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1、-土壤侵蚀预报模型宝元 云 科利 编著. z-容提 要土壤侵蚀是世界围的环境问题之一，严重的水土流失不仅破坏土地资源、淤塞江河引起洪水灾害，而且还会污染水质，破坏水资源。土壤侵蚀预报模型是评价土壤流失状况、及其对环境和农业长期生产力的影响，进展土地资源管理和农业生产管理的有效技术工具。本书主要论述了国外土壤侵蚀预报模型的开展历史和根本构型，系统阐述了影响土壤侵蚀各个因子的计算问题，并指出了我国土壤侵蚀预报模型开展的根本方向，以及构建我国土壤侵蚀预报模型时注意的问题等。可以为进展土壤侵蚀预报和水土资源保持研究，提供重要的方法论，同时也可作为教学和科研工作者重要的参考书。 本书可供综合性大学、师院
2、校、农业院校、林业院校、以及相关研究单位从事地学、水土保持、土地利用、环境保护、以及水利工程等研究的科技人员参考，也可作为本科生或研究生教材。. z-目 录第一章引言11.1 土壤侵蚀预报模型开展历史11.2 容许土壤流失量61.3 土壤流失方程8第二章降雨-径流侵蚀因子R132.1 概述132.2 侵蚀性降雨标准152.3 降雨动能的计算192.4 降雨侵蚀力指标确实定与计算242.4.1 降雨侵蚀力指标确实定242.4.2 降雨侵蚀力指标的计算方法282.4.3 降雨侵蚀力的简易计算方法312.5 不同条件下降雨侵蚀力的修正332.5.1 缓坡积水修正332.5.2 土壤冻融与融雪作用修正
3、342.6 降雨侵蚀力的时空分布规律382.6.1 降雨侵蚀力的季节变化392.6.2 10年一遇暴雨的降雨侵蚀力392.6.3 降雨侵蚀力空间分布图39第三章土壤可蚀性因子K653.1 土壤可蚀性研究进展653.2 土壤可蚀性的评价指标723.3 土壤可蚀性因子的测定与计算753.4 不同条件下土壤可蚀性的选值793.5 土壤可蚀性的季节变化823.6 土壤可蚀性的研究展望88第四章坡长与坡度因子LS1014.1 坡长因子L1014.2 坡度因子S1034.3 坡度坡长因子组合LS1044.3.1 直型坡的LS因子1044.3.2 不规则和分段坡1054.4 土壤类型或覆盖沿坡的变化1084
4、.5 估算局部坡段LS值的可选方法1094.6 容许土壤流失量与坡段侵蚀量的关系1094.7 坡长的选择110第五章作物覆盖与管理因子C1385.1 作物覆盖和管理因子研究历史1385.2 覆盖与管理因子的计算1425.2.1 土壤流失比率SLR季节变化对计算C值的影响1425.2.2 气候变量半月值的计算1445.2.3 土壤流失比率的计算1455.3 计算覆盖与管理因子参数值确实定1615.3.1 调整核心作物参数值1615.3.2 其它作物的参数取值1635.3.3 地面覆盖度与生物量的关系1635.3.4 残体分解参数1645.3.5 核心作物生产方式参数调整1655.3.6 其它耕作
5、方式参数值的选择1665.4 特殊情况覆盖与管理因子的计算1665.4.1 一次性扰动和轮作条件下C值的计算1665.4.2 带状播种、或有缓冲条带坡地的C值计算1675.5 覆盖和管理因子研究现状与展望1675.5.1 覆盖与管理因子估算值的研究1685.5.2 覆盖与管理因子影响因素的研究1695.5.3 覆盖与管理因子的研究方法1715.5.4 问题与前景171第六章土壤保持措施因子P2076.1 等高耕作措施P因子值2076.1.1 资料分析2086.1.2 结果2106.2 超过临界坡长等高耕作土壤流失量估算2156.2.1 临界坡长2156.2.2 超过临界坡长P因子值计算2166
6、.2.3 讨论2186.3 带状耕作P因子值2186.3.1 实例分析2206.3.2 带状耕作P因子值的开展过程2206.3.3 带状耕作 P因子值计算2276.3.4 融雪和冻融情况下农田带状耕作P因子2306.4 梯田P因子值2316.4.1 梯田后淤积2316.4.2 坡度的影响2326.4.3 水土保持规划中的梯田P因子2326.5 牧草地P因子2326.5.1 工程措施对径流和地表粗糙度的影响2336.5.2 改变径流方向的水保措施2366.5.3 未扰动条带P值237附录A 美制单位换算成国际单位制268附录B 参考文献272附录C 符号意义300. z-第一章 引 言1.1 土
7、壤侵蚀预报模型开展历史尝试用数学方法进展水土流失预报，大约始于本世纪30年代，以Cook1936等的工作为标志，他列出了影响土壤侵蚀的3个主要因子：土壤对侵蚀的敏感性，降雨和径流的潜在侵蚀能力，以及植被覆盖对保护土壤的作用。几年以后，Zingg1940发表了计算田间土壤流失量的第一个数学方程式。该方程用数学方法描述了坡度和坡长在土壤侵蚀中的作用。其后，Smith1941进一步在方程中增加了作物和水土保持措施因子，他还明确提出了年土壤流失极限值的概念。他用建立的方程，绘制了适用于美国中西部地区的水土保持措施图，可以根据具体的土壤条件选择相应的水土保持措施。第二次世界大战期间，土壤侵蚀预报方法的研
8、究工作一直在进展，但很多研究结果直到战争完毕以后才得以发表。这期间，Browning和他的助手们1947在Smith1941方程中增加了土壤可蚀性因子和作物管理因子，并且列出了不同土壤、不同作物轮作、以及不同坡长等侵蚀因子数值表。他们着重评价了等高耕作、梯田和带状耕作等措施下，给定不同的土壤类型、坡度和种植制度，对应的土壤侵蚀的极限坡长大小。Smith和Whitt1947提出了粘磐土土壤的田间土壤流失量估算方法，给出了不同坡面上等高耕作、带状耕作以及梯田情况下的土壤流失率。同时还给出了等高耕作措施下建议采用的坡长极限值，和不同作物轮作时的相对侵蚀速率。Smith和Whitt1948还提出了一个
9、“概念性土壤流失计算方程：A=CSLKP，并将该方程推广应用于美国密里州的主要土壤类型。其中，C因子是粘磐土土壤条件下，一定轮作制度、坡长、坡度和作物垄向条件下的多年平均土壤流失量。其它因子分别是：坡度S、坡长L、土壤可蚀性K和水土保持措施因子P，它们都是无量纲因子。其中详细讨论了P因子的取值问题。Smith和Whitt同时认为，需要引入降水因子才能使该方程应用于其它州。随后美国农业部土壤保护局认识到，土壤流失方程对于农业规划很有价值，于是成立了专门的研究小组，旨在研究适用于所在地威斯康辛州Milwaukeee地区的土壤流失预报方程，并最终提出了适宜于玉米种植带的土壤流失量与坡度关系的估算方法
10、。为了使该方法应用于其它地区，1946年在俄亥俄州召开了由全美土壤侵蚀专家参加的学术研讨会。与会者回忆了全美的土壤侵蚀研究资料，重新估价了以前使用的评价因子，决定新增加降水因子，最终建立了Musgrave方程，包括降水因子，受坡度和坡长影响的地表径流因子，土壤特性，植被覆盖影响因子Musgrave，1947。Loyd和Eley1952进一步绘制了Musgrave方程的图解图，并将美国东北部各州主要条件下的侵蚀影响数值制成表。1956年，Van Doren和Bartelli提出了适用于伊利诺伊州土壤和作物条件的土壤侵蚀方程，用以估算年土壤流失量。该方程包含9个因子，其中一个因子是径流小区上实地测
11、得的土壤流失量，然后利用以前使用的因子，以及前期侵蚀因子和管理水平因子，再将土壤流失调整到适合当地条件的水平。鉴于州和地区级土壤侵蚀预报方程的应用成功，土壤保持决策者建议应全力研制全国性的土壤侵蚀预报方程。1954年，美国农业研究局在印地安那州普度大学Purdue University建立了国家径流和土壤侵蚀数据中心。该中心负责选点、收集和汇总全美国所有能得到的径流和侵蚀小区资料，以进展更进一步的深入分析Wischmeier，1955。随后几年里，在全美49个地区开展了联邦和州的合作研究工程，为该中心提供了10，000多个小区-年的径流和土壤流失根底资料，为建立国家级的土壤侵蚀预报方程，进展全
12、面的总结和资料的统计分析。为加快全国土壤侵蚀方程的建立，1956年2月和6月在普度大学召开了由研究者和用户共同参加的联席会议。与会者努力协调已有土壤流失方程的不同之处，并将方程扩展至尚无暴雨侵蚀观测的地区，最终形成了包括7个因子的方程。这7个因子是：作物轮作、管理、坡度、坡长、保护措施、土壤可蚀性、前期侵蚀。研究提出，所有土壤的最大允许流失量为11.3t/haa5ton/acrea* 国际制单位：吨/公顷年，t/(haa)；美制单位：美吨/英亩年ton/acrea，但实际上许多土壤的最大允许流失量低于该值。与会者认为，尚无充分的资料判断是否应引入降雨因子。但此后，通过资料中心的分析，在落基部各
13、州引入了降雨因子。随后的研究还说明，作物轮作和管理因子可以合并为一个因子Wischmeier等，1958。根据资料中心收集的资料，1956年年会的研究结果，以及以后的分析研究，Wischmeier，Smith和其他学者研制出了通用土壤流失方程USLE，Universal Soil Loss Equation，该模型发表在农业手册第282号和537号Wischmeier和Smith，1965，1978。USLE用6个因子的乘积形式量化了土壤侵蚀，这6个因子是：降雨和径流侵蚀力、土壤可蚀性、坡长坡度、覆盖和管理、以及水土保持措施。为土壤保持提供便利的工具，即利用简单的技术，预报*种条件下最可能的年
14、平均土壤流失量，这就是USLE的设计思想，因此，建立方程时遵循以下原则：1每一个因子能被一个变量表述；2每一个因子能从所在地区的气象、土壤、或侵蚀资料中获取；3每一个因子应不依赖于*一特定的地理环境。USLE中的“通用，意味着该预报模型不同于其雏形的区域预报模型。但使用USLE时也有限制条件：模型的应用条件必须可靠，而且能准确估计模型包括的各个因子Wischmeier，1976。 USLE克制了以往模型的许多缺乏。虽然它的形式与以前的模型相似，但在概念、因子关系、各土壤侵蚀因子的定义、以及评价和计算方法等方面有明显不同，主要变化包括：1更彻底地将因子的相互作用别离开来，能够更准确地预报一个或几个因子的变化造成的结果；2提供了能准确估算各地降雨，及其有关的径流侵蚀潜在能力的侵蚀指标；3无需参照共同的基准点，可由研究资料直接估算和定量表述土壤可蚀性因子；4根据土壤普查资料，就能利用方程和诺谟图计算多种土壤的可蚀性因子；5采用了把作物和管理参数及其相互作用统一处理的方法；6在覆盖和管理因子中，综合考虑当地年降雨的分配模式，以及具体作物的种植条件Wischmeier，1972。 USLE中各因子与土壤流失量之间的数学关系用回归分析方法确定，坡长和坡度的作用、作物轮作、土壤和作物管理措施等，是无量纲因子，表示为土壤流失增加量或减少量的百分比。通过乘积的
