重庆市永川区勤俭水库监测点水土流失因子监测分析

宋朝忠，陈 超

（1.重庆市农村土地整治中心，重庆 401121；2.重庆市永川区水务局，重庆永川 402160）

水土保持是我国的一项基本国策。水土保持监测作为水土保持的重要组成部分，在政府决策、经济社会发展和社会公众事务中发挥着重要作用。2004 年，勤俭水库水土流失监测点在重庆永川建成，为全国水土保持监测网络站点之一，设6 个标准径流小区。监测点主要监测记录降雨、土壤、植被、作物生长状况及产量、径流泥沙等。多年来收集了大量的监测数据，整理、分析这些监测成果，可为当地水土流失治理提供理论依据。

1 基本情况

勤俭水库水土流失监测点由重庆市水土保持监测总站永川分站管理，该监测点自2004 年投入运行以来，进行了逐年升级改造。站点采用轮式径流泥沙自动采集器采集泥沙样品，多参数土壤水分传感器测量土壤水分。

6 个标准径流小区规格为长20 m、宽5 m、坡度20°、坡向135°，土层厚度为100 cm，基岩为页岩。各标准径流小区除水保措施、作物种类、耕作方式不同外，其他参数均为一致。1#小区为农地，水保措施为石坎坡改梯；2#小区为林地，水保措施为经果林；3#小区为林地，水保措施为水保林；4#小区为农地，水保措施为顺坡竖垄耕作；5#小区为人工草地；6#小区为农地，水保措施为等高横垄耕作。1#、4#和6#小区植被为玉米和红薯，5#小区植被为黑麦草，2#、3#小区植被分别为枇杷树、松树；玉米为条状点播，红薯为穴播，枇杷树、松树为穴植，黑麦草为幼苗移栽。

监测设备有：遥测雨量计1 台、径流泥沙自动采集系统(EL-RS)6套、径流泥沙人工采集11孔一级分水箱和集流池6 套、便携式植被覆盖度摄影测量仪1 套、多参数土壤水分传感器6 套、土壤水分速测仪1 套、烘干箱2 个、电子秤1 台、采样瓶及泥沙盒100 余个等。

2 监测内容与方法

2.1 降水监测

降水监测指标有逐日降水量、降水过程、最大I30（30 min雨强）、降雨侵蚀力等。监测时段为全年。监测设备为数字自记雨量计，分辨率为0.5 mm。

监测方法：降水时自动记录雨量，通过数据采集器本地存储并发送至数据接收服务器。当降雨发生时，自记雨量计将采集到的数据实时发送到数据接收服务器。若无产流，则定时每1 h 发送1 次累计径流量。

2.2 土壤监测

监测指标为土壤理化性质，包括土壤物理性质：土壤容重、土壤含水量、土壤粒度[1]；土壤化学性质：全氮、全磷、全钾、有机质。土壤含水量采用多参数土壤水分传感器自动监测或者采样烘干法测定，分别在每月的月初（1 号）、月中（15 号）测量1 次，其间若有降水产流则加测。

土壤含水量采用多参数土壤水分传感器自动监测或者采样烘干法测定，其余土壤理化性质指标委托第三方单位检测。检测内容及方法见表1。

表1 土壤的检测方法、内容及检测仪器

2.3 植被监测

每月1 日和15 日，采用便携式植被覆盖度摄影测量仪、目测法及皮尺分别对植被覆盖度、郁闭度、植被高度进行监测。

2.4 作物产量监测

作物产量主要监测指标为秸秆产量、籽粒产量。在作物收获时采用样方测量法，主要对每种作物的样本株数、样本鲜重、样本干重、籽粒干重等指标进行监测，计算作物产量及秸秆产量。监测点从2021年开始对作物产量进行监测，因此本文只对2021年数据进行分析，不作对比。

2.5 径流、泥沙监测

径流、泥沙监测设备为径流自记仪、分水箱、集流池。

采用径流自记仪和人工量测校核相结合的方法测定径流量[2]。每次降水各小区产生的径流先进入径流自记仪，再全部进入一级分水箱和集流池，自记仪自动监测每次降水产生的径流量发送到采集系统终端，洪峰流量测定范围0.3～2.0 L·s-1，测流范围≥3 L，流量测定误差小于3%，传输方式为电脑传输和通过GPRS 进行远程传输，降水结束后对分水箱和集流池收集的径流量用体积法测量，用以校核自动观测径流量。

采用径流自记仪自动采样与分水箱、集流池人工采样相结合的方法测定泥沙量。自动采样泥沙含量测量误差小于1%，采样比例为径流自记仪翻斗每翻1次取样1%～1.5%，模式为无动力自动采样。泥沙量测定采用取样滴定沉淀烘干法，采取搅拌舀水取样法进行取样，把每个小区的泥沙样搅匀，分别用500 mL的取样瓶取3 个样，带回实验室倒入编了号的泥沙盒，滴定沉淀后倒掉上清液，放入110 ℃烘箱里烘干至恒重，冷却后称烘干重，计算得出泥沙量。

3 监测结果分析

3.1 降水量

根据自记雨量记记录的降水资料，2018—2021 年永川区勤俭水库监测点降水日数、降水量等主要监测数据见表2。

表2 永川区勤俭水库监测点降水量主要监测指标

通过比较分析2018—2021年各月份降水天数、降水量等统计数据发现，监测点所在区域各年份5—10月为雨季，降水天数明显较其他月份多，但5—10 月存在一个先减后增的现象，可能这是由于7—8月属于夏季最热的时段，降水频率也相对变低。而从降水量的数据可以看出，各年份降水一般集中在7—8月。因此，在5—6 月和9—10 月应注意降水频率变高的影响，7—8 月注意雨强变大、日降水量增大的情况。另外，某些年份(2020 年)降水天数和降水量可能存在着较其他年份突出增加的现象，甚至可能出现累计降水月最大值不在雨季内，发生这种降水异常增多现象不可预计、不可避免，在开展水土保持活动中应随时做好应对突发暴雨等极端情况的应急准备工作。

3.2 土壤理化性质

监测点2018年以来长期监测土壤含水量，其余土壤物理和化学性质从2021年开始监测，本文仅对现有数据进行分析。

3.2.1 土壤平均含水量

2018—2021 年各小区土壤平均含水量变化情况见表3。

表3 永川区勤俭水库监测点各季度各小区土壤平均含水率 单位：%

分析监测数据可知，各小区土壤平均含水率除受小区种植植物种类(乔木、农作物)影响外，还受年际降水量的影响。种植乔木的小区土壤含水量明显较种植农作物小区受年际降水影响小，使得土壤保水能力有一定提升，受外界气候变化影响较小；而长期农耕的小区土壤含水量受年际降水影响较大，土壤保水能力也较差。

3.2.2 土壤粒度

2021年土壤粒度监测数据见表4。

表4 永川区勤俭水库监测点各小区2021年土壤粒度

一般认为，黏粒含量高低与土壤肥沃程度相关，且黏粒含量适中的壤土的保水保肥效果好；砂粒含量高表现为土壤透水性能较好，宜耕期长，养分转换快。合理的砂、粉、黏比例能提高土壤保水保肥效果，更有利于作物生长[3]。分析表4观察数据认为，规律性尚不明显。

3.2.3 土壤容重及养分

2021 年各小区土壤容重及全氮、全磷、全钾和有机质等养分监测数据见表5。

表5 永川区勤俭水库监测点各小区2021年土壤容重及养分

综合容重、全氮、全磷、全钾和有机质观测数据，可见5#、6#小区土壤理化性质最好，较适合植物生长。5#小区为林草措施小区-草地，6#小区为农业措施小区-等高横垄耕作，5#小区人为扰动少，整体土壤环境更接近于自然草地，6#小区虽人工扰动大，但施肥多、等高横垄耕作对保持土壤水肥有一定优势。

3.3 植被特征

监测发现：6 个监测小区中，1#、4#、5#、6#小区在每年的3—4 月播种玉米并开始生长，7 月达到最高覆盖度和作物高度；5—6 月种红薯，并逐渐开始匍匐牵藤，10—11 月收红薯时，覆盖度达最高值；5#小区种黑麦草，春季种下、夏秋季割草，以此往复，夏季植被覆盖度最高；2#小区种枇杷，在春末夏初修枝，夏季收获，夏季收获前植被覆盖度最高（一般达55%～65%），此时植被高度达3.8 m；3#小区为松树林，松树为常青树，2004年开始种植，2018—2021年松树林郁闭度基本保持75%，树高平均6.0 m。

3.4 作物产量

2021年作物产量监测数据见表6。

表6 永川区勤俭水库监测点2021年各小区农作物产量统计

由表可见，1#、4#和6#小区同种植玉米和红薯，最终粮食产量表现为1#小区＞6#小区＞4#小区，生物量6#小区最高。5#小区种植黑麦草，牧草产量达到7 500 kg·hm-2。1#小区作物产量最高，其次为6#小区。因此，实施水保工程措施石坎坡改梯较农业措施更能使农作物增产，同为农业措施，等高横垄耕作相较顺坡竖垄耕作植物生长情况更好。

3.5 径流、土壤流失

各径流小区逐年径流泥沙数据见表7。

表7 永川区勤俭水库监测点各小区径流、土壤流失情况

分析观测统计数据，可以看出：各年份径流小区产流产沙情况受降水量、降雨侵蚀力及各小区不同水保措施的影响。其中，实施工程措施-石坎坡改梯、林草措施-水保林的1#小区和3#小区产流产沙量最小，达到了较好的保持水土的效果；2#、4#、6#小区分别实施“林草措施-经果林”“农业措施-顺坡竖垄耕作”“农业措施-等高横垄耕作”，水土保持效果较差，主要原因是这些小区常受人为扰动。

此外，2020 年降水量、降雨侵蚀力较其他年份高，该年各小区产流产沙次数也增多，所有小区均在2020年达到最大产流产沙次数。2020年径流深、径流系数及土壤流失量指标也较其他各年显著大，最大者超出10 倍(1#小区2020 年与2019 年径流深，6#小区2020 年与2019 年径流系数)。2#、6#小区在各年份产流产沙次数最多，2#、4#、6#小区径流深、径流系数及土壤流失量指标相较其他小区大；1#小区在各年份产流产沙次数最少，1#、3#小区径流深、径流系数及土壤流失量指标相较其他小区小。监测发现，土壤流失量相较径流深和径流系数指标都更敏感，数值波动较大，2018—2021年所有数据中最大的达3.066 t·hm-2，最小的仅0.002 t·hm-2，达到数量级变化。

4 结论与建议

4.1 结论

降水量是造成水土流失的最重要因素之一[4]。2020 年的年降水量、年降水天数、最大月降水量、最大日降水量、最大次降水量均比其他年份高，降雨侵蚀力是其他年份的2～3倍，径流深、径流系数及土壤流失量指标也较其他各年显著增高，最高甚至高出14倍多。土壤流失量相较于径流深和径流系数指标更敏感，数值波动较大，监测时段中最大值3.066 t·hm-2，最小值0.002 t·hm-2，相差1 500余倍。

乔木林地土壤保水能力较好，受外界气候变化影响较小。常年农耕的土壤含水量受年际降水影响较大，土壤保水能力较差。

坡改梯、水保林的水土保持效果较好；经果林、顺坡竖垄耕作和等高横垄耕作等措施水土保持效果较差；坡耕地土壤流失量远大于林草地土壤流失量，特别是顺坡耕种的坡耕地，相同条件下是林草地流失量的98倍。

4.2 建议

减轻坡耕地水土流失最有效的方法是贯彻国家退耕还林(草)政策，对陡坡(＞25°)荒地和耕地，一律实施退耕还林还草还果，采取适地适树适草的原则，草灌先行，乔灌草结合；对无法退耕的斜坡(15°～25°)耕地和缓坡(6°～15°)耕地，采取坡改梯或坡改缓，减小耕作面坡度；对坡度较小的平坡(≤6°)耕地，实施保土耕作措施，如等高横垄耕作、等高带状间作、沟垄耕作等，在耕作面上改变微地形，增加植被覆盖，增加土壤有机质和抗侵蚀力，推行粮油轮作、水旱轮作、种养循环、间种、套种、少耕、免耕等，提高保土保水保肥能力；对郁闭度较小的疏林、幼林进行补种和封禁治理，采取有力措施增加林草植被；加强水土保持预防监督管理，实行开发建设项目水土保持方案报批制度及“三同时”制度，有效遏制人为造成新的水土流失。