江苏海涂垦区典型坡度土壤侵蚀强度测定的试验研究

张 华，潘德峰，陈 凤，杨 云，陈少颖

（1.江苏省水利科学研究院，江苏 南京 210017；2.江苏省沿海水利科学研究所，江苏 盐城 224200）

土壤侵蚀是多种自然因素与社会因素共同作用的结果，降雨则是自然因素中导致土壤侵蚀的主要动力［1］。大量的观测数据分析结果表明，在自然界中只有部分降雨事件发生真正意义上的土壤侵蚀，这一部分被称为侵蚀性降雨［2］。江苏沿海围垦地区由于土壤盐分的含量较高，植被不易存活，裸露的地表受到雨水以及地面径流的冲刷极易发生水力侵蚀。对海涂垦区典型坡度水土流失进行动态监测，可为区域水土流失防治和生态环境保护提供理论支撑与实践指导［3-6］。东台市地处江苏中部，东临黄海，土壤及气候特点在沿海地区具有代表性，在该地区进行土壤侵蚀模数测定试验研究，可为类似地区水土流失治理和水土保持规划提供科学依据，为水土流失预测、生态环境保护以及灾害防治等提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于东台市头灶镇东台河北岸，地面高程4.1 m（黄海高程，下同），地形平缓，高低起伏不大。试验区属沿海淤积性砂土区，成陆开垦时间短，土壤团粒结构性差、颗粒粗，结构松散，类型单一，属于江苏省水土保持规划确定的水土流失重点治理区。

1.2 试验设计

试验共设置7个径流小区，坡度分别为1°、2.6°、5°、15°、26.5°、35°、45°，植被情况均为摞荒地［7-8］。为防止客水进入试验小区，在每个小区周围都设有楔形保护墙，保护墙高55 cm，埋入地下部分30 cm，露出地上部分25 cm，墙的上口外缘向小区外呈60°倾斜，小区下部设有集流槽，集流槽内光滑平整，上口与小区内地面齐平，下口接集水池。为防止汛期集水池内蓄水量超过集水池的设计容积，在集流槽内设置三角堰进行分流，分流出的径流分别排入集水池和东台河内。集水池下端设有排水阀，便于排水后对泥沙进行收集。

1.3 试验方法

（1）降水量观测：采用Φ200mmSJ1 型虹吸式雨量计，自动记录每次降雨过程及瞬时雨强。

（2）水力侵蚀泥沙量监测：对年内具有代表性的阶段降雨产生的泥沙进行收集称重，取样测定干湿比，再折算成干土重，并对全年降水量及泥沙流失量进行累计计算。

（3）土壤干容重测定：采用环刀法取样，取地表以下5 cm土样烘干，计算出土壤干容重。

（4）土壤颗粒级配：试验初测定1 次，采用比重法。取具有代表性的雨后侵蚀泥沙进行分析，与原始土壤的颗粒级配进行对比。

（5）土壤全盐：采用电导法换算成盐分值。

2 结果与分析

2.1 不同降雨强度下土壤侵蚀量测定与分析

侵蚀性降雨年内分布是土壤侵蚀情况的重要影响因子，对进一步分析土壤侵蚀具有重要意义［9-13］。2021年试验区降水大都集中在5—10月份，期间降水量达到917.6 mm，占全监测期总降水量的90.83%，7月份是全年中降水量最大的月份，降水量达到541.1 mm，占全监测期总降水量的53.56%。全年降雨情况如图1所示。

通过对整个监测期内具有代表性的4次典型降雨过程跟踪观测：5月14—16 日降雨42.5 mm；5月23 日至6月25 日期间降雨85.1 mm；7月4—5 日期间降雨163.7 mm；7月23—29 日期间降雨202.5 mm，监测各小区产生的侵蚀量（kg/100 m2）。监测结果见图2。

通过图2可以看出，随着坡度的增加，4 种不同降水量下的土壤侵蚀量均呈现逐渐增加的趋势。坡度越大，侵蚀强度越大。但个别坡度规律会略有不同，原因归结为土壤侵蚀量不仅与降水量有关，而且与降雨强度也有很大关系。

图2 4次不同降水量情况下各小区不同坡度土壤100 m2侵蚀量

图3 为最大瞬时雨强下各小区土壤侵蚀强度对比，从图3可以明显看出，7月5 日年内降雨强度最大，各小区土壤侵蚀量也最大，土壤侵蚀量占全年总侵蚀量的41.37%，尤其以5°以上的小区更为明显。由此可见雨强也是土壤侵蚀的一个重要影响因素。

图3 最大瞬时雨强下各小区100 m2土壤侵蚀量对比

2.2 不同粒径土壤颗粒对降雨侵蚀的适应性分析

以35°小区为例，选取年内最具有代表性的2场降雨：5月14—16日大雨（12 h降水量20 mm）和7月4—6日特大暴雨（12 h降水量161.7 mm），对侵蚀产生的泥沙颗粒级配进行对比分析。分析发现：粒径大于0.05 mm 的沙粒占总侵蚀量的25%~32.1%，低于初始土壤的41.5%；粒径在0.05~0.01 mm 之间的粗粉粒占62.3%~73.7%，明显高于初始土壤46.4%；粒径在0.01~0.001 mm 之间的颗粒变化不大；粒径小于0.001 mm的颗粒占1.0%以下，低于初始土壤的7.1%。因此，粒径在0.05~0.01 mm之间的粗粉粒受水力侵蚀影响最大，最容易发生水土流失。其他坡度小区均呈现同样的规律性。侵蚀土壤颗粒级配对比分析见图4。

图4 35°小区侵蚀土壤颗粒级配分析对比

2.3 不同坡度土壤侵蚀模数测定

通过对2021年不同坡度径流小区土壤侵蚀量监测数据的整理和分析，对照土壤侵蚀强度划分标准，得出：1°、2.6°、5°小区全年土壤侵蚀量低于2 500 t/km2，为轻度侵蚀区；15°、26.5°、35°、45°小区全年土壤侵蚀量高于15 000 t/km2，为剧烈度侵蚀区。通过计算，各不同坡度径流小区土壤侵蚀模数如表1所示。

表1 2021年典型坡度径流小区土壤侵蚀模数

3 结 语

（1）江苏海涂垦区土壤侵蚀强度与坡度呈正相关关系，坡度越大，土壤侵蚀强度越大。土壤侵蚀强度与降水量和雨强均呈正相关，降水量越大，土壤侵蚀强度越大；雨强越大，土壤侵蚀强度亦越大。

（2）通过不同粒径土壤颗粒对降雨侵蚀的适应性分析发现，粒径在0.05~0.01 mm 之间的粗粉粒受水力侵蚀影响最大，最容易发生水土流失。所有坡度均呈现相同规律性。

（3）通过计算得出了1°、2.6°、5°、15°、26.5°、35°、45°7种坡度径流小区土壤侵蚀模数，小于5°小区以面层侵蚀为主，无明显侵蚀沟产生；15°~45°小区出现明显的侵蚀沟，中下部土体发生坍塌现象。