不同植被措施下坡耕地产沙规律研究

2018-06-19吴迪

水利技术监督 2018年3期

吴迪

(昌图县水利水电工程移民局，辽宁铁岭 112500)

水土资源是人类赖以生存的根本，也是经济发展及社会进步的主要基础。做好水土保持工作对保证社会稳定、经济发展及环境保护具有重要意义。而基于目前我国实际情况分析，人类的不合理活动及地理环境等多种因素共同作用，导致水土流失严重，而生态脆弱性是主要因素，对生态及经济可持续发展带来了严重影响。对于此，研究坡耕地水土流失相关因素进行分析有助于我国水土流失的治理具有普遍意义。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沙规律进行了研究。

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12kN/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，共有8个小区，编号依次为1～8，其中四周边埂采用砖砌，并用水泥砂浆抹面，径流小区底端设置簸箕型集水槽，并用接样桶采集坡面径流。径流小区坡面坡度采用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。自制一个放水冲刷装置包括水箱、稳流槽、急流槽等，确保出水流量的稳定均匀。另外在放水口处安装水表，准确调节设计流量。径流冲刷前，计算各坡含水率，使用大喷壶用不同水量将小区表层土壤(≤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12h。小区布置完毕之后，并尽量避免人为扰动。

本实验分为两部分进行，即布设植被之前与布设植被(大豆、花生、地瓜)之后。前部分在已布设条件下，分别用3、6、9、12L/min流量冲刷4个10°坡和4个15°坡的坡面，待坡面径流产生时，每隔1min接一次样，一次试验时间为30min。后部分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。每个裸坡做一次重复。将产沙情况进行记录，冲刷结束以后，把集流桶中的泥沙样封盖，静置24h，让泥沙沉淀，并防止水分蒸发，24h后把集流桶内澄清的水倒进容器，然后用量桶测出水的体积并做好记录，同时，准备铝盒，称重后与各个样品对应，之后将把集流桶下部沉淀下来的泥沙倒入干净的铝盒(用水将采样瓶中的泥沙冲洗干净)，该铝盒中的水沙即为泥沙样。将浑水泥沙样放入烘箱，调至105°C，烘干8h(泥沙完全干燥时方可)，关闭烘箱电源，冷却30min后，称重并做好记录，最后将实验中用的采样瓶和铝盒清洗干净备用。

1.3 数据分析

本试验采用Excel 2007整理数据和绘制图表。其中，4个计算不同农作物处理下的减沙量的参数为减沙效益(SRB，%)，计算公式如下：

SRB=(Sb-Sv)/Sb×100%

(1)

式中，Sb和Sv—裸地土壤和植被土壤的产沙量，g。

2 结果与分析

2.1 不同坡度对坡耕地产沙的影响

不同农作物在10°和15°坡的产沙量，如图1所示。

图1 不同农作物在10°和15°坡的产沙量对比图

已有研究表明：坡度与水土流失量呈正相关关系，随着坡度增大，流速大，冲力强，雨滴溅起的泥浆容易被带走，径流含沙量多，径流量和冲刷量相应增加[1]。

2.2 不同坡度对坡耕地产沙的影响

从图1可以看出，各个处理随着坡度的增加，坡耕地的产沙量显著增加，增加的顺序为：花生<大豆<地瓜<裸地。这可能是因为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有关。

2.3 不同农作物对坡耕地产沙的影响

从图1可以看出，当坡度为10°时，与裸地相比，坡耕地农作物产沙量呈下降趋势，下降的顺序为裸地>大豆>花生>地瓜，下降的比例分别为50.7%、35.8%和19.6%，表明大豆对10°坡耕地的减沙作用明显，花生次之，地瓜最差。当坡度为15°时，与裸地相比，坡耕地农作物产沙量呈下降趋势，下降的顺序为裸地>花生>大豆>地瓜，下降的比例分别为55.9%、50.2%和36.3%，表明花生对15°坡耕地的减沙作用明显，大豆次之，地瓜最差。综合以上分析可知，地瓜在不同坡度下的减沙作用最差，产生这一现象的可能是因为农作物的冠层和残茬通过吸收降雨动能，阻止了土壤颗粒分散和移动，避免土壤结皮的产生，增加土壤的粗糙度，从而改善土壤的入渗性能造成的[2]。

2.4 不同作物对坡耕地减沙效益的影响

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

表1不同农作物在10°和15°坡减沙效益单位：%

从表1可以看出，当坡度为15°的坡耕地，坡耕地的减沙效益由50.64%降低到19.53%，且表现为种植大豆的坡耕地减沙效益最大，花生的减沙效益略小，地瓜的减沙效益最小，这一变化规律与10°坡不同作物的产沙量的研究结果是一致的。当坡度为10°的坡耕地，坡耕地的减沙效益由50.21%降低到36.31%，种植花生的坡耕地减沙效益最大，大豆的减沙效益略小，地瓜的减沙效益最小，这一变化规律与15°坡不同作物的产沙量的研究结果是一致的。综合以上分析，不同农作物在不同坡度下对坡耕地具有不同程度的减沙效果，且大豆的减沙效果较大。

不同作物覆盖度对15°坡耕地产沙作用的影响，如图2所示，随着覆盖度的增加，不同作物的产沙率降低，这可能是因为植被对降雨的截留作用使降雨侵蚀力在达到地面时大大减小，或者植被地上部分加大了地面粗糙率，减缓了径流，减小了径流的流速，减弱了径流的冲刷；同时地下发达的根系组成网状，疏松了土壤、增加了土壤空隙从而增加了入渗，使径流量和侵蚀量大大的减少。不同作物的径流小区在相同覆盖度下，坡耕地的产沙率具有明显差异，但覆盖率达到75%时，不同作物的产沙率都降低到一个相同的水平上，这表明土壤覆盖度可能与产沙率存在某种关系。

图2 不同覆盖度下与不同作物的产沙率之间的关系

2.5 不同冲刷流量对15°坡耕地产流量产沙量增减效益的影响

为了进一步研究不同作物对坡耕地减沙效益的影响，采用3、6、9、12L/min四个流量进行径流冲刷实验，不同作物的减沙效益见表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产沙量增减效益

从表2可以看出，在15°坡上种植大豆后，坡耕地的产沙量随着冲刷流量的增加而增加，与12L/min的冲刷量产生的坡耕地产沙量相比，其它各冲刷量的坡耕地呈现减沙作用，且减沙作用表现为：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的减沙效益由38.6%升高到97.9%。这说明不同冲刷流量对大豆作物具有明显的减沙作用，且3L/min的减沙效益最大，9L/min最小。

采用3、6、9、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沙效益见表3。

表3 不同流量条件下15°花生作物种植坡面产流量产沙量增减效益

从表3可以看出，在15°坡上种植花生后，坡耕地的产沙量随着冲刷流量的增加而增加，与12L/min的冲刷量产生的坡耕地产沙量相比，其它各冲刷量的坡耕地呈现减沙作用，且减沙作用表现为：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的减沙效益由38.6%升高到97.2%。这说明不同冲刷流量对花生作物具有明显的减沙作用，且3L/min的减沙效益最大，9L/min最小。

采用3、6、9、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沙效益见表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，坡耕地的产沙量随着冲刷流量的增加而增加，与12L/min的冲刷量产生的坡耕地产沙量相比，其它各冲刷量的坡耕地呈现减沙作用，且减沙作用表现为：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的减沙效益由45.3%升高到97.8%。这说明不同冲刷流量对地瓜作物具有明显的减沙作用，且3L/min的减沙效益最大，9L/min最小。