赤水市大石河小流域不同土地利用類型汛期產(chǎn)流產(chǎn)沙特征

摘 要： 對赤水市大石河小流域赤水試驗(yàn)站12個(gè)徑流小區(qū)2020年汛期（5—9月）的降雨、徑流和泥沙數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，探究不同土地利用類型徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙與降水的相關(guān)性及水沙關(guān)系。結(jié)果表明：①試驗(yàn)站降水及侵蝕性降水主要集中在汛期，汛期月侵蝕性降水次數(shù)占當(dāng)月降水總次數(shù)的均值為34.90%。②4種土地利用類型小區(qū)6—7月的產(chǎn)流量占汛期總產(chǎn)流量的66.65%～100%，6月侵蝕量占汛期總侵蝕量的40.74%～100%；相比裸地，旱地、林地和草地的減流效益分別為39.36%、91.92%和99.28%，減沙效益分別為51.61%、98.68%和99.93%，草地的蓄水減沙效益高于旱地、林地。③裸地和旱地的徑流量與侵蝕性降水量呈顯著相關(guān)性（p＜0.05），4種土地利用類型的侵蝕量與徑流量之間均呈極顯著相關(guān)性（p＜0.01）；根據(jù)擬合方程的系數(shù)，在相同徑流條件下，裸地造成的侵蝕量分別是旱地、林地和草地的1.713 9、10.269 8、13.070 7倍。

關(guān)鍵詞： 水土保持；產(chǎn)流；產(chǎn)沙；土地利用類型；汛期；大石河小流域；赤水市

中圖分類號(hào)： S157.1" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.01.018

引用格式： 顧再柯，黃森，黃金權(quán)，等.赤水市大石河小流域不同土地利用類型汛期產(chǎn)流產(chǎn)沙特征[J].中國水土保持，2025（1）：68-71，75.

水土保持是江河保護(hù)治理的根本措施，是生態(tài)文明建設(shè)的必然要求。持續(xù)開展水土流失綜合治理、推行綠色可持續(xù)發(fā)展是新時(shí)期推動(dòng)水土保持高質(zhì)量發(fā)展的必經(jīng)之路[1]。水土保持工作不僅關(guān)系水土資源的可持續(xù)利用、土地生產(chǎn)力的提高，而且對生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、糧食安全等方面均有重要影響[2]。積極開展水土保持工作，對于促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、維護(hù)生態(tài)環(huán)境平衡和穩(wěn)定、實(shí)現(xiàn)國家和人民的長遠(yuǎn)利益具有十分重要的意義[3]。

土地利用方式是影響水土流失的關(guān)鍵因素。受地表覆蓋、人為擾動(dòng)程度、下墊面物質(zhì)組成（純土、土石混合等）、地形特征（坡度、坡長、坡形等）影響，不同土地利用類型水土流失特征差異明顯[4]。開展不同土地利用類型水土流失長期觀測，是掌握區(qū)域水土流失規(guī)律、制定水土保持提升策略的關(guān)鍵[5-6]。目前研究多圍繞不同土地利用類型年際產(chǎn)流產(chǎn)沙特征開展，較少關(guān)注極端降水條件下（尤其是汛期）的水土流失問題[7-8]。已有研究表明，汛期侵蝕性降雨是導(dǎo)致水土流失加劇的主要誘因之一[9-10]，開展汛期不同土地利用類型水土流失特征研究，可為區(qū)域應(yīng)對極端降水事件、制定應(yīng)急措施提供科學(xué)指導(dǎo)。

本研究選擇位于尚未進(jìn)行大面積開發(fā)的赤水市大石河小流域的赤水試驗(yàn)站作為研究對象，記錄12個(gè)徑流小區(qū)在2020年汛期（5—9月）的產(chǎn)流產(chǎn)沙特征，并開展與降水特性數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，力求能夠真實(shí)反映不同土地利用類型的水土流失特征，并量化分析天然降水條件下不同類型水土保持措施的蓄水減沙效益，以期為研究區(qū)域水土流失治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)站概況

本研究選擇的12個(gè)徑流小區(qū)位于貴州省赤水市天臺(tái)鎮(zhèn)大石河小流域的赤水試驗(yàn)站（28°31′56.42″N，105°49′8.43″E）。試驗(yàn)站所在的大石河小流域地貌類型以高原峽谷型和山原峽谷型為主，氣候類型屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，多年平均降水量1 288 mm，多年平均氣溫18 ℃，土壤類型包括紫色土、紅壤、黃壤、石灰土、水稻土和潮土等（徑流小區(qū)土壤類型為紫色土），植被類型為亞熱帶常綠闊葉林。12個(gè)徑流小區(qū)均于2017年6月建成，2017年8月投入運(yùn)行。各小區(qū)的基本信息見表1。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)的主要觀測內(nèi)容包括試驗(yàn)站降水量和徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙量。降水量數(shù)據(jù)基于試驗(yàn)站氣象站（位于徑流小區(qū)中部，面積10 m2）收集數(shù)據(jù)，包括降水量、降水歷時(shí)、降水強(qiáng)度等。

1）降水量的測定。根據(jù)試驗(yàn)站多年降水特征，結(jié)合已有觀測結(jié)果，徑流小區(qū)土壤侵蝕主要發(fā)生在少數(shù)降水量較大的場次，因此本研究選擇2020年大雨或暴雨比較集中的5—9月氣象站雨量計(jì)記錄的降水?dāng)?shù)據(jù)作為降水特征分析的基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)分析了各月降水量、降水次數(shù)，以及累計(jì)降水量。侵蝕性降水指的是在徑流小區(qū)形成坡面徑流、收集到侵蝕泥沙的降水。

降水量是采用JⅡ型虹吸式自記雨量計(jì)并輔以人工雨量桶率定。采用JⅡ型虹吸式自記雨量計(jì)每日早8時(shí)準(zhǔn)時(shí)觀測，及時(shí)更換自記紙或調(diào)整記錄筆位置；有降水之日在當(dāng)日20時(shí)巡視儀器運(yùn)行情況，遇暴雨時(shí)適當(dāng)增加巡視次數(shù)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障，防止漏記降水過程；采用人工雨量器觀測時(shí)取出儲(chǔ)水筒內(nèi)的儲(chǔ)水器，用量雨杯測記降水量。

2）徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙量測定。監(jiān)測指標(biāo)包括徑流量和侵蝕量，監(jiān)測頻次是有效降水場次每產(chǎn)流1次取樣1次。為便于比較，統(tǒng)計(jì)不同土地利用類型徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙量時(shí)，將1、2、10號(hào)小區(qū)的均值作為裸坡數(shù)據(jù)，5、8、9號(hào)小區(qū)的均值作為旱地?cái)?shù)據(jù)，4、6、7、11號(hào)小區(qū)的均值作為林地?cái)?shù)據(jù)，3、12號(hào)小區(qū)的均值作為草地?cái)?shù)據(jù)。

徑流量和侵蝕量是通過測量集流池（分流池）中的渾水樣得到的：徑流量通過體積量測法得到；侵蝕量量測是先將徑流池池水充分?jǐn)嚢杈鶆?，分上、中、?層取樣混合，再從中取出1 000 cm3渾水樣，室內(nèi)烘干求得泥沙含量，將其乘以池水體積即得到此次降水的侵蝕量。

3 結(jié)果與討論

3.1 降水特征分析

圖1為2020年汛期（5—9月）試驗(yàn)站降水特征數(shù)據(jù)，包括各月降水總量、各月侵蝕性降水量[見圖1（a）]和各月降水總次數(shù)、各月侵蝕性降水次數(shù)[見圖1（b）]。從圖1（a）可以看出，汛期降水總量和侵蝕性降水量總體均呈先升后降再升的趨勢，其中7月降水總量和侵蝕性降水量均達(dá)到最大值（分別為262.2、209.3 mm），但8月降水量相較于其他月份顯著減小且出現(xiàn)干旱情況（降水總量和侵蝕性降水量分別為87.4、80.2 mm，僅為其他月份均值的35.34%、50.28%）。從降水頻次來看，除了5、8月的降水總次數(shù)分別為12次和6次，其他月份降水總次數(shù)均接近20次，占當(dāng)月日數(shù)的60%以上，即全月超過60%天數(shù)均出現(xiàn)降水。但從侵蝕性降水次數(shù)來看，各月降水導(dǎo)致徑流小區(qū)發(fā)生侵蝕的次數(shù)較少，為3～6次；5—9月侵蝕性降水量占當(dāng)月降水總量的比例分別為76.67%、67.00%、79.82%、91.76%、35.21%，均值為70.09%；侵蝕性降水次數(shù)占當(dāng)月降水總次數(shù)的比例分別為50.00%、30.00%、26.32%、50.00%、18.18%，均值為34.90%。

從侵蝕角度來看，坡面侵蝕主要發(fā)生在少數(shù)降水場次中，且侵蝕性降水量占降水總量的比例較高，這與已有研究認(rèn)為坡面侵蝕是由少數(shù)短歷時(shí)、高強(qiáng)度降水事件引起的結(jié)論一致。研究區(qū)全年降水總量為1 548.9 mm，降水總次數(shù)為178次（侵蝕性降水39次），其中汛期降水總量和侵蝕性降水量分別占全年總量的69.51%和46.37%，汛期降水總次數(shù)和侵蝕性降水次數(shù)分別占全年總次數(shù)的44.38%和13.48%，汛期侵蝕性降水次數(shù)占全年侵蝕性降水總次數(shù)的61.54%。結(jié)果表明，研究區(qū)的降水及侵蝕性降水主要集中在汛期，且坡面侵蝕主要集中在汛期的幾場強(qiáng)降水事件中。

3.2 產(chǎn)流產(chǎn)沙特征分析

3.2.1 汛期不同土地利用類型產(chǎn)流特征

從產(chǎn)流特征來看（見圖2），不同土地利用類型（裸地、旱地、林地和草地）坡面的月徑流量均表現(xiàn)為6、7月顯著大于5、8、9月，4種地類在6—7月的徑流量之和分別占汛期（5—9月）徑流總量的66.65%、91.25%、90.74%和100%。但4種地類汛期徑流總量差異較大，其中裸地汛期徑流總量最大，達(dá)17 930.21 L，旱地、林地和草地汛期徑流總量相較于裸地分別減小了39.36%、91.92%和99.28%，其中林地和草地的減流效益均超過90%。從時(shí)間分布來看，4種地類在6月均有產(chǎn)流，產(chǎn)流量為旱地＞裸地＞林地＞草地，出現(xiàn)旱地產(chǎn)流量比裸地多7.50%的原因是旱地經(jīng)過人為翻耕及日常管護(hù)，在強(qiáng)降水條件下可能出現(xiàn)超滲產(chǎn)流現(xiàn)象；草地在5、7、8、9月均未出現(xiàn)產(chǎn)流，林地和旱地在9月無產(chǎn)流，而裸地則是在整個(gè)汛期均出現(xiàn)了產(chǎn)流。各地類出現(xiàn)8—9月徑流量較6—7月顯著減小的原因可能是8—9月多為長歷時(shí)低強(qiáng)度降水，前期土壤含水量偏低促進(jìn)了降水入滲，加之氣溫高、蒸發(fā)量大，導(dǎo)致地表徑流量減少，而林地和草地受植被根系在地下穿插等作用影響，降雨入滲量增大，徑流量減小。整體來看，地表缺少防護(hù)或者未經(jīng)人為耕作的裸地，在整個(gè)汛期均出現(xiàn)產(chǎn)流現(xiàn)象，而坡面經(jīng)過植被防護(hù)（林地和草地）或有耕作措施（旱地）相比裸地可有效增加降水入滲，減小地表徑流量。

3.2.2 汛期不同土地利用類型產(chǎn)沙特征

圖3為4種不同土地利用類型小區(qū)汛期各月侵蝕量特征。從時(shí)間分布來看，裸地、旱地、林地和草地在6月的侵蝕量最大（1.27～770.04 g/m2），分別占其汛期總侵蝕量的40.74%、65.94%、72.01%和100%，這與坡面徑流特征（圖2）規(guī)律相似，進(jìn)一步證明徑流是導(dǎo)致侵蝕的主要驅(qū)動(dòng)因素。從不同地類來看，除6月外，裸地在5、7、8月，以及旱地在5、7月的侵蝕量也較明顯（超過90 g/m2）；而旱地、林地在9月，以及草地在5、7、8、9月均未出現(xiàn)侵蝕現(xiàn)象（侵蝕量為0）；裸地在汛期的總侵蝕量為1 890.16 g/m2，旱地（汛期總侵蝕量為914.73 g/m2）相較于裸地減少了51.61%；林地和草地汛期總侵蝕量分別為25.01、1.27 g/m2，相比裸地分別減少了98.68%和99.93%，相比旱地也分別減少了97.27%和99.86%。結(jié)果表明，尤其是在有水土保持措施的小區(qū)，自然降水引發(fā)坡面侵蝕主要集中在少數(shù)極端降水事件，并非在全年均有發(fā)生，即使在汛期，有水土保持措施的小區(qū)也可能無侵蝕情況發(fā)生。

對比旱地、林地和草地相較于裸地的減流減沙效益，可以進(jìn)一步分析不同水土保持措施的水土保持效益。旱地、林地和草地的減流效益分別為39.36%、91.92%和99.28%，減沙效益分別為51.61%、98.68%和99.93%，總體來看，3種有水土保持措施小區(qū)均呈現(xiàn)減沙效益大于減流效益，特別是旱地表現(xiàn)得比林地和草地更顯著，這與已有研究結(jié)果一致。草地僅在6月出現(xiàn)了產(chǎn)流產(chǎn)沙，林地在5—8月均出現(xiàn)了產(chǎn)流產(chǎn)沙，且產(chǎn)流產(chǎn)沙量較裸地和旱地明顯較少，這進(jìn)一步證實(shí)了植物措施具有明顯的蓄水減沙效益，且草地相較于林地的蓄水減沙效益更顯著。

3.3 產(chǎn)流產(chǎn)沙與降水相關(guān)性分析及水沙關(guān)系

降水是坡面徑流的主要來源，而徑流是坡面產(chǎn)沙的主要驅(qū)動(dòng)力和輸送泥沙的載體，分析產(chǎn)流產(chǎn)沙與降水特征的相關(guān)性可以進(jìn)一步揭示坡面侵蝕的內(nèi)在機(jī)制。表2為4種土地利用類型汛期月徑流量、侵蝕量與降水總量、侵蝕性降水量的相關(guān)性，以及侵蝕量與徑流量的相關(guān)性分析結(jié)果。由表2知，裸地和旱地的徑流量與侵蝕性降水量呈顯著相關(guān)（相關(guān)系數(shù)分別為0.536、0.624，p＜0.05），而林地和草地的徑流量與兩種降水量相關(guān)性均不顯著（p＞0.05）。同時(shí)，4種土地利用類型的侵蝕量與兩種降水量之間相關(guān)性均不顯著（p＞0.05）。相關(guān)性分析表明，對于原始坡面（裸地）和人為擾動(dòng)較大的坡面（旱地），徑流量與侵蝕性降水量之間存在顯著相關(guān)性，但對于人為擾動(dòng)小且經(jīng)過生態(tài)修復(fù)的坡面（林地和草地），由于下墊面理化特性發(fā)生變化，進(jìn)而改變了坡面徑流特征，因此徑流量與降水量之間的關(guān)系不顯著。此外，相關(guān)性分析結(jié)果表明，4種土地利用類型的侵蝕量與徑流量之間均呈極顯著相關(guān)（相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.784～0.999，p＜0.01），其中裸地產(chǎn)流產(chǎn)沙的相關(guān)性高于旱地和林地，但小于草地。

基于相關(guān)性分析結(jié)果，4種土地利用類型的侵蝕量與徑流量均呈極顯著相關(guān)（p＜0.01），其線性擬合結(jié)果見圖4。裸地、旱地、林地和草地的侵蝕量均可用徑流量的線性函數(shù)進(jìn)行表征（R2為0.590 4～1.000 0），均呈現(xiàn)明顯的“水多沙多”特點(diǎn)。根據(jù)擬合方程的系數(shù)，在相同徑流條件下，裸地造成的侵蝕量分別是旱地、林地和草地的1.713 9、10.269 8、13.070 7倍，旱地侵蝕量分別是林地和草地的5.992 1、7.626 3倍，林地是草地的1.272 7倍。結(jié)果表明，采用水土保持措施（耕作措施、植物措施）可以顯著減輕坡面侵蝕，且種草效果好于植樹，植物措施產(chǎn)生的水土保持效益顯著高于耕作措施。

4 結(jié)論

1）試驗(yàn)站所在大石河小流域年降水主要集中在汛期（5—9月），汛期月侵蝕性降水量占當(dāng)月降水總量的均值為70.09%，汛期月侵蝕性降水次數(shù)占當(dāng)月降水總次數(shù)的34.90%，可見試驗(yàn)站徑流小區(qū)坡面水土流失主要是由汛期的少數(shù)極端降水事件導(dǎo)致的。

2）4種土地利用類型6—7月的產(chǎn)流量占汛期總產(chǎn)流量的66.65%～100%。相比裸地，旱地（耕作措施）減流效益較低，為39.36%，林地和草地減流效益均超過90%，且草地減流效益高于林地。

3）4種土地利用類型6月侵蝕量占汛期總侵蝕量比例為40.74%～100%。相比裸地，汛期旱地、林地和草地的減沙效益分別為51.61%、98.68%和99.93%，均高于相應(yīng)的減流效益。

4）裸地和旱地的徑流量與侵蝕性降水量呈顯著相關(guān)性（p＜0.05），4種土地利用類型的侵蝕量與徑流量之間均呈極顯著相關(guān)性。根據(jù)擬合方程的系數(shù)，相同徑流條件下，裸地造成的侵蝕量分別是旱地、林地和草地的1.713 9、10.269 8、13.070 7倍。

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（責(zé)任編輯 李楊楊）