红壤小流域土壤侵蚀规律与模型研究

水土流失及其引起的江河堵塞、洪水泛滥、养分流失、土壤退化、土地生产力下降、水体污染等一系列生态环境问题，不仅为全球所关注，而且是关系到我国农业持续发展的重大问题。目前国内外有关水土流失研究的报道很多，但大多采用单一测定方法、从单个因素深入阐明、多为坡面研究，而从生态系统的角度、采用综合方法、在小流域尺度上研究水土流失发生规律的研究仍较少；对小流域开发治理过程中土壤侵蚀动态变化的研究则更少。本研究选择浙江兰溪蒋家塘小流域为试验基点，以协作单位兰溪水保站对流域的开发治理试验为基础，采用坡面径流小区法、集水区出口实测法对开发治理以来集水区的水土流失进行多年动态监测，利用因子模型RUSLE和过程模型AnnAGNPS结合GIS技术，综合分析红壤小流域开发治理过程中的水土流失动态变化规律、在流域内的来龙去脉和影响因素，验证研究两种模型在红壤小流域土壤侵蚀预测上的适用性和技术上的可行性，为红壤丘陵区水土保持和农业生态系统管理提供科学依据。研究主要结论如下： 1．坡面小区的试验结果表明，梯田、草粮轮作、杉木林和毛竹林都可以明显减小坡面土壤流失。梯田、杉木林和毛竹林可以显著减少降雨形成的径流和侵蚀泥砂中的大颗粒物质(推移质)。而草粮轮作主要是通过减少侵蚀泥砂中的大颗粒物质而使侵蚀程度减轻。 2．研究区1、2、4集水区进行坡改梯治理，种植板栗、胡柚、橘子、白桃、雷竹等果木，在开发初期的一两年侵蚀都相当严重，其后随着果木的生长，植被覆盖度逐渐增加，扰动土壤逐渐沉实，土壤侵蚀趋于稳定。 3．在南方红壤区，由于光热条件较好，在没有人为破坏的情况下，流域植被一般可以恢复到很好的状态，植被覆盖度的增加可以明显减少土壤侵蚀。5、3、6号集水区为自然植被恢复区，植被覆盖度分别为10-25％、40-65％和80％，平均侵蚀模数分别为21.77、7.37和2.75Mg/ha/yr。 4．蒋家塘小流域土壤侵蚀主要发生在3-9月，特别是4-7月，6月最为严重。这是由区域降雨季节分布特征所决定的，另外，这一时期的农事活动比较频繁，较高的降雨和农事活动相遇导致较大的侵蚀。 5．降雨、径流和植被是红壤小流域土壤侵蚀的主要影响因素。降雨量和降 浙江大学博士学位论文 雨侵蚀力对土壤侵蚀的影响在坡面和小流域层次上表现出不同的规律，在坡面 上，综合因子降雨侵蚀力与侵蚀的相关性较好；在小流域层次，降雨量变成了 主要因素。径流与侵蚀的相关性无论是在坡面上还是在集水区都高于降雨因子 与侵蚀的相关性。 6．降雨侵蚀力反映了降雨引起土壤侵蚀的能力。研究区降雨侵蚀力的季节 分布与降雨量的季节分布不一致，降雨侵蚀力的季节分布比降雨的分布更为集 中，集中分布在3月至9月的7个月，该时段R值占年R值的累计百分比达 人 94．5％，高峰值出现在6月，月R值占年R值的28二％。I——3月降雨量占年值 的百分比远高于对应的R值的百分比，6——8月降雨量的百分比明显低于对应R 值的百分比。降雨侵蚀力的季节分布与土壤侵蚀的季节分布相当一致。 7．本研究提出的降雨侵蚀力的日雨量模型充分考虑了降雨侵蚀力与降雨量 季节分布上的差异。用兰溪水保站资料所得模型参数为，a＝0刀043，b—48二 3， c＝l刀9。该模型利用日降雨量计算降雨侵蚀力，有效系数为0．89，R值季节分 布的预测值与实际值的平均偏差为1．2％。与国内现有模型相比，本模型能够较 好地描述R值的季节分布。模型的的提出和参数确定主要是基于降雨侵蚀力的 季节分布，由于我国南方大部分地方的降雨侵蚀力季节分布基本相似，所以该 模型可以在南方地区应用。 8．RUSLE是一个坡面模型，当将模型用于流域层次时，关键是地形因子的 确定。借助GIS软件Citystar系统，利用地形图提取坡面、坡段的坡度、坡长 和面积是可行的，但要对野外实际情况有必要了解才能得到满意的结果。Citystar 系统没有坡长输出功能，其平均坡度与RUSLE模型的要求不符，因此要采用 手工方法，对各个坡面不同坡段从顶端到下端做剖面线来获取坡长和平均坡度。 9．RUSLE模型可以预测流域内各坡面及整个流域的土壤侵蚀，模型预测的 土壤侵蚀包括泥沙产生率、土壤流失率、土壤分离率。模型预测的泥沙产生率 与实测5年平均结果相比，1．5集水区的相对偏差分别为16．95％、．47．34％、－ 47．76O、27．13O和－39．19O，平均相对偏差为－28．84O。整体来看预测值比5年 平均值低，但偏离不大。由于RUSLE预测的坡面泥沙产生量是表示离开坡面 下端的泥沙量，当集水区内各坡面下端离出口较远时，由于泥沙在沟道内的堆