小流域农田土壤侵蚀状态分析与水土保持规划研究

李学伟，连 燕

(四会市宏禹水利水电勘测设计有限公司,广东 四会 526200)

随着小流域生态建设的不断推进，对小流域农田土壤侵蚀状态分析与水土保持规划研究受到人们的重视，建立小流域农田土壤侵蚀的评估和参数分析模型，采用样本布设、网格化土壤样品检测和数据统计分析的方法，进行小流域农田的水土保持规划设计，通过分析土壤的水分、土壤养分及土壤温度，根据生态环境、水文过程分析，实现小流域农田土壤侵蚀状态分析与水土保持规划研究，根据野外实测数据、遥感数据、冻土分布数据分析，提高空间分布检测能力，从而提升水土的保持性能。研究小流域农田土壤侵蚀状态分析与水土保持规划方法，在生态环境建设中具有重要意义[1]。

当前，对土壤的侵蚀状态分析主要HHT参数、土壤变换光谱、SOM浓度分析方法，结合土壤成分相关性检测和对应波段处的变换光谱分析[2]，实现小流域农田土壤侵蚀状态分析与水土保持规划设计，文献[3]构建频率域光谱的土壤铜铅浓度差异区分及反演分析模型，通过探究土壤样品光谱间的微弱差异规律，采用二乘回归(PLSR)的数学统计分析方法，借助光谱域变换反演土壤Cu、Pb浓度，实现土壤的侵蚀状态分析，但该方法对土壤水土保持的稳定性不好。文献[4]中提出基于被动微波遥感的地表粗糙度及土壤水分反演研究，通过植被和土壤的水分检测和反演分析，实现小流域农田土壤侵蚀状态特征分析，但该方法土壤水分及侵蚀状态检测的性能不好。针对上述问题，本文提出一种小流域农田土壤侵蚀状态分析与水土保持规划的新方法，根据流域突然的侵蚀状态，构建小流域农田土壤侵蚀的时间过程、空间格局模型，结合区沉积物有机质组成和垂向分布特征，进行小流域农田土壤侵蚀的指标分析，进行小流域农田土壤的碳、氮等营养盐及生物易降解有机质组成的测定和分析，并通过数据实验分析，得出有效性结论。

1 小流域农田土壤侵蚀格局模型和状态特征

1.1 小流域农田土壤侵蚀格局模型

在小流域农田土壤侵蚀状态分析与水土保持规划设计中，通过小流域农田土壤表层沉积物的侵蚀动态特征分析，建立水动力模型，通过小流域农田土壤侵蚀格局分布构建，分析土壤中沉积物水界面的DO、Eh、pH等参数，分析小流域农田土壤沉积物的水土微界面的生物化学过程，在农田土壤侵蚀过程中，通过有氧呼吸、反硝化、铁还原、硫还原和产甲烷过程分析[5]，建立土界面氧化还原电位检测模型，得到小流域农田土壤侵蚀的多尺度引导机制，如图1所示。

图1 小流域农田土壤侵蚀的多尺度引导机制

构建不同地域环境下小流域农田土壤侵蚀的差异化机制，结合内部与外部各动力因素，根据自身形态、结构和生理生化特性，分析生物的适应性与当地环境的吻合度，分析沉积特征、物质组成、腐解产物赋存形态的沉积特征、物质组成、腐解产物赋存形态，以此构建小流域农田土壤侵蚀状态分析耦合关系模型[6]，得到小流域农田土壤侵蚀状态指标如图2所示。

图2 小流域农田土壤侵蚀状态指标

根据流域突然的侵蚀状态，构建小流域农田土壤侵蚀的时间过程、空间格局模型，根据有机碎屑沉积和再悬浮过程特征分析，进行侵蚀状态数据模拟[7]。

1.2 侵蚀状态特征分析

结合小流域农田土壤侵蚀状态的时间、空间坐标以及模型演化特征参数分析，建立小流域农田土壤侵蚀的综合效益评估和指标参数分析模型，根据水体横向受淹覆盖区域分辨特性，进行负荷模型等效分析，根据地表负荷响应的理论计，得到小流域农田土壤侵蚀的负荷计算公式为：

δg(P，t)=∑δσ(p，t)g(θ)

(1)

这里

g(θ)=gN(θ)+gE(θ)

(2)

根据表1所示的小流域农田土壤侵蚀的能值构成分布，设计浅沟、湿洼地、浅水塘等环境实现土壤侵蚀的状态参数模拟和过程演化计算，分析小流域农田土壤侵蚀状态模型参数，结合生境面积和种类多样性分析，建立小流域农田土壤侵蚀的水土状态分析模型[8]。

2 小流域农田土壤侵蚀及水土保持规划优化

根据地表植被分布特征，建立小流域农田土壤侵蚀环境分布的规划生态适应性分析参数模型[9]，以环境负载率(ELR)作为小流域农田水土保持的自变量指标，引入初期生态能值可持续性指数(ESI)，得到小流域农田土壤侵蚀检测的指数分布见表2。

表2

在不同的监测点，分析小流域农田中壤质黏土、砂质黏土、黏土不同土质的土壤稳定入渗性能，分析径流水量削减率，进行小流域农田土壤的碳、氮等营养盐及生物易降解有机质组成的测定和分析，通过紫外分光光度法测定(GB 11894—89)实现小流域农田土壤的pH电极头与参比电极分析，设计储水罐、提水泵等结构，进行水土保持控制，在水土保持规划设计中，通过复合系统收集水资源经过净化处理后，雨水汇入进潜水含水层，达到净化、滞留和修复功效[10]。水土保持规划设计的技术流程图如图3所示。

3 数据实验测试

通过SPSS数据分析的方法，进行小流域农田土壤侵蚀状态分析，采用数理统计与数据分析为水土保持数据支持模型，通过监测4个区域土壤侵蚀状态分析，得到监测云图如图4所示。分析图4，结合数据分析结果得出，通过对小流域农田土壤侵蚀状态分析，生物滞留地的面积占汇水面积15%，径流水量削减率分别为23.7%、47.5%，小流域农田土壤水土保持后，洪峰削减和洪峰延迟效果分别为50%、30%，测试土壤水体负荷变化云图如图5所示。

图4 小流域农田土壤侵蚀状态检测

图5 土壤水体负荷变化云图

分析图5得出，通过水土保持优化规划设计，水储蓄潜力范围12%～79%，均值为41%，滞留地的面积占汇水面积15%，削减80%的径流量，提高了土壤的保水率。

4 结语

根据小流域水土保持和生态环境建设的要求，以景观生态学、土地资源学，土壤侵蚀和水土保持学等理论为基础，对土地资源和土壤侵蚀定量进行评价。本文通过分析土壤的水分、土壤养分及土壤温度，根据生态环境、水文过程分析，实现小流域农田土壤侵蚀状态分析与水土保持规划研究，构建小流域农田土壤侵蚀的时间过程、空间格局模型，分析小流域农田土壤侵蚀状态模型参数，分析小流域农田中壤质黏土、砂质黏土、黏土不同土质的土壤稳定入渗性能，实现水土保持规划研究。本文方法提高了水土保水率，对农田土壤的侵蚀状态监测的可靠性较高。