黃土塬區(qū)不同植被措施水土保持研究

左 靜

（臨沂市蘭山區(qū)水務(wù)局，山東 臨沂 276000）

關(guān)鍵字：侵蝕性降雨；植被措施；減沙量；減流量

0 引 言

水土流失是一種危害嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，具有很強(qiáng)的隱蔽性，嚴(yán)重的水土流失，會造成耕地面積減少，土地肥力衰竭，如何有效防止水土流失，應(yīng)該采取怎樣的措施。對此各學(xué)者進(jìn)行了研究，孫從建等對典型黃土塬區(qū)不同植物措施水土保持效應(yīng)進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明：種植植被能有效的防止水土流失；黃博文等對紅壤侵蝕退化坡面植被恢復(fù)過程中的水土保持效益進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：植被的生長能減弱降雨對坡面產(chǎn)沙的影響，提升坡面的水土保持能力；周桐等研究了不同配置的多功能水土保持植被對黑土抗侵蝕特征的影響，研究結(jié)果表明：采用多功能水土保持植被措施，能提高土壤的抗蝕性，增強(qiáng)侵蝕土壤的還原能力；張文聰?shù)葘φ憬帘３种参锝ㄔO(shè)情況與發(fā)展進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：科學(xué)的種植水土保持植物，合理選擇樹種，能充分發(fā)揮植被的生態(tài)效益；馮樂對不同高陡邊坡植被配置的水土保持效益進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：草木結(jié)合的植被措施能有效防止高陡邊坡的水土流失；土小寧等對紅壤區(qū)(蘇皖)水土保持植物建設(shè)情況進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：種植優(yōu)良的水土保持植物，能有效的保護(hù)土地，維護(hù)人居環(huán)境；白晶對鄉(xiāng)土植物生活型構(gòu)成對邊坡植被水土保持效益的影響進(jìn)行了研究， 研究結(jié)果表明：種植多樣性的鄉(xiāng)土植物，能提高水庫邊坡的水土保持能力；謝曉麗對干旱地區(qū)蒙古櫟與大扁杏混交林水土保持效果進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明：種植櫟樹與杏樹的混交林，能降低地表徑流，減少土壤流失；章龍飛對植被過濾帶在水利工程邊坡水土保持中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：植被過濾帶寬度增大，能有效降低徑流強(qiáng)度；黎曦對我國巖質(zhì)邊坡植被修復(fù)與水土保持應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：修復(fù)巖質(zhì)邊坡植被，能有效的防止水土流失[1-5]。

以上研究并沒有聚焦于黃土塬區(qū)不同植被措施水土保持研究，對此文章分別進(jìn)行了不同類型降雨條件下，植被措施的減沙量和減流量的實驗。以上研究可供類似水土保持工程參考。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于某市西北部，關(guān)中西陲，是有名的黃土塬區(qū)，幅員面積568km2，地勢西南高，東北低，由西南向東北呈傾斜狀，地面坡度較大，由于長期流水沖刷，造成塬高溝深坡陡的地貌特征；該地區(qū)屬內(nèi)陸半干旱季風(fēng)氣候，無霜期171d，歷史最高溫度36.6℃，歷史最低氣溫-22.3℃，年平均氣溫9.3℃，年均降水量586mm，且分布極不均勻；土壤為棕黃色亞黏土，天然植被主要包括：狗尾、龍葵、牛筋草、蒿?等；人工喬木主要包括：側(cè)柏、刺槐、柳樹、松樹及少量的榆樹、楸樹等；落葉灌木主要包括荊條、山桃、月季、海棠等；土壤侵蝕類型主要為水力侵蝕和重力侵蝕。

1.2 研究方法

實驗在水土保持觀察點進(jìn)行，場區(qū)內(nèi)設(shè)置10個坡度為20°的標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)，小區(qū)長×寬為25m×4m，實際面積為100m2，各小區(qū)以混凝土圍埂隔開，圍埂露出地面0.2m，埋入地下0.3m，以保證各小區(qū)的實驗互不干擾。在標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)頂部安裝虹吸式自記雨量計，用于在降雨過程中對降雨量進(jìn)行運時記錄，在小區(qū)下坡邊緣設(shè)置集流槽，再將導(dǎo)流槽鑲嵌在集流槽下游邊緣，下部通向集流桶，集流桶用于收集導(dǎo)流槽輸導(dǎo)下來的泥沙和徑流，導(dǎo)流桶和集流桶可用1.0mm 厚的不銹鋼或鍍鋅鐵皮制成。

實驗進(jìn)行前，先給各標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)從1 到10依次編號，再將各種植被種植在小區(qū)內(nèi)，1 號小區(qū)種植喬木（側(cè)柏、刺槐），植被覆蓋率為75%；2號小區(qū)種植野生的灌木林（狗尾、龍葵、牛筋草），植被覆蓋率為30%；3-7 號小區(qū)種植農(nóng)作物（小麥、玉米、高梁、黃豆、油菜），植被覆蓋率為30%；8 號小區(qū)人工種植雜草，植被覆蓋率為30%， 9 號小區(qū)為野生植被自由生長的荒地，植被覆蓋率為30%；10 號小區(qū)為裸土，未生長任何植被，植被覆蓋率為0。

1.3 監(jiān)測方法

實驗主要監(jiān)測年度降水與不同小區(qū)的徑流量、產(chǎn)沙量，并根據(jù)實驗分析水土流失的影響因素。實驗過程中，通過虹吸式自記雨量計記錄降水雨量來計算降水指標(biāo)；通過集流桶收集每次降水徑流量，匯總統(tǒng)計年降水總量；通過攪拌均勻集流桶里帶泥沙的水，采集樣品，將所采樣品進(jìn)行編號、測量體積，靜置24h 后，將沉積物分離，分離的沉積物干燥、稱重，根據(jù)所得數(shù)據(jù)計算小區(qū)每次降雨泥沙流失量，將流失量匯總可得年降雨泥沙流失量，通過泥沙流失量可計算小區(qū)土壤流失量。實驗結(jié)束后，根據(jù)產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量情況，將引發(fā)徑流小區(qū)集流桶中產(chǎn)生徑流或泥沙的場降雨稱為侵蝕性降雨。

2 結(jié)果分析

2.1 侵蝕性降雨的分類及平均產(chǎn)沙量

長期的侵蝕性降雨，造成了土壤侵蝕和水土流失。不同場次的侵蝕性降雨，降雨量中心值和I30中心值不同，對小區(qū)土壤的侵蝕量也不同；為了解各徑流小區(qū)在不同植被覆蓋下對產(chǎn)流和產(chǎn)沙的影響，實驗采用K-均值聚類分析法，將侵蝕性降雨分為5 類（表1）。

表1 黃土塬區(qū)侵蝕降雨K-均值聚類分析

分析結(jié)果表明，A、B、C、D、E 降雨類型降雨量中心值分別為61.34mm、15.22mm、13.21mm、31.54mm、37.42mm；A、B、C、D、E 降 雨 類 型I30 中心值分別為15.36mm/h、7.34mm/h、19.67mm/h、7.98mm/h、35.96mm/h；由降雨量中心值可知，A 降雨類型為大雨量，D 降雨類型和E 降雨類型為中雨量，B 降雨類型和C 降雨類型為小雨量；由I30 中心值可知，A 降雨類型和C 降雨類型為中雨強(qiáng)，B 降雨類型和D 降雨類型為小雨強(qiáng)，E 降雨類型為大雨強(qiáng)。綜上所述，侵蝕性降雨根據(jù)各類型特征可分為A 降雨類型為大雨量、中雨強(qiáng)；B 降雨類型為小雨量、小雨強(qiáng)；C 降雨類型為小雨量、中雨強(qiáng)；D 降雨類型為中雨量、小雨強(qiáng)；E 降雨類型為中雨量、大雨強(qiáng)；其中B 降雨類型發(fā)生比例為45.3%，此類型降雨發(fā)生頻繁， C 降雨類型發(fā)生比例為28.4%，A 降雨類型和D 降雨類型比例分別為10.6%、10.2%，E 降雨類型發(fā)生比例為7.2%，此類型降雨發(fā)生頻率較少。

不同的類型降雨條件下平均產(chǎn)沙量見圖1。

圖1 不同類型降雨下平均產(chǎn)沙量圖

如圖1（a）所示，研究區(qū)從6-9 月這個階段，A 降雨類型（大雨量、中雨強(qiáng)）、B 降雨類型（小雨量、小雨強(qiáng)）、C 降雨類型（小雨量、中雨強(qiáng)）、D 降雨類型（中雨量、小雨強(qiáng)）、E 降雨類型（中雨量、大雨強(qiáng)）的最大降雨強(qiáng)度分別是：17mm/h、12mm/h、26mm/h、8mm/h、37mm/h，最小降雨強(qiáng)度分別是：15mm/h、3mm/h、14mm/h、5mm/h、35mm/h，E 降雨類型的強(qiáng)度最大，B 降雨類型的強(qiáng)度最小。

如圖1（b）所示，A、B、C、D、E 降雨類型的平均產(chǎn)沙量分別是：323.6g/L、79.3g/L、178.7g/L、84.1g/L、510.2g/L，E 降雨類型的平均產(chǎn)沙量最高，B 降雨類型的平均產(chǎn)沙量最低。

2.2 不同類型降雨下植被措施的水土保持效應(yīng)

設(shè)置5 種不同的植被措施分別為林地措施、灌木措施、荒地措施、草地措施、耕地措施；5 種植被措施在不同的類型降雨條件下減沙率見圖2。

圖2 不同類型降雨下植被措施減沙量圖

如圖2（a）所示，研究區(qū)從6 月到9 月這個階段統(tǒng)計，A、B、C、D、E 降雨類型的降雨總量分別是：180mm、160mm、100mm、80mm、70mm；A 降 雨類型降雨總量最多，E 降雨類型降雨總量最少。

如圖2（b）所示，在A 降雨類型條件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的減沙率分別是10%、10%、39%、62%、85%；在B 降雨類型條件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的減沙率分別是8%、22%、42%、78%、98%；在C 降雨類型條件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的減沙率分別是20%、8%、72%、90%、100%；在D 降雨類型條件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的減沙率分別是15%、17%、60%、85%、89%；在E 降雨類型條件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的減沙率分別是10%、11%、63%、87%、89%。綜上所述，5 種不同的植被措施相對于裸土都有減沙作用，在不同的類型的降雨條件下，林地措施較其它四種植物措施的減沙率最高；灌木措施的減沙率次于林地措施，但高于其它三種植被措施；在A、B、D、E 降雨類型條件下耕地的減沙率最低，在C 降雨類型條件下草地的減沙率最低；在相同類型的降雨條件下，林地較其它四種植物措施的減沙率最高，耕地和草地較其它三種植物措施的減沙率最低。

5 種植被措施在不同的類型降雨條件下減流率如圖3 所示。

圖3 不同類型降雨下植被措施減流量圖

如圖3（a）所示，研究區(qū)從6 月到9 月這個階段統(tǒng)計，A、B、C、D、E 降雨類型的最大降雨量分別是：65mm、20mm、23mm、38mm、43mm；最小降雨量分別是：55mm、5mm、9mm、28mm、38mm；A 降雨類型降雨量最大，B 降雨類型降雨量最小。

如圖3（b）所示，在A 降雨類型條件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的減流率分別是1%、1%、39%、60%、90%；在B 降雨類型條件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的減流率分別是5%、7%、30%、80%、100%；在C 降雨類型條件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的減流率分別是10%、20%、40%、76%、98%；在D 降雨類型條件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的減流率分別是5%、7%、27%、50%、85%；在E 降雨類型條件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的減流率分別是1%、1%、18%、58%、102%。綜上所述，5 種不同的植被措施相對于裸土都有減流作用，在不同的類型的降雨條件下，林地較其它四種植物措施的減流率最高；耕地的減流率最低；灌木措施的減流率次于林地措施，但高于其它三種植被措施；在相同類型的降雨條件下，林地較其它四種植物措施的減流率最高，耕地較其它四種植物措施的減流率最低。

3 結(jié) 論

文章進(jìn)行了在不同類型的降雨下，不同植被措施的減沙量和減流量的實驗，可得如下結(jié)論：

1）從6-9 月降雨總量分析，不同類型的降雨條件下，林地措施的減沙率最高，灌木措施的減沙率次之，耕地措施和草地措施的減沙率最低。在相同類型的降雨條件下，林地措施的減沙率最高。

2）從6-9 月降雨總量分析，不同類型的降雨條件下，林地措施的減流率最高，灌木措施的減流率次之，耕地措施的減流率最低。在相同類型的降雨條件下，林地措施的減流率最高，耕地措施的減流率最低。