沂蒙山区不同水土保持植物措施的水土流失规律研究

2018-09-26杨慧玲

数码设计 2018年5期

杨慧玲*

（临沂市水文局，山东临沂，276000）

引言

坡面侵蚀又称为面蚀（surface erosion）[1]，斜坡上的降雨不能完全被土壤吸收时地表产生积水，由于重力作用形成地表径流，开始形成的地表径流处于未集中的分散状态，分散的地表径流冲走地表土粒称为面蚀。通过水土保持措施，可以保持水土、涵养水源、提升土地生产力、改善环境、增强土壤肥力，减少土壤流失量等。在水土流失治理当中，有效地运用植物是非常重要的一项措施，充分利用植物措施，提升水土保持工作的有效性[2]。

沂蒙山区是我国生态极度脆弱的地区之一，也是北方土石山区乃至中国东部地区土壤侵蚀最为严重的区域，轻度以上的土壤侵蚀面积高达 12085.0 km2，中度、强度侵蚀面积分别为5521.1 km2，3346.6 km2[3-5]。沂蒙山区面蚀的主要动力来自于降水及由此而产生的径流，径流能量的大小取决于水流流速及径流量的大小，流速主要取决于地表坡度及植被状况。在一定坡长、坡度条件下，郁闭度、盖度越大，径流在坡面上的入渗时间长，其入渗量大，径流量、径流速度越小。冲刷力相应减弱，造成的坡面土壤流失量减小。通过在沂蒙山区不同植被布设标准径流小区100m2，研究沂蒙山区不同植被措施间对土壤流失的影响，利用沂蒙山区蒙阴县前城子水土保持监测站的径流小区实测资料，不同小区内降水量对径流量和侵蚀量的影响，阐明不同水土保持植物措施条件下水土流失变化规律，为沂蒙山区相同类型地区的坡面综合治理提供理论依据和实践指导。

1 试验地概况（材料与方法）

1.1 研究区概况

前城子监测点位于蒙阴县桃墟镇前城子村，所属淮河流域沂河水系桃墟河，东经 117°59′44″，北纬 35°36′25″。桃墟河发源于蒙阴县蒙山北麓，布袋峪村西，流经大庙、北桃墟注入岸堤水库，流域呈伞形，至前城子村河段集水面积54.7km²，径流场海拔高度为231m，小区为南北走向，坡向约94°，原始地貌为林地。多年平均降水量871.2mm，多集中于夏季且多暴雨，汛期（6～9月）多年平均降水量641.2mm，占73.6%。历年最大降水量1465.6mm（1963年），历年最小降水量 463.0mm（1988年），极差为 1002.6mm。监测点土壤以山地棕壤为主，浅褐色砂壤土为辅。

图1 前城子测点位置图

1.2 径流小区情况

根据中华人民共和国水利行业标准《水土保持监测设施通用技术条件》（SL342—2006）、《水土保持试验规程》（SL419—2007）结合北方土石山区特点，径流小区设计为宽 5m，长 20m（水平投影），水平投影面积100m2。集水槽末端设置分流池（9孔分流法）、集流池，分流池与集流池大小一样，按照50年一遇24h最大暴雨设计及施工，内部实际尺寸为长3.32m、宽1.46m、高0.95m，分流孔孔底高度0.7m。

2 试验材料与观测方法

2.1 径流小区的布设

根据当地地形及租用地块实际情况，共建设4个径流小区，坡度为9.1°、9.2°、9.5°和9.3°，小区面积全部为5m×20m。建立 4 个不同植物措施的径流小区，研究在不同措施条件下，径流量和侵蚀量的变化规律，各径流小区的基本概况如表1 所示：

表1 径流小区水保措施相关布局统计表

2.2 观测方法

2.2.1 降水量和降水强度的观测

采用2012年～2017年人工雨量计、自记雨量计同步观测、校准，据此计算日降水量和降水强度。

2.2.2 降水量和降水强度分级

根据 2017年次降水量（P），计算 30min 最大降水强度（I30）及降雨侵蚀力（Ms）。

2.2.3 径流小区径流量和泥沙量的观测

使用集流桶、蓄水池监测1、2号小区径流量（V），使用JDNS-AUTO-01型泥沙自动监测设备监测3、4号径流小区的径流量（V）；用取样桶和泥沙自动监测设备采集泥沙样品，将蓄水池的泥沙水量充分搅拌均匀混合后取样，过滤，烘干称重，计算径流小区的侵蚀量。

2.2.4 数据处理

用 Rain Record（降雨强度计算）软件和Excel2007 统计软件进行数据处理。

3 结果与分析

对不同措施条件下次降水量≥12mm降雨进行计算，分析研究侵蚀性降雨量与径流量、侵蚀量之间关系，采用直线方程、指数方程、幂函数方程和对数方程进行回归分析。

3.1 不同措施条件下次降水量对径流量的影响

经分析降水量和径流量呈较好的线性关系，相关系数都在 0.82 以上，见表2。

表2 不同措施下降雨量P与径流量V的回归分析

图2 降雨量P与径流量V的关系图

通过图 1 可以看出，在同一坡度下，径流量随着降水量的增长呈线性增长，发现遵循 V= aP+b 线性关系，在降水量一定的条件下，汇集径流量从大到小的顺序依次为花椒、石榴桃树混交、荒地、枣树，花椒从树冠、树叶面积及总体生物量都比较小，坡面受雨面积增大，林下除草后，坡面径流量较多；桃树虽然林冠截留比较多，林下属于天然地表，地表有大面积的岩石，所以径流量比较大，最小的为枣树，枣树植被密度较大，在沂蒙山区种植枣树能有效的拦蓄径流，防治水土流失。

对不同措施条件下降水量和径流量在0.05水平上进行方差分析，不同植物水保措施条件下，降水量和径流量呈显著性差异（F石榴桃树混交=2.240＞F0.05=0.097； F枣树=4.556 ＞F0.05=0.097； F荒地=1.796＞F0.05=0.097；F花椒=3.434＞F0.05=0.097；），并且花椒对地表径流影响最大，产流最多，选择树种时应该选择枣树，其涵养水源、保持水土的效果最好。

3.2 不同措施条件下降水量对侵蚀量的影响

表3 不同措施下降雨量P与径流量V的回归分析

图3 降雨量P与土壤流失量Ms(t/hm²)的关系图

植被对土壤侵蚀量影响因子主要有植被类型、年龄、形态、林冠高度、根系状况等[4]。分析不同措施各级雨量下的侵蚀量，并对降水量 P 和侵蚀量Ms 进行回归分析，发现遵循 Ms= aP+b 线性关系（见表 3）。从图 2 看出，花椒随降雨量增加，侵蚀量增加，其次是荒地、石榴桃树混交林，枣树侵蚀量最小。因为花椒的树龄、林冠、根系深度小，保持水土的作用并没有多年生枣树、石榴桃树混交林强，荒地较花椒土壤侵蚀量小的原因是荒地收人工干扰小，下垫面比较稳定。

对不同措施条件下降水量和侵蚀量Ms在0.05 水平上进行方差分析，不同植物措施条件下，石榴桃树混交、枣树措施降水量和侵蚀量无显著性差异（F石榴桃树混交=1.143＜F0.05=1.061； F枣树=0.3989 ＜F0.05=1.061；），荒地、花椒地降水量和侵蚀量呈显著差异（F荒地=4.777＞F0.05=1.061；F花椒=39.587＞F0.05=1.061），进一步说明在沂蒙山区，选择种植枣树，其次是桃树，具有很好的水土保持效益。