徑流條件下坡耕地侵蝕規律的研究

孫雪彤等

摘要：為確定徑流條件下坡耕地的侵蝕規律，采用不同流量對10°及15°坡的坡耕地進行徑流沖刷試驗。試驗結果表明：坡面土壤的產流量、產沙量隨流量、坡度的增大而增加，但增加幅度不同，流量及坡度越小，坡面的減流減沙效應越顯著；相同流量、相同坡度下，產流量呈先增加后趨于平穩的趨勢，產沙量呈先增加后減少最后趨于穩定的趨勢。

關鍵詞：徑流沖刷；產沙量；產流量

中圖分類號：S151+.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2015）01-0033-04

2005年遼寧省第四次的土壤侵蝕遙感普查結果顯示，全省土壤侵蝕面積422.95萬hm2，占全省土地總面積的28.9%。其中，水力侵蝕面積40 409.1 km2，占侵蝕總面積的87.2%。坡耕地作為我國主要的農業資源，是水土流失的多發部位，因此很多學者對坡耕地的水土流失進行了大量研究。相關研究大多人工模擬坡面，采用沖刷試驗探討土壤侵蝕的產流產沙機理，操作簡便易行但與天然坡差距較大，導致試驗結果存在一定偏差。為此，在接近天然坡耕地的室外小區進行沖刷試驗，探討遼寧地區坡耕地坡面的產流產沙效應，旨在為今后該領域的研究工作提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于沈陽農業大學綜合實驗基地，地處遼寧省沈陽市東陵區，位于北緯41°44′、東經123°27′，海拔44.7 m。受季風影響的半濕潤溫帶大陸性氣候，四季分明、日照充足、降雨集中。年平均氣溫80.0 ℃，最熱時平均氣溫達到24.6 ℃，最冷時平均氣溫為-11.8 ℃。無霜期150 d。年平均降水量為722 mm，降水量最多的集中在7月，平均降水量183 mm，最少的集中在1月，平均降水量7 mm。

1.2 試驗方法

試驗時間設在汛期到達之前的4月份，以避免降雨對試驗結果產生影響。試驗小區為水平投影長8 m、寬1 m的坡耕地，分別設4個10°坡和4個15°坡，各坡之間有隔離帶劃分，長年的翻耕與種植使其趨于天然坡耕地。各個坡面底端均設有簸箕型集水槽，便于試驗接樣。

試驗用土為遼寧地區常見的棕壤土。由于原土的土塊比較大，且含有大量枯枝落葉、石塊等雜質，因此用5 mm×5 mm的篩子去除雜質，使土壤中的顆粒比重相似。然后，采用分層稱重法將各坡面的土壤容重控制在1.2 g/cm3。最后，對土壤進行翻耕處理，形成橫壟，用來模擬坡耕地翻耕后的狀況，并使用大噴壺將小區表層土壤（≤20 cm）潤濕至飽和，以消除各坡前期含水量的差異。

在已有條件下，自制一個放水沖刷裝置（包括水箱、穩流槽、急流槽等），并確保出水流量穩定均勻。另外，在放水口處安裝水表，以準確調節設計流量。徑流沖刷前，潤濕各坡面土壤并靜置12 h。保證各坡面初始含水率相同后，分別用3，6，9，12 L/min的流量沖刷各坡面，待坡面徑流產生時，每隔1 min接一次樣，試驗時間為30 min。其中，流量設定根據文獻及遼寧地區降雨特點確定。

試驗所得數據均采用Excel 2003軟件進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 流量對坡面產流產沙的影響

分析不同流量沖刷各坡所得的產流量和產沙量，得到坡耕地產流量的變化（圖1和圖2）和產沙量的變化（圖3和圖4）規律。

通過圖1和圖2可以看出：在相同坡度的條件下，流量越大，坡面產流量越多，且均為開始時簡短而急促地增加，然后平穩變化；無論增加還是平穩變化，坡面產流量均會出現小范圍波動。分析其原因，可能是沖刷過程使坡面土壤不斷被破壞并形成溝蝕，水和沙的混合物對侵蝕溝的不斷沖擊導致坡面形態發生變化，最終導致流量不平穩。

由圖3和圖4可以看出：流量為9 L/min和12 L/min時，產沙的變化規律較明顯，表現為流量越大坡面產沙量越大，且在增加到一個波峰后逐漸減小，最后趨于平穩；而在3 L/min和6 L/min的流量條件下，產沙量的變化不明顯，故將10°坡在流量3 L/min、6 L/min沖刷下的產沙量數據單獨用Excel表格處理，結果見圖5。

從圖5可以看出：產沙量不斷增加后，波動范圍在20～60 g和60～180 g之間，與9 L/min、12 L/min沖刷下的變化相同，仍屬于穩定變化，僅產沙量較小。究其原因，可能是沖刷流量較小使得產流量少，水對土壤的剝蝕能力弱，只能引起表層土的微弱變化。

2.2 坡度對坡面產流產沙的影響

相同流量沖刷下，10°和15°坡產流產沙規律分別見圖6—13。

由圖6—9可以明顯看出，排除個別點的奇異值，在相同流量不同坡度的條件下，15°坡均比10°坡的產流量大。

由圖10-13可知，在相同流量下不同坡度坡面的產沙，雖然偶爾會有10°坡比15°度坡產流產沙量多的情況，但由于土壤侵蝕過程復雜，加上各壟稍有差距，因此不影響15°坡比10°坡產流產沙量大的整體趨勢。

不同流量沖刷條件下，10°坡和15°坡的產流產沙量效益見表1。

從表1中可以看出：15°坡的減流數值均小于10°坡，且15°坡的減流數值也均小于10°坡，故可得出隨著坡度減小坡面減沙減流效益顯著的結論；當流量為3 L/min和6 L/min時，10°坡面的減沙效益均達95%以上，比15°坡面的減沙效益顯著，說明營造山區梯田、魚鱗坑及水平階地可以有效減少水土流失。

3 結論

1） 徑流沖刷在橫壟耕作的坡耕地條件下，坡面的產流量規律是先增加后平穩；產沙量規律是由先增加后減少，最后趨于穩定。

2） 用不同流量沖刷相同坡度時，坡面的產流產沙量隨著流量的增加而增加，且流量越小，對坡面產流產沙的影響越小。

3） 用相同流量沖刷不同坡度時，15°坡的產流產沙量均大于10°坡，且坡度越小，坡面的減流減沙效應越明顯，即10°坡比15°坡的減流減沙效應更顯著。

4） 試驗數據顯示，流量設定在3 L/min和6 L/min時，無論是10°坡還是15°坡，沖刷對坡耕地土壤的產流產沙效應均不顯著，故東北地區強度較小的降雨對大部分含有棕壤土且坡度較低的坡耕危害性極小。

參考文獻

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Abstract：In order to explore the erosion regularity of downhill farmland in the condition of runoff， it took different flow rate for 10 ° and 15 ° slope of cropland for runoff scouring experiment， to analyze the amount of runoff and sediment from each slope， the conclusion shows： Slope soil runoff and sediment yield were increased with the flow and slope， but the increments are different. Smaller flow and slope reduced the runoff and sediment of the slope more obvious. Under the same flow and slope， runoff， as time changes， was increased first， then leveled off， and the sediment yield was increased first， reduced later， then leveled off in the end.

Key words： runoff scouring； sediment yield； runoff yield