[發明專利]一種基于PI模型的容許土壤流失量計算方法

在審

• 申請號: 201710911799.3
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107766692A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 段興武;師小寧
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京權智天下知識產權代理事務所(普通合伙)11638
• 代理人: 王新愛

技術領域

本發明涉及農業水土保持技術領域，具體涉及一種容許土壤流失量計算方法。

背景技術

我國是世界上土壤侵蝕最為嚴重的國家之一，侵蝕面積約占國土總面積的37.42％。土壤侵蝕造成水土流失、土壤生產力下降、土壤資源退化、地表形態的變化等一系列環境問題，加劇人口與資源環境之間的矛盾，威脅著人類的生存和可持續發展。要定量監測區域土壤侵蝕狀況、選擇適用的水土保持措施，首要任務就是確定容許土壤流失量。

容許土壤流失量(Soil Loss Tolerance)簡稱T值，是指為了維持長期高水平農作物經濟生產力所容許的最大土壤侵蝕速率，用年土壤流失量(t/km²·a)表示，我國水利部將其定義為“在長時期內能保持土壤的肥力和維持土地生產力基本穩定的最大土壤流失量”，其本質含義仍為保持土地生產力。T值不僅是定量監測土壤侵蝕狀況、因地制宜的選擇水土保持措施、評價水土保持效益的重要指標，同時也是確定不同地域條件下土壤侵蝕區和非土壤侵蝕區的定量標準。

綜合多年來關于T值的研究成果，用以確定T值的方法主要有四種，即專家經驗法、土層厚度劃分法、成土速率平衡法以及PI模型法。

專家經驗法主要是基于專家學者積累的經驗，主觀性強，所得出的T值是一個粗略估計的值，缺乏科學定量依據。

1964年Stamey和Smith根據T值的定義推導出了計算T值的概念性方程之后，正式開始有了定量的研究方法，該方程同時包含時間、空間、土壤性質和成土速率等參數，科學依據和方程機理性極強，被稱為T值計算的理想方程：

式中，I_S(x,y)為地點函數，是t₀時刻土壤性質的測量值；M_s(x,y)為點(x,y)處該土壤的最小容許流失量；E_s(x,y,t)為點(x,y)處土壤流失速率；R_s(x,y,t)為點(x,y)處的成土速率。該方程基本理念是為了維持土壤生產性能的可持續使用，在一定規劃時間內、目標位置的土壤生產性能不能低于某個臨界值。但是，方程未給出定量表達土壤生產性能的模型，也無法確定這個最低土壤生產性能的臨界值，因此未能獲得推廣應用。

20世紀80年代，Skidmore等(Skidmore E L(1982)Soil loss tolerance.In:Determinants of soil loss tolerance.ASA Special Publication No.45,Am Soc Agr,Madison,Wisconsin,p87–94.)為了解決“在不損害生產力的條件下容許土壤流失量是多少”這一問題，將上述概念模型加以改進，引入土層厚度代替土壤性質計算T值，方程包括最小容許土層厚度、最適宜土層厚度、當前土層厚度、以及容許土壤流失量的上下限等多個參數：

其中T(x，y，t)是點(x，y)在時間t(即當前)上的T值，T₁是T的下限，T₂是T的上限，Z是當前的土層厚度，Z₁是最小容許土層深度，Z₂是最適宜土層深度。從(T₁，T₂)到(T₁，Z₂)容許土壤流失量是正弦曲線函數，其值取決于土壤深度，(T₂-T₁)/2是振幅。Z值介于Z₁和Z₂之間，用0°～180°的余弦值表示。改進后的模型在現實研究中也有一定的應用，然而由于土層厚度劃分法屬于半定量的方法，土壤厚度僅為一項較為綜合的土壤性質，不能全面表達土壤生產力水平，相同厚度的土壤其生產力水平有可能差異較大，且方程中最小土壤厚度、最適土壤厚度等參數是人為確定，缺乏科學依據，最重要的是方程中需要確定土壤使用年限，由于受環境和人類活動影響該參數難以確定，故在計算過程中存在阻礙。

土壤生產力模型(簡稱PI模型)是一個綜合評價土壤水平的有效方法，在國內外研究中得到了廣泛的驗證和應用，但是將其用于定量計算容許土壤流失量尚缺乏探索。