沂蒙山區不同水土保持植物措施的水土流失規律研究

楊慧玲*

（臨沂市水文局，山東臨沂，276000）

引言

坡面侵蝕又稱為面蝕（surface erosion）[1]，斜坡上的降雨不能完全被土壤吸收時地表產生積水，由于重力作用形成地表徑流，開始形成的地表徑流處于未集中的分散狀態，分散的地表徑流沖走地表土粒稱為面蝕。通過水土保持措施，可以保持水土、涵養水源、提升土地生產力、改善環境、增強土壤肥力，減少土壤流失量等。在水土流失治理當中，有效地運用植物是非常重要的一項措施，充分利用植物措施，提升水土保持工作的有效性[2]。

沂蒙山區是我國生態極度脆弱的地區之一，也是北方土石山區乃至中國東部地區土壤侵蝕最為嚴重的區域，輕度以上的土壤侵蝕面積高達 12085.0 km2，中度、強度侵蝕面積分別為5521.1 km2，3346.6 km2[3-5]。 沂蒙山區面蝕的主要動力來自于降水及由此而產生的徑流，徑流能量的大小取決于水流流速及徑流量的大小，流速主要取決于地表坡度及植被狀況。在一定坡長、坡度條件下，郁閉度、蓋度越大，徑流在坡面上的入滲時間長，其入滲量大，徑流量、徑流速度越小。沖刷力相應減弱，造成的坡面土壤流失量減小。通過在沂蒙山區不同植被布設標準徑流小區100m2， 研究沂蒙山區不同植被措施間對土壤流失的影響，利用沂蒙山區蒙陰縣前城子水土保持監測站的徑流小區實測資料，不同小區內降水量對徑流量和侵蝕量的影響，闡明不同水土保持植物措施條件下水土流失變化規律，為沂蒙山區相同類型地區的坡面綜合治理提供理論依據和實踐指導。

1 試驗地概況（材料與方法）

1.1 研究區概況

前城子監測點位于蒙陰縣桃墟鎮前城子村，所屬淮河流域沂河水系桃墟河，東經 117°59′44″，北緯 35°36′25″。桃墟河發源于蒙陰縣蒙山北麓，布袋峪村西，流經大廟、北桃墟注入岸堤水庫，流域呈傘形，至前城子村河段集水面積54.7km2，徑流場海拔高度為231m，小區為南北走向，坡向約94°，原始地貌為林地。多年平均降水量871.2mm，多集中于夏季且多暴雨，汛期（6～9月）多年平均降水量641.2mm，占73.6%。歷年最大降水量1465.6mm（1963年），歷年最小降水量 463.0mm（1988年），極差為 1002.6mm。監測點土壤以山地棕壤為主，淺褐色砂壤土為輔。

圖1 前城子測點位置圖

1.2 徑流小區情況

根據中華人民共和國水利行業標準《水土保持監測設施通用技術條件》（SL342—2006）、《水土保持試驗規程》（SL419—2007）結合北方土石山區特點，徑流小區設計為寬 5m，長 20m（水平投影），水平投影面積100m2。集水槽末端設置分流池（9孔分流法）、集流池，分流池與集流池大小一樣，按照50年一遇24h最大暴雨設計及施工，內部實際尺寸為長3.32m、寬1.46m、高0.95m，分流孔孔底高度0.7m。

2 試驗材料與觀測方法

2.1 徑流小區的布設

根據當地地形及租用地塊實際情況，共建設4個徑流小區，坡度為9.1°、9.2°、9.5°和9.3°，小區面積全部為5m×20m。建立 4 個不同植物措施的徑流小區， 研究在不同措施條件下，徑流量和侵蝕量的變化規律， 各徑流小區的基本概況如表1 所示：

表1 徑流小區水保措施相關布局統計表

2.2 觀測方法

2.2.1 降水量和降水強度的觀測

采用2012年～2017年人工雨量計、自記雨量計同步觀測、校準，據此計算日降水量和降水強度。

2.2.2 降水量和降水強度分級

根據 2017年次降水量 （P），計算 30min 最大降水強度 （I30）及降雨侵蝕力（Ms）。

2.2.3 徑流小區徑流量和泥沙量的觀測

使用集流桶、蓄水池監測1、2號小區徑流量（V），使用JDNS-AUTO-01型泥沙自動監測設備監測3、4號徑流小區的徑流量（V）；用取樣桶和泥沙自動監測設備采集泥沙樣品， 將蓄水池的泥沙水量充分攪拌均勻混合后取樣，過濾， 烘干稱重， 計算徑流小區的侵蝕量。

2.2.4 數據處理

用 Rain Record（降雨強度計算）軟件和Excel2007 統計軟件進行數據處理。

3 結果與分析

對不同措施條件下次降水量≥12mm降雨進行計算，分析研究侵蝕性降雨量與徑流量、侵蝕量之間關系，采用直線方程、指數方程、冪函數方程和對數方程進行回歸分析。

3.1 不同措施條件下次降水量對徑流量的影響

經分析降水量和徑流量呈較好的線性關系， 相關系數都在 0.82 以上，見表2。

表2 不同措施下降雨量P與徑流量V的回歸分析

圖2 降雨量P與徑流量V的關系圖

通過圖 1 可以看出，在同一坡度下，徑流量隨著降水量的增長呈線性增長，發現遵循 V= aP+b 線性關系，在降水量一定的條件下，匯集徑流量從大到小的順序依次為花椒、石榴桃樹混交、荒地、棗樹，花椒從樹冠、樹葉面積及總體生物量都比較小，坡面受雨面積增大，林下除草后，坡面徑流量較多；桃樹雖然林冠截留比較多，林下屬于天然地表，地表有大面積的巖石，所以徑流量比較大，最小的為棗樹，棗樹植被密度較大，在沂蒙山區種植棗樹能有效的攔蓄徑流，防治水土流失。

對不同措施條件下降水量和徑流量在0.05水平上進行方差分析，不同植物水保措施條件下，降水量和徑流量呈顯著性差異（F石榴桃樹混交=2.240＞F0.05=0.097； F棗樹=4.556 ＞F0.05=0.097； F荒地=1.796＞F0.05=0.097；F花椒=3.434＞F0.05=0.097；），并且花椒對地表徑流影響最大，產流最多，選擇樹種時應該選擇棗樹，其涵養水源、保持水土的效果最好。

3.2 不同措施條件下降水量對侵蝕量的影響

表3 不同措施下降雨量P與徑流量V的回歸分析

圖3 降雨量P與土壤流失量Ms(t/hm2)的關系圖

植被對土壤侵蝕量影響因子主要有植被類型、年齡、形態、林冠高度、根系狀況等[4]。分析不同措施各級雨量下的侵蝕量，并對降水量 P 和侵蝕量Ms 進行回歸分析，發現遵循 Ms= aP+b 線性關系（見表 3）。 從圖 2 看出，花椒隨降雨量增加，侵蝕量增加，其次是荒地、石榴桃樹混交林，棗樹侵蝕量最小。因為花椒的樹齡、林冠、根系深度小，保持水土的作用并沒有多年生棗樹、石榴桃樹混交林強，荒地較花椒土壤侵蝕量小的原因是荒地收人工干擾小，下墊面比較穩定。

對不同措施條件下降水量和侵蝕量Ms在0.05 水平上進行方差分析，不同植物措施條件下，石榴桃樹混交、棗樹措施降水量和侵蝕量無顯著性差異（F石榴桃樹混交=1.143＜F0.05=1.061； F棗樹=0.3989 ＜F0.05=1.061； ），荒地、花椒地降水量和侵蝕量呈顯著差異（F荒地=4.777＞F0.05=1.061；F花椒=39.587＞F0.05=1.061），進一步說明在沂蒙山區，選擇種植棗樹，其次是桃樹，具有很好的水土保持效益。

4 結束語

在9度的相同坡度條件下，蒙陰縣前城子水土保持監測站徑流小區內的降水量與徑流量、 降水量與侵蝕量呈良好的 y=ax+b 線性關系，徑流量和侵蝕量都隨降水量的增加呈線性增長。

不同植物措施條件下， 隨降水量的增加棗樹、石榴桃樹混交林徑流量和侵蝕量較花椒和荒地小區增加緩慢，其中花椒林影響最顯著，所以沂蒙山地區適合種植棗樹、桃樹；花椒并不適合作為當地水土保持樹種。

[1] 張洪江.土壤侵蝕原理[M].2001, 22.

[2] 張靜.論水土保持中植物措施的重要性[J]. 基層建設,2017,(12):59-62.

[3] 王志偉,陳志成等. 不同雨強與坡度對沂蒙山區典型土壤坡面侵蝕產沙的影響[J]. 水土保持學報,2012,(06):17-20.

[4] 王曉南,孟詩等.淺談植物措施在水土保持中的作用機理 [J].山西水土保持科技,2008(3)6-8.

[5] 林軍,馬文貴等.北方土石山區不同坡度的徑流小區水土流失規律研究[J].水利科技，2009（3-4）：42-44.