“紅壤坡面侵蝕與水土流失防治”的實驗與探索

江西省景德鎮七中（333000） 葉國仁

江西省景德鎮三中（333000） 湯愛蘭

一、實驗活動的背景

我國紅壤丘陵區水土流失嚴重，對區域的地貌、植被、水文和人類活動（農業、工業、交通等）產生了重大影響。學校所在地區江西省景德鎮市，為我國亞熱帶紅壤丘陵區的典型地區，水熱資源豐富，年降水量超過1200毫米，但分配不均；加之長期以來土地資源不合理的開發與利用，水土流失嚴重。高一必修1教材有一實驗活動“如何保持土壤不被沖刷”，本文為教師指導學生針對實驗目的，自行設計紅壤坡面水土流失與水土流失防治的實驗活動，探索分析坡形、坡度、地表覆蓋物、工程措施等地理要素對紅壤丘陵水土流失的差異影響。

二、實驗內容與過程

【實驗器材】紅壤土堆、薄木塊、泡沫箱、鐵絲網與布、塑料水管、噴頭、電子表、電子稱、量筒等。

【實驗方法】如右圖所示，將紅壤土堆（土堆高約80厘米）的底層墊高，土堆迎水坡面的前下方用泡沫箱設計一個土壤侵蝕量的回收水池，水池上方用鐵絲網與布覆蓋以攔淤泥土。水籠頭調節閥處用彩色貼紙設定兩個刻度，小水量刻度用以模擬小雨狀況，大水量刻度用以模擬大雨狀況。每次實驗活動前依據實驗目的調整紅壤土堆的形狀或土堆迎水面的覆蓋物。實驗中用電子表精確記錄每次實驗時土堆被“不同雨水”沖刷的時間，學生用電子秤稱回收水池上方攔沙網攔淤的坡面土壤侵蝕量、用量筒計量回收水池中的水量，并用紙和筆記錄觀測現象，并分析總結。

【活動1】坡面形態與水土流失

圖示 實驗過程與記錄 結論自然土堆形狀在小雨條件下，坡面很快出現雨水濺蝕形成的細孔、細坑，接著坡面出現細水溝，細水溝越往坡底寬度越大。大雨條件下坡面細水溝大量出現，后期出現坡體崩塌現象；坡面土壤流失量較大，水的流失量不多。紅壤丘陵的地貌形態對水土流失有明顯的影響。坡面平整后土壤侵蝕減少，但水的流失量卻大于末平整的丘陵形態。臺形土堆（將紅壤土堆的迎水面進行平整）小雨條件下坡面受雨滴打擊的影響很小，末出現明顯的雨水濺蝕痕跡。大雨條件下坡面出現細水溝，但數量與規模遠小于“自然土堆形態”產生的細水溝，且形成時間上晚于前者；坡面土壤流失量較少，但水體流失量較多。

學生分析小結：土壤類型較單一（學校最近剛好進行校園綠化工程，有大量綠化用紅壤，土壤顆粒較細，土質較松散，干燥且含水較少，與學生所見的許多山區紅壤差別很大），可能不同的紅壤在不同的時空條件下的水土流失量不盡相同，學生懷疑實驗結果是否帶有普遍性，對實驗結果的科學性也有較大疑問。

【活動2】坡度與水土流失

坡面坡度為60°坡面在大雨時出現了細水溝，但數量少于上者，出現的時間也較晚。坡底有一定的水土流失量，且水的流失量大于上者。圖示 實驗過程與記錄 結論坡面坡度為40° 坡上部出現破碎形態，中下部出現較多細水溝，水土流失量較大。坡度越小，坡長越長，坡面的土壤侵蝕越明顯。坡度越大，坡面水流越大。按理說侵蝕也應該越強，但實驗中末出現這種結果。坡面坡度為80°坡面較完整，基本末出現細水溝。但在大雨長時間（超出正常測量時間）沖刷時出現了頂部坡體崩塌現象。坡面水流較大，且下坡的速率較快，流失量較大。

【活動3】坡面覆蓋物與水土流失

圖示 實驗過程與記錄 結論坡面無覆蓋物小雨時，坡面下部有細水溝出現，水土流失量不是很大；大雨時，坡面出現較多細水溝，坡體下部測量的水土流失量較大。坡面上覆草皮小雨條件下，坡面基本上無水土流失； 但在大雨條件下，坡面草被不同位置的土壤侵蝕量不同，大致是：坡上部＞坡中部＞坡下部。坡面上種小樹（實驗時坡面上種了幾株灌木：大葉黃楊）小雨時，土壤侵蝕不明顯，但水流失量較大；大雨時，坡面水流繞著樹干下坡，未出現細水溝，但出現了一定的坡面侵蝕現象，一定的水土流失量。植被具有削弱降雨徑流侵蝕力和提高地面抗蝕力的功能。在同等降水的情況下，植被的覆蓋率越高，水土流失越小，植被覆蓋率越低，水土流失越嚴重。三者比較，草皮覆蓋時水土流失量最少，樹次之，坡面無覆蓋物時水土流失量最大。

【活動4】坡面的工程加固措施與水土流失

圖示 實驗過程與記錄 結論梯形坡面 坡面完整，水、土的流失量較小。薄木塊覆蓋坡面（模擬坡面被水泥工程全覆蓋加固）坡面完整，土壤基本無侵蝕，但水大量流失。“井”形細木條覆蓋坡面（模擬坡面被網格狀水泥工程加固） 坡面完整，水、土流失量較小。工程措施可以有效減少紅壤坡面的水土流失。“水泥工程全覆蓋”時坡面最完整。“網格狀水泥工程加固，同時種有草皮”的水土流失量最小。草皮+“井”形細木條雙重覆蓋坡面（模擬坡面被網格狀水泥工程加固，同時種有草皮）坡面完整，水、土基本無流失。

學生分析小結：如果紅壤坡面的水土流失防治中僅是側重硬覆蓋（全部為水泥工程全覆蓋），這當然造就了工程壯觀、護面平整，但輕視生物措施，工程造價較高，在貧困地區不宜推行。事實上硬覆蓋也有一些不利影響：如不利于地表、地下水分交換和動植物繁衍；陡滑的坡面不利于林草生長和人與自然的和諧；坡面反光，產生熱效應；工程造價高，施工進度慢……呆板、生硬、沒有生機。建議選擇一種安全穩定、全面控制水土流失、工程措施與植物措施緊密結合、生態效益和景觀效益明顯、費用省效益高的有效措施為水土保持方案內容（如坡面網格水泥工程加固，同時種植草皮等綠色植被）。