)沙強(qiáng)度均隨雨強(qiáng)的增大而增大。

(3)本研究通過多元回歸分析獲得了以坡度、雨強(qiáng)為輸入因子的濺蝕率、產(chǎn)流強(qiáng)度和產(chǎn)沙強(qiáng)度傳遞函數(shù)模型(為0.43～0.97)，可為江蘇省沿海平原沙土區(qū)建立土壤侵蝕預(yù)報模型和水土流失治理提供參考。