不同植被措施下坡耕地产流规律研究

2018-06-14吴迪

水利规划与设计 2018年5期

吴迪

(昌图县水利水电工程移民局，辽宁铁岭 112500)

水土流失现象是我国发展历程中面临的重要安全问题，防止水土流失，保护生态环境，是我国目前最为关键的任务。对于水土保持坡耕地产流的研究可为我国干旱半干旱地区的水土资源合理配置以及水土流失问题提供科学的治理措施，并依据坡耕地产流各项指标对治理措施进行合理化和适宜化改进。目前，众多学者针对坡耕地产流进行了一定的研究，研究成果较为丰富，但是在不同植物措施情况下，流域具有区域复杂性和水土流失严重性时，如何建立一个较为科学、合理的坡耕地产流研究仍是一个难题。为此，笔者与沈阳农业大学水利学院合作对不同植物措施下坡耕地产流规律进行了研究。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验在沈阳农业大学水利学院综合试验基地的水土保持室外径流小区进行。试验区位于辽宁省沈阳市东陵区(东经123°27′，北纬41°44′)，海拔44.7m，属于温带半湿润大陆性气候，全年平均气温8.8℃，年平均降水量780mm。土壤类型为棕壤土，原土采集后去除石块、落叶等杂质，过5mm的筛子。采用分层填土并用脚踩实，土壤严格容重控制在1.2g/cm3。将布设好的试验小区静置一段时间，使土层结合紧密以接近原土体状态。

1.2 试验方法

室外径流小区水平投影长8m，宽1m，小区四周边埂采用砖砌，水泥砂浆抹面，径流小区底端设置簸箕型集水槽，便于接样桶采集坡面径流。径流小区坡面坡度布设10°和15°两种，在冲刷试验开始前，对土壤进行翻耕处理，形成横垄，以模拟坡耕地翻耕后的状况。为确保出水流量的稳定均匀，自制一个放水冲刷装置包括水箱、稳流槽、急流槽等，在放水口处安装水表，以便于准确调节设计流量。径流冲刷前，计算各坡含水率，使用喷壶将小区表层土壤(≤20cm)润湿至饱和，以消除各坡之间前期含水量的差异，最后静置24h。小区布置完毕之后，尽量避免人为扰动。实验在布设植被之后，1～4号为10°坡，分别设置为地瓜、花生、大豆、裸坡。5～8号为15°坡，布设的植被与10°形成对照，顺序为裸坡、大豆、花生、地瓜。采用分段法，在每个坡面的集流口处接取径流分别置于集水池下方的集流桶中，进行观测。冲刷开始后，用秒表记录产流时间，每分钟换一个急流桶，待30min后，桶内泥沙量明显减少，结束实验，同样方法，将每个坡面做完。接好样本的集流桶盖上桶盖并放置约24h，待泥沙完全沉淀后，将集流桶内上层清水倒进容器内，然后用量筒量取容器内径流体积并进行记录。

1.3 数据分析

试验采用Excel 2007整理数据和绘制图表。其中，计算4个不同农作物处理下的减流量的参数为减流效益(RRB，%)计算公式如下：

RRB=(Rb-Rv)/Rb×100%

(1)

式中，Rb和Rv—裸地土壤和植被土壤的产流量,mL。

2 结果与分析

2.1 不同坡度对坡耕地产流的影响

坡面径流小区不同坡度下不同产流量结果，如图1所示。

从图1可以看出，除花生外，其他各个处理随着坡度的增加，坡耕地的产流量增加。这可能是因为随着坡度的增加，径流重力在斜坡方向上的分力增大从而加快了径流的速度，使击溅雨滴沿坡面向下落得更远，有利于增加径流[1]，在外力作用下发生下移的可能性变大。坡度对产流的影响是一个复杂的过程，一方面产流量随着坡度的增大而增加，另一方面在投影面积一定的情况下，随着坡度的增大，单位面积径流量及冲刷量相应变小。而花生的产流量随着坡度增加而减少，这可能是与花生的覆盖度和花生根系有关[2]。

2.2 不同农作物对坡耕地产流的影响

蒋荣[3]认为坡面不同植被的减流作用主要集中在植被类型、植被覆盖度、植被枯枝落叶层和植被根系。袁希平[4]研究表明：成林林地如刺槐、柠条、沙打旺等保土、保水效益最高，平均减水效益平均高达82%；其次为草灌类型如草(草木樨、红豆草、紫花苜蓿)灌(柠条)间作，平均减水效益为58%；农作物如谷子、糜子、豆类、玉米、小麦等的保土保水作用最低，平均减水效益为29%。当坡度增加到5°时，坡耕地(农作物)土壤侵蚀量大幅度增加，超过裸地[5]。与裸地相比，当坡度为10°时，坡耕地农作物产流量呈下降趋势，下降的顺序为裸地>大豆>花生>地瓜，下降的比例分别为11.3%、22.5%和60.3%。当坡度为15°时，与裸地相比，除大豆外，坡耕地农作物产流量呈下降趋势，下降的顺序为裸地>地瓜>花生，下降的比例分别为5.1%和47.4%，大豆升高了19.%，这与上述袁希平关于农作物(大豆)的减水效益较高是一致的。

2.3 不同作物对坡耕地减流效益的影响

为了进一步研究不同作物对坡耕地减流效益的影响，分析了大豆、花生、地瓜6个径流小区的减流效益(RRB)，见表1。

表1 不同农作物在10°和15°坡的减流效益单位：%

从表1可以看出，坡度为10°的坡耕地，其减流效益由11.29%升高到60.29%，且表现为种植地瓜的坡耕地减流效益最大，花生的减流效益略小，大豆的减流效益最小，这一变化规律与10°坡不同作物的产流量的研究结果是一致的。坡度为15°的坡耕地，其减流效益由-19.20%升高到47.43%，表现为种植花生的坡耕地减流效益最大，地瓜的减流效益略小，大豆的减流效益呈现负值，说明了15°坡时，种植大豆并未减少坡面径流量，反而加速了坡面径流的产生，这一变化规律与15°坡不同作物的产流量的研究结果是一致的。

2.4 不同作物覆盖度对15°坡耕地产流作用的影响

同一场降雨下，地表产流主要受地表覆盖不同的影响。覆盖度的大小在一定程度上决定着坡耕地产流的大小和水土流失的程度，这里的覆盖度是指除了植被覆盖外还包括植物残体以及作物枯落物对地表的覆盖，众多研究表明覆盖度大的作物配置坡耕地侵蚀量较小[6- 9]。不同作物覆盖度对15°坡耕地产流量的影响，如图2所示。由图2可知，随着覆盖度的增加，不同作物的产流量明显降低，但各作物在同一覆盖度下，产流量基本相同，说明农作物的种类并未引起土壤产流量的改变。

图2 不同覆盖度下与不同作物的产流量之间的关系

2.5 不同冲刷流量对15°坡耕地产流量增减效益的影响

为了进一步研究不同作物对坡耕地减流效益的影响，我们采用3L/min、6L/min、9L/min及12L/min四个流量进行径流冲刷实验。种植大豆的坡耕地的减流效益见表2。

表2 不同冲刷流量条件下种植大豆作物坡耕地的产流量增减效益

从表2可以看出，在15°坡上种植大豆后，坡耕地的产流量随着冲刷流量的增加而增加，同时通过计算增、减效益，我们发现，与12L/min的冲刷量产生的坡耕地产流量相比，其他各冲刷量的坡耕地呈现减流作用[10]，且减流作用表现为：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的减流效益由84.84%降低到22.82%。

我们采用3L/min、6L/min、9L/min及12L/min四个流量对种植花生的径流小区进行径流冲刷实验，种植花生的坡耕地减流效益见表3。

表3 不同流量条件下15°花生作物种植坡面产流量增减效益

从表3可以看出，在15°坡上种植花生后，坡耕地的产流量随着冲刷流量的增加而增加，同时通过计算增、减效益，我们发现，与12L/min的冲刷量产生的坡耕地产流量相比，其他各冲刷量的坡耕地呈现减流作用，且减流作用表现为：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的减流效益由77.55%降低到21.07%。

我们采用3L/min、6L/min、9L/min及12L/min四个流量对种植地瓜的径流小区进行径流冲刷实验，种植地瓜的坡耕地减流效益见表4。

表4 不同流量条件下15°地瓜作物种植坡面产流量产沙量增减效益

从表4可以看出，在15°坡上种植地瓜后，坡耕地的产流量随着冲刷流量的增加而增加，同时通过计算增、减效益[11]，我们发现，与12L/min的冲刷量产生的坡耕地产流量相比，其他各冲刷量的坡耕地呈现减流作用，且减流作用表现为：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的减流效益由97.75%降低到34.93%。