摘要
土壤侵蚀引起土地退化、洪涝灾害，是生态与环境问题的集中反映，而水力侵蚀是造成土地生产力下降、面源污染等全球性环境问题的主要原因。降雨是水力侵蚀的动力来源，自然界中降雨和风往往伴随出现，而目前国内外关于“风驱雨”的研究主要集中在利用人工模拟降雨探求风对雨滴特性和击溅侵蚀的影响，对于不同下垫面条件下风对于坡面土壤侵蚀、养分流失的影响机制尚不明确。因此，本研究基于坡面尺度，将径流小区的径流、泥沙、氮磷流失数据与气象观测数据结合，通过数理统计方法揭示不同下垫面条件下风对坡面土壤侵蚀、养分流失的影响机制，并进行室内人工模拟降雨，利用多元数据分析构建引入风因子的次降雨土壤侵蚀模型。主要研究结果及结论如下: (1)风驱雨是北京地区降雨的主要存在形式，其中77.56％为小雨，平均风速多为2级风。北京地区年均降水量533.47mm，年降水量波动较大;月均降水量44.46mm,降雨集中在5～9月，年内分布不均，季节变化明显，夏多冬少。北京地区主导风为南西南风(SSW),多年平均风速为2.26m/s,年内风速围绕这一值波动。春季、夏季、秋季主导风均为南西南风(SSW),冬季主导风为北风(N)，受季风影响春夏两季偏南风较多，秋冬偏北风增加。不同季节、降雨量下，侵蚀性降雨间的风速风向不存在显著差异(P＞0.05)丰水年主导风为南西南风(SSW)，欠水年风向有所变化，主导风为西南风(SW),偏北风增加;平水年风向与常年相似。 (2)2014～2018年雨季(5～9月)担礼径流小区共观测到32场侵蚀性降雨。次降雨量范围为5.50～291mm，平均降雨量为36.49mm;次降雨的平均雨强为9.71mm/h,平均最大30min雨强为12.46mm/h,平均风速2.04m/s。随着风速增大，裸坡径流小区、植被覆盖径流小区的泥沙流失量、径流量、总氮总磷流失量均出现明显波动，1级风(0.3～1.5m/s)下，泥沙流失量、径流量、总氮总磷流失量在一定范围内波动，而2级风(1.6～3.3m/s)下这一范围增加明显，且裸坡径流小区、植被覆盖径流小区的泥沙流失量、径流量、总氮总磷流失量的最大值均出现在风速1.87～2.66m/s。通过独立样本T检验得出，本研究下的裸坡径流小区、植被覆盖径流小区在1、2级风下泥沙流失量之间存在显著差异（P＜0.05），即在这些径流小区内，大的风速导致了更严重的土壤流失;而石坎梯田径流小区内，1、2级风下的泥沙流失量、径流量均无显著差异（P＞0.05）,风速对于水土流失不存在显著影响。 （3）裸坡小区，风和雨对坡面产流产沙、总磷流失的影响存在交互作用（P＜0.05），在2级风下，降雨量对产流产沙、总磷流失影响显著（P＜0.05），风速对坡面产流产沙的影响集中在降雨达到暴雨时（P＜0.05），对总磷流失影响则在发生大雨以及上显著（P＜0.05）。20m裸坡小区内,风和雨对坡面总氮流失的影响存在交互作用（P＜0.05）,在2级风下，降雨量对总氮流失影响显著（P＜0.05）,发生暴雨及以上时，风速对总氮流失影响显著（P＜0.05）。植被覆盖小区，在覆盖度小于等于20％时，风和雨对坡面产流产沙的影响存在交互作用（P＜0.05），在2级风下，降雨量对产流产沙影响显著（P＜0.05），风速对坡面产流产沙的影响则集中在暴雨时（P＜0.05）。部分植被覆盖小区内，风和雨对坡面总氮流失的影响存在交互作用（P＜0.05）。 （4）选取典型的裸坡坡面进行室内人工模拟降雨试验，构建无风条件下的次降雨土壤侵蚀模型，并使用风机对降雨施加风的影响以模拟自然降雨，将风速作为影响因子引入模型，构建有风条件下的次降雨土壤侵蚀模型，得到引入风因子的次降雨土壤侵蚀模型:M0=e-4.913P1.978L0.770S0.125W,经检验，模型有效性系数R2=0.74,纳什效率系数NSE=0.62,模型的精度达到了可接受的范围，具有一定统计学意义和使用价值。 综上所述，植被覆盖度小于等于20％的坡地，风和雨对坡面产流产沙的影响存在交互作用（P＜0.05）。在2级风下，降雨量对产流产沙影响显著（P＜0.05），风速对坡面产流产沙的影响则集中在发生暴雨时（P＜0.05）。本研究揭示了不同坡面条件下风驱雨对水、土、养分流失特征的影响，并构建了引入风因子的次降雨土壤侵蚀模型，为监测、预报土壤侵蚀提供了科学依据。
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