赤水市大石河小流域不同土地利用類型汛期產流產沙特征

摘 要： 對赤水市大石河小流域赤水試驗站12個徑流小區2020年汛期（5—9月）的降雨、徑流和泥沙數據進行了分析，探究不同土地利用類型徑流小區產流產沙與降水的相關性及水沙關系。結果表明：①試驗站降水及侵蝕性降水主要集中在汛期，汛期月侵蝕性降水次數占當月降水總次數的均值為34.90%。②4種土地利用類型小區6—7月的產流量占汛期總產流量的66.65%～100%，6月侵蝕量占汛期總侵蝕量的40.74%～100%；相比裸地，旱地、林地和草地的減流效益分別為39.36%、91.92%和99.28%，減沙效益分別為51.61%、98.68%和99.93%，草地的蓄水減沙效益高于旱地、林地。③裸地和旱地的徑流量與侵蝕性降水量呈顯著相關性（p＜0.05），4種土地利用類型的侵蝕量與徑流量之間均呈極顯著相關性（p＜0.01）；根據擬合方程的系數，在相同徑流條件下，裸地造成的侵蝕量分別是旱地、林地和草地的1.713 9、10.269 8、13.070 7倍。

關鍵詞： 水土保持；產流；產沙；土地利用類型；汛期；大石河小流域；赤水市

中圖分類號： S157.1" 文獻標識碼：A"" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.01.018

引用格式： 顧再柯，黃森，黃金權，等.赤水市大石河小流域不同土地利用類型汛期產流產沙特征[J].中國水土保持，2025（1）：68-71，75.

水土保持是江河保護治理的根本措施，是生態文明建設的必然要求。持續開展水土流失綜合治理、推行綠色可持續發展是新時期推動水土保持高質量發展的必經之路[1]。水土保持工作不僅關系水土資源的可持續利用、土地生產力的提高，而且對生態環境、經濟社會發展、糧食安全等方面均有重要影響[2]。積極開展水土保持工作，對于促進社會經濟發展、維護生態環境平衡和穩定、實現國家和人民的長遠利益具有十分重要的意義[3]。

土地利用方式是影響水土流失的關鍵因素。受地表覆蓋、人為擾動程度、下墊面物質組成（純土、土石混合等）、地形特征（坡度、坡長、坡形等）影響，不同土地利用類型水土流失特征差異明顯[4]。開展不同土地利用類型水土流失長期觀測，是掌握區域水土流失規律、制定水土保持提升策略的關鍵[5-6]。目前研究多圍繞不同土地利用類型年際產流產沙特征開展，較少關注極端降水條件下（尤其是汛期）的水土流失問題[7-8]。已有研究表明，汛期侵蝕性降雨是導致水土流失加劇的主要誘因之一[9-10]，開展汛期不同土地利用類型水土流失特征研究，可為區域應對極端降水事件、制定應急措施提供科學指導。

本研究選擇位于尚未進行大面積開發的赤水市大石河小流域的赤水試驗站作為研究對象，記錄12個徑流小區在2020年汛期（5—9月）的產流產沙特征，并開展與降水特性數據的相關性分析，力求能夠真實反映不同土地利用類型的水土流失特征，并量化分析天然降水條件下不同類型水土保持措施的蓄水減沙效益，以期為研究區域水土流失治理提供科學依據。

1 試驗站概況

本研究選擇的12個徑流小區位于貴州省赤水市天臺鎮大石河小流域的赤水試驗站（28°31′56.42″N，105°49′8.43″E）。試驗站所在的大石河小流域地貌類型以高原峽谷型和山原峽谷型為主，氣候類型屬中亞熱帶濕潤季風氣候，多年平均降水量1 288 mm，多年平均氣溫18 ℃，土壤類型包括紫色土、紅壤、黃壤、石灰土、水稻土和潮土等（徑流小區土壤類型為紫色土），植被類型為亞熱帶常綠闊葉林。12個徑流小區均于2017年6月建成，2017年8月投入運行。各小區的基本信息見表1。

2 試驗設計

本次試驗的主要觀測內容包括試驗站降水量和徑流小區產流產沙量。降水量數據基于試驗站氣象站（位于徑流小區中部，面積10 m2）收集數據，包括降水量、降水歷時、降水強度等。

1）降水量的測定。根據試驗站多年降水特征，結合已有觀測結果，徑流小區土壤侵蝕主要發生在少數降水量較大的場次，因此本研究選擇2020年大雨或暴雨比較集中的5—9月氣象站雨量計記錄的降水數據作為降水特征分析的基礎，統計分析了各月降水量、降水次數，以及累計降水量。侵蝕性降水指的是在徑流小區形成坡面徑流、收集到侵蝕泥沙的降水。

降水量是采用JⅡ型虹吸式自記雨量計并輔以人工雨量桶率定。采用JⅡ型虹吸式自記雨量計每日早8時準時觀測，及時更換自記紙或調整記錄筆位置；有降水之日在當日20時巡視儀器運行情況，遇暴雨時適當增加巡視次數，以便及時發現和排除故障，防止漏記降水過程；采用人工雨量器觀測時取出儲水筒內的儲水器，用量雨杯測記降水量。

2）徑流小區產流產沙量測定。監測指標包括徑流量和侵蝕量，監測頻次是有效降水場次每產流1次取樣1次。為便于比較，統計不同土地利用類型徑流小區產流產沙量時，將1、2、10號小區的均值作為裸坡數據，5、8、9號小區的均值作為旱地數據，4、6、7、11號小區的均值作為林地數據，3、12號小區的均值作為草地數據。

徑流量和侵蝕量是通過測量集流池（分流池）中的渾水樣得到的：徑流量通過體積量測法得到；侵蝕量量測是先將徑流池池水充分攪拌均勻，分上、中、下3層取樣混合，再從中取出1 000 cm3渾水樣，室內烘干求得泥沙含量，將其乘以池水體積即得到此次降水的侵蝕量。

3 結果與討論

3.1 降水特征分析

圖1為2020年汛期（5—9月）試驗站降水特征數據，包括各月降水總量、各月侵蝕性降水量[見圖1（a）]和各月降水總次數、各月侵蝕性降水次數[見圖1（b）]。從圖1（a）可以看出，汛期降水總量和侵蝕性降水量總體均呈先升后降再升的趨勢，其中7月降水總量和侵蝕性降水量均達到最大值（分別為262.2、209.3 mm），但8月降水量相較于其他月份顯著減小且出現干旱情況（降水總量和侵蝕性降水量分別為87.4、80.2 mm，僅為其他月份均值的35.34%、50.28%）。從降水頻次來看，除了5、8月的降水總次數分別為12次和6次，其他月份降水總次數均接近20次，占當月日數的60%以上，即全月超過60%天數均出現降水。但從侵蝕性降水次數來看，各月降水導致徑流小區發生侵蝕的次數較少，為3～6次；5—9月侵蝕性降水量占當月降水總量的比例分別為76.67%、67.00%、79.82%、91.76%、35.21%，均值為70.09%；侵蝕性降水次數占當月降水總次數的比例分別為50.00%、30.00%、26.32%、50.00%、18.18%，均值為34.90%。

從侵蝕角度來看，坡面侵蝕主要發生在少數降水場次中，且侵蝕性降水量占降水總量的比例較高，這與已有研究認為坡面侵蝕是由少數短歷時、高強度降水事件引起的結論一致。研究區全年降水總量為1 548.9 mm，降水總次數為178次（侵蝕性降水39次），其中汛期降水總量和侵蝕性降水量分別占全年總量的69.51%和46.37%，汛期降水總次數和侵蝕性降水次數分別占全年總次數的44.38%和13.48%，汛期侵蝕性降水次數占全年侵蝕性降水總次數的61.54%。結果表明，研究區的降水及侵蝕性降水主要集中在汛期，且坡面侵蝕主要集中在汛期的幾場強降水事件中。

3.2 產流產沙特征分析

3.2.1 汛期不同土地利用類型產流特征

從產流特征來看（見圖2），不同土地利用類型（裸地、旱地、林地和草地）坡面的月徑流量均表現為6、7月顯著大于5、8、9月，4種地類在6—7月的徑流量之和分別占汛期（5—9月）徑流總量的66.65%、91.25%、90.74%和100%。但4種地類汛期徑流總量差異較大，其中裸地汛期徑流總量最大，達17 930.21 L，旱地、林地和草地汛期徑流總量相較于裸地分別減小了39.36%、91.92%和99.28%，其中林地和草地的減流效益均超過90%。從時間分布來看，4種地類在6月均有產流，產流量為旱地＞裸地＞林地＞草地，出現旱地產流量比裸地多7.50%的原因是旱地經過人為翻耕及日常管護，在強降水條件下可能出現超滲產流現象；草地在5、7、8、9月均未出現產流，林地和旱地在9月無產流，而裸地則是在整個汛期均出現了產流。各地類出現8—9月徑流量較6—7月顯著減小的原因可能是8—9月多為長歷時低強度降水，前期土壤含水量偏低促進了降水入滲，加之氣溫高、蒸發量大，導致地表徑流量減少，而林地和草地受植被根系在地下穿插等作用影響，降雨入滲量增大，徑流量減小。整體來看，地表缺少防護或者未經人為耕作的裸地，在整個汛期均出現產流現象，而坡面經過植被防護（林地和草地）或有耕作措施（旱地）相比裸地可有效增加降水入滲，減小地表徑流量。

3.2.2 汛期不同土地利用類型產沙特征

圖3為4種不同土地利用類型小區汛期各月侵蝕量特征。從時間分布來看，裸地、旱地、林地和草地在6月的侵蝕量最大（1.27～770.04 g/m2），分別占其汛期總侵蝕量的40.74%、65.94%、72.01%和100%，這與坡面徑流特征（圖2）規律相似，進一步證明徑流是導致侵蝕的主要驅動因素。從不同地類來看，除6月外，裸地在5、7、8月，以及旱地在5、7月的侵蝕量也較明顯（超過90 g/m2）；而旱地、林地在9月，以及草地在5、7、8、9月均未出現侵蝕現象（侵蝕量為0）；裸地在汛期的總侵蝕量為1 890.16 g/m2，旱地（汛期總侵蝕量為914.73 g/m2）相較于裸地減少了51.61%；林地和草地汛期總侵蝕量分別為25.01、1.27 g/m2，相比裸地分別減少了98.68%和99.93%，相比旱地也分別減少了97.27%和99.86%。結果表明，尤其是在有水土保持措施的小區，自然降水引發坡面侵蝕主要集中在少數極端降水事件，并非在全年均有發生，即使在汛期，有水土保持措施的小區也可能無侵蝕情況發生。

對比旱地、林地和草地相較于裸地的減流減沙效益，可以進一步分析不同水土保持措施的水土保持效益。旱地、林地和草地的減流效益分別為39.36%、91.92%和99.28%，減沙效益分別為51.61%、98.68%和99.93%，總體來看，3種有水土保持措施小區均呈現減沙效益大于減流效益，特別是旱地表現得比林地和草地更顯著，這與已有研究結果一致。草地僅在6月出現了產流產沙，林地在5—8月均出現了產流產沙，且產流產沙量較裸地和旱地明顯較少，這進一步證實了植物措施具有明顯的蓄水減沙效益，且草地相較于林地的蓄水減沙效益更顯著。

3.3 產流產沙與降水相關性分析及水沙關系

降水是坡面徑流的主要來源，而徑流是坡面產沙的主要驅動力和輸送泥沙的載體，分析產流產沙與降水特征的相關性可以進一步揭示坡面侵蝕的內在機制。表2為4種土地利用類型汛期月徑流量、侵蝕量與降水總量、侵蝕性降水量的相關性，以及侵蝕量與徑流量的相關性分析結果。由表2知，裸地和旱地的徑流量與侵蝕性降水量呈顯著相關（相關系數分別為0.536、0.624，p＜0.05），而林地和草地的徑流量與兩種降水量相關性均不顯著（p＞0.05）。同時，4種土地利用類型的侵蝕量與兩種降水量之間相關性均不顯著（p＞0.05）。相關性分析表明，對于原始坡面（裸地）和人為擾動較大的坡面（旱地），徑流量與侵蝕性降水量之間存在顯著相關性，但對于人為擾動小且經過生態修復的坡面（林地和草地），由于下墊面理化特性發生變化，進而改變了坡面徑流特征，因此徑流量與降水量之間的關系不顯著。此外，相關性分析結果表明，4種土地利用類型的侵蝕量與徑流量之間均呈極顯著相關（相關系數達到0.784～0.999，p＜0.01），其中裸地產流產沙的相關性高于旱地和林地，但小于草地。

基于相關性分析結果，4種土地利用類型的侵蝕量與徑流量均呈極顯著相關（p＜0.01），其線性擬合結果見圖4。裸地、旱地、林地和草地的侵蝕量均可用徑流量的線性函數進行表征（R2為0.590 4～1.000 0），均呈現明顯的“水多沙多”特點。根據擬合方程的系數，在相同徑流條件下，裸地造成的侵蝕量分別是旱地、林地和草地的1.713 9、10.269 8、13.070 7倍，旱地侵蝕量分別是林地和草地的5.992 1、7.626 3倍，林地是草地的1.272 7倍。結果表明，采用水土保持措施（耕作措施、植物措施）可以顯著減輕坡面侵蝕，且種草效果好于植樹，植物措施產生的水土保持效益顯著高于耕作措施。

4 結論

1）試驗站所在大石河小流域年降水主要集中在汛期（5—9月），汛期月侵蝕性降水量占當月降水總量的均值為70.09%，汛期月侵蝕性降水次數占當月降水總次數的34.90%，可見試驗站徑流小區坡面水土流失主要是由汛期的少數極端降水事件導致的。

2）4種土地利用類型6—7月的產流量占汛期總產流量的66.65%～100%。相比裸地，旱地（耕作措施）減流效益較低，為39.36%，林地和草地減流效益均超過90%，且草地減流效益高于林地。

3）4種土地利用類型6月侵蝕量占汛期總侵蝕量比例為40.74%～100%。相比裸地，汛期旱地、林地和草地的減沙效益分別為51.61%、98.68%和99.93%，均高于相應的減流效益。

4）裸地和旱地的徑流量與侵蝕性降水量呈顯著相關性（p＜0.05），4種土地利用類型的侵蝕量與徑流量之間均呈極顯著相關性。根據擬合方程的系數，相同徑流條件下，裸地造成的侵蝕量分別是旱地、林地和草地的1.713 9、10.269 8、13.070 7倍。

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（責任編輯 李楊楊）