刘建波

(丹东市宽甸县水利局，辽宁 丹东 118200)

水土流失不仅会减少土层厚度，造成土壤肥沃力和有机质的流失，而且在强降雨或暴雨冲刷作用下可彻底丧失土壤功能，使得土壤逐渐沙漠化，并进一步降低土壤生产力，对区域农业发展和生态环境构成严重威胁。鸭绿江位于中国与朝鲜交界处，流域范围内地势跌宕起伏，大小支流纵横交错。受地形与气候影响降雨量较为集中，土壤水力侵蚀较为严重，加之不合理的土地利用和频繁的农业活动，进一步加速了土壤的侵蚀并使得该区域水土流失状况更加严峻。因鸭绿江区域水土流失较为严重，对流域附近生态环境造成不利影响，该区域被列为水土保持重点防治区，对鸭绿江流域综合治理的研究分析，对于改善该流域生态环境并促进区域经济持续健康发展具有重要意义[1- 4]。

针对小流域土壤流失与土地利用方式、水土保持生态工程与治理措施效益以及经济服务价值的相关研究，国内外学者从多个角度进行了深入分析，但是大部分研究主要集中在特定的一个大的或几个小流域的分析，在此条件下基本能够反映该流域水土保持的实际状况，但是并不能真实反映该区域的整体情况，并且可对比性相对较低；在研究大区域整体状况时未考虑各小流域之间的差异性，并不能准确反映水保措施的真实效益[5- 9]。据此，本文以鸭绿江流域范围内各小流域为例，探讨分析了不同小流域之间的土壤侵蚀特征，以期为各小流域水土保持治理和生态环境保护提供理论依据。

1 多元归回模型

1.1 区域概况

研究区域主要包括鸭绿江流域的爱河、蒲石河、安平河等小流域，该区域冬季寒冷多风、夏季温暖多雨，属于湿润性温带季风气候区域；径流区域降雨充沛，年降水量在1100mm以上，其中每年的6—9月份占全年降雨量的60%以上。流域内气候凉湿，植被覆盖率较低，下游区域植被以栎林为主，其他区域主要是以枫桦、红松为主的针阔叶混交林。沿江可耕地面积8.9万hm2，主要农作物类型有水稻、大麦、小米、大豆，土壤有机质含量较低且土质疏松，在水力和风力侵蚀作用下极易被溶蚀，土壤抗冲刷能力较差。

1.2 数据来源

本研究以鸭绿江小流域竣工验收报告为主要数据来源，根据现场实地调研研究分析对初始数据进行完善，基于SPSS相关性分析软件以及聚类分析、回归分析法，对该区域爱河、蒲石河、安平河、浑江等小流域的土壤侵蚀特征进行分析。以不同土地利用方式将鸭绿江各小流域聚类划分为不同类型，对各小流域土壤侵蚀量和侵蚀来源之间的差异利用方差分析法进行表征，在此基础上建立以用地面积和土壤侵蚀量为自变量与因变量的多元线性归回方程，对比分析各小流域之间的土壤侵蚀特征[10]。

1.3 建立模型

利用无截距模型分析各用地类型时，因土壤侵蚀与每个变量的关系数存在一定差异，并且用地面积对土壤侵蚀贡献率不同，因此对土壤侵蚀量贡献较大且显著性低于0.05的自变量可利用线性回归法移入模型，并在模型中移除显著性水平大于0.1自变量。在模型中除去影响土壤流失不大的参数，并保留主要影响因子，所建立的模型如下：

Y=b1X1+b2X2++biXi

(1)

式中，Y—小流域年土壤侵蚀量，t/a；Xi、bi—不同用地类型的土地面积和侵蚀模数；i—不同土地利用方式，其值为1～12。

2 结果分析

2.1 土地利用方式聚类分析

将各小流域土地利用方式按照竣工验收细则进行划分，主要包括梯田、草地、荒地、坡耕地、水域等12种类型，然后根据不同类型面积占比聚类划分为4大类，各类型土地面积占比与侵蚀量数据统计结果见表1。

表1 土地类型面积占比及侵蚀量

由表1聚类分析结果可以看出，第1类小流域属于为农田-林地型，其中水田、梯田和坡耕地面积分别占流域面积的23.86%、12.57%和14.33%，这3类土地利用方式共占50.76%；第2类小流域属于林地-农田型，其中有林地、灌木林、疏幼林、经果林占比分别为29.14%、7.02%、8.61%、11.52%，总占比为56.29%，而农田面积总占比32.51%；第3类小流域属于典型的林地型，其中有林地占比为52.16%，明显大于其他利用方式；第4类小流域属于林草型，其中林草地总占比为57.21%，相对于其他类型该流域的草地、灌木林占比明显较大。草地面积占比在4个不同流域类型中的变化较大，位于0.36%～18.61%范围。

2.2 土壤侵蚀特征分析

水力侵蚀为鸭绿江流域土壤侵蚀的主要类型，根据该流域土壤侵蚀实际状况并结合已有研究资料可将水力侵蚀划分为不同等级，结果见表2。

表2 水力侵蚀划分等级

然后根据不同类型流域面积和土壤流失量分别建立水田、梯田、坡耕地等12种土地类型的逐步回归方程，其中第1、2、3、4类小流域的土壤侵蚀量选取指标Yj表示，则其表达式为：

Y1= 2172.656X3+1136.175X4+5218.612X5+

867.260X6+12638.912X9

(2)

式中，Y1—第1类农田-林地型小流域土壤侵蚀量，t/a；X3、X4、X5、X6、X9—分别为坡耕地、有林地、灌木林、疏幼林和荒地面积。

其他土地利用类型对侵蚀量的贡献率较小并且显著性低于0.05，因此可根据回归方程约束条件在模型中进行剔除，即不考虑对土壤侵蚀影响较小的类型。根据上式回归方程可以看出，在第1类小流域中荒地具有极强烈的土壤侵蚀作用，其侵蚀模数为12638.912，其次为灌木林其侵蚀模数为5218.612处于强烈侵蚀程度。结合该区域土地利用实际情况可知，荒坡和荒山为主要荒地类型，该区域的土壤肥沃力较差、林草覆盖率较低、抗水力侵蚀作用较弱，地表裸露并且土壤侵蚀较为严重，因此相对于其他土地利用其侵蚀模数最大。但是荒地面积占比相对于其他类型较小，仅为0.15%。疏幼林、有林地和坡耕地等类型的侵蚀模数分别为867.260、1136.175、2172.656t/(km2·a)，均处于500～2500t/(km2·a)范围属于轻度侵蚀。通过对土地面积和相应的土壤侵蚀模数的乘积计算可分别得到不同土地类型的侵蚀量，由此表明X3、X4、X5、X6、X9的5种土地利用方式的土壤侵蚀量之比为5∶2∶1.8∶1.2∶0.2，因此可认为坡耕地水土流失是造成第1类小流域土壤其实的主要来源。

Y2= 1725.625X2+2668.870X3+ 2248.542X7；R2=0.831

(3)

式中，Y2—第1类林地-农田型小流域土壤侵蚀量，t/a；X2、X3、X7—分别为梯田、坡耕地、经果林面积。

根据式(3)可知，在第2类小流域中坡耕地具有中度土壤侵蚀作用其侵蚀模数为2668.870t/(m2·a)其次为经果林和梯田相应的侵蚀模数分别为1725.625、2248.542t/(m2·a)于轻度侵蚀。由于部分坡耕地在人工措施下转化为梯田，并且转化而来的梯田往往以粮食作物种植为主，因此土地受农业翻耕作用较为明显，再加上因技术缺乏和监管不到位等，部分梯田的水保效果并不明显，其稳定性胶擦，因此在水力作用和降水条件下仍会产生土壤侵蚀。X2、X3、X7土地利用的土壤侵蚀量之比为2∶3∶5，由此表明林果地是引起第2类小流域水土流失的主要来源，其次为梯田和坡耕地，并且二者的相差不大。

Y3= 5615.326X3+504.178X4+ 1372.842X8；R2=0.886

(4)

式中，Y3—第3类林地型小流域土壤侵蚀量，t/a；X3、X4、X8—分别为坡耕地、有林地和草地面积。

根据式(4)可知，坡耕地、有林地和草地为第3类小流域土壤侵蚀的主要影响因素，其中坡耕地为强度土壤侵蚀作用，其侵蚀模数为5615.326t/(km2·a)，草地和有林地分别为504.178、1372.842t/(km2·a)，属于轻度侵蚀。X3、X4、X8土地利用的土壤侵蚀量之比为3.2∶5∶1.8，由此表明林地是引起第3类小流域水土流失的主要来源。

Y4= 4825.715X3+1508.725X6+471.640X7+

1086.652X8；R2=0.981

(5)

式中，Y4—第4类林草型小流域土壤侵蚀量，t/a；X3、X6、X7、X8—分别为坡耕地、疏幼林、经果林和草地面积。

根据式(5)可知，坡耕地为中度土壤侵蚀作用其侵蚀模数为4825.715t/(km2·a)，疏幼林和草地分别为1508.725、1086.652t/(km2·a)，属于轻度侵蚀，而经果林属于微弱侵蚀其侵蚀模数为471.640。X3、X6、X7、X8土地利用的土壤侵蚀量之比为3.6∶2.4∶0.8∶3.2，由此表明坡耕地是引起第4类小流域水土流失的主要来源。

对比分析4种不同流域土壤侵蚀特征可知，坡耕地对各小流域的水土流失影响作用最为明显，其原因可能与坡耕地分布在平原与低山丘陵区交界处，地面结构高低不平，蓄水保土能力较低并且存在农业耕作活动，在水力侵蚀作用下土壤结构极易被破坏并成为水土流失的主要来源。坡耕地在第1、2类的侵蚀模糊相对较小，而在其他类型小流域均属于中度及以上侵蚀强度，这可能与小流域坡度及其样本量相关，在较大坡度地面的坡耕地极易出现水土流失，通过人工治理措施部分流域的草地或林地得到恢复。

在第4类林草型小流域范围内各土地利用方式的侵蚀模数均处于较低范围，侵蚀强度在轻度及以下，其原因为土地上的植被在降雨作用下起到保护作用，可拦蓄一定的降雨径流，林地的枯枝落叶较厚，郁闭度大并且根系发达，具有固结土壤的作用，并改良土壤结构增大土壤有机质含量。而第2类林地型小流域虽然林地侵蚀模数较小，但有林地面积比例相对较高。经果林和疏林果也具有一定的固土蓄沙作用。在第3、4类小流域草地对土壤侵蚀发挥一定的负向作用，其原因可能为该类型小流域草地面积相对较大，并且部分草地是通过坡耕地的改造而成，在此条件下草地的保水固土作用较差，这也是引起该类型小流域土壤侵蚀的主要因素之一[11- 13]。

3 结语

本文根据不同的土地利用方式和占地面积将鸭绿江各小流域划分为4种主要类型，通过建立多元线性回归方程分析了12种土壤类型的侵蚀特征，得出的主要结论如下。

(1)在第1类小流域中荒地具有极强烈的土壤侵蚀作用，其侵蚀模数为12638.912t/(km2·a)，其次为灌木林其侵蚀模数为5218.612t/(km2·a)，属于强烈侵蚀。X3、X4、X5、X6、X9的5种土地利用方式的土壤侵蚀量之比为5∶2∶1.8∶1.2∶0.2，因此可认为坡耕地水土流失是造成第1类小流域土壤其实的主要来源。

(2)在第2类小流域中坡耕地具有中度土壤侵蚀作用，其侵蚀模数为2668.870t/(km2·a)，其次为经果林和梯田相应的侵蚀模数分别为1725.625、2248.542t/(km2·a)，属于轻度侵蚀；X3、X4、X5、X6、X9的5种土地利用方式的土壤侵蚀量之比为5∶2∶1.8∶1.2∶0.2，因此可认为坡耕地水土流失是造成第2类小流域土壤其实的主要来源。

(3)耕地、有林地和草地为第3类小流域土壤侵蚀的主要影响因素，其中坡耕地为强度土壤侵蚀作用，其侵蚀模数为5615.326t/(km2·a)，草地和有林地分别为504.178、1372.842t/(km2·a)，属于轻度侵蚀；林地是引起第3类小流域水土流失的主要来源。

(4)坡耕地为中度土壤侵蚀作用其侵蚀模数为4825.715t/(km2·a)，疏幼林和草地分别为1508.725、1086.652t/(km2·a)，属于轻度侵蚀，而经果林属于微弱侵蚀，其侵蚀模数为471.640。X3、X6、X7、X8土地利用的土壤侵蚀量之比为3.6∶2.4∶0.8∶3.2，由此表明坡耕地是引起第4类小流域水土流失的主要来源。