中国土壤可蚀性值及其估算
土壤侵蚀的估算方法
土壤侵蚀的估算方法数据处理流程作者：***时间：2011年10月11日北京天合数维科技有限公司目录（CONTENT）一、所需数据与参数 (3)1、所需数据 (3)2、所需中间参数 (3)2.1、水土保持因子P (3)2.2、地标覆盖因子C (3)2.3、地形因子LS (4)2.4、土壤可视性因子K (4)2.5、降水侵蚀因子R (4)3、所需参数 (5)3.1、潜在土壤侵蚀量Ap (5)3.2、现实土壤侵蚀量Ar (5)3.3、土壤保持量Ac (5)4、指标结果参数 (5)4.1、保护土壤肥力的经济效益Ef (6)4.2、减少土地废弃的经济效益Es (6)4.3、减轻泥沙淤积的经济效益En (6)二、处理流程 (7)1、DEM数据的处理 (8)1.1、坡长L (8)1.2、百分比坡度a (8)1.3、地形因子LS (9)2、气象数据 (9)2.1、月降雨量Pi的计算 (9)2.2、土壤侵蚀力指标R (10)3、土壤类型数据 (10)4、遥感影像数据 (10)5、土壤理性化数据 (11)三、所需参数的计算 (11)四、指标结果参数计算 (11)一、所需数据与参数在计算的过程中，总共涉及到的数据有地形数据、遥感影像数据、气象数据、土壤类型数据、土壤理性化数据以及统计数据，涉及到的中间参数有水土保持因子P，地标覆盖因子C，地形因子LS，土壤可视性因子K，降水侵蚀因子R，所需要的参数有潜在土壤侵蚀量Ap，现实土壤侵蚀量Ar，土壤保持量Ac，指标结果参数有保护土壤肥力的经济效益Ef，减少土地废弃的经济效益Es，减轻泥沙淤积的经济效益En。
1、所需数据在进行土壤侵蚀的估算过程中，需要以下数据：A、地形数据；B、遥感影像数据；C、气象数据，主要是降雨量数据；D、土壤类型数据；E、土壤理性化数据；F、统计数据。
2、所需中间参数在数据处理的过程中，所涉及到的中间参数与计算公式如下。
2.1、水土保持因子P按照游松财的方法，水田的P值取0.15，其他土地利用方式基本没有采取水土保持措施，因此取值为1.00。
河北省表层土壤可侵蚀性K值评估与分析
河北省表层土壤可侵蚀性K值评估与分析曹祥会;龙怀玉;雷秋良;张认连【摘要】利用河北土系调查成果中的土壤颗粒组成、土地利用及土壤化学性质等资料,利用EPIC模型中土壤可蚀性K值算法以及结合地统计学方法,研究了不同土壤类型、不同质地及不同土地利用类型的土壤可侵蚀性K值和土壤可侵蚀性K值的空间变异特征.结果表明:①河北土壤可侵蚀性K值平均为0.27,其变化范围为0.12 ～ 0.40,土壤可蚀性K值在0.30～ 0.35之间易蚀性土壤面积占总土地面积的63.71％,土壤可蚀性K值在0.25 ～ 0.3之间较易蚀性土壤面积占总土地面积的21.52％,这说明该省易蚀性土壤面积较大.②不同质地的K值之间显著性差异,粉砂黏壤质的可侵蚀性K值最大,为0.37;壤砂质的可侵蚀性K值最小,为0.13.而在不同的土地利用类型之间的K值差异性不显著,耕地的K值最大,为0.33;草地的K值最小,为0.22.③河北土壤可侵蚀性K值存在较强的变异性,其变异系数为29％.因此,在土壤侵蚀定量监测、评价水土流失时,应考虑土壤可蚀性K值的这种空间变异状况.块金值/基台值为37.3％,表明在变程内具有中等强度的空间相关性.步长为23 km,变程为440 km,变程远大于步长,表明在小流域尺度下有较好的空间相关性,进行Kriging插值能得到较准确的结果.④河北土壤可蚀性K值大体呈现南高北低的空间分布特征,南部主要是耕作栽培区,北部主要是自然植被区.该研究结果为宏观大尺度土壤资源可持续利用与制定水土保持规划提供科学依据.【期刊名称】《土壤》【年(卷),期】2015(047)006【总页数】7页(P1192-1198)【关键词】颗粒组成;土壤可侵蚀性;土壤类型;土地利用;空间分布【作者】曹祥会;龙怀玉;雷秋良;张认连【作者单位】中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,农业部面源污染控制重点实验室,北京100081;中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,农业部面源污染控制重点实验室,北京100081;中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,农业部面源污染控制重点实验室,北京100081;中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,农业部面源污染控制重点实验室,北京100081【正文语种】中文【中图分类】S157土壤侵蚀是全球性的生态问题，土壤侵蚀使水土流失严重，农业生产力低下且抵御自然灾害的能力减弱，生态环境严重恶化[1]。
土壤侵蚀量估算
1 土壤侵蚀量计算模型关于土壤侵蚀量的计算，目前国内外主要采用的是美国的通用土壤流失方程USLE(Universal Soil- Loss Equation)，作为一个经验统计模型，它是土壤侵蚀研究过程中的一个伟大的里程碑，在土壤侵蚀研究领域一度占据主导地位，并深刻地影响了世界各地土壤侵蚀模型研究的方向和思路。
由于USLE模型形式简单、所用资料广泛、考虑因素全面、因子具有物理意义，因此不仅在美国而且在全世界得到了广泛应用。
“通用土壤流失方程式”的形式如下：⨯⨯⨯A⨯⨯=1-1SPCLRK式中：A——土壤流失量（吨∕公顷·年）R——降雨侵蚀力指标；K——土壤可蚀性因子。
它是反映土壤吝易遭受侵蚀程度的一个数字。
其单位是，在标准条件下，单位侵蚀力所产生的土壤流失量；L——坡长因子。
当其它条件相同时，实际坡长与标准小区坡长（22.1米）土壤流失量的比值；S——坡度因子。
当其它条件相同时，实际坡度与标准小区坡度（9%）上土壤流失量的比值；C——作物经营因子。
为土壤流失量与标准处理地块（经过犁翻而没有遮蔽的休闲地）上土壤流失量之比值；P——土壤保持措施因子，有土壤保持措施地块上的土壤流失量与没有土壤保持措施小区（顺坡梨耕最陡的坡地）上土壤流失量之比值。
通用土壤流失方程的计算结果只适用于多年平均土壤流失量，而不能够代表当地某一年或某一次降雨所产生的土壤流失量。
当方程式右边每个因子值都是已知数时，即地块内的土壤种类、坡长、坡度、作物管理情况、地块内的土壤保持措施以及降雨侵蚀力都已知，且都被分别赋于一个适当的数值时，它们相乘后，就得出在此特定条件下所预报的年平均土壤流失量。
2 模型中各参数确定依据降雨侵蚀力指标R值的确定R值的确定有以下三种途径：（1）R值的经典算法：美国学者威斯奇迈尔和史密斯（1985年）利用美国35个土壤保持试验站8250个休闲小区的降雨侵蚀资料统计得出R指标与降雨动能E及最大30分钟降雨强度I 30的经验关系，计算式如下：∑•=30I E R 1-2（2）R 值的简易计算：上式在实际应用中，计算降雨动能E 需要降雨过程，其计算是件繁杂的事情，故R 值简易计算的关键在于寻求一个通过常规降雨资料就可得到的参数，并建立它与R 值的经典算法的关系，省去动能E 的计算。
土壤侵蚀量估算
C 值等于 1.0； C 值按表 2 求
地面覆盖度（ %） 草地 灌木
乔灌混交 茂密森林
表 2 作物经营因子 C 值表
不同植被覆盖的 C值
0
20
40
0.450
0.240
0.150
0.400 0.390
0.220 0.200
0.140 0.110
0.100
0.080
0.060
60 0.090 0.085 0.060 0.020
中国不同措施 P 值
坡度（ｏ)
等高带状耕作草田带状间作水平来自田水平沟等高垄作
<5
0.3
0.1
0.01
0.1
5— 10
0.5
0.1
0.03
0.05
0.1
>10
0.6
0.2
0.1
0.3
3 土壤多年平均侵蚀量估算
算例：利用上述计算模型，选取鄂东—安徽段几个典型水毁在灾害点，估算其多年平 均土壤侵蚀量，并对管道安全风险作评价。
其单位是，
L ——坡长因子。当其它条件相同时，实际坡长与标准小区坡长（ 流失量的比值；
22.1 米）土壤
S——坡度因子。当其它条件相同时，实际坡度与标准小区坡度（ 失量的比值；
9%）上土壤流
C——作物经营因子。 为土壤流失量与标准处理地块 （经过犁翻而没有遮蔽的休 闲地）上土壤流失量之比值；
P——土壤保持措施因子， 有土壤保持措施地块上的土壤流失量与没有土壤保持 措施小区（顺坡梨耕最陡的坡地）上土壤流失量之比值。
0.36
5.41
0.31
1
0.3
1
184
655.9
0.36
土壤侵蚀量估算
3 土壤多年平均侵蚀量估算算例：利用计算模型，选取鄂东—安徽段几个典型水毁在灾害点，估算其多年平均土壤侵蚀量，并对管道安全风险作评价。
各水毁点的基本特点和坡体性质参数根据野外管道沿线地质灾害点的现场调查结果，选取灾害点编号为74、132、137、141、147、149、182及184的水毁点进行土壤多年平均侵蚀量及侵蚀深度估算。
各水毁点的基本特征如表4所示，管沟开挖后，坡体基本无任何水工保护措施，坡面上已形成深度不等的冲沟。
表5为各水毁灾害点坡体性质的基本参数。
室内编号灾害类型:附图水毁点基本特征74坡面水毁管道向下敷设，坡体上未修建水工保护工程，坡面冲刷成深沟，目前水土流失严重。
光缆开挖形成约2m宽的坑，管道外露，未用土填上。
132坡面水毁管道顺斜坡敷设，坡度在15°左右。
管沟为砂性碎石土，因管沟开挖致使土体松散，水土流失严重。
管沟外侧已形成冲沟。
137`坡面水毁管道上坡，坡体为风化砂土，由于管沟开挖后，使得坡上土体极为松散，在坡面流水冲刷下，水土流失严重，目前坡面上已形成小冲沟。
141坡面水毁管道顺坡向上敷设，坡长约150m。
上部局部坡度达30°，整体坡度为10°-15°。
地层为薄层砂页岩，强-全风化，极易发生冲刷。
147坡面水毁管道上坡，坡体为风化砂土，由于管沟开挖后，使得坡上土体极为松散，在坡面流水冲刷下，水土流失严重，目前坡面上已形成冲沟。
…149坡面水毁管道上坡，坡体为风化砂土，由于管沟开挖后，使得坡上土体极为松散，在坡面流水冲刷下，水土流失严重。
182坡面水毁管道顺坡向下敷设，由于管沟开挖后，使得坡上土体极为松散，在坡面流水冲刷下，水土流失严重，目前坡面上已形成冲沟。
184坡面水毁、管道上方土体松散，表面水流冲刷下，水土流失严重，目前坡面上已形成冲沟。
表5 各水毁灾害点坡性参数一览表灾害点编号地区土体类型坡长平均坡度相对高度植被覆盖率水土保持措施…74大冶市 砂性碎石土 80 15 荒草地，小于5% 无 132 池州市 砂性碎石土 ` 80 15 灌木，30%无 137 池州市风化砂土60 15 | 灌木，30% 无 141 池州市 砂性碎石土 150 13 灌木，30% 无 147 [池州市 风化砂土 120 15 荒草地，10% 无 149 池州市 风化砂土 60 | 20 荒草地，5% 无 182 广德县 风化砂土 60 15 灌木，10% ： 无 184广德县风化砂土4520灌木，5%无各水毁点计算参数的确定 ~土壤多年平均侵蚀量的计算公式为：P C S L K R A ⨯⨯⨯⨯⨯=（R 取多年平均值） 依据上述计算模型各参数的确定原则，得到表6所示的各灾害点的计算参数取值表，74号灾害点位于大冶市，其余各灾害点均位于池州市，由于无实际降雨资料可查，故依据前人所作的全国降雨侵蚀力R 值的等值线图进行估算，74号灾害点的年均R 值取，其他灾害点的年均R 值取，地形参数LS 根据公式1-4确定，C 、P 参数分别依表2和表3可查的。
水土流失形态及土壤侵蚀计算
水土流失形态水土流失也叫土壤侵蚀，是指地球陆地表面的土壤及其母岩碎屑，在水力、风力、重力、冻融等外营力和人为活动作用下发生的各种形式的剥离、搬运和再堆积的过程。
水土流失是山区、丘陵区一种渐进性灾害，被列为人类目前所面临的十大环境问题之一。
治理水土流失是中国的基本国策之一。
一、侵蚀的发展土壤侵蚀的发展，大体分为３个阶段：（一）自然侵蚀自然侵蚀也称古代侵蚀、史前侵蚀或地质侵蚀。
在人类出现以前，就有了中国黄土高原。
黄土在其沉积过程中，地面虽然比较完整，但也有起伏不平，同时地面尚未形成能抑制土壤侵蚀的植被，加之黄土具有易蚀性特点，暴雨和冰川融解形成径流，即对地表产生侵蚀作用。
这时侵蚀非常缓慢，土壤的侵蚀速度小于土壤形成的速度，不仅不会破坏土壤结构，还对土壤能起到一定的更新作用，这种侵蚀也叫正常侵蚀。
（二）加速侵蚀加速侵蚀也叫现代侵蚀，是指土壤侵蚀速度大于土壤形成速度。
自西汉到民国的2 000年间，黄土高原地区人口增长较快，移民戍边以及农业区逐渐由南向北、由东向西扩展，人类开垦草原，砍伐森林，开荒扩种，加上其他不合理的经营活动，造成加速侵蚀。
据观测资料，森林砍伐土地垦种后，年侵蚀模数可从每平方公里几吨猛增到几千吨甚至上万吨，有不少沟道、河流，一年的输沙量相当于自然侵蚀几百年的输沙量。
加速侵蚀导致林草植被破坏，土壤肥力下降，地形更加破碎，水土流失加剧。
（三）人为新增侵蚀新中国建立以来，特别是20世纪80年代以来，资源开发和基本建设项目大大增加，开矿、建厂、修路、盖房（挖窑）等活动日益频繁，直接向沟道、河道弃土弃石弃渣。
由于人口增加，需求更多农产品，在农业生产上，不少地方仍在破坏植被，开荒扩种，粗放经营，造成一边治理一边破坏，一家治理多家破坏。
在遭到破坏的地方，水土流失特别严重。
二、侵蚀形态土壤侵蚀从形态上可分为水力侵蚀、重力侵蚀和风力侵蚀３种。
（一）水力侵蚀在暴雨作用下，地表径流所引起的土壤冲刷，即为水力侵蚀。
土壤侵蚀的估算方法
2.3 水土保持效益研究
水土保持效益的指标体系
阎文哲、常茂德、陈国良、 阎文哲、常茂德、陈国良、李中魁等
水土保持价值评价方法
条件价值法
理论效果评价法
市场价值法
环境损失评价法
3 水土保持研究存在的问题
从已有的研究模型来看 从模型的适用范围来看 USLE模型的各因子看 从USLE模型的各因子看
植被覆盖度 生态参数 NPP 叶面积指数 空间结构 平面覆盖状况 两者之间 三维空间结构
• 3S等空间技术的发展 等空间技术的发展—— 技术保护是生态系统的基本服务功能 • 明确云南省需要采取水土保持措施的地域
2 水土保持及其价值研究进展
2.1 土壤侵蚀模型
经验统计模型 国外： 国外：
•USLE模型 模型 •RUSLE模型 模型
国内
•中国土壤流失模型 刘宝元） 中国土壤流失模型(刘宝元 中国土壤流失模型 刘宝元） •小流域宏观产沙模型（尹国康） 小流域宏观产沙模型（ 小流域宏观产沙模型 尹国康） •未治理流域暴雨产沙预报模型（江忠善） 未治理流域暴雨产沙预报模型（ 未治理流域暴雨产沙预报模型 江忠善）
分布式土壤侵蚀模型
•SHE模型 模型 •IHDM模型 模型
2.2 USLE模型因子研究进展 模型因子研究进展
降雨侵蚀力因子（ ） 降雨侵蚀力因子（R）
与降雨量、降雨历时、降雨动能和强度有关。 与降雨量、降雨历时、降雨动能和强度有关。可 分为经典法和简便法。 分为经典法和简便法。
土壤侵蚀力因子（ ） 土壤侵蚀力因子（K）
根据土壤保持量和土壤表土平均厚度（0.6m）来推算 因土壤侵蚀而造成的废弃土地面积，再根据机会成本 法计算因土地废弃而失去的年经济价值。 Es=Ac÷P÷0.6×B÷10000 式中，Es，减少土地废弃的经济效益（元/a）；Ac， 土壤保持量（t/a）；P，土壤的容重（t/m3）；B，林 业年均收益（元/hm2）。
土壤侵蚀的估算方法
土壤侵蚀的估算方法土壤侵蚀是指水、风或人为活动导致的土壤表层的流失和破坏。
土壤侵蚀对农田、生态环境和社会经济发展都有重要影响，因此对其进行准确的估算和监测是非常关键的。
本文将介绍土壤侵蚀的估算方法，并详细阐述传统评估方法和现代遥感技术在土壤侵蚀估算中的应用。
一、土壤侵蚀的传统评估方法1.水文模型法水文模型法是一种通过数学模型对土壤侵蚀进行估算的方法。
常用的水文模型包括水域侵蚀预测与评估模型（Water Erosion Prediction Project, WEPP）和联合国粮农组织（FAO）的Soil Loss Equation（SLE）等。
这些模型可以通过输入降雨、土壤类型、地形等参数，来模拟土壤流失过程和量化土壤侵蚀的程度。
2.土壤侵蚀等级划分法土壤侵蚀等级划分法是依据土壤侵蚀程度的不同将其分为不同等级的方法。
该方法主要通过对土壤侵蚀因子进行测定和评估，包括地形因子、土壤侵蚀性因子、农作物覆盖度等指标。
根据这些指标，将土壤侵蚀分为轻度、中等、严重、极严重等等级。
二、现代遥感技术在土壤侵蚀估算中的应用1.土壤侵蚀模型与遥感数据相结合利用遥感数据获取地表覆盖信息，结合土壤侵蚀模型对土壤侵蚀进行估算的方法，可以提高土壤侵蚀的定量评估能力。
通过遥感数据获取植被覆盖度、土壤类型和地形等参数，结合水文模型和土壤侵蚀方程，可以精确地估算土壤侵蚀的程度和流失量。
2.遥感图像分类和变化检测利用遥感图像的分类和变化检测方法，可以获取土地利用/覆盖的信息，并对土壤侵蚀进行估算。
分类方法主要包括像元分类、对象分类和混合分类等，通过提取图像中的特征，将其归类为不同的土地利用类型。
变化检测方法可以通过对多期遥感图像进行比较，分析土地利用的变化情况，进一步估算土壤侵蚀的程度。
三、总结土壤侵蚀的估算是预防和治理土壤侵蚀的基础，传统的评估方法通过数学模型和指标法提供了估算土壤侵蚀的手段，而现代遥感技术的应用则为土壤侵蚀的估算提供了更加精确和高效的方法。
土壤侵蚀的估算方法
土壤侵蚀的估算方法土壤侵蚀是指由于自然因素和人类活动导致土壤表面的侵蚀和流失。
土壤侵蚀不仅对农业生产和生态环境造成威胁，还会导致水土流失和河流污染等问题。
因此，准确估算土壤侵蚀对于科学制定防治措施和保护土壤资源至关重要。
定量评估方法主要是通过土壤侵蚀模型来进行计算，常用的有环境系统研究所的Universal Soil Loss Equation (USLE)模型和农业部农业资源与环境信息系统研究中心的Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE)模型等。
这些模型通过考虑降雨、土壤侵蚀因子（如坡度、土地利用、植被覆盖、土地管理等）、保护措施等因素，计算土壤侵蚀量，并得出相应的侵蚀风险区划图。
在进行定量评估时，需要收集相关的地理信息数据、遥感数据、气象数据等来进行模型输入。
除了土壤侵蚀模型，还有一些其他方法可用于定量评估土壤侵蚀。
比如，通过单位面积年均土壤流失量来评估土壤侵蚀程度，或者使用Erosion Potential Method来评估土壤的侵蚀潜力。
定性评估方法主要是通过专家经验和现场观察来估计土壤侵蚀程度。
通过观察地表产生的裸露土壤、水沟沉积物、农田墙垛等现象，结合水土流失指数、土壤侵蚀风险评价指标等，进行判定。
土壤侵蚀的估算方法还可以通过GIS技术来进行空间分析和建模。
通过将土壤侵蚀模型与GIS融合，可以实现土壤侵蚀的空间分布模拟和风险评估。
通过引入地理空间分析和遥感信息，可以更准确地估算土壤侵蚀的程度和影响范围。
总而言之，土壤侵蚀的估算方法可以通过定量评估和定性评估相结合，使用土壤侵蚀模型、Erosion Potential Method、单位面积年均土壤流失量等方法，并结合GIS技术进行分析和建模。
同时，还需要收集相关的地理信息数据、遥感数据、气象数据等来进行评估。
这些方法的应用可以帮助科学制定土壤侵蚀防治措施，实现土壤资源的可持续利用。
土壤侵蚀的估算方法
式中，Es，减少土地废弃的经济效益（元/a）；Ac，土壤保持量（t/a）；P，土壤的容重（t/m3）；B，湿地年均收益（元/hm2）。
注：土壤容量取26.5吨/立方米，湿地年均收益根据崔丽娟（2004年）研究推算，湿地年均收益为245.5元/平方米。
4.3
按照我国主要流域的泥沙运动规律，全国土壤侵蚀流失的泥沙有24%淤积于水库、江河、湖泊，这部分泥沙直接造成了水库江河、湖泊蓄水量的下降，在一定程度上增加了干旱、洪涝灾害发生的机会，因此可根据蓄水成本计算损失价值。
地形数据dem遥感影像数据气象数据土壤类型数据土壤理性化数据统计数据坡长百分比坡度地形因子ls归一化植被指数植被覆盖度fc地表覆盖因子c月降雨量pi土壤侵蚀指标r水土保持措施因子p土壤可蚀性因子knpk价格pinpk纯含量ci土壤容量p土壤密度de土壤有机质含量co湿地年均收入b水库工程费用c潜在土壤侵蚀量ap现实土壤侵蚀量ar土壤保持量ac减少土地废弃的经济效益保护土壤肥力的经济效益减轻泥沙淤积的经济效益土壤侵蚀的估算方法图1数据处理流程图1dem数据的处理运用dem数据得到的最后结果是求出了地形因子ls在求ls的过程中需要坡长l和百分比坡度a其求解主要在arcmap中完成
3.3
由上两式可得到土壤保持量：
Ac=Ap－Ar
式中，Ap为潜在土壤侵蚀量（吨/平方千米），Ar为现实土壤侵蚀量（吨/平方千米），Ac为土壤保持量（吨/平方千米）。
4
指标结果参数总共涉及到的数据有保护土壤肥力的经济效益Ef、减少土地废弃的经济效益Es和减轻泥沙淤积的经济效益En三个参数，其计算公式与所需参数值见下。
土 壤 侵 蚀 的 估 算 方 法
数
据
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3 国家自然科学基金项目 (40271072 ,40235056) 资助 作者简介 :张科利 (1962～) ,男 ,陕西宝鸡人 ,教授 ,博士生导师 ,研究方向为土壤侵蚀和水土保持 ,已发表论文 60 余篇 收稿日期 :2005 - 09 - 11 ;收到修改稿日期 :2006 - 04 - 24
介于 315～415 之间时 , m = 014 ;当坡度介于 1～3 之
间时 , m = 013 ;当坡度小于 1 %时 , m = 012 。
如果实际小区处理不是标准小区要求的完全裸
露地 ,需要根据实际观测确定的覆盖因子 ( C) 或水 土保持因子 ( P) 值予以订正 , 然后再计算土壤可蚀 性 K 值 。为了便于与国外同类研究比较 ,本文在计 算土壤可蚀性值时 ,先将土壤流失量资料统一订正 到 USLE 标准小区规范上 ,再计算可蚀性值大小 。 113 观测小区及资料获取
冲仪 ,测定了黄土的相对抗冲性指标 。周佩华等[9] 、 吴普特等 [ 10 ] 分 别 尝 试 了 用 小 区 资 料 对 黄 土 的 可 蚀 性进行分析计算 ,他们将单位径流深所引起的侵蚀 模数作为土壤抗冲性强弱的指标 。
虽然上述学者从不同方面研究了土壤性质与土 壤侵蚀的关系 ,提出了一些定量化评价指标 ,但真正 具有预报价值的指标是由 Olson 和 Wischmeier[11] 于 1963 年提出的土壤可蚀性 K 指标 ,即用标准小区上 单位降雨侵蚀力所引起的土壤流失量多少来表征土 壤性质对侵蚀的影响作用大小 。围绕土壤可蚀性 K 值的 测 定 与 估 算 , Smith[12 ] 、Young 和 Mutchler[13 ] 、 Romkens 等[14]学者根据其研究结果 ,各自提出了适 用于不同条件的土壤可蚀性值估算式 。美国学者 Calvin 等[15 ] 、意大利学者 Zanchi[16 ] 通过研究土壤可 蚀性的季节变化 ,提出了用月平均气温计算土壤可 蚀性值逐月变化的公式 。Ei2Swaify 等[17] 和日本学 者细山田[18]建议在进行 USLE 应用推广时 ,按干湿 季的不同分别计算可蚀性值 。Bajracharya 等[19]的研 究表明 ,土壤可蚀性值变化同降雨侵蚀力的相关性 很小 。Rejman 等[20] 对波兰东南部黄土带土壤可蚀 性的时间空间变化做了统计分析 ,表明土壤可蚀性 值大小与土壤含水量密切相关 。Wall 等[21] 的研究 指出 ,土壤可蚀性季节变化与土壤性质的季节变化
东北黑土区 Black soil region of
Northeast China
典型黑土 Typical black soil
白浆土 Albic bleached soil
棕壤 Brown earth
鹤山 Heshan 宾县 Binxian 西丰 Xifeng
9 % ,20 m
9 % ,20 m
子 , S 为坡度因子 , C 为覆盖 - 管理因子 , P 为水土
保持措施因子[32] 。根据 USLE 的构建原理和各因子
的定义取值 ,在标准小区上 ,土壤可蚀性指标值可以
根据下式直接计算 :
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
K=
A R
(2)
若观测小区不是标准小区 ,需要首先对观测资料
予以订正 ,然后再经过上述程序计算土壤可蚀性 K
8
土 壤 学 报
44 卷
密切相关 。从 20 世纪 90 年代初以来 ,我国许多学 者也按照 USLE 的思路 ,先后对内蒙古 、黑龙江 、广 东 、福建 、江西 、辽宁 、云南等地主要土壤的可蚀性进 行了观测研究[22～29 ] ,得到了一些土壤的可蚀性值 , 在土壤可蚀性值估算方面也进行过尝试 。经过几十 年的努力 ,虽然我国在土壤性质对侵蚀的影响作用 评价方面取得了一些进展 ,但目前仍存在很多问题 。 评价土壤可蚀性的指标多种多样 ,测算土壤可蚀性 值的径流小区和降雨侵蚀力 R 值的计算方法也不 尽统一 ,在有些研究中甚至出现降雨侵蚀力和土壤 可蚀性指标单位的错误 。同时 ,由于没有一组统一 规范指导下的土壤可蚀性指标实测值 ,许多关于土 壤可蚀性值估算的研究尚缺乏验证 。所有这些问题 的存在 ,不仅引起了我国土壤可蚀性研究的混乱 ,极 大地妨碍了土壤侵蚀预报研究的进程 ,而且在很大 程度上也限制了与国外同类研究的比较和交流 。本 文在分析布设在我国东部不同水土流失区小区实测 资料的基础上 ,对我国土壤可蚀性值问题进行了系 统研究 ,观测计算了一组土壤可蚀性 K 值 ,并对无 实测资料地区土壤可蚀性估算问题进行了探讨 。其 结果对我国土壤可蚀性研究向规范性和系统性发 展 ,以及土壤侵蚀预报工作的推进都有重要意义 。 同时 ,这组实测值也可为我国不同地区的土壤可蚀 性估算研究提供了一个尺度上的参照 。
1015 %～2618 % , 20 m
裸地 Bare land
裸地 Bare land
裸地 Bare land
01038 1
01021 0
01009 7
2002～2003
1985～1989
1980～1990
北方土石山区
粗骨褐土
由于中国水土流失类型多样 ,土壤类型众多 ,建 立土壤可蚀性值数据库是十分艰巨的工作 。为了获
得中国水土流失严重区土壤可蚀性 K 值 ,我们分别 在东北黑土区的黑龙江 93 农场和宾县 、北方土石山 区的密云 、西北黄土高原的陕西绥德 、西南石质山区
四川绥宁和南方红壤丘陵区福建安溪建立了 6 个观 测点 ,分别建立了坡长为 20 m ,坡度为 15°和 5°(93 农场) 的观测小区 ,同步观测不同土壤的水土流失 。 每次降雨过后 ,即时观测径流并采集泥沙样 ,计算土 壤侵蚀量 。用自记雨量器记录降雨过程 ,计算降雨 侵蚀力 。由于观测期间宾县和绥德两地的产流次数
太少 ,文中使用了前人的观测资料 。另外 ,在本研究
1期
张科利等 :中国土壤可蚀性值及其估算
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中除了绥德 、子洲和离石站外 ,其他各地全为裸露小 区 。对于这三个站 C 的取值 ,根据张岩等对安塞站 作物覆盖的研究结果[35] ,农地平均 C 值为 01517 , 考虑到绥德 、子洲和离石的降水情况 ,本研究中绥德 和子洲两站 C 值取安塞侵蚀较大的荞麦地 C 值 0174 ,离石站则取 015 来订正 。对于所引用的前人 研究结果 ,都订正到了统一的标准小区上 。
值。在资料订正时 ,如果小区坡长不是标准小区要求
的坡长坡度 ,采用以下公式对坡度和坡长进行订正。
坡度 S 采用刘宝元等[32]提出的陡坡公式 :
S = 21191sinθ- 0196
(3)
坡长 L 采用 USLE 中的公式 :
λm
L = 20
(4)
其中 , m 为系数 。当坡度大于 5 % , m = 015 ;当坡度
112 土壤可蚀性 K 值的计算 根据 USLE 中的定义 ,土壤可蚀性 K 值是标准
小区 上 单 位 降 雨 侵 蚀 力 所 引 起 的 土 壤 流 失 量 。
USLE 的表达式为 :
A = R ×K ×L ×S ×C ×P
(1)
式中 : A 为单位面积上多年的平均土壤流失量 , R 为
降雨侵蚀力因子 , K 为土壤可蚀性因子 , L 为坡长因
摘 要 土壤可蚀性是评价土壤对侵蚀敏感程度的重要指标 ,也是进行土壤侵蚀预报的重要参数 。本 文运用野外观测资料 ,研究了我国不同水土流失区的土壤可蚀性值问题 。根据实测资料 ,计算给出了一组土 壤可蚀性实测值 。并利用这组实测值 ,对我国土壤可蚀性估算问题进行了探讨 。结果表明 ,国外现有的可蚀 性估算模型不能直接应用于我国土壤的可蚀性计算 ,估算值明显大于实测值 。但估算值与实测值之间存在有 良好的线形关系 。最后提出了我国不同地区及不同资料占有情况下的土壤可蚀性估算方法 。本文研究结果 可以直接用于我国土壤侵蚀预报中土壤可蚀性计算 。
1 资料与方法
111 土壤可蚀性 K 值的测定 土壤可蚀性 K 是美国通用流失方程 (USLE) 中
评价土壤对侵蚀影响作用的因子 ,是与其他诸因子 匹配使用的定量指标 。因此 ,要得到统一的 、具有可 比性的土壤可蚀性 K 值 ,必须明确标准小区和统一 降雨侵蚀力的计算 。美国 USLE 中定义的标准小区 为坡长 22113 m ,坡度为 9 % ,连续保持清耕休闲状 态的小区 。根据中国水土流失严重区的地形条件 、 农作习惯 ,同时考虑我国现有资料的坡度范围等 ,作 者曾讨论过中国的标准小区问题 ,建议采样坡长 20 m、坡度 15°的清耕休闲小区作为土壤侵蚀预报研究 的标准小区[30 , 31 ] 。经过几年的观测实践 ,考虑到区 域地形特征的差异 , 建议在东北黑土区可以采用 USLE 中定义的标准小区规范 ,以便于观测小区的布 设 。只是在计算土壤可蚀性 K 值时需要交待清楚 , 以便统一订正 。
表 1 中国部分土壤实测可蚀性 K 值 Table 1 Soil erodibility values for soils in China
侵蚀类型区 Soil erosion areas
土壤类型 Soil type
位置 Site
小区状况 Plot conditions
K值 K value
资料年限 Period
2 中国主要土壤的可蚀性 K 值
211 中国部分土壤可蚀性实测值 土壤可蚀性指标值是进行土壤侵蚀预报的必要
依据 ,野外小区观测是获取不同土壤可蚀性值的主 要途径 。而且 ,建立我国土壤可蚀性值基本数据库 也是开展侵蚀预报的基础工作 。但由于我国幅员辽 阔 ,土壤类型多样 ,在每一种土壤上都建立观测小区 显然也不现实 。为此 ,可以通过对不同地区典型土 壤进行的同步观测 ,获取一组土壤流失资料 ,计算土 壤可蚀性实测值 ,建立土壤可蚀性基本控制点 ,再推 广到其他土壤类型 。因此 ,获取一组土壤可蚀性实 测值是我国土壤可蚀性及侵蚀预报研究的必要步 骤 。根据我们布设在不同水土流失区的小区观测数 据 ,结合以往有关站点的观测资料 ,计算中国代表性 土壤的可蚀性 K 值如表 1 。