錦巧徑流小區(qū)不同植被條件下降雨對(duì)土壤侵蝕的影響分析

付默菡

(錦州市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 錦州 121000)

降雨侵蝕能夠破壞生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)生水土流失，甚至威脅財(cái)產(chǎn)與生命安全，現(xiàn)已逐漸成為引起土壤侵蝕的主要方式。目前，關(guān)于土壤侵蝕與降雨的國(guó)內(nèi)外研究多集中于不同降雨類型對(duì)土壤侵蝕的影響、土壤侵蝕與降雨強(qiáng)度、土壤侵蝕模數(shù)與降雨、土壤侵蝕量受降雨影響等方面，研究熱點(diǎn)始終是如何推動(dòng)水土保持以及降低土壤受降雨侵蝕的影響。研究小組以土壤侵蝕嚴(yán)重、降雨量充足的錦巧小流域?yàn)槔?，利用徑流小區(qū)實(shí)驗(yàn)的方法探究了土壤侵蝕受不同植被條件下降雨的影響，通過分析不同植被的水保能力優(yōu)選出適合當(dāng)?shù)氐乃４胧?，為改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境以及小流域綜合治理提供科學(xué)指導(dǎo)[1-3]。

1 研究方法

1.1 區(qū)域概況

錦巧小流域位于E121°04′22″、N41°00′22″，屬于大凌河水系，遼寧省水土流失重點(diǎn)治理區(qū)。氣候?yàn)楸睖貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，大陸性較強(qiáng)，季風(fēng)氣候顯著，四季分明，冬季干冷，夏季多雨高溫，春季雨少風(fēng)大，秋季少雨溫和，年均降水量555mm，平均氣溫9.2℃。地貌形態(tài)為低山緩丘向沖海積平原及山前沖洪積扇裙過渡，地勢(shì)自北向南逐漸低緩，土壤以綜壤土為主。復(fù)雜的地貌形態(tài)和特殊的氣候條件，加之土壤板結(jié)、土層較薄、有機(jī)質(zhì)含量低等因素，致使流域內(nèi)土壤問題突出[4-5]。

1.2 研究方法

1.2.1 徑流小區(qū)設(shè)置

2018年5-11月，研究小組在錦巧小流域設(shè)置8個(gè)徑流小區(qū)，徑流小區(qū)布置要求表，見表1，并采用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行觀測(cè)，具體如下：

1)錦巧-1：原地類為荒地，現(xiàn)狀地貌為疏林地+荒草地。維持本徑流小區(qū)現(xiàn)狀不擾動(dòng)，觀測(cè)內(nèi)容改為疏林地監(jiān)測(cè)。

2)錦巧-2：原為水平梯田，植物物種為大豆和花生，現(xiàn)狀地貌為草本。對(duì)此，要清除雜草，整修梯田田面和田坎，植物品種選擇玉米。

3)錦巧-3：原整地方式為地埂植物帶，現(xiàn)狀地貌為荒草地。對(duì)此，需要清除雜草，修筑地埂2條；地埂栽植紫穗槐，栽植株距為0.50m，小區(qū)其他區(qū)域等高耕種玉米。

4)錦巧-4：原整地方式為水平槽，栽植物種為大棗、花生和大豆，現(xiàn)狀地貌為荒草地。對(duì)此，需要清除雜草，整修水平槽，栽植品種選擇山杏。

5)錦巧-5：原整地方式為魚鱗坑，栽植物種為大棗、花生和大豆，現(xiàn)狀地貌為荒草地。對(duì)此，需要清除雜草，整修魚鱗坑，栽植品種選擇刺槐。

6)錦巧-6：原整地方式為坡式梯田，現(xiàn)狀地貌為荒草地。對(duì)該徑流小區(qū)清除雜草，建議坡面采用5°自然坡面，要求植被蓋度≤5%，如有草木出土應(yīng)立即拔掉，并作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照小區(qū)。

7)錦巧-7：原整地方式為隔坡梯田，現(xiàn)狀地貌為荒草地。對(duì)該徑流小區(qū)清除雜草，采用5°自然坡面，不栽植任何植物，并作為自然修復(fù)小區(qū)。

8)錦巧-8：原整地方式為等高耕作，現(xiàn)狀地貌為荒草地。對(duì)此，需要清除雜草，等高耕作，耕種作物為玉米。

徑流小區(qū)布置要素表，見表1。

表1 徑流小區(qū)布置要素表

實(shí)驗(yàn)所需觀測(cè)設(shè)備主要包括全自動(dòng)氣象站、土壤墑情自動(dòng)傳輸系統(tǒng)、烘箱、天平、瓶式采樣器及其他采集需要的必備物品。采用相應(yīng)的設(shè)備對(duì)每個(gè)徑流小區(qū)降雨產(chǎn)生的泥沙含量、徑流量等采樣測(cè)算，結(jié)合徑流小區(qū)面積和烘干數(shù)據(jù)推算土壤的流失量。

1.2.2 降雨侵蝕力測(cè)算

從廣義角度分析，行政問責(zé)制要求國(guó)家行政部門的人員在行使權(quán)力的過程中秉承對(duì)人民負(fù)責(zé)的原則，堅(jiān)持以滿足人民的根本利益為目的，實(shí)現(xiàn)權(quán)為民所使、利為民所謀。在行使權(quán)力的過程中出現(xiàn)的不良后果，人民都能找到具體的行政主體來(lái)承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。在這個(gè)過程中，人民群眾是主體，政府是問責(zé)對(duì)象，政府行政人員在行使權(quán)力的過程中接受人民群眾的監(jiān)督和質(zhì)詢并承擔(dān)對(duì)應(yīng)的責(zé)任。從狹義角度分析，行政問責(zé)制可應(yīng)用于行政部門對(duì)內(nèi)部相關(guān)行政人員問責(zé)的制度。若行政人員在其應(yīng)負(fù)責(zé)的工作中有失職情況，行政部門可對(duì)相關(guān)行政人員問責(zé)。通過對(duì)失職情況的及時(shí)調(diào)查并追究相應(yīng)責(zé)任，實(shí)現(xiàn)部門內(nèi)的自我監(jiān)督進(jìn)而實(shí)現(xiàn)權(quán)為民所用。

采用全自動(dòng)氣象站記錄與測(cè)定，各徑流小區(qū)在實(shí)驗(yàn)期間(2018年5-11月)的降雨強(qiáng)度和降雨量，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算降雨侵蝕力。降雨侵蝕力是土壤的水蝕動(dòng)力，反映了降雨徑流造成水土流失的潛在能力，該數(shù)值與降雨量、雨型、雨強(qiáng)、雨滴動(dòng)能等因素有關(guān)。一般地，無(wú)法直接獲取降雨侵蝕力數(shù)值，可以利用經(jīng)典算法Wischmeier公式和相關(guān)降雨參數(shù)值確定，其表達(dá)式為：

R=E×I30

(1)

式中：R、E為降雨侵蝕力(MJ·mm·hm-2·h-1)和降雨總動(dòng)能(MJ·hm-2·h-1)；I30為最大30min雨強(qiáng)(mm·h-1)。研究期間徑流小區(qū)的降雨侵蝕力、I30、降雨歷時(shí)、降雨量等情況，徑流小區(qū)降雨情況，見表2。

表2 徑流小區(qū)降雨情況

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

針對(duì)實(shí)驗(yàn)期間土壤流失量、平均含沙量、徑流深、徑流量與降雨侵蝕力、降雨量之間的相關(guān)系數(shù)，擬利用SPSS22.0進(jìn)行計(jì)算分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨對(duì)徑流深、地表徑流量的影響

降雨徑流深與地表徑流量，見圖1。由圖1可以看出，各徑流小區(qū)的徑流深與徑流量總體上保持相同的變化趨勢(shì)，即林地<農(nóng)耕地<撂荒地，具體為林地5號(hào)魚鱗坑<林地1號(hào)疏林地<林地7號(hào)自然坡面<農(nóng)耕8號(hào)等高耕作<農(nóng)耕3號(hào)地埂植物帶<農(nóng)耕2號(hào)水平梯田<農(nóng)耕4號(hào)水平槽<撂荒地6號(hào)自然坡面，相對(duì)于其他土地類型林地小區(qū)具有較強(qiáng)的地表徑流截流能力。

圖1 降雨徑流深與地表徑流量

徑流深和徑流量均達(dá)到最大的是撂荒地6號(hào)自然坡面，其徑流深為14.71mm、徑流量為1.76m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他徑流小區(qū)。在8個(gè)徑流小區(qū)中林地5號(hào)魚鱗坑和林地1號(hào)疏林地的徑流深、徑流量均比較小，其中徑流深和徑流量達(dá)到最小的為林地5號(hào)魚鱗坑，分別為1.02mm和0.18m3。參與對(duì)比的4塊農(nóng)耕地中，徑流深與徑流量最大的為農(nóng)耕4號(hào)水平槽小區(qū)，依次為8.85mm和1.06m3，2號(hào)水平梯田小區(qū)和8號(hào)等高耕作小區(qū)的徑流深、徑流量相差不大。

2.2 降雨對(duì)土壤流失量、徑流含沙量的影響

圖2 土壤的流失量與地表徑流的平均含沙量

土壤流失量與地表徑流平均含沙量均達(dá)到最大的是撂荒地6號(hào)自然坡面，其土壤流失量為0.34t/hm2、地表徑流平均含沙量3.75g/L；林地1號(hào)疏林地和林地7號(hào)自然坡面的土壤流失量及地表平均徑流含沙量較小，達(dá)到最小的為林地1號(hào)疏林地，其土壤流失量為0.02t/hm2、地表徑流平均含沙量0.48g/L；參與對(duì)比的4塊農(nóng)耕地中，土壤流失量與地表徑流平均含沙量達(dá)到最大的是農(nóng)耕3號(hào)地埂植物帶，依次為0.16t/hm2、1.96g/L。

2.3 降雨與土壤侵蝕的相關(guān)關(guān)系

降雨與土壤侵蝕的相關(guān)性，見表3。由表3可以看出，8個(gè)徑流小區(qū)的降雨侵蝕力、降雨量與徑流深、地表徑流量均表現(xiàn)出顯著正相關(guān)性。林地1號(hào)疏林地、林地7號(hào)自然坡面、林地5號(hào)魚鱗坑、撂荒地6號(hào)自然坡面的降雨侵蝕力及其降雨量與平均含沙量之間的相關(guān)性不顯著。而農(nóng)耕3號(hào)地埂植物帶、農(nóng)耕4號(hào)水平槽、農(nóng)耕地8號(hào)等高耕作的降雨侵蝕力、降雨量與平均含沙量之間存在顯著的正相關(guān)性，而農(nóng)耕2號(hào)水平梯田的降雨侵蝕力與平均含沙量存在顯著正相關(guān)。對(duì)于土壤流失量的分析，8個(gè)徑流小區(qū)的降雨侵蝕力、降雨量與土壤流失量總體上均存在顯著正相關(guān)性。

表3 降雨與土壤侵蝕的相關(guān)性

2.4 討論分析

參與分析的8個(gè)徑流小區(qū)，其徑流深與地表徑流量總體保持相同的變化趨勢(shì)，即林地<農(nóng)耕地<撂荒地，這是由于在8個(gè)徑流小區(qū)中撂荒地的植被覆蓋度最低，其截留降雨產(chǎn)生的地表徑流也最少，降雨直接作用于地表并產(chǎn)生較大的徑流深和徑流量。計(jì)算分析的4個(gè)農(nóng)耕小區(qū)中，由于土層較為疏松且農(nóng)作物的遮蓋作用，可在一定程度上截留降雨，所以與撂荒小區(qū)相比其徑流深與徑流量較小。同時(shí)，種植山杏的農(nóng)耕4號(hào)水平槽，其郁閉度較玉米、次穗槐等耕地，根系分布較稀松且攔截降雨地表徑流量少，水土保持能力和截留雨水功能弱，因此其徑流深與徑流量均高于2號(hào)水平梯田、3號(hào)地埂植物帶和8號(hào)高等耕作。林地1號(hào)疏林地、林地5號(hào)刺槐、林地7號(hào)自然坡面的植被蓋度大、樹木茂密，具有較強(qiáng)的截留雨水能力，降雨無(wú)法直接達(dá)到地表，因此林地小區(qū)的徑流深和地表徑流量較小；特別是5號(hào)魚鱗坑為刺槐，具有更高的植被郁閉度和更強(qiáng)的雨水截留能力，所以該小區(qū)觀測(cè)值最低。

參與分析的8個(gè)徑流小區(qū)，其土壤流失量與地表徑流平均含沙量保持相同的變化趨勢(shì)，即林地<農(nóng)耕地<撂荒地。這是由于撂荒地6號(hào)自然坡面具有較低的植被郁閉度，其截留土壤地表泥沙以及地表降雨徑流的能力較弱，從而導(dǎo)致地表形成較大的徑流量，沖刷攜帶的表層土壤也較多，土壤流失量與地表徑流含沙量高，水保能力弱。

各徑流小區(qū)的降雨侵蝕力、降雨量與徑流深、地表徑流量均表現(xiàn)出顯著正相關(guān)性，隨著降雨侵蝕力的增強(qiáng)以及降雨量的增加，各徑流小區(qū)的徑流深與地表徑流量也不斷增大，這是由于降雨是形成地表徑流的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，各徑流小區(qū)的徑流深、土壤徑流量受降雨侵蝕力和降雨量的影響顯著。同時(shí)，農(nóng)業(yè)活動(dòng)也可對(duì)農(nóng)耕小區(qū)產(chǎn)生較大影響，松散的表層土質(zhì)很容易受到降雨的影響，所以存在較高的相關(guān)性。徑流小區(qū)土壤流失量會(huì)隨著降雨侵蝕力、降雨量的增加而增大，降雨具有加快土壤侵蝕的作用。

研究土壤侵蝕與不同植被類型之間的作用關(guān)系，有利于了解各項(xiàng)植物措施的水保能力，為小流域綜合整治及其水保方案設(shè)計(jì)提供參考?？傮w而言，林地具有較強(qiáng)的水保能力，但在短時(shí)間內(nèi)林地的經(jīng)濟(jì)效益較差，而玉米、山杏和紫穗槐雖然具有較低的土壤流失量，但水源涵養(yǎng)能力較弱，因此仍需進(jìn)一步深入研究以確定最佳的水保植物措施。

3 結(jié) 論

文章設(shè)立了林地、農(nóng)耕地、撂荒地3種類型的8個(gè)徑流小區(qū)，在此基礎(chǔ)上對(duì)比分析了土壤侵蝕與不同植被類型之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，徑流量、徑流深、土壤流失量與降雨量及降雨侵蝕力存在顯著正相關(guān)性，土壤侵蝕會(huì)隨著降雨侵蝕力和降雨量的增加而增強(qiáng)，降雨具有加快土壤侵蝕的作用。此外，通過建立林地、種植柏樹等可以涵養(yǎng)水源，有利于保持水土，同時(shí)采取魚鱗坑、水平梯田、地埂植物帶、等高耕作等措施也能減少水土流失。