江淼华，谢锦升，王维明，黄荣珍，杨玉盛

(1.湿润亚热带山地生态省部共建国家重点实验室培育基地，350007，福州;2.闽江学院地理科学系，350108，福州;3.福建省水土保持实验站，350003，福州;4.南昌工程学院生态环境系，330099，南昌)

闽北不同土地利用方式与不同降雨强度对水土流失的影响

江淼华1，2，谢锦升1†，王维明3，黄荣珍4，杨玉盛1

(1.湿润亚热带山地生态省部共建国家重点实验室培育基地，350007，福州;2.闽江学院地理科学系，350108，福州;3.福建省水土保持实验站，350003，福州;4.南昌工程学院生态环境系，330099，南昌)

运用径流小区法研究闽北不同土地利用方式与不同降雨强度对水土流失的影响。结果表明:1)不同土地利用方式年均径流量的大小顺序为裸露地＞柑橘园＞锥栗林＞杉木林，年均土壤流失量的大小顺序为裸露地＞锥栗林＞柑橘园＞杉木林;2)降雨强度对土壤流失量的影响高于对径流量的影响，不同土地利用方式的径流量及土壤流失量与各降雨强度指标呈显著性幂函数关系，但各指标的拟合相关程度不同;3)裸露地(对照)土壤流失量与I10的相关性最高，锥栗林的土壤流失量与I30和I60的相关性最好，柑橘园的土壤流失量与I30的相关性最好，而杉木林的土壤流失量与降雨强度的相关性极弱;4)裸露地、锥栗林和柑橘园的径流量与I60和I30的相关性较好，杉木林的径流量与降雨强度的相关性极弱;5)各土地利用方式的径流量和土壤流失量与Iave的相关性均很弱。

水土流失;降雨强度;土地利用方式;闽北

降雨是我国南方土壤侵蚀的主要驱动力，土地利用和土地覆被变化是引起水土流失的主要原因［1］。土地利用通过改变坡面下垫面特性，使得坡面的蒸发、下渗甚至降水等特性发生变化，从而影响了坡面的产流、产沙过程。研究结果［2］表明，在其他条件相似时，不同土地利用方式对水土流失的影响存在显著差异。我国南方地貌以山地丘陵为主，毁林开荒种植经济林或果园是目前山区常见的农业活动，这些坡面土地利用方式在人为干扰作用下水土流失严重，已成为近年来南方水土流失的重要组成部分。目前，国内对坡耕地水土流失的研究较多，对其他土地利用方式水土流失特征的研究甚少［3－5］，并且大多为由耕作措施引起的水土流失差异的研究，而对土地利用方式与降雨因子对水土流失的影响方面的研究还有欠缺，尤其是对我国南方不同土地利用方式水土流失与降雨强度的关系方面的研究仍不足。降雨特性与土壤侵蚀的程度、分布规律、发生频率等特征都存在着极为密切的关系，而降雨强度是决定土壤侵蚀的关键因素［2］。南方降雨以短历时高强度的降雨占多数［6］，降雨强度影响土壤流失的关键是强大的雨滴打击力对土壤的分散作用，缺乏覆盖的易蚀土壤最易受降雨强度的影响，短历时的强降雨分散了土壤，即使以后降雨强度降低，只要产生地表径流，也很容易输送已经被分散的土壤，形成高强度的水土流失。许多学者在研究土壤流失量与降雨强度的关系时，多采用次降雨的平均降雨强度进行分析，而有研究［7］表明，土壤流失量与平均降雨强度的相关性不显著。天然降雨过程复杂，次降雨的平均降雨强度不能确切地表征降雨特点，深入研究次降雨最大10 min降雨强度(I10)、最大30 min降雨强度(I30)和最大60 min降雨强度(I60)与水土流失量的关系，将有助于揭示降雨强度对水土流失的影响规律;因此，笔者基于南方的降雨特点，通过探讨不同土地利用方式与不同降雨强度对坡地水土流失的影响，为我国南方坡面土地利用提出有效的保护措施及合理的利用方式。

1 研究区概况

试验地为福建省水土保持科教基地，位于闽江上游的建瓯市东门牛坑垅(E 117°45＇58″～118°57＇11″，N 26°38＇54″～ 27°20＇26″)，年均降水量约 1 670 mm，土壤为白垩纪钙质、泥质砂砾岩发育的山地红壤。试验以裸露地为对照，杉木(Cunninghamia lanceolata)林地、锥栗(Castanea henryi)林地、柑橘(Citrus reticulata)园为研究对象，试验地表层土壤基本理化性质见表1。

表1 表层(0～20 cm)土壤基本理化性质Tab．1 Physical and chemical properties of topsoil(0 －20 cm)of different land uses

各土地利用方式基本情况为:1)杉木林地:坡度23.5°，杉木郁闭度0.8，林下植被盖度约为95%，林下枯枝落叶层现存量为4.04 t/hm2;2)锥栗林地:坡度20.0°，锥栗郁闭度0.6，顺坡鱼鳞坑种植，种植密度为 600株/hm2，刈草留茬;3)柑橘园:坡度15.0°，柑橘郁闭度0.6，水平梯田种植，种植密度为833株/hm2，定期施肥，除草;4)裸露地(对照):坡度15.0°，割除杂草，保持地表裸露。

2 研究方法

2.1 径流小区观测

在杉木林地、锥栗林地、柑橘园和裸露地试验地中选取坡面布设矩形径流小区，其中杉木林地和锥栗林地小区水平投影面积为20 m×10 m，柑橘园和裸露地小区水平投影面积为20 m×5 m，长边为顺坡方向。径流小区四周设截水墙，上方及两侧设截流沟和排水沟，下端设梯形集水槽，集水槽下设集流池，距集流池底1 m处安装9个分流孔。每次降雨通过试验地的气象观测场记录降雨过程，从集流池及分流池内观测径流量及土壤流失量［6］。

2.2 数据处理

从2001、2002年2年观测期内选取对不同土地利用方式有引起土壤流失的降雨场次，其中杉木林63次、锥栗林77次、柑橘园80次、裸露地91次，观测每次降雨对应的各径流小区的径流量(P)与土壤流失量(M)数据，根据每次降雨记录计算最大10 min降雨强度(I10)、最大30 min降雨强度(I30)、最大60 min降雨强度(I60)和平均降雨强度(Iave)。用Origin软件对不同土地利用方式产生的水土流失量(即径流量和土壤流失量)与各种降雨强度进行回归分析，并在α＜0.01的水平上进行显著性检验。

3 结果与分析

3.1 不同土地利用方式对水土流失的影响

不同土地利用方式年均水土流失量见表2。可以看出:在2年观测期内，不同土地利用方式年均径流量的大小顺序为裸露地＞柑橘园＞锥栗林＞杉木林，可知裸露地的年均径流量是其他土地利用方式的11～21倍，柑橘园的年均径流量是杉木林的1.85倍，锥栗林的年均径流量是杉木林的1.40倍;不同土地利用方式年均土壤流失量的大小顺序为裸露地＞锥栗林＞柑橘园＞杉木林，可知裸露地的年均土壤流失量是其他土地利用方式的247～1 539倍，柑橘园的年均土壤流失量是杉木林的3.24倍，锥栗林的年均土壤流失量是杉木林的6.24倍。锥栗林的年均径流量略低于柑橘园，而年均土壤流失量接近柑橘园的2倍。

表2 不同土地利用方式年均水土流失量Tab．2 Amount of annual soil and water loss of different land uses

3.2 不同降雨强度对水土流失的影响

为了更好地研究降雨强度对水土流失的影响，从观测数据中选取3组降雨量相近但降雨强度不同的降雨数据，观察不同土地利用方式的土壤流失量和径流量随降雨强度的增加比例。

相近降雨量不同降雨强度时不同土地利用方式的水土流失量见表3。可以看出，相近降雨量条件下不同土地利用方式的土壤流失量随着降雨强度的增大而增加，其中裸露地的土壤流失量增加最快。以裸露地Iave作为参照，3次降雨中Iave的增加比例约为1∶3∶12。随着降雨强度的增大，裸露地土壤流失量的增加比例约为1∶45∶317，柑橘园的土壤流失量增加比例约为1∶23∶33，锥栗林的土壤流失量增加比例约为1∶29∶32，杉木林仅在2次降雨中产生土壤流失，其土壤流失量的增加比例约为1∶9。

表3 相近降雨量不同降雨强度时不同土地利用方式的水土流失量Tab．3 Soil and water loss of different land uses with the almost same rainfall amount and different rainfall intensities

从表3中还可以看出，相近降雨量条件下不同土地利用方式的径流量也随着降雨强度的增大而增加，但增加的幅度相对较小。3次降雨中，随着降雨强度的增大，裸露地的径流量增加比例约为1∶8∶18，柑橘园的径流量增加比例约为1∶1∶1，锥栗林的径流量增加比例约为1∶1∶2，杉木林也仅在2次降雨中产生径流，其径流量的增加比例约为1∶1。

由以上分析得出:随着降雨强度的增大，杉木林、锥栗林和柑橘园的水土流失量的增加速度远小于裸露地，并且不同土地利用方式的径流量的增加速度均远小于其土壤流失量。

3.3 不土地利用方式水土流失量与不同降雨强度的回归分析

不同土地利用方式水土流失量与不同降雨强度指标的幂函数回归分析结果见表4。可见，不同土地利用方式水土流失量与各降雨强度指标均呈显著性幂函数相关，但各指标的拟合相关程度不同。

裸露地、柑橘园和锥栗林不同降雨强度的径流量均表现为PI60＞PI30＞PI10＞PIave(PI60、PI30、PI10、PIave分别表示降雨强度为I60、I30、I10和Iave时的径流量，mm)。其中:裸露地用PI60和PI30约可以解释径流量的44%和41%，PI10和PIave约能解释27%和9%;柑橘园用PI60和PI30约可以解释径流量的22%和18%，PI10仅能解释6%左右，PIave无法用来解释;锥栗林用PI60和PI30约可以解释径流量的35%和33%，PI10可以解释16%左右，PIave只能解释不到1%;杉木林的径流量无法用降雨强度来解释。

土壤流失量与不同降雨强度的关系较为复杂:裸露地不同降雨强度的土壤流失量表现为MI10＞MI30＞MI60＞MIave(MI10、MI30、MI60、MIave分别表示降雨强度为I10、I30、I60和Iave时的土壤流失量，kg/hm2)，其中，MI10约可以解释土壤流失量的59%，MI30约能解释39%，MI60约能解释29%，MIave约能解释23%;柑橘园不同降雨强度的土壤流失量表现为MI30＞MI10＞MI60＞MIave，其中，MI30约能解释土壤流失量的34% ，MI10约能解释30% ，MI60约能解释27% ，MIave仅能解释1%左右;锥栗林不同降雨强度的土壤流失量表现为MI30＞MI60＞MI10＞MIave，其中，MI30和MI60约可以解释土壤流失量的51%和48%，MI10约可以解释34%，MIave最多仅能解释7%;杉木林的土壤流失量亦无法用降雨强度来解释。

表4 不同土地利用方式水土流失量与降雨强度的幂函数回归分析结果Tab．4 Regression analysis of power function of rainfall intensities and soil and water loss under different land uses

综合以上分析:裸露地的土壤流失量与I10的相关性最高，锥栗林的土壤流失量与I30和I60的相关性最好，柑橘园的土壤流失量与I30的相关性最好，裸露地、锥栗林和柑橘园的径流量与I60和I30的相关性较好，杉木林的径流量和土壤流失量与各降雨强度指标的相关性均极弱，各土地利用方式的径流量和土壤流失量与Iave的相关性均很弱。

4 讨论

1)不同土地利用方式的水土流失量差异。不同土地利用方式形成不同的下垫面性状，由于地表植被、整地措施以及地形地势等不同，在降雨的作用下表现出不同的水土流失规律。本研究中，不同土地利用方式的年均径流量和土壤流失量均以裸露地最大，杉木林最小，锥栗林和柑橘园介于二者之间(表2)。这与不同土地利用方式的地表植被覆盖和人为干扰程度有关。裸露地虽然无人为干扰，但缺少地表植被覆盖，在降雨初期地表受雨滴击打，部分土粒被分离，以击溅跃移形式搬运，形成雨滴溅蚀，随着降雨的继续，伴随着地表径流的形成，产生细沟侵蚀，此时坡面侵蚀产沙量将增加几倍至几十倍。杉木林的郁闭度为0.8、林下植被盖度为95%、枯枝落叶现存量为4.04 t/hm2，无人为干扰，植被在降雨过程中通过截流、透流和干流3种形式对降雨进行再分配，综合地表枯枝落叶层的阻隔作用，减少了降雨对地面的击溅侵蚀，延缓了地表径流的形成，从而起到了良好的保水保土效果［8］。许多学者在不同的区域研究了不同土地利用方式的水土流失量，发现各种土地利用方式的水土流失量受植被影响显著，地表植被覆盖度越高其水土流失量越小［9－10］。蔡强国等［11］认为，陡坡的植被覆盖度大于75%时，可使其土壤流失量较裸坡减少95%，因此，在坡面土地利用过程中注意增加地表植被覆盖能起到良好的水土保持效果。

种植经济林和果园的土地利用方式造成的水土流失量要高于人工林。本研究中，锥栗林土地利用方式的径流量和土壤流失量分别是杉木林的1.40和6.24倍，柑橘园土地利用方式的径流量和土壤流失量分别是杉木林的1.85和3.24倍。这与经济林及柑橘园土地利用方式中人为的经营耕作有关。耕作方式也会影响水土流失，一般认为，人为耕作干扰越大，水土流失量越大。左长清等［12］对南方红壤坡地果园水土流失与不同耕作措施进行了研究，结果表明:水土流失量为裸露地＞果园清耕＞顺坡耕作＞横坡耕作，但是，在耕作坡面应用合理的生物及工程措施能起到良好的保持水土的效果。李明贵等［13］在黑土丘陵区的研究结果表明，良好的水平梯田耕作基本无水土流失现象。锥栗林和柑橘园虽然郁闭度均为0.6，但由于这2种土地利用方式的植被种类不同、耕作方式不同及坡度不同，水土流失量也存在差异。年均径流量以柑橘园更多，这可能与树种对降雨的截留再分配功能不同以及土壤性状的差异有关。坡度对水土流失会产生一定影响，但在有植被覆盖的土地利用上表现不显著［14－15］。因此，锥栗林的土壤流失量是柑橘园的2倍，这可能与柑橘园的水平梯田耕作有关。综上所述，在坡面土地利用过程中采取适当的耕作及工程措施，能有效防止水土流失。

2)不同土地利用方式水土流失量与降雨强度的关系。土地利用方式是影响水土流失的关键因素，降雨强度是降雨侵蚀力的主要影响因子。笔者的研究结果表明:不同土地利用方式的径流量及土壤流失量与不同降雨强度呈幂函数关系，相近降雨量条件下不同土地利用方式的水土流失量随着降雨强度的增大而增加，降雨强度对土壤流失量的影响高于对径流量的影响。一些学者在其他地区的研究结果与本结果相似。孙飞达等［16］在黄土丘陵区的研究结果表明，不同立地条件下径流量、侵蚀模数随降雨强度的增加而增加，并与降雨强度呈指数函数或者幂函数关系。李广等［2］研究了降雨强度与土地利用方式对黄土丘陵区水土流失的影响，结果认为:水土流失量与降雨强度呈幂函数显著正效应，降雨强度对土壤侵蚀的作用远大于径流。

然而，不同降雨强度与水土流失量的关系在不同的地区表现出不同的相关性。王万忠［17］、贾志军等［18］发现，黄土高原地区的降雨侵蚀力用I30与降雨动能的乘积计算效果最好。黄炎和等［19］、周伏健等［20］发现，I60对福建地区的土壤流失量影响显著。降雨强度与水土流失量的相关性不仅受地域条件的影响显著，而且在同一地区的不同土地利用方式之间也存在差别。如本研究中:I10与裸露地(对照)土壤流失量的相关性远高于其他降雨强度指标，锥栗林的土壤流失量与I30和I60相关性最好，柑橘园的土壤流失量与I30的相关性表现最好，而各降雨强度指标与杉木林的土壤流失量的相关性均极弱;I60和I30与裸露地、锥栗林和柑橘园3种土地利用方式的径流量的相关性均较好，各降雨强度指标与杉木林的径流量的相关性均极弱(表4)。这些相关性的差别与不同土地利用方式形成的下垫面性状有关，植被覆盖良好、未受人为干扰的杉木人工林(指观测期间)，受降雨强度影响小，即使是高强度的降雨也只产生较小的水土流失量，而随植被覆盖降低、人为对土壤干扰增加，水土流失量受降雨强度的影响增加，特别是裸地，即使降雨量较小，只要短历时的降雨强度大，水土流失量也很大。综合以上分析，笔者认为，南方山地综合开发中，大面积次生林和人工林被转变为经济林和果园，极易产生水土流失，特别是在高强度降雨下更为严重;因此，在山地土地利用过程中，要注重保护森林植被和减少对土壤的干扰，而对不同土地利用方式水土流失量的预测计算，应根据土地利用方式选择不同的因子指标。

5 结论

1)闽北坡地水土流失量受土地利用方式的影响显著，表现为裸露地的水土流失量最大，柑橘园和锥栗林土地利用方式的水土流失量次之，杉木人工林土地利用方式的水土流失量最小。

2)降雨强度对闽北不同土地利用方式土壤流失量的影响显著，对径流量的影响较小，相近降雨量条件下不同土地利用方式的土壤流失量均随着降雨强度的增加而增加，而增加的速率以裸露地最大，柑橘园和锥栗林次之，杉木人工林最小。

3)闽北不同土地利用方式的水土流失量与各降雨强度指标的相关性表现不同，植被覆盖度越高、人为干扰越弱的土地利用方式其相关性越小。不同土地利用方式水土流失量与各降雨强度指标的回归分析表明，用平均降雨强度拟合的效果均不好，而用其他降雨强度指标拟合效果较好，表现为显著的幂函数关系。裸露地(对照)土壤流失量与I10的相关性最高，锥栗林的土壤流失量与I30和I60的相关性最好，柑橘园的土壤流失量与I30的相关性最好，裸露地、锥栗林和柑橘园的径流量与I60和I30的相关性较好，杉木林的径流量和土壤流失量与各降雨强度指标的相关性均极弱。

6 参考文献

［1］Zhao Wenwu，Fu Bojie，Meng Qinghua，et al.Effects of land－use pattern change on rainfall－runoff and runoff－sediment relations:a case study in Zichang watershed of the Loess Plateau of China［J］.Journal of Environmental Sciences，2004，16(3):436－442

［2］李广，黄高宝.雨强和土地利用方式对黄土丘陵区水土流失的影响［J］.农业工程学报，2009，25(11):85－90

［3］黄毅斌，罗旭辉，郑仲登，等.垦植方式对山地果园水土流失的影响［J］.中国水土保持科学，2009，7(3):30－34

［4］赵龙山，宋向阳，梁心蓝，等.黄土坡耕地耕作方式不同时微地形分布特征及水土保持效应［J］.中国水土保持科学，2011，9(2):64－70

［5］陈婷，杨泽贵，杜伟明，等.不同土地利用方式的水土流失特征研究［J］.陕西农业科学，2009(3):99－101

［6］江淼华，谢锦升，王维明.闽北不同土地利用方式水土流失与降雨历时的关系研究［J］.南昌工程学院学报，2011，30(4):6－10

［7］江东，卢喜平，蒋光毅，等.降雨因素对紫色土坡地土壤侵蚀影响的试验研究［J］.西南大学学报:自然科学版，2009，31(1):140－144

［8］杜紫贤，韩永刚，谢锦升.木荷与杉木人工林林冠截留初步探讨［J］.亚热带水土保持，2007，19(2):5－9

［9］游珍，李占斌，蒋庆丰.植被对降雨的再分配分析［J］.中国水土保持科学，2003，1(3):102－105

［10］Smets T，Poesen J，Knapen A.Spatial scale effects on the effectiveness of organic mulches in reducing soil erosion by water［J］.Earth－Science Reviews，2008，89(1－2):1－12

［11］蔡强国，王贵平，陈永宗.黄土高原小流域侵蚀产沙过程与模拟［M］.北京:科学出版社，1998:107－128

［12］左长清，马良.红壤坡地果园不同耕作措施的水土保持效应研究［J］.水土保持学报，2004，18(3):12－15

［13］李明贵，李明品.呼盟黑土丘陵区不同土地利用水土流失特征研究［J］.中国水土保持，2000(10):23－25

［14］黄志霖，傅伯杰，陈利顶.黄土丘陵区不同坡度、土地利用类型与降水变化的水土流失分异［J］.中国水土保持科学，2005，3(4):11－18

［15］张会茹，郑粉莉.不同降雨强度下地面坡度对红壤坡面土壤侵蚀过程的影响［J］.水土保持学报，2011，25(3):40－43

［16］孙飞达，王立，龙瑞军，等.黄土丘陵区不同降雨强度对农地土壤侵蚀的影响［J］.水土保持研究，2007，14(2):16－18

［17］王万忠.黄土地区降雨侵蚀力R指标的研究［J］.中国水土保持，1987(12):34－40

［18］贾志军，王小平，李俊义.晋西黄土丘陵沟壑区降雨侵蚀力指标R值的确定［J］.中国水土保持，1987(6):18－20

［19］黄炎和，卢程隆，郑添发，等.闽东南降雨侵蚀力指标R值的研究［J］.水土保持学报，1992，6(4):1－5

［20］周伏健，黄炎和.福建省降雨侵蚀力指标R值［J］.水土保持学报，1995，9(1):13－18

Effects of different land uses and different rainfall intensities on soil and water loss in Northern Fujian Province

Jiang Miaohua1，2，Xie Jingsheng1，Wang Weiming3，Huang Rongzhen4，Yang Yusheng1

(1.State Key Laboratory Breeding Base of Humid Subtropical Mountain Ecology，350007，Fuzhou;2.Department of Geography，Minjiang University，350108，Fuzhou;3.Fujian Soil and Water Conservation Experimental Station，350003，Fuzhou;4.Department of Ecology ＆ Environment，Nanchang Institute of Technology，330099，Nanchang:China)

Effects of different land uses and different rainfall intensities on soil and water loss in Northern Fujian were studied based on the observation of runoff plot.The results indicated:1)Average annual runoff under different land uses were given as following descending order:bare land，Citrus reticulataplantation，Castanea henryiplantation andCunninghamia lanceolataplantation.Average annual soil loss decreased as the order of bare land，Castanea henryiplantation，Citrus reticulataplantation andCunninghamia lanceolataplantation.2)Relationship of runoff and soil loss with the rainfall intensity agreed with the power function.The present study indicated that effects of rainfall intensity on soil loss were greater than runoff.3)In bare land，soil loss significantly correlated with the maximum 10 minute rainfall intensity(I10).InCastanea henryiplantation，soil loss was most related with the maximum 30 minute rainfall intensity(I30)and the maximum 60 minute rainfall intensity(I60).InCitrus reticulataplantation，soil loss was most related with the maximum 30 minute rainfall intensity(I30).InCunninghamia lanceolataplantation，however，soil loss was almost not affected by rainfall intensity.4)Runoff inCastanea henryiplantation，Citrus reticulataplantation and bare land had good relationship with the maximum 60 minute rainfall intensity(I60)and maximum 30 minute rainfall intensity(I30)，but runoff inCunninghamia lanceolataplantation was not affected by rainfall intensity.5)The relationship between average rainfall intensity(Iave)and soil and water loss under different land use were very week.

soil and water loss;rainfall intensity;land use;Northern Fujian Province

2011－10－24

2012－02－24

福建省科技厅重点项目“南方红壤区水土流失地生物固碳技术研究”(2009Y0014);福建省自然科学基金“中亚热带绿色‘土壤水库’的研究”(D0010014)

江淼华(1978—)，男，博士研究生，讲师。主要研究方向:水土保持。E－mail:14924303@qq.com

†责任作者简介:谢锦升(1972—)，男，博士，副教授。主要研究方向:生态恢复与碳循环。E－mail:jshxie@163.com

(责任编辑:宋如华)