黄土塬区不同植被措施水土保持研究

2023-05-25左静

黑龙江水利科技 2023年4期

左静

（临沂市兰山区水务局，山东临沂 276000）

关键字：侵蚀性降雨；植被措施；减沙量；减流量

0 引言

水土流失是一种危害严重的生态环境问题，具有很强的隐蔽性，严重的水土流失，会造成耕地面积减少，土地肥力衰竭，如何有效防止水土流失，应该采取怎样的措施。对此各学者进行了研究，孙从建等对典型黄土塬区不同植物措施水土保持效应进行了分析，分析结果表明：种植植被能有效的防止水土流失；黄博文等对红壤侵蚀退化坡面植被恢复过程中的水土保持效益进行了研究，研究结果表明：植被的生长能减弱降雨对坡面产沙的影响，提升坡面的水土保持能力；周桐等研究了不同配置的多功能水土保持植被对黑土抗侵蚀特征的影响，研究结果表明：采用多功能水土保持植被措施，能提高土壤的抗蚀性，增强侵蚀土壤的还原能力；张文聪等对浙江水土保持植物建设情况与发展进行了研究，研究结果表明：科学的种植水土保持植物，合理选择树种，能充分发挥植被的生态效益；冯乐对不同高陡边坡植被配置的水土保持效益进行了研究，研究结果表明：草木结合的植被措施能有效防止高陡边坡的水土流失；土小宁等对红壤区(苏皖)水土保持植物建设情况进行了研究，研究结果表明：种植优良的水土保持植物，能有效的保护土地，维护人居环境；白晶对乡土植物生活型构成对边坡植被水土保持效益的影响进行了研究，研究结果表明：种植多样性的乡土植物，能提高水库边坡的水土保持能力；谢晓丽对干旱地区蒙古栎与大扁杏混交林水土保持效果进行了分析，分析结果表明：种植栎树与杏树的混交林，能降低地表径流，减少土壤流失；章龙飞对植被过滤带在水利工程边坡水土保持中的应用进行了研究，研究结果表明：植被过滤带宽度增大，能有效降低径流强度；黎曦对我国岩质边坡植被修复与水土保持应用进展进行了研究，研究结果表明：修复岩质边坡植被，能有效的防止水土流失[1-5]。

以上研究并没有聚焦于黄土塬区不同植被措施水土保持研究，对此文章分别进行了不同类型降雨条件下，植被措施的减沙量和减流量的实验。以上研究可供类似水土保持工程参考。

1 研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于某市西北部，关中西陲，是有名的黄土塬区，幅员面积568km2，地势西南高，东北低，由西南向东北呈倾斜状，地面坡度较大，由于长期流水冲刷，造成塬高沟深坡陡的地貌特征；该地区属内陆半干旱季风气候，无霜期171d，历史最高温度36.6℃，历史最低气温-22.3℃，年平均气温9.3℃，年均降水量586mm，且分布极不均匀；土壤为棕黄色亚黏土，天然植被主要包括：狗尾、龙葵、牛筋草、蒿䓍等；人工乔木主要包括：侧柏、刺槐、柳树、松树及少量的榆树、楸树等；落叶灌木主要包括荆条、山桃、月季、海棠等；土壤侵蚀类型主要为水力侵蚀和重力侵蚀。

1.2 研究方法

实验在水土保持观察点进行，场区内设置10个坡度为20°的标准径流小区，小区长×宽为25m×4m，实际面积为100m2，各小区以混凝土围埂隔开，围埂露出地面0.2m，埋入地下0.3m，以保证各小区的实验互不干扰。在标准径流小区顶部安装虹吸式自记雨量计，用于在降雨过程中对降雨量进行运时记录，在小区下坡边缘设置集流槽，再将导流槽镶嵌在集流槽下游边缘，下部通向集流桶，集流桶用于收集导流槽输导下来的泥沙和径流，导流桶和集流桶可用1.0mm 厚的不锈钢或镀锌铁皮制成。

实验进行前，先给各标准径流小区从1 到10依次编号，再将各种植被种植在小区内，1 号小区种植乔木（侧柏、刺槐），植被覆盖率为75%；2号小区种植野生的灌木林（狗尾、龙葵、牛筋草），植被覆盖率为30%；3-7 号小区种植农作物（小麦、玉米、高梁、黄豆、油菜），植被覆盖率为30%；8 号小区人工种植杂草，植被覆盖率为30%， 9 号小区为野生植被自由生长的荒地，植被覆盖率为30%；10 号小区为裸土，未生长任何植被，植被覆盖率为0。

1.3 监测方法

实验主要监测年度降水与不同小区的径流量、产沙量，并根据实验分析水土流失的影响因素。实验过程中，通过虹吸式自记雨量计记录降水雨量来计算降水指标；通过集流桶收集每次降水径流量，汇总统计年降水总量；通过搅拌均匀集流桶里带泥沙的水，采集样品，将所采样品进行编号、测量体积，静置24h 后，将沉积物分离，分离的沉积物干燥、称重，根据所得数据计算小区每次降雨泥沙流失量，将流失量汇总可得年降雨泥沙流失量，通过泥沙流失量可计算小区土壤流失量。实验结束后，根据产流量和产沙量情况，将引发径流小区集流桶中产生径流或泥沙的场降雨称为侵蚀性降雨。

2 结果分析

2.1 侵蚀性降雨的分类及平均产沙量

长期的侵蚀性降雨，造成了土壤侵蚀和水土流失。不同场次的侵蚀性降雨，降雨量中心值和I30中心值不同，对小区土壤的侵蚀量也不同；为了解各径流小区在不同植被覆盖下对产流和产沙的影响，实验采用K-均值聚类分析法，将侵蚀性降雨分为5 类（表1）。

表1 黄土塬区侵蚀降雨K-均值聚类分析

分析结果表明，A、B、C、D、E 降雨类型降雨量中心值分别为61.34mm、15.22mm、13.21mm、31.54mm、37.42mm；A、B、C、D、E 降雨类型I30 中心值分别为15.36mm/h、7.34mm/h、19.67mm/h、7.98mm/h、35.96mm/h；由降雨量中心值可知，A 降雨类型为大雨量，D 降雨类型和E 降雨类型为中雨量，B 降雨类型和C 降雨类型为小雨量；由I30 中心值可知，A 降雨类型和C 降雨类型为中雨强，B 降雨类型和D 降雨类型为小雨强，E 降雨类型为大雨强。综上所述，侵蚀性降雨根据各类型特征可分为A 降雨类型为大雨量、中雨强；B 降雨类型为小雨量、小雨强；C 降雨类型为小雨量、中雨强；D 降雨类型为中雨量、小雨强；E 降雨类型为中雨量、大雨强；其中B 降雨类型发生比例为45.3%，此类型降雨发生频繁， C 降雨类型发生比例为28.4%，A 降雨类型和D 降雨类型比例分别为10.6%、10.2%，E 降雨类型发生比例为7.2%，此类型降雨发生频率较少。

不同的类型降雨条件下平均产沙量见图1。

图1 不同类型降雨下平均产沙量图

如图1（a）所示，研究区从6-9 月这个阶段，A 降雨类型（大雨量、中雨强）、B 降雨类型（小雨量、小雨强）、C 降雨类型（小雨量、中雨强）、D 降雨类型（中雨量、小雨强）、E 降雨类型（中雨量、大雨强）的最大降雨强度分别是：17mm/h、12mm/h、26mm/h、8mm/h、37mm/h，最小降雨强度分别是：15mm/h、3mm/h、14mm/h、5mm/h、35mm/h，E 降雨类型的强度最大，B 降雨类型的强度最小。

如图1（b）所示，A、B、C、D、E 降雨类型的平均产沙量分别是：323.6g/L、79.3g/L、178.7g/L、84.1g/L、510.2g/L，E 降雨类型的平均产沙量最高，B 降雨类型的平均产沙量最低。

2.2 不同类型降雨下植被措施的水土保持效应

设置5 种不同的植被措施分别为林地措施、灌木措施、荒地措施、草地措施、耕地措施；5 种植被措施在不同的类型降雨条件下减沙率见图2。

图2 不同类型降雨下植被措施减沙量图

如图2（a）所示，研究区从6 月到9 月这个阶段统计，A、B、C、D、E 降雨类型的降雨总量分别是：180mm、160mm、100mm、80mm、70mm；A 降雨类型降雨总量最多，E 降雨类型降雨总量最少。

如图2（b）所示，在A 降雨类型条件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的减沙率分别是10%、10%、39%、62%、85%；在B 降雨类型条件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的减沙率分别是8%、22%、42%、78%、98%；在C 降雨类型条件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的减沙率分别是20%、8%、72%、90%、100%；在D 降雨类型条件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的减沙率分别是15%、17%、60%、85%、89%；在E 降雨类型条件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的减沙率分别是10%、11%、63%、87%、89%。综上所述，5 种不同的植被措施相对于裸土都有减沙作用，在不同的类型的降雨条件下，林地措施较其它四种植物措施的减沙率最高；灌木措施的减沙率次于林地措施，但高于其它三种植被措施；在A、B、D、E 降雨类型条件下耕地的减沙率最低，在C 降雨类型条件下草地的减沙率最低；在相同类型的降雨条件下，林地较其它四种植物措施的减沙率最高，耕地和草地较其它三种植物措施的减沙率最低。

5 种植被措施在不同的类型降雨条件下减流率如图3 所示。

图3 不同类型降雨下植被措施减流量图

如图3（a）所示，研究区从6 月到9 月这个阶段统计，A、B、C、D、E 降雨类型的最大降雨量分别是：65mm、20mm、23mm、38mm、43mm；最小降雨量分别是：55mm、5mm、9mm、28mm、38mm；A 降雨类型降雨量最大，B 降雨类型降雨量最小。

如图3（b）所示，在A 降雨类型条件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的减流率分别是1%、1%、39%、60%、90%；在B 降雨类型条件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的减流率分别是5%、7%、30%、80%、100%；在C 降雨类型条件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的减流率分别是10%、20%、40%、76%、98%；在D 降雨类型条件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的减流率分别是5%、7%、27%、50%、85%；在E 降雨类型条件下，耕地措施、草地措施、荒地措施、灌木措施、林地措施的减流率分别是1%、1%、18%、58%、102%。综上所述，5 种不同的植被措施相对于裸土都有减流作用，在不同的类型的降雨条件下，林地较其它四种植物措施的减流率最高；耕地的减流率最低；灌木措施的减流率次于林地措施，但高于其它三种植被措施；在相同类型的降雨条件下，林地较其它四种植物措施的减流率最高，耕地较其它四种植物措施的减流率最低。