鄭江坤，李靜苑，秦 偉，單志杰，李 柏，郎登瀟，馬 星，廖 峰

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川北紫色土小流域植被建設(shè)的水土保持效應(yīng)

鄭江坤1,2，李靜苑1,2，秦 偉3,4，單志杰3,4，李 柏3,4，郎登瀟1，馬 星1，廖 峰1

（1. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，成都 611130；2. 四川省高校水土保持與荒漠化防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 611130；3. 中國水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048；4. 水利部水土保持生態(tài)工程技術(shù)研究中心，北京 100048）

定量評價(jià)林草植被的水土保持功能對合理指導(dǎo)紫色土區(qū)的流域綜合治理具有重要作用。該研究基于鶴鳴觀流域Ⅱ號支溝1985－2001年逐日徑流量和輸沙量，結(jié)合實(shí)測日降雨量，采用Spearman秩相關(guān)統(tǒng)計(jì)法分析流域徑流和輸沙變化趨勢，應(yīng)用流量歷時(shí)曲線和雙累積曲線分析流域植被建設(shè)實(shí)施前后徑流和輸沙變化特征，并定量評估植被建設(shè)的水土保持效應(yīng)。結(jié)果表明：結(jié)合防護(hù)林營造時(shí)間和雙累積曲線分析，把水文序列分為基準(zhǔn)期（1985－1990年）和評價(jià)期（1991－2001年），相比基準(zhǔn)期，評價(jià)期小流域的年均降水量減少約8.1%，而年徑流深和年輸沙模數(shù)卻分別減少34.6%和89.9%，說明以植被建設(shè)為主的人類活動(dòng)起到重要作用。同時(shí)，植被建設(shè)的削洪增枯效果明顯，評價(jià)期的豐水日徑流深和平水日徑流深較基準(zhǔn)期分別減少了84.2%和76.3%，而枯水日徑流深卻增加了650.0%；結(jié)合雙累積曲線和分離判別法可知，植被建設(shè)在徑流和輸沙變化中的貢獻(xiàn)率分別達(dá)92.9%和94.3%，大規(guī)模的植被建設(shè)在減少土壤侵蝕的同時(shí)也減少了產(chǎn)流量，考慮到水安全問題，未來植被建設(shè)應(yīng)合理規(guī)劃。

植被；徑流；泥沙；紫色土；保水固土；流量歷時(shí)曲線；雙累積曲線

0 引 言

降雨徑流的形成過程是降雨經(jīng)植物截留、填洼和下滲等損失后，在重力作用下沿坡面流動(dòng)的淺層明流，結(jié)合地下徑流匯聚到河槽，形成出口斷面的流量過程[1]。坡面薄層水流是坡面徑流的初始階段和坡面侵蝕演變的初始動(dòng)力，繼而可發(fā)展為淺溝侵蝕和溝道侵蝕[2]。一些學(xué)者探討了模擬降雨或放水沖刷試驗(yàn)下不同土壤質(zhì)地的坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙狀況。李學(xué)增等[3]通過室內(nèi)模擬沖刷試驗(yàn)，得出不同沖刷槽寬度下的累計(jì)徑流量差異不顯著，而累計(jì)產(chǎn)沙量和平均含沙量差異顯著；史東梅等[4]通過野外放水沖刷法研究了不同土石比工程堆積體徑流侵蝕規(guī)律，提出偏土質(zhì)坡體的產(chǎn)流產(chǎn)沙量大于偏石質(zhì)坡體；李建明等[5]利用室內(nèi)模擬降雨方法研究了3種土壤質(zhì)地工程堆積體徑流產(chǎn)沙規(guī)律，發(fā)現(xiàn)砂土堆積體的徑流侵蝕量均為最大；魏霞等[6]通過室內(nèi)交替凍融試驗(yàn)和模擬降雨試驗(yàn)，得出交替凍融作用對產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響小，而土壤質(zhì)量含水率的影響較大；唐輝等[7]提出降雨后，地表粗糙度的增幅最小，而洼地蓄積量的增幅最大，地形因子與產(chǎn)流率和累計(jì)產(chǎn)沙量之間呈線性相關(guān)。同時(shí)，耕作措施和土地利用格局也會(huì)影響坡面的徑流輸沙。謝頌華等[8]研究了南方紅壤區(qū)不同耕作措施的減流減沙規(guī)律，提出橫坡間作優(yōu)于順坡間作，且套種作物能夠有效防止水土流失；陳洪松等[9]通過13個(gè)大型徑流小區(qū)5 a的定位觀測，得出喀斯特峰叢洼地以微度土壤侵蝕為主，土地利用方式對侵蝕產(chǎn)沙影響較小；佘冬立等[10]發(fā)現(xiàn)土地利用鑲嵌格局是控制水土流失的重要措施，相對于單一利用的坡耕地小區(qū)，混合利用格局可有效攔截坡面徑流侵蝕。相比于坡面尺度，流域尺度由于影響因素多，干擾作用大，這就增加了相關(guān)研究的復(fù)雜性和不確定性；流域徑流和侵蝕產(chǎn)沙是氣候條件與下墊面綜合作用的復(fù)雜產(chǎn)物，降水變化影響流域水沙輸移過程，人類活動(dòng)通過改變土地利用方式和實(shí)施水土保持措施來改變流域下墊面，使產(chǎn)流產(chǎn)沙機(jī)制發(fā)生變化[11-12]。以工程措施為主治理水土流失在措施生效期間能有效減少水沙，但無法改善流域內(nèi)部侵蝕狀況，解決水土流失問題的根本途徑在于恢復(fù)植被[13]。趙躍中等[14]提出以植被恢復(fù)為主導(dǎo)的水土保持措施減沙作用極強(qiáng)；郭軍庭等[15]研究表明潮河流域產(chǎn)流產(chǎn)沙隨植被覆蓋增加呈大幅減少趨勢；藺鵬飛等[16]通過對北洛河流域的研究，提出退耕還林（草）生態(tài)工程能發(fā)揮良好的蓄水保土、減少泥沙等生態(tài)效益；Hueso-González等[17]也認(rèn)為恢復(fù)植被是控制地中海流域水土流失的最佳途徑。紫色土區(qū)作為土壤侵蝕最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，以往研究多集中在整地措施[18]、植物籬措施[19]，土壤水分空間異質(zhì)性[20]、土壤厚度[21]等坡面尺度上，基于流域尺度的水文過程研究較少。

本文以川北深丘型紫色土小流域?yàn)檠芯繉ο?，基于流域水文站?shí)測資料，采用水文統(tǒng)計(jì)法和趨勢分析法，確定1985－2001年時(shí)段內(nèi)徑流、輸沙變化趨勢和評價(jià)時(shí)段，定量評估植被建設(shè)活動(dòng)對流域內(nèi)產(chǎn)流產(chǎn)沙變化的影響，以期為該區(qū)生態(tài)恢復(fù)和水土流失防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

鶴鳴觀小流域位于四川省南充市南部縣（105°44′E、31°31′N），屬嘉陵江一級支流西河流域，由3條支溝組成，流域面積1.7 km2?；鶐r為白堊紀(jì)砂巖及砂質(zhì)黏土巖，土壤以石灰性紫色土為主，該流域坡耕地比重大，土層薄，復(fù)種指數(shù)高，抗蝕性差。另外，該區(qū)雨量豐富，降雨相對集中，水土流失嚴(yán)重。20世紀(jì)80年代末該區(qū)實(shí)施長江上游防護(hù)林體系建設(shè)工程，水土流失得到有效遏制，河道徑流和輸沙發(fā)生了明顯改變[22]。本研究選擇Ⅱ號支溝流域?yàn)檠芯繉ο?，流域面積為42 hm2，呈羽狀，溝道平均比降為31%（表1）。流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年平均降雨量5－10月最為集中，約占總降雨量的74%。土壤侵蝕以中強(qiáng)度侵蝕為主，自然植被類型較簡單，原始森林極少，多為天然次生林和人工林，流域內(nèi)主要樹種為榿木（Burk.）、馬尾松（Lamb.）、柏木（Endl.）、麻櫟（Carruth.）等，以榿柏混交及柏木次生林為主。該流域治理工作以林草措施為主，1987年進(jìn)行前期水土保持治理，1991年在前期治理基礎(chǔ)上，對原有工程清淤整治，新開沿山溝、排洪溝等；治理期間，共栽植榿木5.33萬株，柏木3.74萬株，桑樹（）3.14萬株，柑橘（Blanco）800株，種植馬桑（Wall.）、黃荊（Linn.）約10.33 hm2；依據(jù)植被建設(shè)實(shí)施時(shí)間把研究時(shí)段劃分為基準(zhǔn)期（1985－1990年）與評價(jià)期（1991－2001年）。評價(jià)期土地利用結(jié)構(gòu)和林草覆蓋率發(fā)生了顯著改變，具體數(shù)據(jù)見表2。

表1 鶴鳴觀Ⅱ號支溝流域特征值

表2 鶴鳴觀Ⅱ號支溝小流域土地利用結(jié)構(gòu)變化

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究選擇升鐘水土保持試驗(yàn)站1985－2001年逐日降水觀測資料、卡口站逐日徑流量和輸沙量，資料摘自《四川省水土保持試驗(yàn)站觀測成果資料匯編》。采用逐日數(shù)據(jù)累計(jì)到月、年等時(shí)段內(nèi)，進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析。由于流域面積小，干流長度僅0.35 km，河網(wǎng)密度也較?。ū?），枯期（11月至次年4月）基本上無產(chǎn)流產(chǎn)沙數(shù)據(jù)，故本文采用汛期（5－10月）數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)分析。鶴鳴觀Ⅱ號支溝小流域地處深山區(qū)，林地和荒地治理后較治理前變化較大，變化百分率分別達(dá)到107.18%和?64.64%，而農(nóng)耕地和建設(shè)用地變化較小，變化率均低于21%（表2）；且該小流域沒有庫壩工程建設(shè)，故將植被建設(shè)作為人類活動(dòng)的表現(xiàn)形式，進(jìn)而研究其對流域產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響。

2.2 研究方法

2.2.1 要素的變化趨勢分析

根據(jù)流域年徑流深及年輸沙量變化，結(jié)合植被建設(shè)實(shí)施時(shí)間把研究時(shí)段劃分為基準(zhǔn)期（1985－1990年）與評價(jià)期（1991－2001年）。徑流趨勢分析采用Spearman秩相關(guān)檢驗(yàn)非參數(shù)統(tǒng)計(jì)法，對數(shù)據(jù)序列的時(shí)間趨勢性進(jìn)行檢測，公式如下[23]

式中為Spearman秩相關(guān)系數(shù)；d為變量X和Y的差值，X為原時(shí)間順序排列序號，Y為變量（輸沙量和徑流量）從小到大排列的序號；為元素個(gè)數(shù)。

2.2.2 流量歷時(shí)曲線

分析流域某一給定流量與發(fā)生頻次關(guān)系的流量歷時(shí)曲線，表示某一流量超過某一流量記錄的時(shí)間比例，綜合描述流域徑流從枯水到豐水整個(gè)階段的特征，可較好反映流域降雨徑流特性[16]，故常應(yīng)用于土地利用引起的區(qū)域水文特征變化和環(huán)境效應(yīng)研究中。按研究期的日流量從大到小排序，排序軸上發(fā)生頻率所占比重為5%、50%和95%時(shí)所對應(yīng)的流量分別代表豐水流量、平水流量和枯水流量。在趨勢分析基礎(chǔ)上采用日徑流數(shù)據(jù)構(gòu)建曲線，分析植被建設(shè)前后時(shí)期豐水、平水和枯水等不同頻率下徑流情勢，通過計(jì)算植被建設(shè)前后相同頻率下的徑流深之差與實(shí)施前同一頻率下徑流深的百分比，即為實(shí)施前后不同頻率徑流的相對變化比例。

2.2.3 雙累積曲線法

雙累積曲線法是目前分析水文要素一致性或長期變化趨勢最簡單直觀的方法。繪制年降水量-年徑流輸沙曲線，若流域下墊面特性保持不變，徑流主要受降水影響（極端降水事件除外），2變量各自累積值在直角坐標(biāo)系表示為一條直線；若曲線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則流域下墊面發(fā)生變化，可確定斜率轉(zhuǎn)折點(diǎn)為降水-徑流、輸沙關(guān)系受植被建設(shè)影響發(fā)生變化的時(shí)間，以此進(jìn)行時(shí)段劃分，確定基準(zhǔn)期時(shí)段，將基準(zhǔn)期實(shí)測值變量間建立的關(guān)系式帶入評價(jià)期，得到僅降水量變化而不考慮下墊面變化情況下評價(jià)期模擬的徑流累積值[24]。

2.2.4 分離判別法

采用流域水文模擬途徑分析植被建設(shè)對流域徑流和輸沙的影響，依據(jù)實(shí)測水文過程變化特性和植被建設(shè)狀況劃分基準(zhǔn)期與效應(yīng)期。利用基準(zhǔn)期的降雨及徑流輸沙資料確定水文模型，保持模型參數(shù)不變，將植被建設(shè)影響期間的降雨及徑流輸沙資料輸入模型還原出模擬徑流量和輸沙量，反映出無植被建設(shè)影響下的產(chǎn)流產(chǎn)沙過程[25]。

式中ΔW為徑流輸沙在植被建設(shè)前后變化量；ΔW為植被建設(shè)對徑流、輸沙的影響量，即效應(yīng)期實(shí)測值與模擬值間的減少量；ΔW為降水因子對徑流、輸沙的影響量；W為基準(zhǔn)期的實(shí)測徑流、輸沙量；W為植被建設(shè)影響時(shí)期的實(shí)測徑流、輸沙量；W為植被建設(shè)影響時(shí)期的模擬徑流、輸沙量；文中徑流量和輸沙量的單位分別為mm和t。由水文模型計(jì)算得出，η和η分別為植被建設(shè)和降水因子對徑流輸沙影響的百分比，%。

3 結(jié)果與分析

3.1 徑流輸沙演變趨勢分析

鶴鳴觀小流域水土流失嚴(yán)重，河流泥沙含量高，長江防護(hù)林工程不斷推進(jìn)后，徑流輸沙量明顯減少。由圖1和表3可知，1990年后輸沙模數(shù)呈明顯下降趨勢，年降雨量較植被建設(shè)前減少約8.1%，年徑流深及輸沙模數(shù)卻分別減少34.6%及89.9%，輸沙模數(shù)和徑流深均隨降雨量呈同步變化，降雨量在1997年后出現(xiàn)小幅增加，同時(shí)輸沙模數(shù)也有一定程度的增加。年徑流量及輸沙模數(shù)的Spearman秩相關(guān)系數(shù)為負(fù)值，其中輸沙模數(shù)秩相關(guān)系數(shù)在0.01水平上呈顯著性變化，降雨量和徑流量的變化未達(dá)到任何顯著性水平。隨著時(shí)間的推移，輸沙量有顯著減小趨勢，但徑流量下降趨勢微弱，說明植被建設(shè)能夠顯著減少土壤侵蝕，但對年徑流的作用不明顯。

表3 鶴鳴觀Ⅱ號支溝小流域水文要素年際變化的Spearman秩相關(guān)分析

3.2 植被建設(shè)的水文效應(yīng)

與基準(zhǔn)期相比，評價(jià)期的日徑流深在發(fā)生頻率為80%之前較小且差值趨于縮小，而在頻率為80%之后較大且差值趨于增大（圖2）。豐水期日徑流深和平水期日徑流深分別減少了84.2%和76.3%，而枯水期日徑流深則大幅增加，較基準(zhǔn)期增加了650.0%，說明植被建設(shè)在減少年徑流總量時(shí)，也在一定程度上削弱和調(diào)控了豐水和平水流量（表4），同時(shí)導(dǎo)致枯水徑流劇烈變化[2]。

根據(jù)以上分析結(jié)果，植被建設(shè)后，流域流量歷時(shí)曲線趨于平緩，日徑流量變化較前期趨于均勻，枯水徑流增加明顯，豐水和平水流量變化較平緩，徑流量有所減少。植被建設(shè)增強(qiáng)了流域下墊面的降水入滲能力，增加了徑流的下滲量和截留量，延緩徑流發(fā)生，影響流域產(chǎn)匯流機(jī)制，因而豐水和平水流量有所減緩。根據(jù)降雨的分析，鶴鳴觀Ⅱ號流域降水呈減少趨勢。降水是流域徑流的主要來源，鶴鳴觀流域以超滲產(chǎn)流為主，而林冠層在極端降雨等事件中，最大儲(chǔ)蓄水量達(dá)到飽和后反而有利于產(chǎn)流，且水土保持措施的實(shí)施有利于流域涵養(yǎng)水源補(bǔ)給枯季流量，故在植被建設(shè)后枯水流量反而有所增加[26]。

表4 鶴鳴觀Ⅱ號支溝小流域不同發(fā)生頻率日徑流深及其變化率

注：表中豐水日徑流深代表發(fā)生頻率為5%時(shí)的日徑流深，豐水變化率表示評價(jià)期較基準(zhǔn)期發(fā)生頻率為5%的變化比率，以此類推。

Note: Runoff depth under high flow refers to daily runoff depth at frequency of 5%. Change percentage of high flow refers to change ratio between evaluation period and reference period at frequency of 5%, and so on.

3.3 植被建設(shè)的減流減沙作用

由圖3可知，累積降雨量與累積徑流深、累積輸沙量均呈正相關(guān)。極端降水事件雖增加了曲線波動(dòng)，但年徑流深與年降雨量關(guān)系基本成一直線，總體呈線性增加，植被措施對徑流影響較小。由年降雨量-年輸沙量關(guān)系可知1989年后斜率明顯偏小，前期簡單的治理措施有所成效。1991年后曲線向下偏轉(zhuǎn)基本呈水平，1995—1997年曲線斜率趨于水平，成為水沙的平穩(wěn)下降段，1997年以后年降水量恢復(fù)性增加，使得雙累積曲線繼續(xù)向下偏轉(zhuǎn)的幅度得到了遏制，說明輸沙量明顯減少，植被建設(shè)對減沙效果顯著，也進(jìn)一步驗(yàn)證1991年為植被建設(shè)生效的轉(zhuǎn)折年。

20世紀(jì)80年代前由于自然條件及人類活動(dòng)破壞，水土流失十分嚴(yán)重，1987年進(jìn)行前期水土保持治理，1991年實(shí)施以林草措施為主的治理措施，水土流失得到進(jìn)一步治理，是該時(shí)期流域水沙減少的重要原因。水沙關(guān)系在90年代初發(fā)生轉(zhuǎn)變，沿程減弱。隨著流域綜合治理的不斷開展，依據(jù)雙累積曲線法計(jì)算得出，至2001年植被建設(shè)已累計(jì)減少徑流798.9 mm，減少輸沙5 096.8 t（圖3）。降水對流域減水減沙的影響力在逐步減弱。植被建設(shè)是影響流域輸沙減少的主要驅(qū)動(dòng)力，也逐漸成為影響流域輸沙變化的主要因素，對基準(zhǔn)期年降水量與徑流量和輸沙量累積值分別進(jìn)行擬合，得到擬合曲線及方程并進(jìn)行計(jì)算，由分離判別法可知，植被建設(shè)在減水減沙方面的貢獻(xiàn)率分別為92.9%和94.3%（表5）。由于植被能夠通過林冠層和地被層降低降雨的擊濺作用，消弱雨滴對地表的濺蝕動(dòng)能，同時(shí)，通過增加土壤中的根系含量，增加土壤入滲，從而減少地表徑流。植被建設(shè)可以增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，從而提高土壤的抗沖抗蝕能力，減少輸沙量。由于小流域尺度上的徑流由地表徑流和地下徑流組成，故植被建設(shè)在年尺度上對徑流的影響較小，但對徑流的年內(nèi)分配的作用較大。土壤侵蝕主要發(fā)生在土壤表層，植被通過根系固土、改善土壤結(jié)構(gòu)、增加入滲等方式顯著地減少了輸沙的輸移量，故而減沙效果優(yōu)于減流。

表5 植被建設(shè)對鶴鳴觀Ⅱ號支溝小流域徑流深、輸沙量變化的貢獻(xiàn)

4 討 論

4.1 植被建設(shè)調(diào)節(jié)溝道徑流作用

評價(jià)期期間沒有增加工程措施，和基準(zhǔn)期相比，荒地大量減少，林地約增加了1倍，說明很多荒地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?，而林地對流域徑流變化的敏感性最?qiáng)[27]。通過圖1可知，流域評價(jià)期年徑流量較基準(zhǔn)期有一定的減少，說明隨著森林植被覆蓋度增加，枯落物層也隨之加厚，地表粗糙度增加，滯緩了地表徑流速度，再加上森林植被發(fā)達(dá)的根系結(jié)構(gòu)，有助于優(yōu)先流的生成，從而增加了土壤入滲，多數(shù)降水先與土壤相互作用，而后轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵滤蛘舭l(fā)[28]，隨著樹木生長，更多降水被截留蒸發(fā)，年降水變化不明顯的情況下蒸散發(fā)增加又必定導(dǎo)致徑流減少。但由于小流域尺度上的徑流由地表徑流和亞地表徑流組成，降水通過不同介質(zhì)傳輸后大部分仍會(huì)匯集到溝道中，故植被建設(shè)在年尺度上對徑流的影響較小。年降水量與年徑流量的線性相關(guān)性較好，說明降水是引起紫色土區(qū)溝道徑流變化的主要因素。但植被建設(shè)對徑流的年內(nèi)分配的作用得到了凸顯，有較明顯的消洪補(bǔ)枯作用。在植被覆蓋度較高的流域，汛期部分降水可先被地被物及其土壤層截留儲(chǔ)存起來，補(bǔ)充到地下，而壤中流和地下徑流流動(dòng)速度很慢，從而可以減弱洪峰流量，保留在地面以下的水分通過泉水或側(cè)向滲透等方式在枯水時(shí)期會(huì)對溝道徑流進(jìn)行一定的補(bǔ)充，從而達(dá)到調(diào)節(jié)徑流年內(nèi)分配的作用。

4.2 植被建設(shè)控制土壤侵蝕作用

簡單的流域前期治理使得林草面積迅速增加，但占總面積比例較小，部分工程措施在1990年后已失去作用，由于植被建設(shè)等人類活動(dòng)極大擾動(dòng)了下墊面，下墊面變得疏松，抗蝕性減弱，使得流域侵蝕產(chǎn)沙量在1991年有所增加，而后隨著植被生態(tài)功能的穩(wěn)定發(fā)揮，土壤侵蝕量顯著減少，在年尺度上減沙效果優(yōu)于減流。這一方面由于植被能夠通過林冠層和地被層降低降雨的擊濺作用，削弱雨滴對地表的濺蝕動(dòng)能，從而可減少擊濺侵蝕量；另一方面，植被建設(shè)可以增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，從而提高土壤的抗沖抗蝕能力，減少輸沙量[14]。此外，土壤侵蝕主要發(fā)生在土壤表層，植被通過根系固土、改善土壤結(jié)構(gòu)、增加入滲等方式也會(huì)顯著減少泥沙的輸移量[16,26]。許炯心[29]在多沙粗沙區(qū)的研究中也有類似分析。同時(shí)，徑流對流域輸沙有重要影響，流量小于某一臨界值時(shí)，單位徑流輸沙量與其呈正相關(guān)；流量超過臨界值，單位徑流輸沙量才與泥沙補(bǔ)給量有關(guān)[30]；伴隨下墊面輸沙條件改變，降水產(chǎn)流和侵蝕產(chǎn)沙能力降低，溝道流量銳減導(dǎo)致年輸沙量也顯著減少。綜上可知，森林植被對流域土壤侵蝕的控制作用更為明顯，這種主導(dǎo)作用與國內(nèi)外學(xué)者相關(guān)研究結(jié)論較為一致[31-32]。

5 結(jié) 論

1）鶴鳴觀Ⅱ號支溝小流域作為川北深丘型紫色土小流域，1985－2001年間年降雨和年徑流深沒有顯著性變化，輸沙量卻顯著減少。和基準(zhǔn)期相比，評價(jià)期輸沙模數(shù)減少了89.9%，說明以植被建設(shè)為主的人類活動(dòng)對流域產(chǎn)沙的作用更加明顯。

2）評價(jià)期流量歷時(shí)曲線較基準(zhǔn)期平緩，日徑流深年內(nèi)分配趨于均勻，說明植被建設(shè)在評價(jià)期表現(xiàn)的削洪增枯效果明顯。其中評價(jià)期豐水日徑流深和平水日徑流深分別較基準(zhǔn)期減少了84.2%和76.3%，而枯水日徑流深卻呈明顯增加趨勢，較基準(zhǔn)期增加了650.0%。

3）大規(guī)模的植被建設(shè)對該小流域的固土保水作用明顯，控制水土流失的貢獻(xiàn)率達(dá)到90%以上，且固土作用強(qiáng)于保水。考慮到上下游用水安全需求，以后進(jìn)行植被建設(shè)時(shí)，不但要控制土壤侵蝕，而且要保證水資源的供給，從而制定合理有效的水土保持措施。

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Effects of vegetation construction on soil and water conservation in small watershed of purplish soil region, northern Sichuan

Zheng Jiangkun1,2, Li Jingyuan1,2, Qin Wei3,4, Shan Zhijie3,4, Li Bai3,4, Lang Dengxiao1, Ma Xing1, Liao Feng1

(1.,,611130,;2.,611130,;3.,,100048,;4,100048,)

Purple soil is thin in depth and its corrosion resistance is poor. Coupled with heavy and concentrated rainfall and severe human disturbance, soil erosion is very serious. In recent decades, especially later 1980s, projects of forestry ecological engineering have been implemented in the area, which has brought remarkable ecological benefit. It is important for watershed manager to quantitatively evaluate soil and water conservation function of vegetation construction. Based on daily rainfall, daily runoff and daily sediment yield during 1985-2001 in Hemingguan watershed II of northern Sichuan, the change trends of runoff and sediment were analyzed by Spearman’s correlation analysis. Moreover, the effect of soil and water conservation of vegetation construction was evaluated quantitatively using the methods of double mass curve and flow duration curve. The results showed that the reference period (1985-1990) and the evaluation period (1991-2001) were separated from the hydrological sequences according to the result of double mass curve and the implement time of vegetation construction. Compared with the reference period, annual runoff depth and annual sediment delivery modulus reduced by 34.6% and 89.9% in the evaluation period, whereas annual rainfall only reduced by 8.1%. It was illustrated that vegetation construction, as the main part of human activity, played an important role for runoff and sediment reduction. With forest vegetation restoring, more and more rainfall was intercepted by canopy and litter of forest. Then the intercepted water was translated into vapor by evapotranspiration of forestland or groundwater through infiltration. If annual rainfall remained unchanged, surface runoff turned smaller as evapotranspiration grew up. Simultaneously, with forest vegetation construction, forest vegetation reduced soil erosion with the improvement of root fixation, soil structure and infiltration rate. Terrain roughness was another cause to reduce soil erosion accompanied by surface runoff. The forest vegetation might control surface runoff by lush foliage and huge root system. High flow and normal flow during the evaluation period reduced by 84.2% and 76.3% compared to those during the reference period. Nevertheless, low flow increased by 650.0%. Vegetation construction obviously reduced high flow and increased low flow. The rainfall infiltration capacity of watershed underlying surface was enhanced by the vegetation construction, which increased the rainfall infiltration content and runoff interception, and delayed the formation of runoff. Therefore, high flow turned to smaller during the period of vegetation construction. In drought period, the water stored in soil and groundwater began to be released to feed low flow. For forest watershed, a large amount of water was restored under the surface, which might provide more water than bare watershed. So, in the period of vegetation construction, low flow showed an increasing trend instead of decreasing. Combining double mass curve with separation and discrimination method, the vegetation construction’s contribution to the reduction of runoff and sediment was 92.9% and 94.3% during the evaluation period, respectively. In the watershed of 42 hm2, from 1987 to 1991, a total of 53 thousandBurk., 37 thousandEndl., 31 thousandL., 800Blanco, 10 hm2Wall.andLinn were planted. Forestland was increased from 9.72 to 20.13 hm2, which made coverage increased by over 1 time. It was seen that vegetation construction has exerted a leading role on the decrement of runoff and sediment. Furthermore, the effect of soil conservation is better than that of water conservation. When reducing the sediment, runoff is also reduced. Therefore, water safety should be taken into account besides controlling soil erosion. A reasonable vegetation construction plan is needed in the future.

vegetation; runoff; sediments; purple soil; soil and water conservation; flow duration curve; double mass curve

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.02.019

S157.1; S157.2

A

1002-6819(2017)-02-0141-07

2016-07-30

2016-11-01

水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（201501045）；中國博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目（2012M511938）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41601028）

鄭江坤，博士，副教授，主要從事生態(tài)水文與水土保持研究。成都 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，611130。Email：jiangkunzheng@126.com

鄭江坤，李靜苑，秦 偉，單志杰，李 柏，郎登瀟，馬 星，廖 峰. 川北紫色土小流域植被建設(shè)的水土保持效應(yīng)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(2)：141－147. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.02.019 http://www.tcsae.org

Zheng Jiangkun, Li Jingyuan, Qin Wei, Shan Zhijie, Li Bai, Lang Dengxiao, Ma Xing, Liao Feng. Effects of vegetation construction on soil and water conservation in small watershed of purplish soil region, northern Sichuan[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(2): 141－147. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.02.019 http://www.tcsae.org