石匣水小流域土保持措施蓄水保土效益分析

高勇

【摘要】根据2010—2016年密云水库上游石匣小流域内22个径流小区的产流产沙数据，分析不同水土保持措施的蓄水保土效益。为密云水库上游重点治理区的水土流失治理工作提供一点借鉴和参考。

【关键词】水土保持；径流小区；蓄水保土效益

密云水库是北京市城市生活用水的主要地表水源，年供水量约6亿m3，约占全市地表供水量的73.3%，其水质的优劣直接影响着北京人民的生活和健康。水体营养程度目前属于中营养型，但向富营养化方向发展的趋势明显。密云水库上游地区多为土石山区和丘陵区，水土流失严重。有关研究表明，由于水土流失造成的非点源污染是造成水库富营养化程度加重的主要因素。目前，密云水库泥沙淤积量已达1.7亿m3，径流泥沙作为污染物的载体，已成为影响水库水质的重要污染源之一。

现阶段对水土保持综合治理的研究较多，但多集中于对治理过程中单因子的研究，而对整体水土保持效益的研究较少。本研究以北京市石匣小流域为例，以流域中的径流小区实测资料为依据，分析不同措施的水土保持成效，为密云水库上游重点治理区的水土流失治理工作提供科学指导。

一、研究区概况

1.小流域概况

石匣小流域地处北京市北部山区密云水库的东北方向，总面积34km2，地理坐标为117°01′-117°07′E、43°32′-42°38′N，按水系划分属于海河流域潮河下游。隶属燕山山脉，为土石浅山丘陵区，地势北高南低，海拔150-390m，沟壑密度0.2km/km2，坡面平缓，大于20°的坡面仅占流域面积的16.2%。土壤类型为洪冲积物母质上发育的淋溶褐土。流域气候为暖温带季风气候，年均降水量为661.8mm，降水分布不平均，80%集中在6-9月。

2.试验小区概况

石匣试验小区设在石匣小流域的中心示范区内，面积为2km2，选择坡向、坡度、坡长、水土保持措施等试验因子进行布设，共设置 22 个试验小区，各径流小区的基本情况见表 1。根据试验目的观测不同坡面不同措施下的产流和产沙情况。

二、结果与分析

1.不同土地利用类型的水土保持效应选择坡度相近的不同土地利用类型的径流小区（1、2、3、4、5、12、13、14、15、16号径流小区），基于其2010—2016年的年平均径流泥沙数据，对其产流产沙量进行比较，结果如图1所示。

石匣小流域径流小区的主要土地利用类型为耕地、林地和封禁的荒草地，以裸地为对照。从图1可以看出，与对照相比，耕地、林地和封禁荒草地的产流产沙量均有较大幅度减少。其中，封禁荒草地的径流和泥沙减少量最大，分别减少94.28%和99.38%；其次为林地，径流和泥沙减少量分别为66.25%和75.13%；耕地减少量最小，径流和泥沙减少量分别为23.95%和56.82%。各土地利用类型的水土保持效应为封禁荒草地>林地>耕地。

坡面的耕地比裸地相比，有了一定的水土保持效应，这是因为农作物根系的固土作用以及枝叶的水文作用起到了一定的保持水土的效果，但同时也增加了人为活动的影响，人为的土地整理等耕作活动对土壤扰动的同时又可能会增加水土流失的可能，因此其水土保持效应最低。石匣地区的林地大部分为经济林，其林分密度较低，林下一般没有其他灌木草本，没有形成良好的森林生态系统，虽然具有一定的水土保持效应，但其效应有限。封禁抚育是我国生态系统自我修复的重要措施，有利于充分发挥生态系统的自我修复能力，加速水土流失的治理。草本植物的密集根系具有良好的固土作用，同时对土壤的改良作用又发挥了良好的保水效果，另外，封禁处理有效地阻止了人类活动对坡面的扰动。因此在石匣地区，封禁荒草地发挥了最好的水土保持效应。

2.同种土地利用类型下不同措施的水土保持效应

（1）耕地利用类型下不同措施的水土保持效应。石匣小流域径流小区耕地土地利用类型下的工程措施主要有陡坡开荒（1号径流小区）、坡耕地（6、18、20号径流小区）和梯田（17号径流小区），其中陡坡开荒径流小区坡度为16.8°，其他两小区坡度均为3.8°，在陡坡开荒、梯田和坡耕地3种耕作方式中，陡坡开荒比梯田和坡耕地的径流和泥沙量高，其径流量高达252mm，产沙量高达316kg，说明在坡度较大的坡面上，陡坡开荒的耕地措施会造成较大的水土流失量。对于坡度相同的两种耕地措施，坡耕地的径流和产沙量（187mm，64kg）远远大于梯田（13mm，2kg），梯田是控制水土流失的有效措施，它通过改变原有的小地形，使坡面变平整，截断原有的径流流线，强化降水就地入渗拦蓄，避免了径流的产生，增加了土壤水分含蓄量，有利于植被生长，又起到了很好的减蚀作用。因此，在坡面耕作时，应严禁陡坡开荒，提倡梯田的耕作方式。

（2）林地利用类型下不同措施的水土保持效应。石匣小流域径流小区林地土地利用类型下的工程措施主要有鱼鳞坑和水平条，其保持水土的原理与梯田一样，也是通过改变坡面原有的小地形，截断径流通道，增加降水的就地入渗拦蓄，同时增加土壤水分含量，促进植被覆盖，发挥固土作用，从而达到保持水土的作用。

为研究不同林地措施的水土保持效果，我们对鱼鳞坑（12、15是人工草地径流小区）、大水平條（2、3号是标准小区，不是水平条径流小区）和小水平条（16号是荒地不是小水平条径流小区）3种坡面的产流产沙量进行了比较，为避免坡度的影响，所选径流小区的坡度均相差不大（16.8°～19°），其年平均径流和泥沙量（2010—2016年）如图2所示。

从图2可以看出，3种水土保持措施的产沙量相差不大；对径流量而言，鱼鳞坑的径流深最小，其对径流有最大的拦蓄作用。这主要是因为鱼鳞坑的埂中间高两边低，保证了径流在坡面上从上往下流动时不是直线也不沿着一个方向，因而避免了径流的集中，另外受到行行列列的鱼鳞坑的节节调节，径流的冲刷能力也相应减弱。

（3）草地土地利用类型下不同措施的水土保持效应。石匣小流域径流小区草地土地利用类型下的工程措施主要有封禁自然荒草地和人工草地，选择坡度相同措施不同的两个径流小区进行对比（8号和9号径流小区），两个径流小区的年平均径流和泥沙量在相同的降水条件和坡面土壤立地条件下，封禁自然荒草地比人工草地有更好的水土保持效应，其径流量和产沙量明显少于人工草地。由此可见，坡面自然生态系统的恢复比人工形成的草地的水土保持效果更好。

三、结论与讨论

本研究结果表明：（1）以裸地为对照，土地利用类型的水土保持效应为封禁荒草地>林地>耕地；3種土地利用类型的径流减少量分别为94.28%、66.25%、23.95%，泥沙减少量分别为99.38%、75.13%、56.82%；（2）同种耕地土地利用类型下，不同耕作措施的水土保持效应为梯田>坡耕地>陡坡开荒；（3）同种林地土地利用类型下，不同林地措施的水土保持效应为鱼鳞坑>大水平条>小水平条；（4）同种草地土地利用类型下，自然封禁形成的荒草地的水土保持效应远远大于人工草地。

研究表明，很多坡面水土保持措施均有较好的水土保持效应，但在实施这些措施时需要考虑人类活动的影响。本研究结果显示，各种土地利用类型的水土保持效应中，封禁荒草地的效果好于人造林地和耕地；在石匣流域，坡面林地多为人造经济林，林下灌木和草本很少，很难形成良好的森林生态系统，因此水土保持效果稍差一些；而耕地由于严重的人类活动的影响，其效果最差。单一土地利用类型下，不同措施的水土保持效果也有较大差异；就耕地而言，梯田由于改变原有的小地形，使坡面变平整，有利于径流的入渗，其水土保持效果最好；就林地而言，鱼鳞坑保证了径流在坡面上从上往下流动时不是直线也不沿着一个方向，因而避免了径流的集中，再加上其行行列列的调节，其保水保土效果最好；就草地而言，自然封禁形成的荒草地与人工草地相比，有利于充分发挥生态系统的自我修复能力，同时有效的阻止了人类活动对坡面的扰动，因此其水土保持效果最好。

参考文献：

[1]路炳军，袁爱萍，李永贵，等.密云水库上游典型水土保持措施减少面源污染效益分析[J].中国水土保持科学，2007（1）：30-31.

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