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不同土地利用方式基础上福建省长汀县的坡地侵蚀特征

2020-11-25 271 上传者：管理员

摘要：根据福建省长汀县径流小区2014-2018年的实测资料,对不同土地利用方式下的坡地侵蚀特征进行研究,分析各径流小区土壤流失量、径流量与降雨、水土保持措施、植被等因子的关系。结果表明:不同土地利用方式、不同水土保持措施的径流小区土壤流失量、径流量特征不同;年降雨量对各径流小区的年土壤流失量影响不显著,不同水土保持措施对径流小区的年土壤流失量影响显著;年降雨量和不同水土保持措施对各径流小区的年径流量影响均为显著;年土壤流失量和年径流量与年降雨量的相关系数均与水土保持措施及径流小区植物的种类和生长有关;各径流小区的年土壤流失量与年径流量均呈正相关,即年径流量越大,年土壤流失量越大。研究结果为长汀县水土流失治理提供参考。

关键词：
土地利用方式
坡地侵蚀
水土保持
水土流失
长汀县
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福建省长汀县是我国南方红壤区水土流失最为严重的地区之一[1],其水土流失历史之长、面积之广、危害之大,居福建之首[2,3]。多年来,很多专家学者[4,5,6]在该地区开展了水土流失治理研究。长期严重的水土流失造成地区生态环境脆弱、耕地面积减少、土壤肥力下降等,水土流失治理刻不容缓[7,8,9]。大量研究[10,11,12,13]表明,植物措施是防治水土流失、改变生态环境最重要、最经济的根本性措施。目前对水土流失的植被恢复研究[14,15]较多。而土地利用方式集中反映了人类活动对坡地侵蚀的影响,是影响坡面水文与土壤侵蚀最敏感的因素[16,17]。本研究根据长汀县水土保持科教园径流小区的实测资料,对不同土地利用方式下的坡地侵蚀特征进行研究,分析各径流小区土壤流失量、径流量与降雨、水土保持措施、植被等因子的关系,为长汀县水土流失治理提供参考。

1、材料与方法

1.1研究区概况

研究区位于福建省长汀县河田镇,北纬25°35′-26°46′,东经116°16′-116°30′。长汀县位于福建省西部闽、粤、赣3省交界处,龙岩市境内,南邻广东,西接江西,福建的边远山区。土地面积约3099km2。地处中亚热带季风气候区,气候温和湿润,平均气温18.3℃,多年平均降水量为1685.6mm。降雨主要集中在4-6月,约占全年降水量的52%,7,8月多为午后短暂的暴雨。低山丘陵地貌,土壤以花岗岩风化发育而成的红壤为主,结构疏松,含砂量大,抗蚀能力差,生态环境极其脆弱,曾经是典型的强度水土流失区。进入21世纪以来,长汀县水土流失治理列入省政府为民办实事项目,长汀县掀起了新一轮水土流失治理高潮。通过坚持不懈的综合施策,系统治理,长汀县水土流失取得显著的成效,成为中国水土流失治理的品牌、南方治理的一面旗帜。

1.2试验方法

径流观测场内布设12个坡面径流小区,长20m,宽5m,坡度15°。土地利用方式有未利用地、草地、农地、果园、林地,采取不同的水土保持措施[18],径流小区基本情况见表1(植被覆盖度为2018年8月观测结果)。

表1径流小区基本情况

1.3数据分析

采用Excel软件进行数据统计整理和作图分析。采用SPSS19.0统计分析软件对土壤流失量、径流量的相关参数进行数据处理分析。

2、结果与分析

2.1降雨特征

由图1可知,2014-2018年研究区年降雨量大小为2014年<2017年<2018年<2015年<2016年,各年内降雨量分配不均。年最大日降雨量、最大次降雨量见表2。根据2014-2018年各径流小区年径流量情况(表3),12个径流小区中,1,2号径流小区为未利用地,平均年径流量较大;4,9号径流小区居中,4号小区为农地,9号小区为马尾松纯林;7,11号径流小区为人工混交林,平均年径流量较小。各小区产流次数、最大最小产流降雨量情况见表3。

2.2土壤流失量特征

根据2014-2018年5年12个径流小区的年土壤流失量的观测数据,不同土地利用方式、不同水土保持措施的径流小区土壤流失量特征不同。各径流小区年土壤流失量见表4。

对年降雨量、水土保持措施对各径流小区年土壤流失量的影响进行双因素方差分析(表5),结果表明,在显著水平α=0.05上,年降雨量对各径流小区的年土壤流失量影响不显著(F1=1.97<F0.05(4,44)=2.58),不同的水土保持措施对径流小区的年土壤流失量影响显著(F2=18.13>F0.05(4,44)=2.01)。年土壤流失量与年降雨量相关系数见表6。

表2年最大日降雨量、最大次降雨量

表4各径流小区年土壤流失量

1,2号径流小区为未利用地,无植物措施,年土壤流失量大。2号径流小区每年松耕,故土层较松,在12个径流小区中平均年土壤流失量最大,达145.39t/hm2。4号径流小区为农地,农作物种植地瓜,因农地工程措施为整畦,仅畦面覆盖,覆盖度为60%,所以年土壤流失量较大。9号径流小区为马尾松乔木纯林,无灌草覆盖,植被盖度仅为8%,年土壤流失量也较大。其余果园和林地径流小区均为灌草、乔草或乔灌草混交种植,草地径流小区为播草种植,至2018年植被盖度均在75%以上。由于植被及相应工程措施对降水的拦截,年土壤流失量不大。可见,有无植物措施、灌草覆盖以及不同的工程措施造成的年土壤流失量差异较明显,对年土壤流失量影响显著。

12个径流小区中除1,2号径流小区为空白对照,无植物措施,9号径流小区为马尾松乔木纯林,无灌草覆盖,其余径流小区均为乔灌草植物或农作物种植。因径流小区被灌草覆盖,且植被盖度较大,造成不同的年降雨量在同一个径流小区形成的年土壤流失量差异不大,所以不同年份降雨量对其中多数径流小区的年土壤流失量影响不显著。

从年土壤流失量与年降雨量的相关系数可以看出,1,2,9号径流小区年土壤流失量与年降雨量呈较大的正相关。1,2号径流小区地表受雨水直接冲刷,9号径流小区虽然种植马尾松,但地表无灌草覆盖,雨水掉落也较直接冲刷地表,所以年土壤流失量随年降雨量的增大而增大,呈比较明显的规律性。其余径流小区年土壤流失量与年降雨量相关性较小或呈负相关,这种不规律性与径流小区植物的种类和生长有关系。径流小区内的植物随着时间生长,植被盖度也发生改变,所以年土壤流失量呈不规律性。

2.3径流量特征分析

2014-2018年12个径流小区不同土地利用方式、不同水土保持措施的形成的径流量特征不同。各径流小区年径流量见表7。1,2号径流小区年径流量大,1号径流小区在12个径流小区中平均年径流量最大,为64.13m3。3,4,9号径流小区平均年径流量也较大,在11～19m3,其余径流小区平均年径流量均小于5m3。

表6相关系数

对年降雨量、水土保持措施对各径流小区年径流量的影响进行双因素方差分析(表8),结果表明,在显著水平α=0.05上,年降雨量和不同的水土保持措施对各径流小区的年径流量影响均为显著(F1=5.52>F0.05(4,44)=2.58;F2=22.73>F0.05(4,44)=2.01)。年径流量与年降雨量相关系数见表6。

表8方差分析

12个径流小区中10个小区年径流量与年降雨量呈正相关,年径流量随年降雨量的增大而增大。其中1,2,3,9号径流小区相关系数较大,均在0.90以上。4号径流小区相关系数也较大(0.72)。1,2号径流小区为无植物措施空白对照小区,雨水直接冲刷,径流量主要受降雨的影响。3,4号径流小区分别为草地和农地,虽然植被盖度不低,但其径流量可能与草和农作物的种植密度有关。如果密度不大,则径流量受降雨的影响较大。9号径流小区为马尾松纯林,地表无灌草覆盖,所以雨水掉落冲刷地表,径流量受降雨的影响也较大。年降雨量和不同的水土保持措施对各径流小区的年径流量均有显著影响。而7,11号径流小区年径流量与年降雨量呈负相关可能也是与径流小区植物的种类和生长有关系。

2.4年土壤流失量与年径流量的关系

2014-2018年,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12号个径流小区的年土壤流失量与年径流量对应的相关系数分别为0.85,0.89,0.02,0.68,0.86,0.75,0.99,0.91,0.83,0.83,0.99,0.87,各径流小区的年土壤流失量与年径流量均呈正相关关系,即年径流量越大,年土壤流失量越大。

空白对照的2个径流小区(1,2号),2号径流小区(每年松耕)的平均年土壤流失量明显较大(145.39t/hm2),比1号径流小区(60.60t/hm2)大139.93%,但2号径流小区平均年径流量(48.06m3)却比1号径流小区(64.13m3)小25.05%。这主要是因为1号径流小区无松耕,土壤较紧实,土壤入渗率较低,而2号径流小区每年松耕,土层较松,土壤入渗率较高,所以2号径流小区年土壤流失量比1号径流小区大,年径流量比1号径流小区小。

3、结论

通过对福建省长汀县2014-2018年水土保持科教园12个径流小区的土壤流失量和径流量的观测数据分析,不同土地利用方式、不同水土保持措施的径流小区土壤流失量、径流量特征不同。年降雨量对各径流小区的年土壤流失量影响不显著,不同的水土保持措施对径流小区的年土壤流失量影响显著。年降雨量和不同的水土保持措施对各径流小区的年径流量影响均为显著。年土壤流失量与年降雨量的相关系数、年径流量与年降雨量的相关系数均与水土保持措施及径流小区植物的种类和生长有关系。各径流小区的年土壤流失量与年径流量均呈正相关关系,即年径流量越大,年土壤流失量越大。

长汀县水土保持科教园12个径流小区中,未利用地由于没有植被覆盖和坡地工程拦蓄,年土壤流失量与年径流量均较大,有灌草覆盖的果园、林地的年土壤流失量与年径流量均较小。说明植物措施和工程措施对防治水土流失的重要性。乔灌草混交的水土流失防治效果良好,可以形成稳定的生态环境,多层面拦截降水,有效防止土壤溅蚀,分散、阻缓径流,达到最佳的水土保持效果。有关植物种类的配置和工程措施,针对不同的地类采用合理的植物配置和工程措施有待进一步探讨。

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