“紅壤坡面侵蝕與水土流失防治”的實驗與探索

江西省景德鎮(zhèn)七中（333000） 葉國仁

江西省景德鎮(zhèn)三中（333000） 湯愛蘭

一、實驗活動的背景

我國紅壤丘陵區(qū)水土流失嚴重，對區(qū)域的地貌、植被、水文和人類活動（農(nóng)業(yè)、工業(yè)、交通等）產(chǎn)生了重大影響。學校所在地區(qū)江西省景德鎮(zhèn)市，為我國亞熱帶紅壤丘陵區(qū)的典型地區(qū)，水熱資源豐富，年降水量超過1200毫米，但分配不均；加之長期以來土地資源不合理的開發(fā)與利用，水土流失嚴重。高一必修1教材有一實驗活動“如何保持土壤不被沖刷”，本文為教師指導學生針對實驗目的，自行設(shè)計紅壤坡面水土流失與水土流失防治的實驗活動，探索分析坡形、坡度、地表覆蓋物、工程措施等地理要素對紅壤丘陵水土流失的差異影響。

二、實驗內(nèi)容與過程

【實驗器材】紅壤土堆、薄木塊、泡沫箱、鐵絲網(wǎng)與布、塑料水管、噴頭、電子表、電子稱、量筒等。

【實驗方法】如右圖所示，將紅壤土堆（土堆高約80厘米）的底層墊高，土堆迎水坡面的前下方用泡沫箱設(shè)計一個土壤侵蝕量的回收水池，水池上方用鐵絲網(wǎng)與布覆蓋以攔淤泥土。水籠頭調(diào)節(jié)閥處用彩色貼紙設(shè)定兩個刻度，小水量刻度用以模擬小雨狀況，大水量刻度用以模擬大雨狀況。每次實驗活動前依據(jù)實驗目的調(diào)整紅壤土堆的形狀或土堆迎水面的覆蓋物。實驗中用電子表精確記錄每次實驗時土堆被“不同雨水”沖刷的時間，學生用電子秤稱回收水池上方攔沙網(wǎng)攔淤的坡面土壤侵蝕量、用量筒計量回收水池中的水量，并用紙和筆記錄觀測現(xiàn)象，并分析總結(jié)。

【活動1】坡面形態(tài)與水土流失

圖示 實驗過程與記錄 結(jié)論自然土堆形狀在小雨條件下，坡面很快出現(xiàn)雨水濺蝕形成的細孔、細坑，接著坡面出現(xiàn)細水溝，細水溝越往坡底寬度越大。大雨條件下坡面細水溝大量出現(xiàn)，后期出現(xiàn)坡體崩塌現(xiàn)象；坡面土壤流失量較大，水的流失量不多。紅壤丘陵的地貌形態(tài)對水土流失有明顯的影響。坡面平整后土壤侵蝕減少，但水的流失量卻大于末平整的丘陵形態(tài)。臺形土堆（將紅壤土堆的迎水面進行平整）小雨條件下坡面受雨滴打擊的影響很小，末出現(xiàn)明顯的雨水濺蝕痕跡。大雨條件下坡面出現(xiàn)細水溝，但數(shù)量與規(guī)模遠小于“自然土堆形態(tài)”產(chǎn)生的細水溝，且形成時間上晚于前者；坡面土壤流失量較少，但水體流失量較多。

學生分析小結(jié)：土壤類型較單一（學校最近剛好進行校園綠化工程，有大量綠化用紅壤，土壤顆粒較細，土質(zhì)較松散，干燥且含水較少，與學生所見的許多山區(qū)紅壤差別很大），可能不同的紅壤在不同的時空條件下的水土流失量不盡相同，學生懷疑實驗結(jié)果是否帶有普遍性，對實驗結(jié)果的科學性也有較大疑問。

【活動2】坡度與水土流失

坡面坡度為60°坡面在大雨時出現(xiàn)了細水溝，但數(shù)量少于上者，出現(xiàn)的時間也較晚。坡底有一定的水土流失量，且水的流失量大于上者。圖示 實驗過程與記錄 結(jié)論坡面坡度為40° 坡上部出現(xiàn)破碎形態(tài)，中下部出現(xiàn)較多細水溝，水土流失量較大。坡度越小，坡長越長，坡面的土壤侵蝕越明顯。坡度越大，坡面水流越大。按理說侵蝕也應(yīng)該越強，但實驗中末出現(xiàn)這種結(jié)果。坡面坡度為80°坡面較完整，基本末出現(xiàn)細水溝。但在大雨長時間（超出正常測量時間）沖刷時出現(xiàn)了頂部坡體崩塌現(xiàn)象。坡面水流較大，且下坡的速率較快，流失量較大。

【活動3】坡面覆蓋物與水土流失

圖示 實驗過程與記錄 結(jié)論坡面無覆蓋物小雨時，坡面下部有細水溝出現(xiàn)，水土流失量不是很大；大雨時，坡面出現(xiàn)較多細水溝，坡體下部測量的水土流失量較大。坡面上覆草皮小雨條件下，坡面基本上無水土流失； 但在大雨條件下，坡面草被不同位置的土壤侵蝕量不同，大致是：坡上部＞坡中部＞坡下部。坡面上種小樹（實驗時坡面上種了幾株灌木：大葉黃楊）小雨時，土壤侵蝕不明顯，但水流失量較大；大雨時，坡面水流繞著樹干下坡，未出現(xiàn)細水溝，但出現(xiàn)了一定的坡面侵蝕現(xiàn)象，一定的水土流失量。植被具有削弱降雨徑流侵蝕力和提高地面抗蝕力的功能。在同等降水的情況下，植被的覆蓋率越高，水土流失越小，植被覆蓋率越低，水土流失越嚴重。三者比較，草皮覆蓋時水土流失量最少，樹次之，坡面無覆蓋物時水土流失量最大。

【活動4】坡面的工程加固措施與水土流失

圖示 實驗過程與記錄 結(jié)論梯形坡面 坡面完整，水、土的流失量較小。薄木塊覆蓋坡面（模擬坡面被水泥工程全覆蓋加固）坡面完整，土壤基本無侵蝕，但水大量流失?！熬毙渭毮緱l覆蓋坡面（模擬坡面被網(wǎng)格狀水泥工程加固） 坡面完整，水、土流失量較小。工程措施可以有效減少紅壤坡面的水土流失?！八喙こ倘采w”時坡面最完整?！熬W(wǎng)格狀水泥工程加固，同時種有草皮”的水土流失量最小。草皮+“井”形細木條雙重覆蓋坡面（模擬坡面被網(wǎng)格狀水泥工程加固，同時種有草皮）坡面完整，水、土基本無流失。

學生分析小結(jié)：如果紅壤坡面的水土流失防治中僅是側(cè)重硬覆蓋（全部為水泥工程全覆蓋），這當然造就了工程壯觀、護面平整，但輕視生物措施，工程造價較高，在貧困地區(qū)不宜推行。事實上硬覆蓋也有一些不利影響：如不利于地表、地下水分交換和動植物繁衍；陡滑的坡面不利于林草生長和人與自然的和諧；坡面反光，產(chǎn)生熱效應(yīng)；工程造價高，施工進度慢……呆板、生硬、沒有生機。建議選擇一種安全穩(wěn)定、全面控制水土流失、工程措施與植物措施緊密結(jié)合、生態(tài)效益和景觀效益明顯、費用省效益高的有效措施為水土保持方案內(nèi)容（如坡面網(wǎng)格水泥工程加固，同時種植草皮等綠色植被）。