吳 迪

(昌圖縣水利水電工程移民局，遼寧 鐵嶺 112500)

水土資源是人類賴以生存的根本，也是經(jīng)濟發(fā)展及社會進步的主要基礎(chǔ)。做好水土保持工作對保證社會穩(wěn)定、經(jīng)濟發(fā)展及環(huán)境保護具有重要意義。而基于目前我國實際情況分析，人類的不合理活動及地理環(huán)境等多種因素共同作用，導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重，而生態(tài)脆弱性是主要因素，對生態(tài)及經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴(yán)重影響。對于此，研究坡耕地水土流失相關(guān)因素進行分析有助于我國水土流失的治理具有普遍意義。筆者與沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院合作對不同植物措施下坡耕地產(chǎn)沙規(guī)律進行了研究。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院綜合試驗基地的水土保持室外徑流小區(qū)進行。試驗區(qū)位于遼寧省沈陽市東陵區(qū)(東經(jīng)123°27′，北緯41°44′)，海拔44.7m，屬于溫帶半濕潤大陸性氣候，全年平均氣溫8.8℃，年平均降水量780mm。土壤類型為棕壤土，原土采集后去除石塊、落葉等雜質(zhì)，過5mm的篩子。采用分層填土并用腳踩實，土壤嚴(yán)格容重控制在12kN/cm3。將布設(shè)好的試驗小區(qū)靜置一段時間，使土層結(jié)合緊密以接近原土體狀態(tài)。

1.2 試驗方法

室外徑流小區(qū)水平投影長8m，寬1m，共有8個小區(qū)，編號依次為1～8，其中四周邊埂采用磚砌，并用水泥砂漿抹面，徑流小區(qū)底端設(shè)置簸箕型集水槽，并用接樣桶采集坡面徑流。徑流小區(qū)坡面坡度采用10°和15°兩種，在沖刷試驗開始前，對土壤進行翻耕處理，形成橫壟，以模擬坡耕地翻耕后的狀況。自制一個放水沖刷裝置包括水箱、穩(wěn)流槽、急流槽等，確保出水流量的穩(wěn)定均勻。另外在放水口處安裝水表，準(zhǔn)確調(diào)節(jié)設(shè)計流量。徑流沖刷前，計算各坡含水率，使用大噴壺用不同水量將小區(qū)表層土壤(≤20cm)潤濕至飽和，以消除各坡之間前期含水量的差異，最后靜置12h。小區(qū)布置完畢之后，并盡量避免人為擾動。

本實驗分為兩部分進行，即布設(shè)植被之前與布設(shè)植被(大豆、花生、地瓜)之后。前部分在已布設(shè)條件下，分別用3、6、9、12L/min流量沖刷4個10°坡和4個15°坡的坡面，待坡面徑流產(chǎn)生時，每隔1min接一次樣，一次試驗時間為30min。后部分實驗在布設(shè)植被之后，1～4號為10°坡，分別設(shè)置為地瓜、花生、大豆、裸坡。5～8號為15°坡，布設(shè)的植被與10°形成對照，順序為裸坡、大豆、花生、地瓜。每個裸坡做一次重復(fù)。將產(chǎn)沙情況進行記錄，沖刷結(jié)束以后，把集流桶中的泥沙樣封蓋，靜置24h，讓泥沙沉淀，并防止水分蒸發(fā)，24h后把集流桶內(nèi)澄清的水倒進容器，然后用量桶測出水的體積并做好記錄，同時，準(zhǔn)備鋁盒，稱重后與各個樣品對應(yīng)，之后將把集流桶下部沉淀下來的泥沙倒入干凈的鋁盒(用水將采樣瓶中的泥沙沖洗干凈)，該鋁盒中的水沙即為泥沙樣。將渾水泥沙樣放入烘箱，調(diào)至105°C，烘干8h(泥沙完全干燥時方可)，關(guān)閉烘箱電源，冷卻30min后，稱重并做好記錄，最后將實驗中用的采樣瓶和鋁盒清洗干凈備用。

1.3 數(shù)據(jù)分析

本試驗采用Excel 2007整理數(shù)據(jù)和繪制圖表。其中，4個計算不同農(nóng)作物處理下的減沙量的參數(shù)為減沙效益(SRB，%)，計算公式如下：

SRB=(Sb-Sv)/Sb×100%

(1)

式中，Sb和Sv—裸地土壤和植被土壤的產(chǎn)沙量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同坡度對坡耕地產(chǎn)沙的影響

不同農(nóng)作物在10°和15°坡的產(chǎn)沙量，如圖1所示。

圖1 不同農(nóng)作物在10°和15°坡的產(chǎn)沙量對比圖

已有研究表明：坡度與水土流失量呈正相關(guān)關(guān)系，隨著坡度增大，流速大，沖力強，雨滴濺起的泥漿容易被帶走，徑流含沙量多，徑流量和沖刷量相應(yīng)增加[1]。

2.2 不同坡度對坡耕地產(chǎn)沙的影響

從圖1可以看出，各個處理隨著坡度的增加，坡耕地的產(chǎn)沙量顯著增加，增加的順序為：花生<大豆<地瓜<裸地。這可能是因為投影面積一定的情況下，隨著坡度的增大，單位面積徑流量及沖刷量相應(yīng)變小有關(guān)。

2.3 不同農(nóng)作物對坡耕地產(chǎn)沙的影響

從圖1可以看出，當(dāng)坡度為10°時，與裸地相比，坡耕地農(nóng)作物產(chǎn)沙量呈下降趨勢，下降的順序為裸地>大豆>花生>地瓜，下降的比例分別為50.7%、35.8%和19.6%，表明大豆對10°坡耕地的減沙作用明顯，花生次之，地瓜最差。當(dāng)坡度為15°時，與裸地相比，坡耕地農(nóng)作物產(chǎn)沙量呈下降趨勢，下降的順序為裸地>花生>大豆>地瓜，下降的比例分別為55.9%、50.2%和36.3%，表明花生對15°坡耕地的減沙作用明顯，大豆次之，地瓜最差。綜合以上分析可知，地瓜在不同坡度下的減沙作用最差，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的可能是因為農(nóng)作物的冠層和殘茬通過吸收降雨動能，阻止了土壤顆粒分散和移動，避免土壤結(jié)皮的產(chǎn)生，增加土壤的粗糙度，從而改善土壤的入滲性能造成的[2]。

2.4 不同作物對坡耕地減沙效益的影響

為了進一步研究不同作物對坡耕地減沙效益的影響，分析了大豆、花生、地瓜6個徑流小區(qū)的減沙效益，見表1。

表1不同農(nóng)作物在10°和15°坡減沙效益單位：%

從表1可以看出，當(dāng)坡度為15°的坡耕地，坡耕地的減沙效益由50.64%降低到19.53%，且表現(xiàn)為種植大豆的坡耕地減沙效益最大，花生的減沙效益略小，地瓜的減沙效益最小，這一變化規(guī)律與10°坡不同作物的產(chǎn)沙量的研究結(jié)果是一致的。當(dāng)坡度為10°的坡耕地，坡耕地的減沙效益由50.21%降低到36.31%，種植花生的坡耕地減沙效益最大，大豆的減沙效益略小，地瓜的減沙效益最小，這一變化規(guī)律與15°坡不同作物的產(chǎn)沙量的研究結(jié)果是一致的。綜合以上分析，不同農(nóng)作物在不同坡度下對坡耕地具有不同程度的減沙效果，且大豆的減沙效果較大。

不同作物覆蓋度對15°坡耕地產(chǎn)沙作用的影響，如圖2所示，隨著覆蓋度的增加，不同作物的產(chǎn)沙率降低，這可能是因為植被對降雨的截留作用使降雨侵蝕力在達(dá)到地面時大大減小，或者植被地上部分加大了地面粗糙率，減緩了徑流，減小了徑流的流速，減弱了徑流的沖刷；同時地下發(fā)達(dá)的根系組成網(wǎng)狀，疏松了土壤、增加了土壤空隙從而增加了入滲，使徑流量和侵蝕量大大的減少。不同作物的徑流小區(qū)在相同覆蓋度下，坡耕地的產(chǎn)沙率具有明顯差異，但覆蓋率達(dá)到75%時，不同作物的產(chǎn)沙率都降低到一個相同的水平上，這表明土壤覆蓋度可能與產(chǎn)沙率存在某種關(guān)系。

圖2 不同覆蓋度下與不同作物的產(chǎn)沙率之間的關(guān)系

2.5 不同沖刷流量對15°坡耕地產(chǎn)流量產(chǎn)沙量增減效益的影響

為了進一步研究不同作物對坡耕地減沙效益的影響，采用3、6、9、12L/min四個流量進行徑流沖刷實驗，不同作物的減沙效益見表2。

表2 不同沖刷流量條件下種植大豆作物坡耕地的產(chǎn)流量產(chǎn)沙量增減效益

從表2可以看出，在15°坡上種植大豆后，坡耕地的產(chǎn)沙量隨著沖刷流量的增加而增加，與12L/min的沖刷量產(chǎn)生的坡耕地產(chǎn)沙量相比，其它各沖刷量的坡耕地呈現(xiàn)減沙作用，且減沙作用表現(xiàn)為：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的減沙效益由38.6%升高到97.9%。這說明不同沖刷流量對大豆作物具有明顯的減沙作用，且3L/min的減沙效益最大，9L/min最小。

采用3、6、9、12L/min四個流量對種植花生的徑流小區(qū)進行徑流沖刷實驗，種植花生的坡耕地減沙效益見表3。

表3 不同流量條件下15°花生作物種植坡面產(chǎn)流量產(chǎn)沙量增減效益

從表3可以看出，在15°坡上種植花生后，坡耕地的產(chǎn)沙量隨著沖刷流量的增加而增加，與12L/min的沖刷量產(chǎn)生的坡耕地產(chǎn)沙量相比，其它各沖刷量的坡耕地呈現(xiàn)減沙作用，且減沙作用表現(xiàn)為：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的減沙效益由38.6%升高到97.2%。這說明不同沖刷流量對花生作物具有明顯的減沙作用，且3L/min的減沙效益最大，9L/min最小。

采用3、6、9、12L/min四個流量對種植花生的徑流小區(qū)進行徑流沖刷實驗，種植花生的坡耕地減沙效益見表4。

表4 不同流量條件下15°地瓜作物種植坡面產(chǎn)流量產(chǎn)沙量增減效益

從表4可以看出，在15°坡上種植地瓜后，坡耕地的產(chǎn)沙量隨著沖刷流量的增加而增加，與12L/min的沖刷量產(chǎn)生的坡耕地產(chǎn)沙量相比，其它各沖刷量的坡耕地呈現(xiàn)減沙作用，且減沙作用表現(xiàn)為：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的減沙效益由45.3%升高到97.8%。這說明不同沖刷流量對地瓜作物具有明顯的減沙作用，且3L/min的減沙效益最大，9L/min最小。

3 結(jié)語

(1)各個處理隨著坡度的增加，坡耕地的產(chǎn)沙量顯著增加，增加的順序為：花生<大豆<地瓜<裸地。坡耕地農(nóng)作物產(chǎn)沙量呈下降趨勢，下降的順序為裸地>大豆>花生>地瓜；坡耕地農(nóng)作物產(chǎn)沙量呈下降趨勢，下降的順序為裸地>花生>大豆>地瓜。綜合以上分析可知，地瓜在不同坡度下的減沙作用最差。

(2)隨著覆蓋度的增加，不同作物的產(chǎn)沙率降低；不同作物的徑流小區(qū)在相同覆蓋度下，坡耕地的產(chǎn)沙率具有明顯差異，但覆蓋率達(dá)到75%時，不同作物的產(chǎn)沙率都降低到一個相同的水平上；不同沖刷流量對農(nóng)作物具有明顯的減沙作用，且3L/min的減沙效益最大，9L/min最小。

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