長江以南東部丘陵山區(qū)土壤可蝕性K值研究

1、第6卷第2期水土保持研究V o l.6N o.2 1999年6月R esearch of So il and W ater Conservati on Jun.,1999長江以南東部丘陵山區(qū)土壤可蝕性K值研究3梁音史學正(中國科學院南京土壤研究所南京210008摘要以土壤亞類為基礎,從土種入手,依據(jù)第二次土壤普查資料建立了我國東部丘陵區(qū)各土種的理化性質數(shù)據(jù)庫。應用土壤可蝕性方法,計算出各土種的土壤可蝕性K值,用面積進行加權平均,經(jīng)分類分級后,連續(xù)到相應的土壤圖上,得到我國東部丘陵區(qū)土壤可蝕性K值圖及其分布規(guī)律。關鍵詞可蝕性K值東部丘陵山區(qū)土壤種類長江以南So il Erod i able K

2、i n Ea st H illyf ields of the Southern Yangtze R iverL iang Y inS h i X uez heng(N anj ing S oil Institu te of Ch inese A cad e m y of S ciencesN anj ing210008AbstractB ased on the sub so il species and the second so il su rvey info r m ati on,the au tho r es2 tab lished the nati onal data poo l of

3、 vari ou s sub so il typ es fo r the east h illyfields in the sou them of Yangtze river.U sing the m ethod of so il erodiab le K to calcu late K values of vari ou s sub so il types,th rough dividiati on,and then link ing the values to the relative so il m ap s,the so il erodia2 b le K value m ap s a

4、nd their distribu tive regu lares have been given ou t here.Key wordsso il erodiab le K valueeast h illyfieldssub so il typesthe sou thern of Yangtze river影響土壤侵蝕的因子除了降雨、徑流、地形、地表植被、人為活動等侵蝕外營力外,還取決于土壤本身的抗蝕抗沖能力,即侵蝕內營力,國際上通常用土壤可蝕性K值這一指標來衡量。K值的大小表示土壤被沖蝕的難易程度,反映土壤對侵蝕外營力剝蝕和搬運的敏感性,是影響土壤流失量的內在因素,它也是定量研究土壤侵蝕的

5、基礎。世界上不論是應用很廣的U SL E方程,還是80年代中期開始研究的W EPP模型,都把它作為一個主要因子2,3,作為水土保持研究的重要內容而加以深入研究。同時,土壤可蝕性K值也是土壤侵蝕預報、土地利用規(guī)劃、水土保持規(guī)劃、土地利用評價和土壤環(huán)境潛在危險性評價的重要參數(shù),缺少土壤可蝕性K值,上述許多實際工作也就缺少足夠的依據(jù)。因此,對土壤可蝕性K值的研究無論在水土保持學科理論上,還是生產(chǎn)應用實踐上都具有重要的意義。收稿日期:1999-04-153國家自然科學基金95期間重點支持項目的部分內容,基金批準號:49631010。84水土保持研究第6卷1土壤可蝕性的計算方法此外,國際上的許多學者也都

6、曾建立求取土壤可蝕性K值的關系式。Youg,R.A.1997建立的求取土壤可蝕性K值的關系式:K=-0.204+0.385X1-0.013X2+0.247X3+0.003X4-0.005X5(2式中:X1、X2、X3、X4和X5分別表示細粒%、細砂%、粗粉粒%、細粉粒%、有機質含量的百分數(shù)。W illiam s等人1990在EP I C(E ro si onP roductivity I m pact Cacu lato r模型中,把土壤可蝕性因子K值的計算公式發(fā)展為4:K=0.2+0.3exp-0.0256S a(1-S i 100S i (C l+S i0.31.0-0.25C C+exp

7、(3.72-2.95C1.0-0.7S n S n+exp(-5.51+22.9S n(3式中:S a砂粒含量(%;S i粉砂含量(%;C l黏粒含量(%;C有機碳含量(%;S n=(1-S a 100。陳明華等人1995研究了福建紅壤區(qū)26個土壤樣品的可蝕性與土壤性質的關系,建立了土壤可蝕性K值的計算公式7:K=10-3(160.80-2.31X1+0.38X2+2.26X3+1.31X4+14.67X5(4式中:K可蝕性K值(美國習用單位;X1、X2、X3、X4、X5分別表示細礫(13mm%、細砂(0.050.25mm%、粗粉粒(0.010.05mm%、細粉粒(0.0050.01mm%、有

8、機質(10g kg。史學正等人通過徑流小區(qū)研究K值與土壤性質關系后,建立了我國東部丘陵區(qū)土壤可蝕性K值的非線性方程式(國家重點基金部分內容,尚未發(fā)表:K=-0.0871-0.05264tg(V+0.0604(pH-0.0031(Fe3+0.5147(M+0.4046(C(5式中:K土壤可蝕性K值(0.132h M Jmm;d表層020c m土壤容重(g c m3; pH土壤pH值;Fe3+表層0.20c m土壤游離Fe3+含量(g kg;M土壤有機質因子,其計算式為:M=0.8243-1.6297sin(O M-0.2079sin2(O M+5.0465sin3(O M+1.7092sin4(

9、O M-3.5244sin5(O M其中:O M土壤有機質含量(g kg;C土壤黏性因子,其算式為:C=0.1260+0.0694exp(sin(2N c式中:N c為粒徑小于0.002mm的土壤黏粒含量(%。該方程式對土壤可蝕性K值的復相關系數(shù)R為0.9988,期望方差為0.9977。2土壤理化特性值的獲取與土壤質地的轉化土壤可蝕性K值的計算,需要土壤的有機質含量(g kg、粒徑小于0.002mm的土壤黏粒含量(%、表層020c m 土壤容重(g c m 3、表層020c m 土壤游離鐵含量(g kg 和表層土壤pH 值等5種土壤理化特性值。由于同一類型的土壤,其各種理化性質均有時空變異性,

10、即同一理化性質在不同的地區(qū)其數(shù)值可能各不相同,比如:土壤有機質含量、容重、黏粒含量、游離態(tài)鐵含量、pH 值等理化性質,隨著分布地區(qū)的不同而有所差異。為了準確地獲取得同一類型土壤的各種土壤性質數(shù)值,在中國土種志9,10上,我們以省(區(qū)為基本單元,根據(jù)不同的土壤類型,逐一查取同一土種的統(tǒng)計剖面數(shù)、需要的土壤性質數(shù)值和土壤類型的面積,并建立相應的土壤性質數(shù)據(jù)庫,用以計算K 值和編制土壤可蝕性K 值圖。在多數(shù)計算土壤可蝕性K 值的公式中,要求土壤顆粒分析標準是美國制,而第二次土壤普查中土壤顆粒分析采用的是國際制,因此存在一個國際制向美國制的轉換問題(兩個標準的粒徑見表1。對于土壤質地的轉換,曾有不少嘗

11、試,但是最為準確、可靠的方法是圖解法。即在半對數(shù)紙上先畫出國際制的土壤顆粒大小分配曲線,然后查出美國制某一粒徑的百分數(shù)含量。此法的優(yōu)點是鮮明直觀,但是繪制曲線慢而繁,。但是,如果在計算機上,應用y =aX b 和y =aX 2+bX +c 進行模擬,得出了每個土壤類型的轉換方程。其中,兩個方程中X =ln (P ,P 為粒徑大小(mm ,Y 是小于P 粒徑的累計顆粒含量百分數(shù)(%。然后利用方程進行轉換。本此轉換共完成了近400個方程,其復相關系數(shù)R 2=0.99以上,結果非常滿意。表1土壤顆粒分析的美國制和國際制標準比較美國制粒徑(mm 名稱國際制3粒徑(mm 礫粗砂細砂粉砂黏粒黏粒3中國第二

12、次土壤普查所使用的標準。3土壤類型組成及K 值的計算結果我國東部丘陵區(qū)包括浙江、福建、江西、廣東、海南、廣西、湖南七省和江蘇、安徽、湖北三省長江以南的部分地區(qū),全區(qū)總面積為119.745萬km 2(本次量測的面積。從1 400萬中國紅壤黃壤地區(qū)土壤圖可以看出,該地區(qū)主要分布紅壤、磚紅壤和水稻土,其它土類也有分布,共涉及的土壤約有14個土類(見表2。94第2期梁音等:長江以南東部丘陵山區(qū)土壤可蝕性K 值研究表2我國東部丘陵區(qū)土類及其亞類的土壤可蝕性K值與面積代碼土類亞類K值面積 km2占總面積 %1濕潤鐵鋁土11磚紅壤12紅色磚紅壤13黃色磚紅壤14磚紅壤性土15赤土0.2280.1970.21

13、30.2640.21132891.52281.404679.63162.851686.012.74680.02350.39080.01360.14082簡育濕潤鐵鋁土21赤紅壤22黃色赤紅壤23赤紅壤性土24赤紅土0.2140.1740.3670.196142885.55225.1236142.595962.7111.93250.01883.01830.48963濕潤富鐵土31紅壤32黃紅壤33褐紅壤34紅壤性土35紅泥土0.2310.2440.2930.2270.177356400.2031656.952769.7056695.6011319.4829.76332.64370.23134.7

14、3470.94534鋁質常濕雛形土41黃壤42表潛黃壤43黃壤性土44黃泥土0.1910.1480.1970.136122103.8312622.317385.864897.0010.19701.05410.61680.38396鐵質濕潤淋溶土61黃棕壤62黃棕壤性土0.2190.4126303.373525.290.52640.294411紫色濕潤雛形土11紫色土112紫泥土0.3430.30624817.12874.142.07250.073012鈣質濕潤富鐵土121紅色石灰土122棕色石灰土123黃色石灰土124黑色石灰土125耕種石灰土0.2520.2440.1750.1110.164

15、16525.9944899.5331339.623277.421571.051.38013.74962.61720.27370.131217淡色潮濕雛形土171石灰性潮土172潮泥土0.3220.4136687.751514.770.55850.12654土壤可蝕性K值圖的編制與分布規(guī)律以1 400萬中國紅壤黃壤地區(qū)土壤圖為工作底圖,應用A RC I N FO進行數(shù)字化,再將以上所計算的各亞類的可蝕性K值,采用土壤可蝕性K值的分級指標,以省為單元劃分K值的等級,然后將各等級值賦給各省的不同土壤類型,連接到底圖上,在計算機上可以得出土壤可蝕性05水土保持研究第6卷表3不同土類的土壤可蝕性K值與面

16、積分布代碼土類平均K值面積 km2占總面積 %1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 15 16 17 18濕潤鐵鋁土簡育濕潤鐵鋁土濕潤富鐵土鋁質常濕雛形土干潤富鐵土鐵質濕潤淋溶土濕潤淋溶土滯水常濕雛形土紫色濕潤雛形土鈣質濕潤富鐵土濕潤砂質新成土海積潮濕正常巖成土淡色潮濕雛形土水耕人為土0.2250.2450.2300.1860.1580.2880.1200.0970.3420.2170.0370.1700.339-39701.41185115.97458841.93146709.001986.579828.661948.251706.3625691.2697613.611877.606

17、17.888202.52200272.103.315515.459238.318312.25180.16590.82080.16270.14252.14558.15180.15680.05160.685016.7629表4我國東部丘陵區(qū)土壤可蝕性K值的分級指標代碼可蝕性級別K值的范圍分布面積 km2占總面積 %1 2 3 4 5 6低可蝕性土壤較低可蝕性土壤中低可蝕性土壤中可蝕性土壤中高可蝕性土壤高可蝕性土壤0.3522144.42189636.33540796.49138710.0442316.6345822.761.8515.8445.1611.583.533.83表5同一亞類不同巖性上發(fā)育的土壤可蝕性K值亞類鐵質巖(玄武巖、安山巖等鐵鋁質巖(石灰?guī)r、大理