不同植被措施下坡耕地產(chǎn)流規(guī)律研究

吳 迪

(昌圖縣水利水電工程移民局，遼寧 鐵嶺 112500)

水土流失現(xiàn)象是我國發(fā)展歷程中面臨的重要安全問題，防止水土流失，保護生態(tài)環(huán)境，是我國目前最為關鍵的任務。對于水土保持坡耕地產(chǎn)流的研究可為我國干旱半干旱地區(qū)的水土資源合理配置以及水土流失問題提供科學的治理措施，并依據(jù)坡耕地產(chǎn)流各項指標對治理措施進行合理化和適宜化改進。目前，眾多學者針對坡耕地產(chǎn)流進行了一定的研究，研究成果較為豐富，但是在不同植物措施情況下，流域具有區(qū)域復雜性和水土流失嚴重性時，如何建立一個較為科學、合理的坡耕地產(chǎn)流研究仍是一個難題。為此，筆者與沈陽農(nóng)業(yè)大學水利學院合作對不同植物措施下坡耕地產(chǎn)流規(guī)律進行了研究。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗在沈陽農(nóng)業(yè)大學水利學院綜合試驗基地的水土保持室外徑流小區(qū)進行。試驗區(qū)位于遼寧省沈陽市東陵區(qū)(東經(jīng)123°27′，北緯41°44′)，海拔44.7m，屬于溫帶半濕潤大陸性氣候，全年平均氣溫8.8℃，年平均降水量780mm。土壤類型為棕壤土，原土采集后去除石塊、落葉等雜質(zhì)，過5mm的篩子。采用分層填土并用腳踩實，土壤嚴格容重控制在1.2g/cm3。將布設好的試驗小區(qū)靜置一段時間，使土層結合緊密以接近原土體狀態(tài)。

1.2 試驗方法

室外徑流小區(qū)水平投影長8m，寬1m，小區(qū)四周邊埂采用磚砌，水泥砂漿抹面，徑流小區(qū)底端設置簸箕型集水槽，便于接樣桶采集坡面徑流。徑流小區(qū)坡面坡度布設10°和15°兩種，在沖刷試驗開始前，對土壤進行翻耕處理，形成橫壟，以模擬坡耕地翻耕后的狀況。為確保出水流量的穩(wěn)定均勻，自制一個放水沖刷裝置包括水箱、穩(wěn)流槽、急流槽等，在放水口處安裝水表，以便于準確調(diào)節(jié)設計流量。徑流沖刷前，計算各坡含水率，使用噴壺將小區(qū)表層土壤(≤20cm)潤濕至飽和，以消除各坡之間前期含水量的差異，最后靜置24h。小區(qū)布置完畢之后，盡量避免人為擾動。實驗在布設植被之后，1～4號為10°坡，分別設置為地瓜、花生、大豆、裸坡。5～8號為15°坡，布設的植被與10°形成對照，順序為裸坡、大豆、花生、地瓜。采用分段法，在每個坡面的集流口處接取徑流分別置于集水池下方的集流桶中，進行觀測。沖刷開始后，用秒表記錄產(chǎn)流時間，每分鐘換一個急流桶，待30min后，桶內(nèi)泥沙量明顯減少，結束實驗，同樣方法，將每個坡面做完。接好樣本的集流桶蓋上桶蓋并放置約24h，待泥沙完全沉淀后，將集流桶內(nèi)上層清水倒進容器內(nèi)，然后用量筒量取容器內(nèi)徑流體積并進行記錄。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗采用Excel 2007整理數(shù)據(jù)和繪制圖表。其中，計算4個不同農(nóng)作物處理下的減流量的參數(shù)為減流效益(RRB，%)計算公式如下：

RRB=(Rb-Rv)/Rb×100%

(1)

式中，Rb和Rv—裸地土壤和植被土壤的產(chǎn)流量,mL。

2 結果與分析

2.1 不同坡度對坡耕地產(chǎn)流的影響

坡面徑流小區(qū)不同坡度下不同產(chǎn)流量結果，如圖1所示。

從圖1可以看出，除花生外，其他各個處理隨著坡度的增加，坡耕地的產(chǎn)流量增加。這可能是因為隨著坡度的增加，徑流重力在斜坡方向上的分力增大從而加快了徑流的速度，使擊濺雨滴沿坡面向下落得更遠，有利于增加徑流[1]，在外力作用下發(fā)生下移的可能性變大。坡度對產(chǎn)流的影響是一個復雜的過程，一方面產(chǎn)流量隨著坡度的增大而增加，另一方面在投影面積一定的情況下，隨著坡度的增大，單位面積徑流量及沖刷量相應變小。而花生的產(chǎn)流量隨著坡度增加而減少，這可能是與花生的覆蓋度和花生根系有關[2]。

2.2 不同農(nóng)作物對坡耕地產(chǎn)流的影響

蔣榮[3]認為坡面不同植被的減流作用主要集中在植被類型、植被覆蓋度、植被枯枝落葉層和植被根系。袁希平[4]研究表明：成林林地如刺槐、檸條、沙打旺等保土、保水效益最高，平均減水效益平均高達82%；其次為草灌類型如草(草木樨、紅豆草、紫花苜蓿)灌(檸條)間作，平均減水效益為58%；農(nóng)作物如谷子、糜子、豆類、玉米、小麥等的保土保水作用最低，平均減水效益為29%。當坡度增加到5°時，坡耕地(農(nóng)作物)土壤侵蝕量大幅度增加，超過裸地[5]。與裸地相比，當坡度為10°時，坡耕地農(nóng)作物產(chǎn)流量呈下降趨勢，下降的順序為裸地>大豆>花生>地瓜，下降的比例分別為11.3%、22.5%和60.3%。當坡度為15°時，與裸地相比，除大豆外，坡耕地農(nóng)作物產(chǎn)流量呈下降趨勢，下降的順序為裸地>地瓜>花生，下降的比例分別為5.1%和47.4%，大豆升高了19.%，這與上述袁希平關于農(nóng)作物(大豆)的減水效益較高是一致的。

2.3 不同作物對坡耕地減流效益的影響

為了進一步研究不同作物對坡耕地減流效益的影響，分析了大豆、花生、地瓜6個徑流小區(qū)的減流效益(RRB)，見表1。

表1 不同農(nóng)作物在10°和15°坡的減流效益 單位：%

從表1可以看出，坡度為10°的坡耕地，其減流效益由11.29%升高到60.29%，且表現(xiàn)為種植地瓜的坡耕地減流效益最大，花生的減流效益略小，大豆的減流效益最小，這一變化規(guī)律與10°坡不同作物的產(chǎn)流量的研究結果是一致的。坡度為15°的坡耕地，其減流效益由-19.20%升高到47.43%，表現(xiàn)為種植花生的坡耕地減流效益最大，地瓜的減流效益略小，大豆的減流效益呈現(xiàn)負值，說明了15°坡時，種植大豆并未減少坡面徑流量，反而加速了坡面徑流的產(chǎn)生，這一變化規(guī)律與15°坡不同作物的產(chǎn)流量的研究結果是一致的。

2.4 不同作物覆蓋度對15°坡耕地產(chǎn)流作用的影響

同一場降雨下，地表產(chǎn)流主要受地表覆蓋不同的影響。覆蓋度的大小在一定程度上決定著坡耕地產(chǎn)流的大小和水土流失的程度，這里的覆蓋度是指除了植被覆蓋外還包括植物殘體以及作物枯落物對地表的覆蓋，眾多研究表明覆蓋度大的作物配置坡耕地侵蝕量較小[6- 9]。不同作物覆蓋度對15°坡耕地產(chǎn)流量的影響，如圖2所示。由圖2可知，隨著覆蓋度的增加，不同作物的產(chǎn)流量明顯降低，但各作物在同一覆蓋度下，產(chǎn)流量基本相同，說明農(nóng)作物的種類并未引起土壤產(chǎn)流量的改變。

圖2 不同覆蓋度下與不同作物的產(chǎn)流量之間的關系

2.5 不同沖刷流量對15°坡耕地產(chǎn)流量增減效益的影響

為了進一步研究不同作物對坡耕地減流效益的影響，我們采用3L/min、6L/min、9L/min及12L/min四個流量進行徑流沖刷實驗。種植大豆的坡耕地的減流效益見表2。

表2 不同沖刷流量條件下種植大豆作物坡耕地的產(chǎn)流量增減效益

從表2可以看出，在15°坡上種植大豆后，坡耕地的產(chǎn)流量隨著沖刷流量的增加而增加，同時通過計算增、減效益，我們發(fā)現(xiàn)，與12L/min的沖刷量產(chǎn)生的坡耕地產(chǎn)流量相比，其他各沖刷量的坡耕地呈現(xiàn)減流作用[10]，且減流作用表現(xiàn)為：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的減流效益由84.84%降低到22.82%。

我們采用3L/min、6L/min、9L/min及12L/min四個流量對種植花生的徑流小區(qū)進行徑流沖刷實驗，種植花生的坡耕地減流效益見表3。

表3 不同流量條件下15°花生作物種植坡面產(chǎn)流量增減效益

從表3可以看出，在15°坡上種植花生后，坡耕地的產(chǎn)流量隨著沖刷流量的增加而增加，同時通過計算增、減效益，我們發(fā)現(xiàn)，與12L/min的沖刷量產(chǎn)生的坡耕地產(chǎn)流量相比，其他各沖刷量的坡耕地呈現(xiàn)減流作用，且減流作用表現(xiàn)為：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的減流效益由77.55%降低到21.07%。

我們采用3L/min、6L/min、9L/min及12L/min四個流量對種植地瓜的徑流小區(qū)進行徑流沖刷實驗，種植地瓜的坡耕地減流效益見表4。

表4 不同流量條件下15°地瓜作物種植坡面產(chǎn)流量產(chǎn)沙量增減效益

從表4可以看出，在15°坡上種植地瓜后，坡耕地的產(chǎn)流量隨著沖刷流量的增加而增加，同時通過計算增、減效益[11]，我們發(fā)現(xiàn)，與12L/min的沖刷量產(chǎn)生的坡耕地產(chǎn)流量相比，其他各沖刷量的坡耕地呈現(xiàn)減流作用，且減流作用表現(xiàn)為：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的減流效益由97.75%降低到34.93%。

3 結論

(1)除花生外，其他各個處理隨著坡度的增加，坡耕地的產(chǎn)流量增加。

(2)當坡度為10°時，與裸地相比，坡耕地農(nóng)作物產(chǎn)流量呈下降趨勢，下降的順序為裸地>大豆>花生>地瓜；當坡度為15°時，與裸地相比，除大豆外，坡耕地農(nóng)作物產(chǎn)流量呈下降趨勢，下降的順序為裸地>地瓜>花生。

(3)隨著覆蓋度的增加，不同作物的產(chǎn)流量降低；不同作物的徑流小區(qū)在相同覆蓋度下，坡耕地的產(chǎn)流量不具有明顯差異。

(4)不同沖刷流量對農(nóng)作物具有明顯的減流作用，且3L/min的減流效益最大，9L/min最小。綜合以上分析可知，不同作物的減流作用與坡度、作物種類、覆蓋度和徑流沖刷量均有關。

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