土壤水蝕的估計和預(yù)測

1、土壤水蝕的估計和預(yù)測 土壤侵蝕量的計算是定量評價土壤侵蝕水平的依據(jù)，它是了解和評估侵蝕環(huán)境影響的重要基礎(chǔ)。不同的討論者提出了不同的土壤侵蝕估量模型，但應(yīng)用最為廣泛的是wischmeier等(1978)提出的通用土壤流失方程(usle)。20世紀(jì)90年月提出的wepp(water erosion prediction project) (laflen et al. 1991)也應(yīng)用比較普遍。土壤侵蝕模型辦法的主要任務(wù)是土壤侵蝕因子的參數(shù)化和定量化。 (一)lisle lisle全面地表達了土壤水蝕的影響因子和流失量計算辦法(主要針對溝間侵蝕)： arklscp (9-3) 式中，a代表侵蝕量t/

2、(hm2·a);r代表降雨因子；k代表土壤可蝕性因子；c代表地表籠罩因子；p代表人為管理措施；ls則是坡長一坡度復(fù)合因子。通用土壤流失方程中的侵蝕因子都是變量，即使是土壤可蝕性因子k也不是固定不變的。 通用土壤流失方程是在特定的自然背景和土地利用條件下進展起來的土壤侵蝕預(yù)測模型，它以標(biāo)準(zhǔn)侵蝕小區(qū)的侵蝕量為計算基礎(chǔ)。標(biāo)準(zhǔn)侵蝕小區(qū)是長度為22.13 m，寬1.83 m,坡度為9，無植被籠罩的延續(xù)耕翻休閑地。理論上在其他任何條件下，全部參數(shù)都必需按照實際狀況測定，才有可能計算土壤侵蝕量。事實上，方程中的一些參數(shù)可以按照其他簡單獲得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到。 (1) r因子 r因子反映了降雨能量對侵蝕

3、的影響0按照wischmeier等(1978)，估量降雨侵蝕指數(shù)的最佳辦法是每年中降雨大事的最大30分鐘雨強(e130)，然后計算前22年的平均值。但即使如此，每次降雨大事的具體記錄仍然不簡單得到，通常比較簡單獲得的是月平均數(shù)據(jù)。bergsma(1981)和lal(1990)綜述了應(yīng)用這些粗略數(shù)據(jù)計算降雨侵蝕指數(shù)的閱歷公式。bols提出了如下模型(van den berg1992)： rbals,i=apbi·dci·pdmax,i (9-4) 式中，rbots,i為估量的各月r因子；pi各月平均降雨；di各月降雨天數(shù)；pmax,i 各月最大24 h雨量；a、b、c、d是適

4、合各地的閱歷常數(shù)。該閱歷公式是在熱帶地區(qū)建立起來的，適合熱帶、亞熱帶地區(qū)的應(yīng)用。 固然還有其他無數(shù)閱歷公式，但這些計算事實上都是一種近似估量，只能在降雨觀測數(shù)據(jù)缺乏時用來容易地估算。sweap(van den berg1992)就是利用這些閱歷公式來估量降雨侵蝕因子，進而計算區(qū)域土壤侵蝕量。 (2) k因子 k是表征土壤自身抵擋侵蝕能力的一個因子，即土壤性質(zhì)對侵蝕強度的影響，它與土壤結(jié)構(gòu)的種類、強度和土壤孔隙情況等疏遠(yuǎn)相關(guān)。前已述及，土壤可蝕性因子也并十分?jǐn)?shù)，它的測定通常是在標(biāo)準(zhǔn)侵蝕小區(qū)上通過觀測泥沙總量計算得到，單位是t/(hm2·a·ru) (ru為標(biāo)準(zhǔn)單元)。 同樣由

5、于測定上的困難，k因子的獲得通常也是在討論土壤屬性與可侵蝕性關(guān)系的基礎(chǔ)上舉行閱歷估算 wischmeier等(1978)提供了一個查找土壤可蝕性的“諾莫圖”(nomograph)，其計算公式為： 100k2.24·2.1·10-4·(siltvfsa)1.14·(12-om) 3.25·(b-2)+2.5·(c-3) (9-5) 式中，(siltvfsa)為土壤粉粒與極細(xì)砂粒含量之和，om為土壤有機質(zhì)含量，b為土壤結(jié)構(gòu)類型代碼，c為剖面滲透性等級。 在地表存在礫石、巖石或其他較粗成分時，因為這些物質(zhì)的庇護效果對土壤侵蝕量產(chǎn)生影響，上述

6、辦法所得到的k值可能需要進一步的校正(soil conservation service 1980)。 (3) ls因子 ls因子是土壤所處位置的坡度和坡長復(fù)合因子，目前有多個關(guān)于該因子的估量辦法，它們之間的差別不大，惟獨在坡度極緩( 1)或者極陡( 20)時才有顯然不同的計算結(jié)果。wischmeie：等(1978)所提供的計算公式為： ls(l/22.1)(65.41sin2q4.56sin q0.065) (9-6) 式中，l是坡長；q為坡度(百分比)。改良的通用流失方程(rusle)作了一些修正，將坡度在9以上或者以下的狀況分離計算(renard et al. 1991): ls(l/2

7、2.1)(10.8sin q0.03) q9 (9-7) ls= (l/22.1) (16.8sin q-0.50)q 9 (9-8) (4) c因子 c因子反映了作物的栽培管理對土壤侵蝕的影響。c因子與土地利用情況疏遠(yuǎn)相關(guān)，不同的植被類型和籠罩程度的c值有很大的差別。標(biāo)準(zhǔn)狀況下(無籠罩)c值為1，所以實際條件下普通c值小于1，在徹低土壤庇護的狀況下c值為0，此時不認(rèn)為有侵蝕產(chǎn)生。在一年生作物生長過程中，由于葉面積在不斷變幻，所以c值也是變幻的。在具有植物殘體籠罩的狀況下，地表籠罩度的大小也挺直影響c值的凹凸。sweap (van den berg1992)提供了不同作物類型和生長久狀況下c值

8、的參照表，作為侵蝕量計算的估量值。 (5)p因子 p因子反映了水土保持措施對侵蝕的影響。按照不同的侵蝕控制措施取值，在沒有耕作的休閑坡地p值為1，在條帶耕作、等高耕作和梯田等狀況下，p值不同程度地降低。wischmeier等(1978)提供了不同管理措施條件下p值的閱歷數(shù)值，可以用于侵蝕量的估量。 在lisle中的全部變量被計算以后，可以利用它計算特定條件下泥沙的產(chǎn)量，也可以進一步計算所攜帶的營養(yǎng)和其他污染物負(fù)荷。基于通用流失方程的比較討論還可以確定不同條件下侵蝕因子的貢獻，從而了解不同條件下侵蝕產(chǎn)生的主要因子，為降低侵蝕，實現(xiàn)可持續(xù)的土壤(土地)管理提供明確的方向。 (二)wepp 除lisle以外，其他土壤侵蝕量的估量模型，如wepp (water erosion predictionproject) (laflen et al. 1991)，也是一個重要的侵蝕估量模型，它可以計算每次降雨大事的土壤侵蝕量： dikivisfadj (9-9) 式中，di 是溝間剝離速率kg/(m2·s)；ki是溝間可蝕性(kg·s/m4)；v