李子口径流小区不同植被条件下降雨对土壤侵蚀的影响研究

吴世祥，何 聪，杨 丹,2，胡翠华，刘守江,2*

(1.西华师范大学 国土资源学院，四川 南充 637000；2.西华师范大学嘉陵江流域研究所，四川 南充 637009)

降雨侵蚀是对土壤侵蚀的重要方式之一，能造成水土流失，破坏生态环境，危害生命和财产安全。目前国内外对降雨与土壤侵蚀的方面的研究主要有降雨对土壤侵蚀量的影响[1～3]、降雨与土壤侵蚀模数[4，5]、降雨强度与土壤侵蚀[6～8]、不同降雨类型对土壤侵蚀的影响[9，10]等，对于如何有效抑制降雨对土壤的侵蚀和推动水土保持[11～13]一直是国内外研究的热点。研究小组在降雨量充足，土壤侵蚀与水土流失严重的李子口流域进行实验。通过采用径流小区的实验方法，观测和分析径流小区不同植被条件下降雨对土壤侵蚀的影响，比较不同植被对水土的保持能力，以求找到最为适合当地实际情况的水土保持措施，改善当地生态环境，推动当地经济的发展。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

李子口小流域位于四川省南充市南部县升钟水库流域面积内(31°31′21″N，105°42′58″E)，属嘉陵江西河支流，海拔在439 m左右。气候为亚热带湿润季风气候，夏季高温多雨，冬季温和少雨，多年平均气温在17.2℃左右，多年平均降雨量在1 029 mm左右。由于全年降雨量与降雨天数均较多，并受到水库湿润环境的影响，土壤受侵蚀显著，水土流失严重。

1.2 研究方法

1.2.1 径流小区的设置

2014年4月至10月，研究小组采用径流小区的实验方法，参照唐秋玮等[14]的实验经验，在升钟水保站李子口小流域的6个径流小区进行观测和实验。径流小区1号、3号和4号均为种植作物的农耕小区，2号小区为撂荒的参照小区，5号和6号小区为林地小区，6个小区的基本状况如表1所示。每个径流小区均有一套测流设备，对降雨产生的径流量以及泥沙含量等进行测算与采样，并在采样后通过烘干法及径流小区面积推算土壤的流失量。

表1径流小区基本概况

Tab.1 Runoff plot basic situation

1.2.2 降雨量及降雨侵蚀力的测算

使用DSJ-2型虹吸式自记雨量计，对2014年4—10月份实验期间径流小区的降雨量和降雨强度进行测定与记录，同时对降雨侵蚀力进行计算。

降雨侵蚀力是降雨引起土壤侵蚀的潜在能力，是降雨物理性质的的函数，其概念及计算公式是由Wischmeier等[15]提出的。计算公式如下：

R=E×I30

(1)

式中R为降雨侵蚀力(MJ.mm·hm-2·h-1)，E为降雨总动能(MJ·hm-2·h-1)，I30为降雨最大30 min降雨强度(mm·h-1)。实验期间径流小区的降雨量、降雨历时、I30、降雨侵蚀力基本概况如表2所示。

表2实验期间径流小区降雨情况

Tab.2 Therainfallinrunoffplotduringtheexperiment

日期降雨量/mm累积历时/minI30 /(mm·h-1)降雨侵蚀力/(MJ.mm·hm-2·h-1)4月18日35.2 19030.6278.76月14日30.72750310.286月29日20.898019.879.547月20日44.558041.2387.338月9日59.771030388.68月26日34.844014.286.528月30日23.56101783.969月8日16.112022.284.219月9日71.536034.8611.279月11日61.1101058.4878.99月13日27.339012.257.279月14日14.439015.242.039月16日15.89504.69.0910月1日56.181026.8307.2210月28日41.183014.6102.59

1.2.3 统计分析

使用SPSS22.0计算实验期间降雨量、降雨侵蚀力与径流量、径流深、平均含沙量以及土壤流失量之间的相关系数。

3 结果与分析

3.1 不同植被条件下降雨对地表径流量、径流深的影响

从图1可知，总体上6个径流小区降雨形成的径流量与径流深在趋势上基本一致，均表现为撂荒地>农耕地>林地，具体为撂荒2号小区>农耕4号小区>农耕3号小区>农耕1号小区>林地6号小区>林地5号小区，林地小区对于降雨形成的地表径流截留最强。

作为参照撂荒的2号小区的径流量与径流深均属于6个小区中的最大值，径流量与径流深分别为1.717 m3和13.691 mm，远高于农耕小区与林地小区。作为林地的5号小区与6号小区的径流量与径流深在6个小区中均比较小，其中5号小区的径流量与径流深均为6个小区中的最小值，分别为0.15 m3和0.474 mm。在3个农耕径流小区中，种植生菜的4号小区径流量与径流深最大，分别为0.628 m3和4.695 mm，而种植辣椒的1号小区与轮作油菜和玉米的3号小区的径流量、径流深基本一致，相差不大。

图1 径流小区的地表径流量与径流深Fig.1 Runoff plot surface runoff and runoff depen

3.2 不同植被条件下降雨对地表径流含沙量、土壤流失量的影响

由图2可知，总体上除1号小区土壤流失量受土质影响有所波动外，6个径流小区在降雨条件下，地表径流的平均含沙量与土壤流失量的趋势基本一致，均表现为撂荒地>农耕地>林地，具体为撂荒2号小区>农耕1号小区>农耕4号小区>农耕3号小区>林地5号小区>林地6号小区，林地小区受到降雨侵蚀造成的土壤流失最少。

6个径流小区中，撂荒的2号小区地表径流的平均含沙量与土壤的流失量在均处于最大值，分别为3.462 g·L-1和0.325 t·hm-2，属于林地的5号与6号小区的地表径流平均含沙量以及土壤流失量均比较小，其中6号小区达到最小值，分别为0.119 g·L-1和0.001 t·hm-2。在3个农耕小区中，1号小区地表径流的平均含沙量最高，达到2.279 g·L-1，但在土壤流失量上却低于4号小区(0.138 t·hm-2)。

图2 径流小区地表径流的平均含沙量与土壤的流失量Fig.2 The average sediment conceneration and soil loes in vunoff plot

3.3 不同植被条件下降雨与土壤侵蚀的相关关系

从表3可知，6个径流小区的地表径流量、径流深与降雨量、降雨侵蚀力之间均呈显著正相关；在地表径流平均含沙量方面，撂荒的2号小区和林地5号、6号小区的平均含沙量与降雨量、降雨侵蚀力之间的相关性均不显著。而农耕小区中的3号、4号小区的平均含沙量与降雨量、降雨侵蚀力之间的相关性呈现显著正相关，农耕1号小区的平均含沙量与降雨侵蚀力呈显著正相关。在土壤流失量上，6个径流小区的土壤流失量总体上均与降雨量、降雨侵蚀力呈显著性正相关。

表3降雨与土壤侵蚀的相关系数

Tab.3 Correletioncoefficientbetweenrainfallandsoilerosion

小区号径流量径流深平均含沙量土壤流失量1降雨量0.584∗0.621∗0.5080.629∗降雨侵蚀力0.874∗∗0.899∗∗0.610∗0.868∗∗2降雨量0.903∗∗0.865∗∗0.1840.766∗∗降雨侵蚀力0.890∗∗0.895∗∗0.3310.909∗∗3降雨量0.670∗∗0.632∗0.591∗0.647∗∗降雨侵蚀力0.855∗∗0.837∗∗0.815∗∗0.876∗∗4降雨量0.730∗∗0.706∗∗0.565∗0.631∗降雨侵蚀力0.871∗∗0.846∗∗0.861∗∗0.886∗∗5降雨量0.872∗∗0.761∗∗0.0480.689∗∗降雨侵蚀力0.944∗∗0.920∗∗0.1190.790∗∗6降雨量0.821∗∗0.729∗∗0.1320.452降雨侵蚀力0.946∗∗0.921∗∗0.1380.592∗

注：*. 在置信度(双测)为 0.05 时，相关性是显著的。

**. 在置信度(双测)为 0.01 时，相关性是显著的。

4 讨论与总结

4.1 讨论

本文中6个小区的地表径流量与径流深的趋势基本一致，均表现为撂荒地>农耕地>林地，原因在于撂荒地地表植被覆盖在6个小区中最少，对地表降雨产生的径流的截留也较少，降雨直接作用于地表，故降雨在地表产生的径流量与径流深较大。在农耕小区，由于农作物的遮盖加之土层较为疏松，能对降雨进行截留，故径流量与径流深较撂荒小区小，同时，农耕4号小区植被为生菜，其郁闭度较辣椒和油菜、玉米等更低，且根系分布也较为稀疏，水土保持能力较弱，对地表降雨形成的径流拦截较少，截留作用弱，故径流量与径流深较1号与3号小区高。而林地5号小区与6号小区地表树木茂密，植被盖度大，乔木层对于降雨的截留能力较强，雨水难以到达地面形成径流，故林地两个小区降雨形成的地表径流量与径流深较小；尤其是5号小区为桤木与柏树的混交林，植被郁闭度更高，对雨水的截留能力更强，因此为最小值。

6个径流小区在降雨条件下，地表径流的平均含沙量与土壤流失量的趋势基本一致，均表现为撂荒地>农耕地>林地。原因在于撂荒地2号小区地表植被郁闭度低，对雨水产生的地表径流以及土壤表层的泥沙截留能力均比较弱，使得降雨在地表形成的径流量较大并冲刷带走大量的表层土壤，水土保持能力差，地表径流含沙量与土壤流失量大。农耕小区地表径流较少，地表农作物和疏松的土壤对于水土有一定的保持能力，故较撂荒地少；其中1号小区与4号小区分别种植辣椒与生菜，地表土质均比较疏松，易受雨水冲刷，但1号小区植被郁闭度高于4号小区，对地表径流的截留能力较强，故地表径流量小，虽地表径流平均含沙量较高，但土壤流失量较小；而3号小区采用油菜与玉米轮作的耕种方式，植被郁闭度高且根系发达，地表径流量小，表层土壤泥沙不易流失，地表径流含沙量与土壤流失量在农耕小区中均比较小。林地5号与6号小区植被郁闭度最高，降雨产生的地表径流较少，土壤受到的侵蚀和冲刷强度较低，其中5号小区为桤木与柏树的混交林，人为活动较多，土层受扰动较强，土质较为疏松，6号小区树种单一，并受人为因素影响小，土质更为稳定，土壤表层泥沙更不易被冲刷，故地表径流含沙量与土壤流失量最小。

6个径流小区的地表径流量、径流深与降雨量、降雨侵蚀力之间均呈显著正相关，表明随着降雨量的增加以及降雨侵蚀力的增强，径流小区地表径流量与径流深也随之增加，原因在于在径流小区的地表径流主要来源于降雨，降雨量和降雨侵蚀力作用并影响各径流小区的地表土壤径流量与径流深，降雨量与降雨侵蚀力的变化也会引起径流量与径流深的变化。这可能是由于农耕小区受农业活动的影响，地表土层的土质较为松散，更易受到降雨的影响，故而相关性较高。表明随着降雨量和降雨侵蚀力的增加，径流小区土壤流失量也会增加，降雨对于径流小区土壤的侵蚀作用较强。

研究不同植被条件下降雨对土壤侵蚀的影响，能了解不同植被的水土保持能力，以期制定最为适合当地环境的水土保持措施。本文在对不同植被条件下降雨对土壤侵蚀影响的比较分析中发现，林地5号、6号小区的地表径流量、径流深、平均含沙量以及土壤流失量均比较低，表明林地对地表径流的截留能力与涵养水源的能力强，对水土的保持能力强。在农耕地中，植被郁闭度好的3号、1号小区的地表径流量与径流深也较低，并且3号小区的地表径流平均含沙量与土壤流失量也均比较低，表明轮作油菜、玉米的农耕方式较优。然而在实验过程中，由于实际条件的限制，林地径流小区的坡度和面积要大于其他径流区，坡位和坡向也有所不同，使得径流小区在比较上有所差别和误差。从结果上看，林地的水土保持能力最强，但种植林地在短时间内并不能产生经济效益，而农耕区油菜与玉米的轮作虽在土壤流失量上较低，但在涵养水源上不理想，故想找到最佳的水土保持植物措施需要进一步的努力与研究。

4.2 结论

本文从撂荒地、农耕地、林地3种类型的6个径流小区出发，比较分析不同植被条件下降雨对土壤侵蚀的影响。在对不同植被条件下降雨与土壤侵蚀的相关性研究中发现，6个径流小区的降雨量、降雨侵蚀力与地表径流量、径流深、以及土壤流失量之间的相关关系均呈显著正相关，表明随着降雨量与降雨侵蚀力的增加，径流小区土壤的侵蚀也会增强，降雨对当地土壤侵蚀有重要的影响。研究结果表明在径流小区，降雨对土壤侵蚀作用强，通过种植桤木与柏树等树种，建立林地，能有效的保持水土和涵养水源，同时选择以轮作油菜、玉米的农耕方式也能减少土壤的流失。