劉艷杰

(遼寧省海城市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 海城 114200)

0 引 言

遼寧省土石質(zhì)山區(qū)的海城市水土流失以水力侵蝕為主，部分地區(qū)的侵蝕由人為造成，且主要分布于灌木林、坡耕地、老果園和荒草地等。自然條件和人類活動為引起土壤侵蝕的兩大要素，其中前者包括地形地貌、降雨、地質(zhì)、植被等因素，后者有耕作方式、過渡放牧、濫墾亂伐和基本建設(shè)等[1]。

項目區(qū)地形復雜、土層較薄，以土石質(zhì)為主，為千山山脈的延續(xù)，山地坡度>25°，暴雨過后水勢兇猛且流速極大，沿地面徑流匯集較快為水土流失創(chuàng)造了客觀條件。另外，區(qū)域年降水量受地理氣候影響分布不均勻，其中60%-70%集中于6-9月且多以暴雨形式出現(xiàn)，土壤在雨滴擊濺作用下發(fā)生解體、位移，大量的土壤在暴雨地面徑流作用下被沖刷帶走，從而產(chǎn)生嚴重的水土流失。流域內(nèi)主要分布頁巖火成巖、石灰?guī)r、沉積巖等，地表抗蝕能力低、穩(wěn)定性差且風化破碎嚴重，在集中徑流沖刷下被移動搬遷而流失。山區(qū)植被由于歷史上種種原因被嚴重破壞，現(xiàn)保留的天然次生林面積少且幼林、疏林的比例偏大。不合理的土地利用方式(毀林開荒、輪墾、撂荒、順坡耕作)進一步加劇了水土流失，且由于土地資源貧乏、人口增長等原因，燃料、飼料、肥料困難致使過渡放牧和濫墾亂砍問題突出，嚴重破壞了山區(qū)植被，使得林草覆蓋率不斷下降。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人口的增長，山區(qū)工程規(guī)模、廠區(qū)和開礦修路等開發(fā)利用項目不斷增多，人們對水土資源的利用強度不斷增大，而預防水土流失和保護生態(tài)環(huán)境的意識薄弱，人為破壞地表植被和掠奪式開發(fā)較為普遍，在汛期降雨徑流作用下隨意堆放的棄土石渣、廢料等順水而下，對下游河道產(chǎn)生嚴重堵塞，土壤侵蝕和生態(tài)破壞問題十分突出[2-3]。

水土流失不僅可導致土壤肥力下降、土層變薄、加劇干旱發(fā)展等問題，而且能夠破壞地面完整性、蠶蝕農(nóng)田、加大洪澇災害程度，對當?shù)剞r(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護和下游防洪安全構(gòu)成嚴重威脅[4-7]。因此，有效控制地力下降和土壤侵蝕亟需采取切實可行的耕作措施。文章以松樹溝小流域為例，從土壤侵蝕量、徑流量的角度觀測不同坡度的順坡和橫坡耕作措施，通過對保土效益的評價確定了適宜于遼西低山丘陵區(qū)的耕作措施。

1 研究方法

1.1 試驗區(qū)概況

項目區(qū)位于海城市析木鎮(zhèn)的東北部，形狀近似于長方形，屬渾太河流域，為低山丘陵，海拔高度75-340m。研究區(qū)大陸性季風氣候，日照時數(shù)2240.7h，無霜期約182d，多年平均降水量701.7mm，土壤有機質(zhì)含量相對較低且以草甸土、棕壤土為主。試驗區(qū)坡耕地相對分散且面積所占比重最大，大部分坡耕地土質(zhì)貧瘠且土層較薄，一般不適宜大面積水平梯田的修建，所以采取因地制宜的措施治理項目區(qū)內(nèi)的坡耕地，為實現(xiàn)坡耕地有效整治采取退耕還果、保土耕作改壟深耕等措施[8]。

對于項目區(qū)內(nèi)順坡耕地，擬采取改壟這樣的保土耕作措施，改壟向為等高線方向，同時結(jié)合深耕。其配置原則為：采取改壟措施的坡耕地的坡度適宜；采取改壟措施的坡耕地基本上屬于土層薄、不利于修筑水平梯田、且壟向為順坡的坡耕地[9-11]。項目實施期內(nèi)，計劃實施保土耕作面積30hm2，以松樹溝村(17)號圖斑為例，該圖斑面積2.95hm2，土壤為棕壤，土層厚度為80cm，坡度為5°-15°；對于25°以上及部分15°-25°的坡耕地進行退耕還果改造，計劃實施退耕還果面積16.93hm2，以松樹溝村(44)號圖斑為例，該圖斑面積7.68hm2，土壤為棕壤，土層厚度為40cm，坡度為10°-30°，實施退耕還果7hm2。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)計了規(guī)格為20m×5m的6個標準徑流小區(qū)，即3°、5°坡下的裸地、順坡、橫坡壟作小區(qū)，記錄3次重復試驗值作為每個小區(qū)的實測數(shù)據(jù)。各小區(qū)之間利用埋深≥20cm、厚5cm、高40cm的隔板隔開，長邊沿順坡方向。將具有導流功能的集流槽設(shè)置于小區(qū)底部，用于降雨的匯集。槽上表面為寬5km的水平面、中部和下沿為傾斜陡槽和擋土墻，降水進入集流口后流經(jīng)管道并匯集于流桶中，通過采取砂漿抹面處理確保表面平整。另外，為避免雨水的流入將防雨設(shè)備設(shè)置于集流桶上。降水情況的觀測和記錄來源于試驗小區(qū)附近的氣象觀測站，對6個標準試驗小區(qū)的各場次降雨徑流量進行觀測記錄，并采集每一次降雨后的水樣，經(jīng)室內(nèi)過濾、烘干和稱重后測定含沙量和小區(qū)土壤侵蝕量。

2 結(jié)果分析

2.1 侵蝕性降雨的篩選

2018年不考慮降雪影響共測定降水總量為315.4mm，場次降雨25場，試驗區(qū)降水集中于6-8月，季節(jié)性降水特征顯著。觀測的25場次降水中，降雨量達到最大和最小的場次降水為20180621、20180922，平均雨強分別為28.12mm/h和0.54mm/h，降雨歷時為1.42、0.65h，所對應(yīng)的降雨量為42.6mm、0.5mm。結(jié)合遼寧省土石質(zhì)山區(qū)的海城市侵蝕性降雨評判標準，即基本降雨量為9.8mm，由此可確定有8場降雨達到侵蝕性標準，且發(fā)生于6、7月份。為準確反映不同校區(qū)土壤侵蝕量與降雨強度、降雨量之間的關(guān)系，按照從小到大原則排列降雨量。侵蝕性降雨強度及降雨量，見圖1。

圖1 侵蝕性降雨強度及降雨量

2.2 徑流量影響分析

1)降水徑流量與順坡壟作分析。不同坡度裸地小區(qū)、種植大豆+順坡壟作小區(qū)的侵蝕性降雨徑流量，順坡壟作措施的侵蝕性降雨徑流量觀測，見表1。

根據(jù)表1可知，裸地小區(qū)的徑流量<種植大豆+順坡壟作小區(qū)，且兩類小區(qū)的徑流量隨著坡度的增加均呈一定的增大趨勢，種植大豆+順坡壟作小區(qū)在3°和5°坡度下的徑流量為1368.19、1839.41m3/hm2，其變化幅度較裸地增大12.96%和13.71%。從徑流量的角度認為順坡壟作的減流蓄水效果并不明顯，但從單場次降水的角度分析，這種耕作措施在降水強度和降雨量較小的條件下具有一定的減流蓄水效應(yīng)。

2)降水徑流量與橫坡壟作措施分析。不同坡度裸地小區(qū)、種植大豆+橫坡壟作小區(qū)的侵蝕性降雨徑流量。橫坡壟作措施的侵蝕性降雨徑流量觀測，見表2。根據(jù)表2可知，裸地小區(qū)的經(jīng)流量遠遠高于種植大豆+橫坡壟作小區(qū)，且種植大豆+橫坡壟作小區(qū)的徑流量隨著坡度的的增加均呈一定的增大趨勢，5°坡度下的徑流量(83.32m3/hm2)為3°坡度的3.16倍，相對于裸地小區(qū)5°坡度徑流量減少了94.85%，由此表明橫坡壟作措施在坡度≤5°的條件下具有明顯的蓄水保水、減少地表徑流的作用。

表2 橫坡壟作措施的侵蝕性降雨徑流量觀測

2.3 侵蝕量影響分析

1)侵蝕量與順坡壟作措施分析。各坡度裸地小區(qū)、種植大豆+順坡壟作的侵蝕性降雨土壤侵蝕量，順坡壟作措施的侵蝕性降雨侵蝕量觀測，見表3。根據(jù)表3可知，較裸地小區(qū)3°坡度下的土壤侵蝕量種植大豆+順坡壟作小區(qū)顯著減少，降低幅度達到72.85%，且兩類小區(qū)的侵蝕量隨著坡度的增加均呈現(xiàn)出大幅度的上升趨勢。較裸地小區(qū)5°坡度下的侵蝕量種植大豆+順坡壟作小區(qū)增大了8.20%，可見順坡壟作措施減少土壤侵蝕量的效應(yīng)在坡耕地≤5°坡度情況下較為顯著，其減少土壤侵蝕效應(yīng)隨著坡度的增大快速下降。

表3 順坡壟作措施的侵蝕性降雨侵蝕量觀測

根據(jù)3°坡、5°坡的單場降雨侵蝕量變化特征，隨著雨強、降水量的增大裸地和種植大豆+順坡壟作措施的侵蝕量均呈現(xiàn)出增大趨勢，其中裸地的侵蝕量變化幅度略小于種植大豆+順坡壟作。以5°坡為例說明這一過程，順坡壟作措施在前4場次降雨中控制水土流失效果較為顯著，而裸地小區(qū)的侵蝕量在后4場次降雨中小于順坡壟作措施，可見順坡壟作控制土壤侵蝕的效果隨著降雨強度、降雨量的增大逐漸變差。

2)橫坡壟作措施對侵蝕量的影響。不同坡度裸地小區(qū)、種植大豆+橫坡壟作小區(qū)的侵蝕性降雨土壤侵蝕量。橫坡壟作措施的侵蝕性降雨侵蝕量觀測，見表4。根據(jù)表4可知，裸地小區(qū)的侵蝕量隨著坡度的增加明顯增大，可見土石質(zhì)山區(qū)坡耕地在未采取水土保持措施時將產(chǎn)生較為嚴重的土壤侵蝕。種植大豆+橫坡壟作小區(qū)在3°坡度下的侵蝕量為16.41kg/hm2，其減小量達到98.99%，且種植大豆+橫坡壟作小區(qū)的侵蝕量隨著坡度的增大呈一定幅度的增加，5°坡的土壤侵蝕量(78.92kg/hm2)為3°坡的4.81倍。由此表明，橫坡壟作措施可有效降低5°坡、3°坡的侵蝕量，其控制效果較裸地小區(qū)超過98%。

表4 橫坡壟作措施的侵蝕性降雨侵蝕量觀測

2.4 蓄水保土效益分析

土壤侵蝕模數(shù)和蓄水保土效益，橫坡壟作措施的侵蝕性降雨侵蝕量觀測，見表5。根據(jù)表5可知，3°和5°坡耕地上的順坡壟作措施的蓄水效益極大的小于橫坡壟作，在3°和5°坡上的順坡壟作蓄水效益為負，該條件下產(chǎn)生的產(chǎn)流量較裸地小區(qū)還打，且取水效益隨著坡度的增大呈下降趨勢。由此進一步說明橫坡壟作蓄水效益遠遠優(yōu)于順坡壟作，其原因為橫坡壟作羧酸了坡長、減緩了坡度，其降低徑流的成效顯著。

表5 土壤侵蝕模數(shù)及蓄水保土效益

注：不同大寫、小寫指標分別代表差異顯著性水平為0.01和0.05。

根據(jù)蓄水保土效益可知，橫坡壟作在3°、5°坡的效益均超過99.5%，5°坡橫坡壟作的土壤侵蝕模數(shù)僅為5°坡順坡壟作的0.15%，其值為7.70bB。由此可見，在控制坡耕地土壤侵蝕時橫坡措施成效現(xiàn)出，并且遠遠高于順坡壟作。種植大豆+順坡壟作在3°坡下的保土效益顯著低于橫坡壟作，且土壤侵蝕模數(shù)極顯著高于橫坡壟作，即71.85<99.68%、155.36>1.65t/km2·a，相對于裸地小區(qū)順坡壟作措施在3°坡上具有一定的保土作用，但其控制效果遠遠低于橫坡壟作。順坡壟作小區(qū)隨著坡度的增大未發(fā)揮有效的保土作用，其土壤侵蝕量遠遠大于橫坡壟作并接近于裸地，可見順坡壟作不宜作為較大坡度的坡耕地措施。

3 結(jié) 論

1)按照自小到大的原則排列不同耕作措施的徑流量，即：種植大豆+橫坡壟作<裸地小區(qū)<種植大豆+順坡壟作；3°坡度下的橫坡壟作徑流量遠遠低于順坡壟作，5°坡度下的橫坡壟作徑流量有所增大，但仍遠遠低于順坡壟作。由此表明，橫坡壟作控制地表徑流的效果要明顯優(yōu)于順坡壟作，橫坡壟作在坡耕地≤5°坡時具有較強的適用性和可行性。

2)根據(jù)自小到大的次序排列3°坡土壤侵蝕量，即：種植大豆+橫坡壟作<種植大豆+順坡壟作<裸地小區(qū)，5°坡時為種植大豆+橫坡壟作<裸地小區(qū)<種植大豆+順坡壟作。由此可見，順坡壟作措施在相同坡度下要遠遠小區(qū)順坡壟作和裸地小區(qū)的侵蝕模數(shù)，橫坡壟作在3°坡下的侵蝕量僅為順坡的1.05%，雖然順坡壟作小區(qū)的侵蝕量也達到較高的水平，但仍遠遠低于橫坡壟作。綜上分析，遼寧省土石質(zhì)山區(qū)的海城市耕作措施宜選取為橫坡壟作。