重慶市永川區勤儉水庫監測點水土流失因子監測分析

宋朝忠，陳 超

（1.重慶市農村土地整治中心，重慶 401121；2.重慶市永川區水務局，重慶永川 402160）

水土保持是我國的一項基本國策。水土保持監測作為水土保持的重要組成部分，在政府決策、經濟社會發展和社會公眾事務中發揮著重要作用。2004 年，勤儉水庫水土流失監測點在重慶永川建成，為全國水土保持監測網絡站點之一，設6 個標準徑流小區。監測點主要監測記錄降雨、土壤、植被、作物生長狀況及產量、徑流泥沙等。多年來收集了大量的監測數據，整理、分析這些監測成果，可為當地水土流失治理提供理論依據。

1 基本情況

勤儉水庫水土流失監測點由重慶市水土保持監測總站永川分站管理，該監測點自2004 年投入運行以來，進行了逐年升級改造。站點采用輪式徑流泥沙自動采集器采集泥沙樣品，多參數土壤水分傳感器測量土壤水分。

6 個標準徑流小區規格為長20 m、寬5 m、坡度20°、坡向135°，土層厚度為100 cm，基巖為頁巖。各標準徑流小區除水保措施、作物種類、耕作方式不同外，其他參數均為一致。1#小區為農地，水保措施為石坎坡改梯；2#小區為林地，水保措施為經果林；3#小區為林地，水保措施為水保林；4#小區為農地，水保措施為順坡豎壟耕作；5#小區為人工草地；6#小區為農地，水保措施為等高橫壟耕作。1#、4#和6#小區植被為玉米和紅薯，5#小區植被為黑麥草，2#、3#小區植被分別為枇杷樹、松樹；玉米為條狀點播，紅薯為穴播，枇杷樹、松樹為穴植，黑麥草為幼苗移栽。

監測設備有：遙測雨量計1 臺、徑流泥沙自動采集系統(EL-RS)6套、徑流泥沙人工采集11孔一級分水箱和集流池6 套、便攜式植被覆蓋度攝影測量儀1 套、多參數土壤水分傳感器6 套、土壤水分速測儀1 套、烘干箱2 個、電子秤1 臺、采樣瓶及泥沙盒100 余個等。

2 監測內容與方法

2.1 降水監測

降水監測指標有逐日降水量、降水過程、最大I30（30 min雨強）、降雨侵蝕力等。監測時段為全年。監測設備為數字自記雨量計，分辨率為0.5 mm。

監測方法：降水時自動記錄雨量，通過數據采集器本地存儲并發送至數據接收服務器。當降雨發生時，自記雨量計將采集到的數據實時發送到數據接收服務器。若無產流，則定時每1 h 發送1 次累計徑流量。

2.2 土壤監測

監測指標為土壤理化性質，包括土壤物理性質：土壤容重、土壤含水量、土壤粒度[1]；土壤化學性質：全氮、全磷、全鉀、有機質。土壤含水量采用多參數土壤水分傳感器自動監測或者采樣烘干法測定，分別在每月的月初（1 號）、月中（15 號）測量1 次，其間若有降水產流則加測。

土壤含水量采用多參數土壤水分傳感器自動監測或者采樣烘干法測定，其余土壤理化性質指標委托第三方單位檢測。檢測內容及方法見表1。

表1 土壤的檢測方法、內容及檢測儀器

2.3 植被監測

每月1 日和15 日，采用便攜式植被覆蓋度攝影測量儀、目測法及皮尺分別對植被覆蓋度、郁閉度、植被高度進行監測。

2.4 作物產量監測

作物產量主要監測指標為秸稈產量、籽粒產量。在作物收獲時采用樣方測量法，主要對每種作物的樣本株數、樣本鮮重、樣本干重、籽粒干重等指標進行監測，計算作物產量及秸稈產量。監測點從2021年開始對作物產量進行監測，因此本文只對2021年數據進行分析，不作對比。

2.5 徑流、泥沙監測

徑流、泥沙監測設備為徑流自記儀、分水箱、集流池。

采用徑流自記儀和人工量測校核相結合的方法測定徑流量[2]。每次降水各小區產生的徑流先進入徑流自記儀，再全部進入一級分水箱和集流池，自記儀自動監測每次降水產生的徑流量發送到采集系統終端，洪峰流量測定范圍0.3～2.0 L·s-1，測流范圍≥3 L，流量測定誤差小于3%，傳輸方式為電腦傳輸和通過GPRS 進行遠程傳輸，降水結束后對分水箱和集流池收集的徑流量用體積法測量，用以校核自動觀測徑流量。

采用徑流自記儀自動采樣與分水箱、集流池人工采樣相結合的方法測定泥沙量。自動采樣泥沙含量測量誤差小于1%，采樣比例為徑流自記儀翻斗每翻1次取樣1%～1.5%，模式為無動力自動采樣。泥沙量測定采用取樣滴定沉淀烘干法，采取攪拌舀水取樣法進行取樣，把每個小區的泥沙樣攪勻，分別用500 mL的取樣瓶取3 個樣，帶回實驗室倒入編了號的泥沙盒，滴定沉淀后倒掉上清液，放入110 ℃烘箱里烘干至恒重，冷卻后稱烘干重，計算得出泥沙量。

3 監測結果分析

3.1 降水量

根據自記雨量記記錄的降水資料，2018—2021 年永川區勤儉水庫監測點降水日數、降水量等主要監測數據見表2。

表2 永川區勤儉水庫監測點降水量主要監測指標

通過比較分析2018—2021年各月份降水天數、降水量等統計數據發現，監測點所在區域各年份5—10月為雨季，降水天數明顯較其他月份多，但5—10 月存在一個先減后增的現象，可能這是由于7—8月屬于夏季最熱的時段，降水頻率也相對變低。而從降水量的數據可以看出，各年份降水一般集中在7—8月。因此，在5—6 月和9—10 月應注意降水頻率變高的影響，7—8 月注意雨強變大、日降水量增大的情況。另外，某些年份(2020 年)降水天數和降水量可能存在著較其他年份突出增加的現象，甚至可能出現累計降水月最大值不在雨季內，發生這種降水異常增多現象不可預計、不可避免，在開展水土保持活動中應隨時做好應對突發暴雨等極端情況的應急準備工作。

3.2 土壤理化性質

監測點2018年以來長期監測土壤含水量，其余土壤物理和化學性質從2021年開始監測，本文僅對現有數據進行分析。

3.2.1 土壤平均含水量

2018—2021 年各小區土壤平均含水量變化情況見表3。

表3 永川區勤儉水庫監測點各季度各小區土壤平均含水率 單位：%

分析監測數據可知，各小區土壤平均含水率除受小區種植植物種類(喬木、農作物)影響外，還受年際降水量的影響。種植喬木的小區土壤含水量明顯較種植農作物小區受年際降水影響小，使得土壤保水能力有一定提升，受外界氣候變化影響較小；而長期農耕的小區土壤含水量受年際降水影響較大，土壤保水能力也較差。

3.2.2 土壤粒度

2021年土壤粒度監測數據見表4。

表4 永川區勤儉水庫監測點各小區2021年土壤粒度

一般認為，黏粒含量高低與土壤肥沃程度相關，且黏粒含量適中的壤土的保水保肥效果好；砂粒含量高表現為土壤透水性能較好，宜耕期長，養分轉換快。合理的砂、粉、黏比例能提高土壤保水保肥效果，更有利于作物生長[3]。分析表4觀察數據認為，規律性尚不明顯。

3.2.3 土壤容重及養分

2021 年各小區土壤容重及全氮、全磷、全鉀和有機質等養分監測數據見表5。

表5 永川區勤儉水庫監測點各小區2021年土壤容重及養分

綜合容重、全氮、全磷、全鉀和有機質觀測數據，可見5#、6#小區土壤理化性質最好，較適合植物生長。5#小區為林草措施小區-草地，6#小區為農業措施小區-等高橫壟耕作，5#小區人為擾動少，整體土壤環境更接近于自然草地，6#小區雖人工擾動大，但施肥多、等高橫壟耕作對保持土壤水肥有一定優勢。

3.3 植被特征

監測發現：6 個監測小區中，1#、4#、5#、6#小區在每年的3—4 月播種玉米并開始生長，7 月達到最高覆蓋度和作物高度；5—6 月種紅薯，并逐漸開始匍匐牽藤，10—11 月收紅薯時，覆蓋度達最高值；5#小區種黑麥草，春季種下、夏秋季割草，以此往復，夏季植被覆蓋度最高；2#小區種枇杷，在春末夏初修枝，夏季收獲，夏季收獲前植被覆蓋度最高（一般達55%～65%），此時植被高度達3.8 m；3#小區為松樹林，松樹為常青樹，2004年開始種植，2018—2021年松樹林郁閉度基本保持75%，樹高平均6.0 m。

3.4 作物產量

2021年作物產量監測數據見表6。

表6 永川區勤儉水庫監測點2021年各小區農作物產量統計

由表可見，1#、4#和6#小區同種植玉米和紅薯，最終糧食產量表現為1#小區＞6#小區＞4#小區，生物量6#小區最高。5#小區種植黑麥草，牧草產量達到7 500 kg·hm-2。1#小區作物產量最高，其次為6#小區。因此，實施水保工程措施石坎坡改梯較農業措施更能使農作物增產，同為農業措施，等高橫壟耕作相較順坡豎壟耕作植物生長情況更好。

3.5 徑流、土壤流失

各徑流小區逐年徑流泥沙數據見表7。

表7 永川區勤儉水庫監測點各小區徑流、土壤流失情況

分析觀測統計數據，可以看出：各年份徑流小區產流產沙情況受降水量、降雨侵蝕力及各小區不同水保措施的影響。其中，實施工程措施-石坎坡改梯、林草措施-水保林的1#小區和3#小區產流產沙量最小，達到了較好的保持水土的效果；2#、4#、6#小區分別實施“林草措施-經果林”“農業措施-順坡豎壟耕作”“農業措施-等高橫壟耕作”，水土保持效果較差，主要原因是這些小區常受人為擾動。

此外，2020 年降水量、降雨侵蝕力較其他年份高，該年各小區產流產沙次數也增多，所有小區均在2020年達到最大產流產沙次數。2020年徑流深、徑流系數及土壤流失量指標也較其他各年顯著大，最大者超出10 倍(1#小區2020 年與2019 年徑流深，6#小區2020 年與2019 年徑流系數)。2#、6#小區在各年份產流產沙次數最多，2#、4#、6#小區徑流深、徑流系數及土壤流失量指標相較其他小區大；1#小區在各年份產流產沙次數最少，1#、3#小區徑流深、徑流系數及土壤流失量指標相較其他小區小。監測發現，土壤流失量相較徑流深和徑流系數指標都更敏感，數值波動較大，2018—2021年所有數據中最大的達3.066 t·hm-2，最小的僅0.002 t·hm-2，達到數量級變化。

4 結論與建議

4.1 結論

降水量是造成水土流失的最重要因素之一[4]。2020 年的年降水量、年降水天數、最大月降水量、最大日降水量、最大次降水量均比其他年份高，降雨侵蝕力是其他年份的2～3倍，徑流深、徑流系數及土壤流失量指標也較其他各年顯著增高，最高甚至高出14倍多。土壤流失量相較于徑流深和徑流系數指標更敏感，數值波動較大，監測時段中最大值3.066 t·hm-2，最小值0.002 t·hm-2，相差1 500余倍。

喬木林地土壤保水能力較好，受外界氣候變化影響較小。常年農耕的土壤含水量受年際降水影響較大，土壤保水能力較差。

坡改梯、水保林的水土保持效果較好；經果林、順坡豎壟耕作和等高橫壟耕作等措施水土保持效果較差；坡耕地土壤流失量遠大于林草地土壤流失量，特別是順坡耕種的坡耕地，相同條件下是林草地流失量的98倍。

4.2 建議

減輕坡耕地水土流失最有效的方法是貫徹國家退耕還林(草)政策，對陡坡(＞25°)荒地和耕地，一律實施退耕還林還草還果，采取適地適樹適草的原則，草灌先行，喬灌草結合；對無法退耕的斜坡(15°～25°)耕地和緩坡(6°～15°)耕地，采取坡改梯或坡改緩，減小耕作面坡度；對坡度較小的平坡(≤6°)耕地，實施保土耕作措施，如等高橫壟耕作、等高帶狀間作、溝壟耕作等，在耕作面上改變微地形，增加植被覆蓋，增加土壤有機質和抗侵蝕力，推行糧油輪作、水旱輪作、種養循環、間種、套種、少耕、免耕等，提高保土保水保肥能力；對郁閉度較小的疏林、幼林進行補種和封禁治理，采取有力措施增加林草植被；加強水土保持預防監督管理，實行開發建設項目水土保持方案報批制度及“三同時”制度，有效遏制人為造成新的水土流失。