喀斯特坡地侵蚀性降雨阈值初探

陈旗小流域位于贵州省安顺市普定县后寨河流域内，是贵州高原典型喀斯特山地小流域，属于亚热带季风湿润气候，年均降水量1 400 mm，降雨集中在5—11月。下伏基岩为中三叠统关岭组灰岩和泥灰岩，土壤分布不连续，以黑色石灰土为主。为探明喀斯特坡地上不同土地利用对产流产沙的影响，在小流域内喀斯特山地上选取6种西南岩溶坡地典型土地利用类型建立径流小区，分别是火烧恢复灌草地 [burned area （recover），BAR]、火烧迹地 （burned area，BAU）、幼林地（young forestland，YFL）、坡耕地（cropland，CL）、稀疏灌丛（pastureland，PL）和复合植被地（combination vegetation land，CVL）。

该径流小区于2007年建立，2010年后径流场停止扰动，坡耕地退耕种植梨经济林，其他小区自然恢复成为灌草、灌丛、次生林等，幼林地和复合植被地植被状况以及径流泥沙情况均可由其他小区代表，因此2010年后只监测4个径流场，因此使用2007—2010年、2015—2019年2期观测数据用于研究。2007— 2010年，6种不同土地利用类型径流小区的植被覆盖率较低，地表岩石出露，石漠化发育程度高；2015— 2019年径流场坡度、样地面积不变，而基岩出露率和群落盖度变化见表1和表2。

在降雨事件中总存在发生侵蚀的小雨和不发生侵蚀的大雨，误选不可避免。因此，使用降雨侵蚀力偏差系数（ R _cv ）来表示因误选造成的降雨侵蚀力计算误差。

拟定的侵蚀性降雨标准是否合理，可以由错选度（ CE ）、剔除率（ SF ）、损失率（ EL ）3个指标来衡量。分别反映对侵蚀性降雨的区分能力、可减少的工作量、对侵蚀性降雨侵蚀力计算精度的影响。

由表3可知，喀斯特坡地地表径流量、地表径流系数和土壤流失量均较小，特别是地表径流系数均低于5%。不同土地利用方式下喀斯特坡地产流特征不同，在2期结果中稀疏灌丛地的径流量、径流系数和土壤流失量值均最大，这与其裸岩比和植被类型有一定关系。但总体第2期年均地表径流量整体呈显著下降趋势，年均地表径流量<10 mm，其中稀疏灌丛地下降最为明显，由24.147 mm下降至8.143 mm；土壤流失量整体也呈下降趋势，火烧迹地和稀疏灌丛年均流失量分别减少6.093，27.354 t/km ² ；火烧迹地和坡耕地随着干预停止且植被恢复，年均地表径流系数呈明显下降趋势，其余小区基本持平不变，均小于3%。

由表4可知，短时高强降雨类型产流产沙的频数占比最高，中等降雨次之，长时低强类占比最少。第1期产沙频数占比趋势为中等>短时高强>暴雨>长时低强>极端暴雨；第2期趋势为暴雨>短时高强>极端暴雨>中等>长时低强。很明显，2015—2019年产生水土流失的暴雨和极端暴雨占比大，占总有效降雨的55%，而2007—2010年期间仅占23%，这与毕节石桥小流域产流量、产沙量与大雨和暴雨有显著性相关的研究结果一致，说明在植被恢复后雨量少、降雨强度小的事件不易产生水土流失，雨量雨强与产沙量呈正相关。

由图1可知，陈旗小流域喀斯特石灰岩坡地地表径流系数极低，2007—2010年火烧灌草地地表径流系数均未超过1.2%，坡耕地和火烧迹地普遍<2%，稀疏灌丛地当降雨量>60 mm，次降雨地表径流系数才提高，可达15%。2015—2019年火烧迹地小区地表径流系数全部低于5%，火烧迹地、坡耕地和稀疏灌丛小区低于5%的降雨分别占96.2%，92.3%和77.0%。

由表5可知，2007—2010年的裸坡地侵蚀性降雨阈值分别为49.4， 49.4，52.2，48.0 mm，此阶段喀斯特坡地侵蚀性降雨阈值总体为50.0 mm。全部径流小区的偏差系数低于1%，损失率低于25%，错选率低于30%，剔除率达到90%。稀疏灌丛、坡耕地侵蚀性标准的损失率极低，表明在这个降雨量下至少有90%侵蚀事件被覆盖，结果准确性高。研究结果显示，4个不同土地利用类型区侵蚀性降雨阈值的大小为，稀疏灌丛地>坡耕地>火烧恢复灌草地=火烧迹地，与不同土地利用小区产流产沙特征基本一致。