径流条件下坡耕地侵蚀规律的研究

孙雪彤等

摘要：为确定径流条件下坡耕地的侵蚀规律，采用不同流量对10°及15°坡的坡耕地进行径流冲刷试验。试验结果表明：坡面土壤的产流量、产沙量随流量、坡度的增大而增加，但增加幅度不同，流量及坡度越小，坡面的减流减沙效应越显著；相同流量、相同坡度下，产流量呈先增加后趋于平稳的趋势，产沙量呈先增加后减少最后趋于稳定的趋势。

关键词：径流冲刷；产沙量；产流量

中图分类号：S151+.1 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）01-0033-04

2005年辽宁省第四次的土壤侵蚀遥感普查结果显示，全省土壤侵蚀面积422.95万hm2，占全省土地总面积的28.9%。其中，水力侵蚀面积40 409.1 km2，占侵蚀总面积的87.2%。坡耕地作为我国主要的农业资源，是水土流失的多发部位，因此很多学者对坡耕地的水土流失进行了大量研究。相关研究大多人工模拟坡面，采用冲刷试验探讨土壤侵蚀的产流产沙机理，操作简便易行但与天然坡差距较大，导致试验结果存在一定偏差。为此，在接近天然坡耕地的室外小区进行冲刷试验，探讨辽宁地区坡耕地坡面的产流产沙效应，旨在为今后该领域的研究工作提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于沈阳农业大学综合实验基地，地处辽宁省沈阳市东陵区，位于北纬41°44′、东经123°27′，海拔44.7 m。受季风影响的半湿润温带大陆性气候，四季分明、日照充足、降雨集中。年平均气温80.0 ℃，最热时平均气温达到24.6 ℃，最冷时平均气温为-11.8 ℃。无霜期150 d。年平均降水量为722 mm，降水量最多的集中在7月，平均降水量183 mm，最少的集中在1月，平均降水量7 mm。

1.2 试验方法

试验时间设在汛期到达之前的4月份，以避免降雨对试验结果产生影响。试验小区为水平投影长8 m、宽1 m的坡耕地，分别设4个10°坡和4个15°坡，各坡之间有隔离带划分，长年的翻耕与种植使其趋于天然坡耕地。各个坡面底端均设有簸箕型集水槽，便于试验接样。

试验用土为辽宁地区常见的棕壤土。由于原土的土块比较大，且含有大量枯枝落叶、石块等杂质，因此用5 mm×5 mm的筛子去除杂质，使土壤中的颗粒比重相似。然后，采用分层称重法将各坡面的土壤容重控制在1.2 g/cm3。最后，对土壤进行翻耕处理，形成横垄，用来模拟坡耕地翻耕后的状况，并使用大喷壶将小区表层土壤（≤20 cm）润湿至饱和，以消除各坡前期含水量的差异。

在已有条件下，自制一个放水冲刷装置（包括水箱、稳流槽、急流槽等），并确保出水流量稳定均匀。另外，在放水口处安装水表，以准确调节设计流量。径流冲刷前，润湿各坡面土壤并静置12 h。保证各坡面初始含水率相同后，分别用3，6，9，12 L/min的流量冲刷各坡面，待坡面径流产生时，每隔1 min接一次样，试验时间为30 min。其中，流量设定根据文献及辽宁地区降雨特点确定。

试验所得数据均采用Excel 2003软件进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 流量对坡面产流产沙的影响

分析不同流量冲刷各坡所得的产流量和产沙量，得到坡耕地产流量的变化（图1和图2）和产沙量的变化（图3和图4）规律。

通过图1和图2可以看出：在相同坡度的条件下，流量越大，坡面产流量越多，且均为开始时简短而急促地增加，然后平稳变化；无论增加还是平稳变化，坡面产流量均会出现小范围波动。分析其原因，可能是冲刷过程使坡面土壤不断被破坏并形成沟蚀，水和沙的混合物对侵蚀沟的不断冲击导致坡面形态发生变化，最终导致流量不平稳。

由图3和图4可以看出：流量为9 L/min和12 L/min时，产沙的变化规律较明显，表现为流量越大坡面产沙量越大，且在增加到一个波峰后逐渐减小，最后趋于平稳；而在3 L/min和6 L/min的流量条件下，产沙量的变化不明显，故将10°坡在流量3 L/min、6 L/min冲刷下的产沙量数据单独用Excel表格处理，结果见图5。

从图5可以看出：产沙量不断增加后，波动范围在20～60 g和60～180 g之间，与9 L/min、12 L/min冲刷下的变化相同，仍属于稳定变化，仅产沙量较小。究其原因，可能是冲刷流量较小使得产流量少，水对土壤的剥蚀能力弱，只能引起表层土的微弱变化。

2.2 坡度对坡面产流产沙的影响

相同流量冲刷下，10°和15°坡产流产沙规律分别见图6—13。

由图6—9可以明显看出，排除个别点的奇异值，在相同流量不同坡度的条件下，15°坡均比10°坡的产流量大。

由图10-13可知，在相同流量下不同坡度坡面的产沙，虽然偶尔会有10°坡比15°度坡产流产沙量多的情况，但由于土壤侵蚀过程复杂，加上各垄稍有差距，因此不影响15°坡比10°坡产流产沙量大的整体趋势。

不同流量冲刷条件下，10°坡和15°坡的产流产沙量效益见表1。

从表1中可以看出：15°坡的减流数值均小于10°坡，且15°坡的减流数值也均小于10°坡，故可得出随着坡度减小坡面减沙减流效益显著的结论；当流量为3 L/min和6 L/min时，10°坡面的减沙效益均达95%以上，比15°坡面的减沙效益显著，说明营造山区梯田、鱼鳞坑及水平阶地可以有效减少水土流失。

3 结论

1） 径流冲刷在横垄耕作的坡耕地条件下，坡面的产流量规律是先增加后平稳；产沙量规律是由先增加后减少，最后趋于稳定。

2） 用不同流量冲刷相同坡度时，坡面的产流产沙量随着流量的增加而增加，且流量越小，对坡面产流产沙的影响越小。

3） 用相同流量冲刷不同坡度时，15°坡的产流产沙量均大于10°坡，且坡度越小，坡面的减流减沙效应越明显，即10°坡比15°坡的减流减沙效应更显著。

4） 试验数据显示，流量设定在3 L/min和6 L/min时，无论是10°坡还是15°坡，冲刷对坡耕地土壤的产流产沙效应均不显著，故东北地区强度较小的降雨对大部分含有棕壤土且坡度较低的坡耕危害性极小。

参考文献

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[4] 王志伟，陈志成，艾钊，等.不同雨强与坡度对沂蒙山区典型土壤坡面侵蚀产沙的影响[J].水土保持学报，2012（12）：17-20.

Abstract：In order to explore the erosion regularity of downhill farmland in the condition of runoff， it took different flow rate for 10 ° and 15 ° slope of cropland for runoff scouring experiment， to analyze the amount of runoff and sediment from each slope， the conclusion shows： Slope soil runoff and sediment yield were increased with the flow and slope， but the increments are different. Smaller flow and slope reduced the runoff and sediment of the slope more obvious. Under the same flow and slope， runoff， as time changes， was increased first， then leveled off， and the sediment yield was increased first， reduced later， then leveled off in the end.

Key words： runoff scouring； sediment yield； runoff yield