不同水土保持干预措施对土壤侵蚀的影响研究

王 勇

(吕梁市水利局，山西 吕梁 033000)

0 引言

水土流失所造成的土壤侵蚀是一个全球性问题。据不完全统计，在世界各地，每年因水土流失而清除土壤超过360亿t，由此而导致数百万农田的流失[1-2]。在诸多影响因素中，雨滴影响和地表径流是土壤侵蚀的主要形式。土壤侵蚀会清除表土，而表土中富含氮、磷和钾等植物必需养分及有机物质。因此，土壤侵蚀对土壤质量产生负面影响。

学者们针对土壤侵蚀的影响因素进行了大量的分析研究。路志强等[3]为了定量评估退耕还林还草前后降水和植被对土壤侵蚀的影响，研究发现，蒲河流域侵蚀强度以微度和轻度侵蚀为主，而中度及以上等级的土壤侵蚀面积有逐渐减小的趋势。随着该流域退耕还林还草工程的实施，植被作用逐渐凸显。黄鑫等[4]采用地理信息系统和遥感技术，研究了我国北方土石山区土壤侵蚀的时空变化对水土保持的影响。结果表明，驱动因子在不同时期的解释能力有所不同，其中，对土壤侵蚀影响最大的是土地利用类型。余成等[5]应用土壤流失方程，模拟了小流域水土保持的影响机制，研究表明，地形和土地利用方式是影响水土流失的重要因素。

综上，大部分研究旨在评估水土流失的影响因素，往往侧重单一做法[6-8]。本研究评估了不同尺度下，土地利用及水土保持措施对土壤流失与侵蚀的影响，从另一个角度为分析水土保持提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 概况

本研究在山西省西部吕梁市的黄河东岸流域进行，地势东部高而宽，西部低而窄。北川河由北向南，东川河自东向西流经全区。2条河在城西南合流后至交口街道办，汇合南川河，而后注入黄河。流域内东部地形大部分是山地，为区域内主要林区，发展林牧业；城东北为连绵不断的梁峁土石山区，城西马头山、王老婆山俯伏南北，为黄土丘陵沟壑区。吕梁山西侧的中山区，主要是典型的黄土高原地貌，地貌类型以侵蚀的黄土梁、峁为主，其次为黄土沟谷地貌中的冲沟。因大部被黄土覆盖，而黄土层受强烈的侵蚀切割，于是形成梁峁状低中山黄土丘陵，同时发育伴有冲沟。

1.2 子流域的选择及特征

为评估水土保持(以下简称SWC)对径流和土壤流失的影响，确定了2个地理特征相似的相邻子流域W1与W2：其中，W1为有SWC干预措施区域，W2为无SWC干预措施区域。2个子流域：彼此相邻，海拔在3040～3160m之间；均呈椭圆形，中间部分较宽。通过对现场的实地评估，子流域在整体地形和地理形态设置上存在微小差异，主要地貌要素，按升序排列为：丁坝、山脊和斜坡。

1.3 数据收集与分析

在流域W1内设置径流区，评估2020—2022年雨季期间不同土地利用和SWC做法对径流和土壤流失的影响，评估了4种水土保持干预措施，具体见表1。

表1 研究场地的土地利用类型和试验方法

2 结果与讨论

2.1 坡面径流和土壤损失

图1为不同土地干预措施下的径流量变化。结果表明，在没有SWC干预的农田下，径流量为420mm，当耕地采用相应的SWC干预措施后，径流量为327mm，相比未干预的农田径流量下降22%。林地径流量有相对较小的趋势，但减小幅度要小于干预措施的耕地，其径流量下降幅度为12%。值得注意的是，牧场的径流量有增加的趋势，与未经SWC的干预相比，其径流量增加了25%，分析原因主要是因为土壤通过牲畜践踏压实了土壤，降低了土壤渗透能力，从而增加了地表径流。

图1 不同土地干预措施下的径流量变化

由图2可以看出，不同干预措施下土壤损失量有明显的不同：在无SWC干预的农田下，土壤损失量高达12.46t/hm2；有SWC干预，土壤损失量为6.31t/hm2，较无SWC干预的农田减少了49%。值得注意的是，牧场的土壤损失量虽然较有SWC干预措施的有所增加，但要低于无SWC干预的农田土壤损失量，分析原因，主要由于牧场中的草能够减少土壤侵蚀。

图2 不同土地干预措施下的土壤损失量变化

2.2 流域产沙量分析

不同年份有无SWC干预措施下的产沙量变化，见图3。结果表明，采用SWC措施和未采用SWC措施下的产沙量明显不同。在SWC干预措施下，流域产沙量整体保持较低的水平，在一周时间内变化趋势有所波动，但随着SWC措施干预的继续，与2020年相比，2022年的产沙量有所降低，这表明SWC措施对产沙量具有显著的影响。

图3 不同年份有无SWC干预措施下的1周产沙量变化曲线

2.3 流域排水流量分析

由图4可以看出，2020年，2个子流域之间的排水流量出现了明显的差异。在有SWC干预措施下，排水量为312mm；在无SWC干预措施下，排水量为645mm。这表明干预措施对流域排水量产生了良好的保持作用。随着年份的增加，排水量逐渐增加。由于缺乏维护，导致SWC的效益逐年降低，这意味着SWC措施干预效果不会维持超过3年。

图4 不同年份有无SWC干预措施下排水流量变化曲线

3 水土流失危害分析及治理措施

3.1 危害分析

本工程在开挖、压占等施工建设时，难免会对自然植被造成一定的破坏，植被的破坏会产生大量的水土流失，主要危害如下。

(1)土地资源的破坏。在工程施工过程中，施工中的各种因素会改变原有地形地貌，使土壤结构发生改变，同时施工机械会对原土层带来一定的扰动，造成原有土层发生变化，导致原有土壤承载力减小，从而造成严重的水土流失。

(2)水资源的破坏。施工中产生的工程土经常得不到及时地处理，导致长期堆积在土壤表面，会破坏原有土壤的结构。同时，在降雨的作用下，泥沙容易带走表层的土壤，进一步加剧土壤流失。

3.2 治理措施

(1)根据本项目概况特点，造成水土流失的主要因素为水力侵蚀。因此，应对含水量较大的区段进行实时监测，同时应针对填沟造地区域加强水土流失重点监测。

(2)施工期产生的大量推土，导致土壤侵蚀较严重。因此，现场应完善推土措施，加强水土保持的治理工作力度。同时，要充分结合工程自身特点，有针对性地设置临时水土流失防护区，对现有的水土保持方案进行优化细化，确保把施工对水土流失的影响降到最低。

(3)施工期为重点监测时段。填沟造地区域作为重点监测区域，在方案服务期，应加强监测力度，特别是雨季，根据天气变化，适度增加监测频度。

4 结论

本研究评估了不同土地利用及水土保持措施对土壤流失和侵蚀的影响，重点对坡面径流、土壤损失量、产沙量及排水流量进行了分析。研究表明：农田径流量，在没有SWC干预的农田下，为420mm；采用SWC干预措施后，为327mm，相较未干预，下降了22%。采用SWC措施和不采用SWC措施下的产沙量明显不同。在SWC干预措施下，流域产沙量整体保持较低的水平，SWC干预措施对产沙量具有显著的影响。通过分析比较，总结了本项目水土流失治理措施，指出要重点监测雨季期间水土流失变化情况，提出后期需要对SWC干预措施的成本及收益进行研究，以确定其适用情况。