不同植被措施下坡耕地產沙規律研究

吳 迪

(昌圖縣水利水電工程移民局，遼寧 鐵嶺 112500)

水土資源是人類賴以生存的根本，也是經濟發展及社會進步的主要基礎。做好水土保持工作對保證社會穩定、經濟發展及環境保護具有重要意義。而基于目前我國實際情況分析，人類的不合理活動及地理環境等多種因素共同作用，導致水土流失嚴重，而生態脆弱性是主要因素，對生態及經濟可持續發展帶來了嚴重影響。對于此，研究坡耕地水土流失相關因素進行分析有助于我國水土流失的治理具有普遍意義。筆者與沈陽農業大學水利學院合作對不同植物措施下坡耕地產沙規律進行了研究。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗在沈陽農業大學水利學院綜合試驗基地的水土保持室外徑流小區進行。試驗區位于遼寧省沈陽市東陵區(東經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，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12kN/cm3。將布設好的試驗小區靜置一段時間，使土層結合緊密以接近原土體狀態。

1.2 試驗方法

室外徑流小區水平投影長8m，寬1m，共有8個小區，編號依次為1～8，其中四周邊埂采用磚砌，并用水泥砂漿抹面，徑流小區底端設置簸箕型集水槽，并用接樣桶采集坡面徑流。徑流小區坡面坡度采用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。自制一個放水沖刷裝置包括水箱、穩流槽、急流槽等，確保出水流量的穩定均勻。另外在放水口處安裝水表，準確調節設計流量。徑流沖刷前，計算各坡含水率，使用大噴壺用不同水量將小區表層土壤(≤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12h。小區布置完畢之后，并盡量避免人為擾動。

本實驗分為兩部分進行，即布設植被之前與布設植被(大豆、花生、地瓜)之后。前部分在已布設條件下，分別用3、6、9、12L/min流量沖刷4個10°坡和4個15°坡的坡面，待坡面徑流產生時，每隔1min接一次樣，一次試驗時間為30min。后部分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。每個裸坡做一次重復。將產沙情況進行記錄，沖刷結束以后，把集流桶中的泥沙樣封蓋，靜置24h，讓泥沙沉淀，并防止水分蒸發，24h后把集流桶內澄清的水倒進容器，然后用量桶測出水的體積并做好記錄，同時，準備鋁盒，稱重后與各個樣品對應，之后將把集流桶下部沉淀下來的泥沙倒入干凈的鋁盒(用水將采樣瓶中的泥沙沖洗干凈)，該鋁盒中的水沙即為泥沙樣。將渾水泥沙樣放入烘箱，調至105°C，烘干8h(泥沙完全干燥時方可)，關閉烘箱電源，冷卻30min后，稱重并做好記錄，最后將實驗中用的采樣瓶和鋁盒清洗干凈備用。

1.3 數據分析

本試驗采用Excel 2007整理數據和繪制圖表。其中，4個計算不同農作物處理下的減沙量的參數為減沙效益(SRB，%)，計算公式如下：

SRB=(Sb-Sv)/Sb×100%

(1)

式中，Sb和Sv—裸地土壤和植被土壤的產沙量，g。

2 結果與分析

2.1 不同坡度對坡耕地產沙的影響

不同農作物在10°和15°坡的產沙量，如圖1所示。

圖1 不同農作物在10°和15°坡的產沙量對比圖

已有研究表明：坡度與水土流失量呈正相關關系，隨著坡度增大，流速大，沖力強，雨滴濺起的泥漿容易被帶走，徑流含沙量多，徑流量和沖刷量相應增加[1]。

2.2 不同坡度對坡耕地產沙的影響

從圖1可以看出，各個處理隨著坡度的增加，坡耕地的產沙量顯著增加，增加的順序為：花生<大豆<地瓜<裸地。這可能是因為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有關。

2.3 不同農作物對坡耕地產沙的影響

從圖1可以看出，當坡度為10°時，與裸地相比，坡耕地農作物產沙量呈下降趨勢，下降的順序為裸地>大豆>花生>地瓜，下降的比例分別為50.7%、35.8%和19.6%，表明大豆對10°坡耕地的減沙作用明顯，花生次之，地瓜最差。當坡度為15°時，與裸地相比，坡耕地農作物產沙量呈下降趨勢，下降的順序為裸地>花生>大豆>地瓜，下降的比例分別為55.9%、50.2%和36.3%，表明花生對15°坡耕地的減沙作用明顯，大豆次之，地瓜最差。綜合以上分析可知，地瓜在不同坡度下的減沙作用最差，產生這一現象的可能是因為農作物的冠層和殘茬通過吸收降雨動能，阻止了土壤顆粒分散和移動，避免土壤結皮的產生，增加土壤的粗糙度，從而改善土壤的入滲性能造成的[2]。

2.4 不同作物對坡耕地減沙效益的影響

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

表1不同農作物在10°和15°坡減沙效益單位：%

從表1可以看出，當坡度為15°的坡耕地，坡耕地的減沙效益由50.64%降低到19.53%，且表現為種植大豆的坡耕地減沙效益最大，花生的減沙效益略小，地瓜的減沙效益最小，這一變化規律與10°坡不同作物的產沙量的研究結果是一致的。當坡度為10°的坡耕地，坡耕地的減沙效益由50.21%降低到36.31%，種植花生的坡耕地減沙效益最大，大豆的減沙效益略小，地瓜的減沙效益最小，這一變化規律與15°坡不同作物的產沙量的研究結果是一致的。綜合以上分析，不同農作物在不同坡度下對坡耕地具有不同程度的減沙效果，且大豆的減沙效果較大。

不同作物覆蓋度對15°坡耕地產沙作用的影響，如圖2所示，隨著覆蓋度的增加，不同作物的產沙率降低，這可能是因為植被對降雨的截留作用使降雨侵蝕力在達到地面時大大減小，或者植被地上部分加大了地面粗糙率，減緩了徑流，減小了徑流的流速，減弱了徑流的沖刷；同時地下發達的根系組成網狀，疏松了土壤、增加了土壤空隙從而增加了入滲，使徑流量和侵蝕量大大的減少。不同作物的徑流小區在相同覆蓋度下，坡耕地的產沙率具有明顯差異，但覆蓋率達到75%時，不同作物的產沙率都降低到一個相同的水平上，這表明土壤覆蓋度可能與產沙率存在某種關系。

圖2 不同覆蓋度下與不同作物的產沙率之間的關系

2.5 不同沖刷流量對15°坡耕地產流量產沙量增減效益的影響

為了進一步研究不同作物對坡耕地減沙效益的影響，采用3、6、9、12L/min四個流量進行徑流沖刷實驗，不同作物的減沙效益見表2。

表2 不同沖刷流量條件下種植大豆作物坡耕地的產流量產沙量增減效益

從表2可以看出，在15°坡上種植大豆后，坡耕地的產沙量隨著沖刷流量的增加而增加，與12L/min的沖刷量產生的坡耕地產沙量相比，其它各沖刷量的坡耕地呈現減沙作用，且減沙作用表現為：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的減沙效益由38.6%升高到97.9%。這說明不同沖刷流量對大豆作物具有明顯的減沙作用，且3L/min的減沙效益最大，9L/min最小。

采用3、6、9、12L/min四個流量對種植花生的徑流小區進行徑流沖刷實驗，種植花生的坡耕地減沙效益見表3。

表3 不同流量條件下15°花生作物種植坡面產流量產沙量增減效益

從表3可以看出，在15°坡上種植花生后，坡耕地的產沙量隨著沖刷流量的增加而增加，與12L/min的沖刷量產生的坡耕地產沙量相比，其它各沖刷量的坡耕地呈現減沙作用，且減沙作用表現為：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的減沙效益由38.6%升高到97.2%。這說明不同沖刷流量對花生作物具有明顯的減沙作用，且3L/min的減沙效益最大，9L/min最小。

采用3、6、9、12L/min四個流量對種植花生的徑流小區進行徑流沖刷實驗，種植花生的坡耕地減沙效益見表4。

表4 不同流量條件下15°地瓜作物種植坡面產流量產沙量增減效益

從表4可以看出，在15°坡上種植地瓜后，坡耕地的產沙量隨著沖刷流量的增加而增加，與12L/min的沖刷量產生的坡耕地產沙量相比，其它各沖刷量的坡耕地呈現減沙作用，且減沙作用表現為：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的減沙效益由45.3%升高到97.8%。這說明不同沖刷流量對地瓜作物具有明顯的減沙作用，且3L/min的減沙效益最大，9L/min最小。

3 結語

(1)各個處理隨著坡度的增加，坡耕地的產沙量顯著增加，增加的順序為：花生<大豆<地瓜<裸地。坡耕地農作物產沙量呈下降趨勢，下降的順序為裸地>大豆>花生>地瓜；坡耕地農作物產沙量呈下降趨勢，下降的順序為裸地>花生>大豆>地瓜。綜合以上分析可知，地瓜在不同坡度下的減沙作用最差。

(2)隨著覆蓋度的增加，不同作物的產沙率降低；不同作物的徑流小區在相同覆蓋度下，坡耕地的產沙率具有明顯差異，但覆蓋率達到75%時，不同作物的產沙率都降低到一個相同的水平上；不同沖刷流量對農作物具有明顯的減沙作用，且3L/min的減沙效益最大，9L/min最小。

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