水土流失治理對土壤水文物理特性的影響研究

阮 芬

(山東濱州濱城區(qū)水利局，山東 濱州 256600)

在我國東北黑土區(qū)，冬春季節(jié)的風蝕以及夏季為主的水蝕對表土造成了極大影響，再加上近年來東北黑土區(qū)人們對土地沒有采取任何防止水土流失措施情況下的粗放式開墾利用，導致耕地出現(xiàn)不同程度的水土流失現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在坡耕地上最為嚴重。水土是人類賴以生存的重要資源，嚴重的水土流失造成了耕地表土的剝蝕，耕地質量的降低，作物產(chǎn)量的持續(xù)減少，給農(nóng)田土壤環(huán)境帶來很大的威脅，位于黑土區(qū)坡面上部的土層更是由于地面徑流的嚴重侵蝕流失殆盡，原本肥沃的黑土層呈現(xiàn)逐年變薄的不良趨勢，勢必會影響生產(chǎn)力發(fā)展。

針對黑土區(qū)水土保持建設，許多專家都進行了一系列的試驗，并提出了許多治理黑土區(qū)水土流失，增強土壤含水力及肥力的有效措施。比如，最早在低山丘陵區(qū)通過實施不同水土保持措施并研究措施實施后土壤性質變化，在此基礎上對水土流失治理效果進行分析評價的是張玉斌[1]等人。在河西綠洲區(qū)，張鳳云[2]等人則為了提高土壤的肥力，對綠洲區(qū)耕地采取了秸稈覆蓋、留茬的處理方式，對土壤當中的微生物、有機質以及碳含量進行了測試，留下了寶貴的參考數(shù)據(jù)。針對蓄水保土最難的紅壤坡地，鄭海金[3]等人進行了一系列試驗，得出了“橫坡間作、縱坡間作、果園清耕”等保護性耕作較之粗放式開墾利用能夠改善土壤碳庫，使土壤有機碳質量分數(shù)變大的結論，為黑土區(qū)紅壤坡地的水土保持提供了重要科學依據(jù)。在增強黑土區(qū)土壤含水量和肥力方面，王偉東[4]、白曉娟發(fā)明了壟向區(qū)田技術，通過合理時間下的壟向區(qū)田不但可以使土壤表層的水分減少蒸發(fā)，還可以充分利用水分，使土壤中的肥力得到增加，蓄水保墑則是江曉東[5]的試驗結果。其他學者也作了相關研究[6- 12]。

1 試區(qū)概況

本次試驗區(qū)域地形多樣，包括低山、平原、低洼地、坡地等在內的多種地形，試驗區(qū)年平均降雨量535.6mm，并且降雨量80%以上集中在夏季的7～9月份，存在漬澇、季節(jié)性干旱以及水土流失等多種問題，在39226.7hm2試驗土地當中，坡地面積占據(jù)了14539hm2，且自然坡度范圍在1/50～1/150之間，平均在5°以下，海拔高度252～372m之間，平均高度312m。試驗區(qū)域地勢南高北低，中西部的坡度較緩。

試驗區(qū)域內土壤總氮含量為0.2%～0.3%，全磷含量約0.05%，有機質含量較高，pH值達到6.75，100g土中含速效磷的量3.8～9.8mg土、含速效鉀的量為120mg土、含速效氮的量為5.5～6.5mg土，總體來說土壤質地良好，由大氣降水、地表徑流透水形成的淺層地下水的埋藏深度在40.02m左右，由降雨帶來的地表水則大部分流失嚴重。經(jīng)測得本地年徑流深平均值為142mm左右，但是資料表明當?shù)禺a(chǎn)水量共計才0.7億m3，可見降雨量少成為當?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展明顯的制約，受當?shù)氐乩砦恢?、地形的影響，水土流失問題和水資源浪費問題極易發(fā)生。

2 試驗設計

根據(jù)當?shù)氐匦蔚牟町?，我們將試驗區(qū)劃分為7個區(qū)域，在第1～6區(qū)域內采取不同水土保持措施，分別標記為措施1～6，和不采取任何水土保護措施的第7小區(qū)(寬5m，長20m，投影面積為100m2的小區(qū))標記為CK小區(qū)，并進行對照實驗。為了保障試驗結果的準確性，阻止地表徑流的進出及承接小區(qū)內的地表徑流和泥沙，在mpv導管的引導下進入徑流池。

表1 試驗區(qū)各小區(qū)處理措施

在進行實驗時，根據(jù)不同試驗小區(qū)的地形特點的差別分別采取了不同措施來保持水土，在坡面地形上先劃分區(qū)組，采用隨機抽簽的方式?jīng)Q定區(qū)組在坡面的排布以及采取措施的類型，將人為因素引起的檢測結果的偏差降到最低。

3 試驗結果

3.1 降水情況

本試驗采取自2016年8月份開始連續(xù)27d對降雨和水分進行觀測的有效措施，將不同水土保持措施下在不同降雨影響下土壤水分的變化過程進行了記錄，如圖1所示。

圖1 實驗期內降雨情況

從圖1中可以觀測到，8月份本試驗區(qū)域不規(guī)律的降雨共有3場，最小降雨量6.9mm，小量的降雨大部分滲入坡面土壤當中，而最大降雨量23.2mm的一次，大部分降雨通過地表徑流的形式損失掉。

3.2 不同水土保持措施下土壤水分隨時間變化特征

試驗組將8月5日作為試驗分析的第1天，對受降水、地形以及植被等方面對不同水土保護措施中水分的變化規(guī)律進行研究，如圖2～4所示。

圖2 0～20cm土壤水分隨時間變化

從圖2觀測到，在降雨后的土壤水分補充期，依靠自身重力水分運動并存儲在深層土壤當中，在這一時期中的土壤中的含水量有了非常明顯的增加；而且原來儲存了土壤中的用來彌補林木由于蒸騰和生長消耗水分的減少量也不斷減少，圖表中描述的是降雨后的表面土壤水分變化的補充期和消退期兩個時期。

圖3 20～40cm土壤水分隨時間變化

圖4 40～100cm土壤水分隨時間變化

從圖3、4可以看出，深層土壤中的水分能夠很快恢復到原來狀態(tài)的主要原因是由于沒有植物根系的消耗，因此土壤中水分的變化也較小，特別在圖4中表現(xiàn)最為明顯。

試驗組運用spss軟件對圖2～4進行相關性分析之后發(fā)現(xiàn)，當土壤深度為20～0.4m時，降雨與土壤水分相關系數(shù)變?yōu)?.997，當土壤深度達到40～100cm的時候，系數(shù)則縮小為0.234，這一數(shù)據(jù)變化充分證明土壤中的水分在深度為0～40cm范圍內與降雨的關系比較密切，但是土壤更深時，水分變化受降雨影響較小。

通過SPSS軟件進行方差分析結果見表2，更為明顯地觀測到了土壤含水量在不同水土保護措施下的差異。

表2 不同水土保持措施下土壤含水量方差分析

3.3 不同水土保持措施下土壤水分垂直變化規(guī)律

圖5 不同水土保持措施下土壤含水量隨時間變化剖面圖

不同水土保持措施下土壤水分垂直變化規(guī)律如圖5所示。對采取的不同水土保持措施的7個不同試驗區(qū)域內，不同層次土壤含水量進行統(tǒng)計分析后，可以看出垂直動態(tài)下的土壤含水量的特點不同。通過對圖5分析可知，土壤水分垂直變化受到降雨和蒸發(fā)兩個過程的影響表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，并且土壤含水量的剖面分布情況受到不同水土保護措施的影響。

4 結語

(1)淺層土壤水分受降雨量的影響較大，對深層土壤水分變化影響小。在降雨與土壤水分的相關系數(shù)為0.998時，土壤深度為0～20cm；當降雨與土壤水分相關系數(shù)變?yōu)?.997時，土壤深度為20～0.4m；當土壤深度達到40～100cm時，系數(shù)則縮小為0.234，這一數(shù)據(jù)變化充分證明淺層土壤水分變化和降雨有著密切關系，但是對于更深層土壤來說，水分變化受降雨影響較小。

(2)土壤水分弱利用層、主要利用層記憶調節(jié)層是試驗組根據(jù)不同水土保護措施下試驗區(qū)域土壤水分垂直變化情況進行的科學劃分。在土壤弱利用層中，7個試驗小區(qū)的土壤水分變異系數(shù)高達20.6%，這一層次的土壤的干濕變化受外界因素的影響非常明顯。

[1] 張玉斌, 曹寧, 蘇曉光, 等. 吉林省低山丘陵區(qū)水土保持措施對土壤性質的影響[J]. 水土保持通報, 2009(05).

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