不同植物措施下西南石漠化山區(qū)水土流失特征研究

［關(guān)鍵詞］ 植物措施；水土流失；云霧小流域；西南石漠化山區(qū)

［摘 要］ 為探索西南石漠化山區(qū)水土流失狀況及其治理變化規(guī)律，以云霧小流域坡面徑流場(chǎng)為試驗(yàn)場(chǎng)地，根據(jù)2022年降雨和產(chǎn)流產(chǎn)沙數(shù)據(jù)，分析石漠化地區(qū)不同植物措施下土壤流失、產(chǎn)流特征，結(jié)果表明：徑流場(chǎng)產(chǎn)流降雨可分為A型降雨（長(zhǎng)歷時(shí)、大雨量、小雨強(qiáng)）、B型降雨（中歷時(shí)、中雨量、中雨強(qiáng)）、C型降雨（短歷時(shí)、小雨量、大雨強(qiáng)）3種，其中以C型降雨為主；在A型降雨下5號(hào)小區(qū)馬尾松抑制土壤流失效果最佳，在B、C型降雨下2號(hào)小區(qū)水平階整地種植茶樹(shù)抑制土壤流失效果最佳，在A、B、C型降雨下產(chǎn)流最少的均為2號(hào)小區(qū)水平階整地種植茶樹(shù)；從總土壤流失量和總產(chǎn)流量來(lái)看，2號(hào)小區(qū)水平階整地種植茶樹(shù)水土保持效果較好。

［中圖分類號(hào)］ S157.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.06.016

［引用格式］ 王平修，孟秋雨，姚佳.不同植物措施下西南石漠化山區(qū)水土流失特征研究[J].中國(guó)水土保持，2024（6）：50-53.

水土流失又稱水土損失，是指在水力、重力、風(fēng)力等外力作用下，水土資源和土地生產(chǎn)力的破壞和損失，包括土地表層侵蝕和水土損失[1]。貴州是我國(guó)喀斯特石漠化分布面積最大、生態(tài)環(huán)境最為嚴(yán)峻、水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，水土流失面廣量大，長(zhǎng)期的人地矛盾導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，洪澇、旱災(zāi)、雨雪、冰雹等自然災(zāi)害頻發(fā)。特別是貴州的農(nóng)村地區(qū)，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，農(nóng)民普遍以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)為主，主要種植玉米、馬鈴薯、茶樹(shù)、花椒、桃樹(shù)等，尋找既能促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展、農(nóng)民增收，又能防治水土流失、改善土地環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)生態(tài)共贏、和諧發(fā)展的高效水土保持植物具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2-7]。

研究人員對(duì)適合貴州地區(qū)的水土保持植物開(kāi)展了大量研究，比如：尤龍輝等[1]研究發(fā)現(xiàn)馬尾松林套種楊梅、無(wú)患子、油茶、黃梔子的水土流失阻控效果較好，特別是補(bǔ)種楊梅或無(wú)患子，可以在較短時(shí)間內(nèi)改善馬尾松林的水土流失狀況；顏耀等[3]研究發(fā)現(xiàn)，馬尾松林補(bǔ)植套種不同的鄉(xiāng)土闊葉樹(shù)種后，能夠在一定程度上提升林地的水源涵養(yǎng)功能；謝錦升等[5]研究發(fā)現(xiàn)，喬草模式、喬灌模式及喬木混交模式樣地的水分涵蓄功能顯著高于對(duì)照地的。基于上述研究成果，本研究選擇貴定縣云霧小流域坡面徑流場(chǎng)為研究基地，以當(dāng)?shù)刂饕?jīng)濟(jì)作物為研究對(duì)象，分析比較了經(jīng)濟(jì)作物花椒、茶樹(shù)、馬尾松與自然生長(zhǎng)雜草小區(qū)的產(chǎn)流產(chǎn)沙效應(yīng)，希望能為西南石漠化地區(qū)水土流失治理和經(jīng)濟(jì)林植物種類選擇提供參考。

1 徑流小區(qū)概況

云霧小流域坡面徑流場(chǎng)位于黔南州貴定縣南部的云霧鎮(zhèn)，屬長(zhǎng)江流域?yàn)踅滴宓篮有×饔颍乩砦恢脼闁|經(jīng)107°03′21.65″、北緯26°13′0.43″，地貌類型屬中低山區(qū)，兼有部分河谷沖積槽谷區(qū)；屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水量1 143 mm，年均氣溫15 ℃；主要植被類型為常綠闊葉林、針葉林、針闊混交林，以及疏林灌叢地、草地、灌木草叢等；土壤為黃壤，土層較厚，一般達(dá)80 cm以上，土壤質(zhì)地多為砂壤土或礫質(zhì)壤土，土壤pH值多為4.5～6.5。在徑流場(chǎng)設(shè)置5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)，依次為1號(hào)小區(qū)草地（自然生長(zhǎng)草地）、2號(hào)小區(qū)水平階整地種植茶樹(shù)（經(jīng)濟(jì)林）、3號(hào)小區(qū)等高帶狀種植茶樹(shù)（經(jīng)濟(jì)林）、4號(hào)小區(qū)花椒（經(jīng)濟(jì)林）、5號(hào)小區(qū)馬尾松（水保林）。各小區(qū)尺寸相同，坡度均為25°，水平投影面積均為100 m2，土層厚度均為85 cm，土壤類型均為黃壤，其中2、3、5號(hào)小區(qū)林下生長(zhǎng)有雜草。各小區(qū)降雨觀測(cè)均采用自記雨量計(jì)，測(cè)流設(shè)備均為集流池。

2 試驗(yàn)方法

2.1 降雨因子收集

收集2022年徑流場(chǎng)所有降雨的信息，包括降雨量、降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、降雨侵蝕力和次降雨最大30 min降雨強(qiáng)度（I30）。

2.2 土壤流失量的測(cè)定

參考《徑流小區(qū)和小流域水土保持監(jiān)測(cè)手冊(cè)》[8]中土壤流失量測(cè)定方法，每次降雨徑流小區(qū)產(chǎn)流后，將集流池中的水充分?jǐn)嚢杈鶆颍∧嗌澈退幕旌蠘舆^(guò)濾、烘干、稱量，測(cè)得泥沙質(zhì)量，計(jì)算土壤流失量，重復(fù)試驗(yàn)3次取平均值。土壤流失量X的計(jì)算公式為

X=m/（S1×10-4）（1）

式中：X為土壤流失量，單位kg/hm2；m為泥沙質(zhì)量，單位kg；S1為徑流小區(qū)面積，單位m2。

2.3 徑流量的測(cè)定

參考《徑流小區(qū)和小流域水土保持監(jiān)測(cè)手冊(cè)》［8］中產(chǎn)流量測(cè)定方法，徑流小區(qū)坡面產(chǎn)流后，通過(guò)集流池收集地表徑流，測(cè)定集流池水深，計(jì)算產(chǎn)流量，重復(fù)試驗(yàn)3次取平均值。徑流小區(qū)產(chǎn)流量L的計(jì)算公式為

L=h×S2×10-6（2）

式中：L為徑流小區(qū)產(chǎn)流量，單位m3；h為集流池水深，單位cm；S2為集流池面積，單位cm2。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和整理，采用SPSS 27軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用SPSS進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，使用Origin 2022進(jìn)行圖形繪制。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤流失量、產(chǎn)流量與降雨因子相關(guān)性分析

基于Pearson相關(guān)性分析，得到各小區(qū)產(chǎn)流量、土壤流失量與降雨因子相關(guān)性分析結(jié)果（見(jiàn)表1）。由表1可知：1號(hào)小區(qū)產(chǎn)流量、土壤流失量與降雨因子相關(guān)性均較弱；2號(hào)小區(qū)產(chǎn)流量與降雨量呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，土壤流失量與I30和降雨侵蝕力分別呈顯著和極顯著正相關(guān)；3號(hào)小區(qū)產(chǎn)流量與降雨量、降雨侵蝕力分別呈顯著、極顯著正相關(guān)，土壤流失量與降雨因子相關(guān)性較弱；4號(hào)小區(qū)產(chǎn)流量與降雨量、降雨侵蝕力均呈極顯著正相關(guān)，與I30呈顯著正相關(guān)，土壤流失量與降雨因子相關(guān)性較弱；5號(hào)小區(qū)產(chǎn)流量和土壤流失量與降雨因子相關(guān)性均較弱。

3.2 不同降雨統(tǒng)計(jì)與分類

采用SPSS 27對(duì)2022年徑流場(chǎng)發(fā)生產(chǎn)流的降雨事件中的降雨歷時(shí)、降雨量、平均雨強(qiáng)等因子進(jìn)行聚類分析[9]，統(tǒng)計(jì)和分析結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，2022年研究區(qū)監(jiān)測(cè)到19次產(chǎn)流降雨事件，通過(guò)聚類分析劃分為A、B、C共3種雨型，其中：A型降雨為長(zhǎng)歷時(shí)（平均歷時(shí)4 181.5 min）、大雨量（平均降雨量21.8 mm）、小雨強(qiáng)（平均雨強(qiáng)0.32 mm/h）；B型降雨為中歷時(shí)（平均歷時(shí)1 961.2 min）、中雨量（平均降雨量15.6 mm）、中雨強(qiáng)（平均雨強(qiáng)0.51 mm/h）；C型降雨為短歷時(shí)（平均歷時(shí)354.2 min）、小雨量（平均降雨量11.4 mm）、大雨強(qiáng)（平均雨強(qiáng)12.04 mm/h）。從發(fā)生的產(chǎn)流降雨事件來(lái)看，A型降雨發(fā)生2次，占10.5%；B型降雨發(fā)生5次，占26.3%；C型降雨發(fā)生12次，占63.2%，以C型降雨為主。

3.3 各小區(qū)在不同雨型條件下的土壤流失量、產(chǎn)流量特征

A、B、C 3種雨型條件下各小區(qū)土壤流失量情況見(jiàn)圖1。由圖1可以看出，在A型降雨下各小區(qū)土壤流失量大小排序?yàn)?號(hào)＞4號(hào)＞3號(hào)＞2號(hào)＞5號(hào)，B型降雨下排序?yàn)?號(hào)＞1號(hào)＞3號(hào)＞5號(hào)＞2號(hào)，C型降雨下排序?yàn)?號(hào)＞4號(hào)＞3號(hào)＞5號(hào)＞2號(hào)。A型降雨下5號(hào)小區(qū)抑制土壤流失量效果最佳，可能原因是馬尾松林枝葉繁茂，在小雨強(qiáng)的情況下雨水截留效果明顯；而在B、C型降雨情況下，2號(hào)小區(qū)抑制土壤流失量效果最佳，這可能與2號(hào)小區(qū)經(jīng)過(guò)工程處理有關(guān)，在短歷時(shí)、大雨強(qiáng)的情況下保土效果突出。

A、B、C 3種雨型條件下各小區(qū)產(chǎn)流量情況見(jiàn)圖2。由圖2可以看出，A型降雨下各小區(qū)產(chǎn)流量大小排序?yàn)?號(hào)＜3號(hào)＜5號(hào)＜4號(hào)＜1號(hào)，B型降雨下排序?yàn)?號(hào)＜3號(hào)＜4號(hào)＜1號(hào)＜5號(hào)，C型降雨下排序?yàn)樾^(qū)2號(hào)＜3號(hào)＜4號(hào)＜1號(hào)＜5號(hào)。總的來(lái)說(shuō)，在A、B、C 3種雨型降雨下產(chǎn)流較小的均為2、3號(hào)小區(qū)，可能原因是茶樹(shù)根系比較發(fā)達(dá)，根系參與土壤團(tuán)粒形成，形成土壤非毛管孔隙，增強(qiáng)土層蓄水性能，保持土壤較高的滲透性，延緩徑流的形成，從而有效地減少產(chǎn)流。

3.4 各小區(qū)總土壤流失量和總產(chǎn)流量結(jié)果分析

2022年徑流場(chǎng)共產(chǎn)生產(chǎn)流降雨事件19次，總降雨量594.80 mm，降雨侵蝕力801.3 MJ·mm/（hm2·h），各小區(qū)總土壤流失量大小排序?yàn)?號(hào)＜5號(hào)＜3號(hào)＜1號(hào)＜4號(hào)，其中2、3、5號(hào)小區(qū)總土壤流失量均明顯小于1號(hào)小區(qū)，說(shuō)明在當(dāng)?shù)厮诫A整地種植茶樹(shù)、等

高帶狀種植茶樹(shù)、馬尾松等均具有明顯的抑制土壤流失的作用，見(jiàn)表3。各小區(qū)總產(chǎn)流量大小排序?yàn)?號(hào)＜3號(hào)＜4號(hào)＜1號(hào)＜5號(hào)，其中2、3、4號(hào)小區(qū)總產(chǎn)流量均小于1號(hào)小區(qū)，說(shuō)明水平階整地種植茶樹(shù)、等高帶狀種植茶樹(shù)和花椒等均具有減少產(chǎn)流的作用，見(jiàn)表3。

4 結(jié)論與討論

在自然狀態(tài)下，地表產(chǎn)流多源于降雨，雨滴濺蝕使土壤顆粒脫離原始較穩(wěn)定的土壤結(jié)構(gòu)，分散的土壤顆粒隨徑流流動(dòng)而遷移或損失進(jìn)而引發(fā)土壤侵蝕，因此降雨是坡面產(chǎn)沙的主要原動(dòng)力[10-11]。收集云霧小流域坡面徑流場(chǎng)5個(gè)典型徑流小區(qū)2022年的降雨和產(chǎn)流產(chǎn)沙數(shù)據(jù)，經(jīng)分析研究區(qū)產(chǎn)流降雨可分為A型降雨（長(zhǎng)歷時(shí)，平均歷時(shí)4 181.5 min；大雨量，平均降雨量21.8 mm；小雨強(qiáng)，平均雨強(qiáng)0.32 mm/h）、B型降雨（中歷時(shí)，平均歷時(shí)1 961.2 min；中雨量，平均降雨量15.6 mm；中雨強(qiáng)，平均雨強(qiáng)0.51 mm/h）、C型降雨（短歷時(shí)，平均歷時(shí)354.2 min；小雨量，平均降雨量11.4 mm；大雨強(qiáng)，平均雨強(qiáng)12.04 mm/h）3種，其中以C型降雨為主。在A型降雨下5號(hào)小區(qū)馬尾松抑制土壤流失量效果最佳，在B、C型降雨下2號(hào)小區(qū)水平階整地種植茶樹(shù)抑制土壤流失量效果最佳。在A、B、C型降雨下產(chǎn)流最小的均為2號(hào)小區(qū)水平階整地種植茶樹(shù)。從總土壤流失量和總產(chǎn)流量來(lái)看，2號(hào)小區(qū)水平階整地種植茶樹(shù)土壤流失量最小，產(chǎn)流量也最小。總的來(lái)說(shuō)，茶樹(shù)、花椒、馬尾松均具有明顯的水土保持效果，但工程措施+生物措施的2號(hào)小區(qū)水平階整地種植茶樹(shù)水土保持效果最好。當(dāng)然，選擇何種水土保持措施，還需要結(jié)合當(dāng)?shù)赜晷吞卣鞯染C合分析。

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收稿日期： 2023-10-05

第一作者： 王平修（1985—），男，貴州織金人，工程師，學(xué)士，主要從事水土保持工作。

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（責(zé)任編輯 李楊楊）