降雨对不同作物径流小区产流产沙的影响

唐毅 覃发超 况治宇

摘 要：作物种植与降水均对泥沙量和径流量有重要影响。基于四川省南部县升钟水土保持试验站的长期野外观测数据，研究径流小区尺度上2008—2016年作物种植状况、降水与产流产沙之间的关系。结果表明：在裸地小区降雨产生的径流量与泥沙量均大于有作物种植的小区，降雨量与4个小区径流量与产沙量均呈极显著相关（P<0.01），产沙量与径流量的相关性优于产沙量与降雨量。平均降雨强度与裸地小区径流量的相关性显著（P<0.05），在其他径流小区相关性不显著；平均降雨强度与谷物种植小区和裸地小区产沙量极呈显著相关（P<0.01），与蔬菜小区显著相关（P<0.05）；30 min最大降雨强度与径流小区的径流量和泥沙量均呈极显著相关（P<0.01）。研究结果可为该区域水土流失防治、生态建设等提供参考。

关键词：径流小区；降雨量；径流量；泥沙量；雨强；李子口

中图分类号：S157.1 文献标志码：A 文章编号：1673-5072（2023）03-0300-05

水土流失是全球性的主要环境问题之一。20世纪以来，水土流失所造成的土壤退化、土地生产力水平下降、生态平衡失调以及人地矛盾突出等问题，已经威胁到了农业生产和食品安全，给生态、环境、人类生存和社会经济发展带来十分严重的影响［1-2］。我国是世界上水土流失影响最严重的国家之一，每年土壤流失量达到80～120亿吨，对国民经济增长、社会发展造成的危害不可估量［3］。水土流失的产生是多种自然与社会因素相互作用的结果，而降雨是土壤侵蚀的主要动力［4-5］，地表作物的种植是影响坡面产流产沙的重要因素。因此，探究降雨侵蚀机理，开展降雨对不同坡面侵蚀过程及其规律的研究，分析降雨与不同作物种植之间的关系，有助于水土流失的预防和治理，从而减少自然灾害，具有较好的理论意义和实践价值［6］。

四川北部低山深丘区是我国典型农业区，坡耕地分布广泛，人地矛盾突出，耕作方式多样化明显，农用地的不同作物种植方式对该区的侵蚀产沙和径流也起着重要作用［7］。目前我国降雨对水土流失影响的相关研究多集中于黄河流域和长江流域中下游［8-10］，而针对长江上游嘉陵江流域，特别是川北低山深丘区的研究相对较少，且主要集中在保土减沙等水保措施方面。如，张明波等［11］研究发现，实施水土保持工程对控制流域内水土流失现象起到了积极作用，且减沙效益大于减水效益；王玲莉等［12］研究发现，不同植物类型对产流产沙的调节作用差异大，地表覆盖度高的林地和草地产沙模数较小，而农地和人工草地因耕作对地表扰动大导致产沙模数较大。因此，探讨该区水土流失特征及其影响机制，研究不同作物种植下造成的径流小区产沙、产流差异以及水沙关系，对于防治水土流失，促进川北低山深丘区社会经济及生态环境的可持续发展具有重要意义。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

试验区位于四川省南部县境内李子口小流域，地处川北低山深丘区，地理位置为31°30′—31°33′N，105°39′—105°43′E，海拔344～730 m。李子口小流域属嘉陵江西河流域，位于升钟水库大坝下游右侧，总控制站距四川省升钟水土保持站4 km，距南部县升钟镇5 km。李子口小流域多年平均降雨量957 mm，多年平均降雨天数为142 d，汛期降雨量占全年降雨量的73.5%［13］。土壤主要为黄壤，土壤母质主要为紫色页岩和砂岩，林地土层较浅，农耕地土层较厚，一般厚度60 cm以上。流域内乔木以柏木、桤木为主，灌木以黄荆、马桑为主，森林覆盖率达48%，农作物种植以水稻、小麦、油菜、玉米等为主。

1.2 试验设计

本研究基于南部县升钟水保站李子口小流域内径流小区2008—2016年的观测数据，包含降雨量、径流量、泥沙量等指标。选择4个径流小区进行对比观测研究（表1），面积均为100 m2（长20 m，宽5 m），坡度均为5°，土壤均为黄壤。其中1个为裸地小区，其他3个分别为蔬菜小区、谷物种植小区和饲草小区；除裸地小区进行翻地、除草等措施外，其他小区按当地农事活动安排，和当地大田同步进行整地、播种、中耕、除草、收获、耙地等田间管理措施。

在径流小区旁布设人工雨量器和翻斗式遥测雨量仪各1个，用于记录径流小区的雨量和雨强。其中人工雨量器每次降雨按时段测量；翻斗式自动雨量计设置采样间隔时间分别为5 min和10 min，每15 d下载1次观测数据。径流小区采用径流池收集泥沙，观测人员测量前池及后池的水深，并做记录，然后采用人工搅拌法对池内水样进行充分搅拌，使泥沙和水混合均匀，然后取泥沙和水的混合样，过滤、编号、烘干、称重，测得泥沙质量，再换算成径流小区产沙量。

1.3 数据处理

采用Excel 2016和SPSS 23.0进行降雨量、径流量、泥沙量和雨强的数据处理，进行Pearson相关分析。

2 结果与分析

2.1 降雨量对不同作物径流小区产流的影响

根据南部县李子口小流域径流小区的观测记录资料，径流小区2008—2016年雨季（4—10月）降雨次数为1 267次，降雨量为9 142.2 mm，其中产流降雨为119次，降雨量为5 864.6 mm。

各徑流小区降雨量和径流量关系如图1所示：在降雨条件一致的前提下，各小区的径流量随着降雨量的增大呈显著增加趋势，其中裸地小区的径流量明显大于其他3个小区，这表明其他径流小区相比裸地小区有更好的拦蓄降雨能力。作物种植方式的不同会造成小区产流量的差异，植被在降雨过程中通过截流、透流和干流三种形式对降雨进行再分配［8］，裸地小区没有植物叶片的阻隔作用以及根系所带来的涵养水分作用，一定程度上促进了地表径流的形成。

各径流小区观测期间的总径流量如图2所示：蔬菜小区（71.79 mm）和饲草小区（81.41 mm）的径流量大于谷物种植小区（65.33 mm）。谷物种植小区相较于蔬菜和饲草小区拦蓄降雨能力更好。

2.2 降雨量对不同作物径流小区产沙的影响

各径流小区降雨量和相应产沙量的关系如图3：各径流小区的产沙量随着降雨量的增大呈增加趋势，裸地小区的产沙量明显大于其他径流小区，其中蔬菜小区的产沙量小于裸地小区，但显著高于谷物种植小区和饲草小区，表明蔬菜小区对径流产沙量的拦截作用不及谷物种植小区和饲草小区，这可能是因为蔬菜的根系分布较浅、密度小，不及谷物种植小区的作物和饲草的植物根系分布深、密度大，对泥土的固定作用较弱［9］。

各径流小区观测期间的总产沙量如图4所示：在降雨量相同的情况下，裸地小区的产沙量大于其他径流小区，其中裸地小区在观测期间的产沙量（540.76 kg）是蔬菜小区的3.81倍，是谷物种植小区的9.99倍，是饲草小区的7.59倍；饲草小区的产沙量略大于谷物种植小区。主要原因可能是作物种植小区有作物叶片的遮挡，能够很好地减弱雨滴对土壤的击溅，而裸地小区因进行翻地、除草措施，没有植被覆盖的保护，雨滴则是直接打击在裸露的土地上，使得降雨和径流能够顺利地剥离土壤颗粒，产沙量大于其他小区。

2.3 降雨与不同作物径流小区产流产沙关系

2.3.1 降雨量与不同作物径流小区产流产沙关系

相关分析结果显示（表2）：各径流小区的径流量和降雨量呈极显著相关（P<0.01），不同径流小区作物种植的不同，造成产流状况也各不相同，其中裸地小区的相关性最高。降雨量和产沙量的相关性小于径流量和产沙量的相关性，且不同作物种植方式下径流小区的降雨量和产沙量的相关关系有差别，其中蔬菜小区和饲草小区的产沙量与降雨量相关性弱于裸地小区和谷物种植小区，4个径流小区产沙量与径流量的相关性均极显著（P<0.01），且径流量对产沙量的影响程度大于降雨量对产沙量的影响程度，这也与其他学者的研究结论相似［10］。综上说明，径流小区产沙量的多少不仅仅与降雨量、径流量密切相关，还与作物种植方式、植被盖度、土壤理化性质等因子相关，以致于不同径流小区产沙因素各有不同［10］。

2.3.2 降雨强度对不同作物种植方式径流小区产流的影响

径流量、产沙量和平均降雨强度、30 min最大降雨强度的相关分析结果如表3所示：蔬菜小区、谷物种植小区和饲草小区的径流量与平均降雨强度呈正相关但相关性不显著，表明这3个小区的产流受到其他因素的综合影响，但裸地小区的径流量与平均降雨强度相关性较好（P<0.05）。有相关学者研究发现，影响径流小区产流的主要降雨指标为最大30 min降雨强度［14］，4个径流小区的径流量与30 min最大降雨强度相关性均较好（P<0.01），说明30 min最大降雨强度是影响径流小区产流的重要因素。

据表4可知，蔬菜小区的产沙量与平均降雨强度呈显著相关（P＜0.05），裸地小区和谷物种植小区的产沙量与平均降雨强度呈极显著相关（P＜0.01），4个小区的产沙量与30 min最大降雨强度均呈极显著相关（P＜0.01），且相关性均大于各小区与平均降雨強度的相关性，因此说明30 min最大降雨强度是影响这4个径流小区产沙的主要原因。有学者研究了降雨强度对土壤侵蚀的影响，认为产沙量与平均降雨强度相关性不及30 min最大降雨强度显著［15］，这也与本研究结果相似。

3 结 论

降雨量、径流量、30 min最大降雨强度、产沙量等因子在李子口小流域径流小区产流产沙过程中都起到了不同程度的作用，但是不同作物种植方式、土壤理化性质、人类活动等也是影响径流小区产流产沙的重要因子，这说明不同影响因子造成坡面产流产沙的情况极为复杂。因此，进一步研究不同影响因子对径流小区产流产沙的影响机制，提升水土保持措施水平，从而预防和减少区域性水土流失的发生，对于深化川北低山丘陵区域经济和嘉陵江流域生态环境的良性发展大有裨益。

参考文献：

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Abstract：Crop planting and precipitation both have an important impact on the production of sediment and runoff.Based on the long-term field observation data from Shengzhong Soil and Water Conservation Experimental Station inNanbu county of Sichuan province，the relationship between crop planting，precipitation，runoff and sediment production from 2008 to 2016 at the scale of runoff plots is studied.The results show that the runoff volume and sediment yield generated by rainfall in bare land plots are greater than those in plots with vegetation；the correlation between the precipitation and the runoff volume and sediment yield in the four plots is extremely significant （P<0.01）；the correlation between sediment yield and runoff volume is better than that of sediment yield and precipitation；the average rainfall intensity has an exeremely significant correlation with the runoff volume of bare land plots，but insignificant correlation with that of other runoff plots；the average rainfall intensity has an exetremely significant correlation with the sediment yield of grain-growing plots and bare plots （P< 0.01），and a significant correlation with the vegetable plots（P<0.05），the maximum rainfall intensity of 30 min has an extremely significant correlation with the runoff and sediment production of runoff plots （P<0.01）.The research results will provide references for the prevention and control of soil erosion and ecological construction in the region.

Keywords：runoff plots；precipitation；runoff volume；sediment yield；rainfall intensity；Lizikou

基金項目：国家自然科学基金面上项目（41971015）

作者简介：唐毅（1991—），男，硕士研究生，主要从事水土保持研究。

通信作者：覃发超（1979—），男，博士，教授，硕士生导师，主要从事3S技术与水土保持研究。E-mail：larcqfc@163.com

引文格式：唐毅，覃发超，况治宇.降雨对不同作物径流小区产流产沙的影响：以四川北部低山深丘区为例［J］.西华师范大学学报（自然科学版），2023，44（3）：300-304.