沂蒙山區(qū)不同水土保持植物措施的水土流失規(guī)律研究

楊慧玲*

（臨沂市水文局，山東臨沂，276000）

引言

坡面侵蝕又稱為面蝕（surface erosion）[1]，斜坡上的降雨不能完全被土壤吸收時(shí)地表產(chǎn)生積水，由于重力作用形成地表徑流，開始形成的地表徑流處于未集中的分散狀態(tài)，分散的地表徑流沖走地表土粒稱為面蝕。通過水土保持措施，可以保持水土、涵養(yǎng)水源、提升土地生產(chǎn)力、改善環(huán)境、增強(qiáng)土壤肥力，減少土壤流失量等。在水土流失治理當(dāng)中，有效地運(yùn)用植物是非常重要的一項(xiàng)措施，充分利用植物措施，提升水土保持工作的有效性[2]。

沂蒙山區(qū)是我國生態(tài)極度脆弱的地區(qū)之一，也是北方土石山區(qū)乃至中國東部地區(qū)土壤侵蝕最為嚴(yán)重的區(qū)域，輕度以上的土壤侵蝕面積高達(dá) 12085.0 km2，中度、強(qiáng)度侵蝕面積分別為5521.1 km2，3346.6 km2[3-5]。 沂蒙山區(qū)面蝕的主要?jiǎng)恿碜杂诮邓坝纱硕a(chǎn)生的徑流，徑流能量的大小取決于水流流速及徑流量的大小，流速主要取決于地表坡度及植被狀況。在一定坡長、坡度條件下，郁閉度、蓋度越大，徑流在坡面上的入滲時(shí)間長，其入滲量大，徑流量、徑流速度越小。沖刷力相應(yīng)減弱，造成的坡面土壤流失量減小。通過在沂蒙山區(qū)不同植被布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)100m2， 研究沂蒙山區(qū)不同植被措施間對(duì)土壤流失的影響，利用沂蒙山區(qū)蒙陰縣前城子水土保持監(jiān)測(cè)站的徑流小區(qū)實(shí)測(cè)資料，不同小區(qū)內(nèi)降水量對(duì)徑流量和侵蝕量的影響，闡明不同水土保持植物措施條件下水土流失變化規(guī)律，為沂蒙山區(qū)相同類型地區(qū)的坡面綜合治理提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)地概況（材料與方法）

1.1 研究區(qū)概況

前城子監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于蒙陰縣桃墟鎮(zhèn)前城子村，所屬淮河流域沂河水系桃墟河，東經(jīng) 117°59′44″，北緯 35°36′25″。桃墟河發(fā)源于蒙陰縣蒙山北麓，布袋峪村西，流經(jīng)大廟、北桃墟注入岸堤水庫，流域呈傘形，至前城子村河段集水面積54.7km2，徑流場(chǎng)海拔高度為231m，小區(qū)為南北走向，坡向約94°，原始地貌為林地。多年平均降水量871.2mm，多集中于夏季且多暴雨，汛期（6～9月）多年平均降水量641.2mm，占73.6%。歷年最大降水量1465.6mm（1963年），歷年最小降水量 463.0mm（1988年），極差為 1002.6mm。監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤以山地棕壤為主，淺褐色砂壤土為輔。

圖1 前城子測(cè)點(diǎn)位置圖

1.2 徑流小區(qū)情況

根據(jù)中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水土保持監(jiān)測(cè)設(shè)施通用技術(shù)條件》（SL342—2006）、《水土保持試驗(yàn)規(guī)程》（SL419—2007）結(jié)合北方土石山區(qū)特點(diǎn)，徑流小區(qū)設(shè)計(jì)為寬 5m，長 20m（水平投影），水平投影面積100m2。集水槽末端設(shè)置分流池（9孔分流法）、集流池，分流池與集流池大小一樣，按照50年一遇24h最大暴雨設(shè)計(jì)及施工，內(nèi)部實(shí)際尺寸為長3.32m、寬1.46m、高0.95m，分流孔孔底高度0.7m。

2 試驗(yàn)材料與觀測(cè)方法

2.1 徑流小區(qū)的布設(shè)

根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦渭白庥玫貕K實(shí)際情況，共建設(shè)4個(gè)徑流小區(qū)，坡度為9.1°、9.2°、9.5°和9.3°，小區(qū)面積全部為5m×20m。建立 4 個(gè)不同植物措施的徑流小區(qū)， 研究在不同措施條件下，徑流量和侵蝕量的變化規(guī)律， 各徑流小區(qū)的基本概況如表1 所示：

表1 徑流小區(qū)水保措施相關(guān)布局統(tǒng)計(jì)表

2.2 觀測(cè)方法

2.2.1 降水量和降水強(qiáng)度的觀測(cè)

采用2012年～2017年人工雨量計(jì)、自記雨量計(jì)同步觀測(cè)、校準(zhǔn)，據(jù)此計(jì)算日降水量和降水強(qiáng)度。

2.2.2 降水量和降水強(qiáng)度分級(jí)

根據(jù) 2017年次降水量 （P），計(jì)算 30min 最大降水強(qiáng)度 （I30）及降雨侵蝕力（Ms）。

2.2.3 徑流小區(qū)徑流量和泥沙量的觀測(cè)

使用集流桶、蓄水池監(jiān)測(cè)1、2號(hào)小區(qū)徑流量（V），使用JDNS-AUTO-01型泥沙自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)3、4號(hào)徑流小區(qū)的徑流量（V）；用取樣桶和泥沙自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備采集泥沙樣品， 將蓄水池的泥沙水量充分?jǐn)嚢杈鶆蚧旌虾笕?，過濾， 烘干稱重， 計(jì)算徑流小區(qū)的侵蝕量。

2.2.4 數(shù)據(jù)處理

用 Rain Record（降雨強(qiáng)度計(jì)算）軟件和Excel2007 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3 結(jié)果與分析

對(duì)不同措施條件下次降水量≥12mm降雨進(jìn)行計(jì)算，分析研究侵蝕性降雨量與徑流量、侵蝕量之間關(guān)系，采用直線方程、指數(shù)方程、冪函數(shù)方程和對(duì)數(shù)方程進(jìn)行回歸分析。

3.1 不同措施條件下次降水量對(duì)徑流量的影響

經(jīng)分析降水量和徑流量呈較好的線性關(guān)系， 相關(guān)系數(shù)都在 0.82 以上，見表2。

表2 不同措施下降雨量P與徑流量V的回歸分析

圖2 降雨量P與徑流量V的關(guān)系圖

通過圖 1 可以看出，在同一坡度下，徑流量隨著降水量的增長呈線性增長，發(fā)現(xiàn)遵循 V= aP+b 線性關(guān)系，在降水量一定的條件下，匯集徑流量從大到小的順序依次為花椒、石榴桃樹混交、荒地、棗樹，花椒從樹冠、樹葉面積及總體生物量都比較小，坡面受雨面積增大，林下除草后，坡面徑流量較多；桃樹雖然林冠截留比較多，林下屬于天然地表，地表有大面積的巖石，所以徑流量比較大，最小的為棗樹，棗樹植被密度較大，在沂蒙山區(qū)種植棗樹能有效的攔蓄徑流，防治水土流失。

對(duì)不同措施條件下降水量和徑流量在0.05水平上進(jìn)行方差分析，不同植物水保措施條件下，降水量和徑流量呈顯著性差異（F石榴桃樹混交=2.240＞F0.05=0.097； F棗樹=4.556 ＞F0.05=0.097； F荒地=1.796＞F0.05=0.097；F花椒=3.434＞F0.05=0.097；），并且花椒對(duì)地表徑流影響最大，產(chǎn)流最多，選擇樹種時(shí)應(yīng)該選擇棗樹，其涵養(yǎng)水源、保持水土的效果最好。

3.2 不同措施條件下降水量對(duì)侵蝕量的影響

表3 不同措施下降雨量P與徑流量V的回歸分析

圖3 降雨量P與土壤流失量Ms(t/hm2)的關(guān)系圖

植被對(duì)土壤侵蝕量影響因子主要有植被類型、年齡、形態(tài)、林冠高度、根系狀況等[4]。分析不同措施各級(jí)雨量下的侵蝕量，并對(duì)降水量 P 和侵蝕量Ms 進(jìn)行回歸分析，發(fā)現(xiàn)遵循 Ms= aP+b 線性關(guān)系（見表 3）。 從圖 2 看出，花椒隨降雨量增加，侵蝕量增加，其次是荒地、石榴桃樹混交林，棗樹侵蝕量最小。因?yàn)榛ń返臉潺g、林冠、根系深度小，保持水土的作用并沒有多年生棗樹、石榴桃樹混交林強(qiáng)，荒地較花椒土壤侵蝕量小的原因是荒地收人工干擾小，下墊面比較穩(wěn)定。

對(duì)不同措施條件下降水量和侵蝕量Ms在0.05 水平上進(jìn)行方差分析，不同植物措施條件下，石榴桃樹混交、棗樹措施降水量和侵蝕量無顯著性差異（F石榴桃樹混交=1.143＜F0.05=1.061； F棗樹=0.3989 ＜F0.05=1.061； ），荒地、花椒地降水量和侵蝕量呈顯著差異（F荒地=4.777＞F0.05=1.061；F花椒=39.587＞F0.05=1.061），進(jìn)一步說明在沂蒙山區(qū)，選擇種植棗樹，其次是桃樹，具有很好的水土保持效益。

4 結(jié)束語

在9度的相同坡度條件下，蒙陰縣前城子水土保持監(jiān)測(cè)站徑流小區(qū)內(nèi)的降水量與徑流量、 降水量與侵蝕量呈良好的 y=ax+b 線性關(guān)系，徑流量和侵蝕量都隨降水量的增加呈線性增長。

不同植物措施條件下， 隨降水量的增加棗樹、石榴桃樹混交林徑流量和侵蝕量較花椒和荒地小區(qū)增加緩慢，其中花椒林影響最顯著，所以沂蒙山地區(qū)適合種植棗樹、桃樹；花椒并不適合作為當(dāng)?shù)厮帘３謽浞N。

[1] 張洪江.土壤侵蝕原理[M].2001, 22.

[2] 張靜.論水土保持中植物措施的重要性[J]. 基層建設(shè),2017,(12):59-62.

[3] 王志偉,陳志成等. 不同雨強(qiáng)與坡度對(duì)沂蒙山區(qū)典型土壤坡面侵蝕產(chǎn)沙的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào),2012,(06):17-20.

[4] 王曉南,孟詩等.淺談植物措施在水土保持中的作用機(jī)理 [J].山西水土保持科技,2008(3)6-8.

[5] 林軍,馬文貴等.北方土石山區(qū)不同坡度的徑流小區(qū)水土流失規(guī)律研究[J].水利科技，2009（3-4）：42-44.