本研究基于南方红壤区自然坡面野外系列降雨试验，分析次降雨土壤侵蚀模数与土壤侵蚀各影响因子间定量关系，构建植被覆盖因子与植被覆盖度间定量关系，以期为南方红壤区水土流失动态监测、土壤侵蚀研究等提供有益启示。

1 材料与方法

1.1 试验地点、材料及设备

试验在广东省五华县水土保持试验推广站进行（115°37'E，24°05'N），该站点属珠江流域韩江上游典型的红壤丘陵区，亚热带季风气候，年降水量为1 300～1 900 mm；该区域土壤侵蚀以面蚀、沟蚀和崩岗侵蚀等为主，地表植物主要有马尾松（Pinus massoniana Lamb.）、桉树（Eucalyptus gran dis Hill）、柚树（Citrus maxima (Burm.) Merr.）、木荷（Schima kwangtungensis Hung T. Chang）、绢毛蔷薇（Rosa sericea Lindl.）、芒萁（Dicranopteris dichoto ma (Thunb. ) Bernh.）、蔗鸪草（Eriachne pallescensR. Br.）等。研究区土壤田间持水量及饱和含水率分别为26.7%～36.7%和42.5%～44.4%，有机质质量分数为0.78%～1.69%；砂粒（0.05～1 mm）、粗粉粒（0.01～<0.05 mm）、中细粉粒（0.001～<0.01 mm）、黏粒（<0.001 mm）质量分数分别为12.7%～14.7%、10.8%～22.9%、26.3～15.8%、28.6%～36.1%。

1.2 试验材料及设备

本试验使用的人工模拟降雨装置由西安理工大学生产的下喷式人工模拟降雨器，主要由降雨喷头及供水管道、恒压供水系统、控制系统、铝合金支架等构成（如图1所示）。该装置有效降雨面积为2 m×3 m，降雨高度3.0 m，降雨强度范围0.5～2.5 mm/min，雨滴直径大小为0.6～2.2 mm（滤纸色斑法测定），雨滴终速度为2.85～7.14 m/s，次降雨降雨动能为19.89～30.06 J/(m2·mm)。该装置降雨均匀度测试结果表明，20场不同降雨强度下降雨均匀度均值为81.5%～93.6%。试验过程中降雨器周围设有遮风帘，以减少自然风对降雨试验的不利影响。

图1 人工模拟降雨装置示意图Fig.1 Schematic diagram of artificial rainfall simulation device

1.3 观测指标及方法

受雨坡面为自然灌草地或清耕休闲地（裸地）坡面，在“降雨区”投影下方使用PVC板材形成封闭的人工径流小区（1.5 m×2.5 m），坡度使用罗盘实测获取，植被覆盖度采用照相法获取[39]。各场次降雨试验观测指标均参照《径流小区和小流域水土保持监测手册》[40]收集。各场次降雨径流深由次降雨径流体积除以径流小区投影面积计算得到。次降雨土壤侵蚀模数等于次降雨产沙量除以降雨面积与次降雨历时乘积值。次降雨量由电子雨量计自动记录（记录间隔1 min）。

试验开始前采用烘干法测定1次雨前土壤含水率，测定土层深度为0～15 cm。每个小区仅开展人工模拟降雨1次。经统计本试验各小区雨前表层土壤含水率在10.5%～28.4%之间波动，平均值为17.3%%。

本试验各场次降雨历时、降雨强度和次降雨量统计结果如表1所示，可以看出本试验各场次降雨总体呈现短历时、大雨强、小雨量的基本特征。按照秦伟等[41]在红壤区次降雨雨型研究结果，本试验人工模拟降雨属于“A雨型”降雨，也是造成土壤侵蚀的主要降雨类型，与试验地点常见的“短历时大雨强小雨量”降雨雨型基本一致。

表1 本试验各场次降雨参数统计结果Table 1 Statistical results of each individual rainfall event in this study统计量Statistics降雨历时Rainfall duration/min降雨强度Rainfall intensity/(mm·min-1)次降雨量Individual rainfall amount/mm 最大值 最小值 平均值Average value16. 中位数

1.4 植被覆盖因子计算方法

本文植被覆盖因子（B）值计算方法基于降雨试验实测数据，借助CSLE方程反推获取，具体如下：

设某一清耕休闲地（裸地）1次人工模拟降雨土壤流失量为

同一区域某一植被覆盖度为VC的灌草地坡面1次人工模拟降雨土壤流失量为

植被覆盖度为VC的灌草地坡面植被覆盖因子Bs由如下方程计算：

式中A为土壤侵蚀模数，t/(hm2·a)；R为降雨侵蚀力因子，MJ·mm/(hm2·h·a)；K为土壤可蚀性因子，t·hm2·h /(hm2·MJ·mm)；L为坡长因子，无量纲；S为坡度因子，无量纲；B为植被覆盖与生物措施因子，无量纲；E为工程措施因子，无量纲；T为耕作措施因子，无量纲；下标c和s分别表示清耕休闲地（裸地）、植被覆盖度为VC的灌草地坡面对应的变量值。A、R、K、L、S因子可通过实测或计算获取，E、T因子可根据实际情况取值获取；清耕休闲地（裸地）植被覆盖因子Bc=1。

各场次降雨侵蚀计算采用章文波等[42]提出PI10指标，即为次降雨量（Pr，mm）和最大10 min降雨强度（I10，mm/h）的乘积。土壤可蚀性采用基于侵蚀/生产力的土壤侵蚀预报模型（Erosion Productivity Impact Calculator，EPIC）计算获得[43]。坡长和坡度因子计算公式如下[5,44]：