譚志國

(烏蘇市興禹水利工程建筑有限公司，新疆 烏蘇 834700)

我國的國土面積廣大，各地的自然環(huán)境存在明顯的差異，水土流失分布的范圍廣大，流失的強度大[1]。新疆維吾爾自治區(qū)地處我國西北干旱、半干旱區(qū)域，屬于溫帶大陸性半干旱氣候[2]。特殊的自然條件決定了新疆地區(qū)是一個生態(tài)環(huán)境比較脆弱、惡劣的區(qū)域。目前，新疆水土流失總面積已經達到8.7×104km2，其中強烈侵蝕面積為0.25×104km2[3]。沙棘屬于胡頹子科沙棘屬植物，具有極強的生態(tài)適應性。沙棘的根系較淺，且水平根系比較發(fā)達，長度可超過10 m，具有較強的抗干旱，耐嚴寒和耐貧瘠能力，在栽植之后可以快速郁閉成林，覆蓋地表，具有十分顯著的經濟和生態(tài)效益，已經成為我國西北地區(qū)水土保持的先鋒樹種[4]?；诖耍舜窝芯客ㄟ^現場試驗的方式，探討沙棘灌叢下降雨與產流產沙的關系，為沙棘防護固沙工程建設提供支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)伊寧市巴彥岱鎮(zhèn)干溝村境內，屬于伊犁河谷地帶。該地區(qū)屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候，同時也是新疆降雨最多的地區(qū)，雨水比較充沛，氣候條件比較濕潤，年均降雨量為465 mm左右，年最高氣溫9.2℃，極端最高氣溫39℃，極端最低氣溫-40℃，年均日照時數為3 614 h。研究區(qū)的土壤類型主要是灰鈣土和草甸土，從屬種上看分別是洪積黃土中夾雜灰黃土以及下黏灰黃土。由于伊犁河谷地區(qū)每年4月份有潮濕的西風氣流進入，受抬升作用的影響，會在河谷的山前地帶產生比較豐富的降雨，并且這種降雨以短時強降雨為主，極易造成水土流失[5]。

1.2 試驗方法

為了研究沙棘從下降雨與產流產沙的關系，選擇研究區(qū)內沙棘灌叢地作為研究對象，并在坡面地上設置兩個微型徑流小區(qū)，分別為沙棘的老年林和幼年林，其編號分別為樣地1和樣地2。樣地的大小為4 m×1 m。其場地的基本特征見表1。其中，1號樣地內并不是純沙棘叢，其中夾雜有部分毛山楂和榆樹，沙棘叢下的草本覆蓋度為70%左右，主要的草本植物為野草莓以及青蒿等。2號樣地為人工栽植的幼年沙棘叢，栽植前為天然草地，叢下的草本植物主要是青蒿、敗醬草和龍牙草等。

表1 試驗徑流場地的特征

在每個徑流場地坡面上，使用寬度30 cm鋼板插入地下20 cm，其主要目的是防止雨滴的擊濺影響試驗結果的準確性[6]。在每個徑流小區(qū)的底部接上底部長度為1.0 m的三角槽，使地表徑流通過三角槽流入廣口瓶[7]。

在場地外布置一臺便攜式自動氣象站，對氣象條件進行觀測和記錄，其配備的雨量計精度為1 mm。試驗中將2020年的4-10月份作為觀測期，在此階段內共記錄有28場次比較明顯的降雨，其降雨總量為483 mm，比年均降雨量略高，但屬于正常波動范圍，因此試驗結果可以代表當地的實際情況。按照國家氣象局的雨量等級劃分標準，其中有小雨19場，中雨5場，大雨和暴雨均為1場。試驗中在當年的4-6月份進行徑流場觀測，觀測期內總共有8次產生降雨徑流的侵蝕性降雨，其中最小降雨量為4 mm，最大降雨量為44 mm。8次降雨的主要特征見表2。

表2 降雨特征統計表

在模擬降雨結束之后，將全部徑流和泥沙用容積為2 000 ml的廣口瓶收集，攪拌均勻之后取其中的500 ml測定其中的泥沙含量，將收集的徑流樣品過濾、烘干稱重，獲取侵蝕泥沙的重量，并據此計算獲取徑流的含沙量和清水徑流深[8]。

對試驗中獲取的數據利用Excel和SPSS軟件進行數據的處理和分析。

2 試驗結果與分析

2.1 試驗結果

在試驗過程中，對樣地1和樣地2在不同降雨場次下的降雨因子以及試驗場地的產流和產沙的特征進行記錄和計算，統計結果見表3。由表3中的統計結果可以看出，無論是樣地1的老年沙棘叢林還是樣地2的幼年沙棘叢林，在降雨量達到4 mm的情況下均可以產生比較明顯的地表徑流和泥沙，而兩個樣地試驗區(qū)中均沒有產生壤中流。

表3 產流產沙特征試驗結果

在相同的降雨量下，兩塊試驗樣地的坡面產流量的數值比較接近，樣地2的徑流量與樣地1相比略大一點。原因可能是樣地2屬于老年沙棘灌叢，其土壤中的非土壤毛管相對較小，土壤的入滲能力相對較差，因此更容易出現產流。從產沙量來看，樣地1的產沙量要略大于樣地2的產沙量。原因可能是老沙棘灌叢地表的草本層與枯落物層的生物量相對較大，對泥沙的攔蓄能力相對較強一點。

2.2 降雨和產流關系擬合

為了進一步探求沙棘叢下樣地的降雨和產流之間的關系，利用試驗中觀測到的8個場次的降雨和徑流場數據進行分析。在分析過程中，將各場次降雨的雨強與和降雨量的乘積作為分析降雨因子，對產流量之間的關系進行回歸分析，根據回歸分析結果，獲得兩塊樣地的擬合方程。

樣地1的擬合方程為：

Q=0.061 5×(P×R)1.380 4，n=8，R2=0.887

(1)

樣地2的擬合方程為：

Q=0.064 4×(P×R)1.421 3，n=8，R2=0.914

(2)

其中：Q為產流量，10-3mm；P為降雨量，mm；R為降雨強度，mm/h。

從擬合結果來看，兩個樣地的產流與降雨因子之間都呈現出比較典型的冪函數關系，產流量隨降雨因子的變化首先緩慢增加，然后急速增大。同時，當降雨因子相同的情況下，樣地2的產流量略大，樣地1的產流量略小。原因可能是樣地2的坡度比樣地1略大，同時灌木和草本的覆蓋率相對較低一點。由此可見，沙棘叢林的年齡對產流的影響并不明顯。

2.3 降雨和產沙關系擬合

為了進一步探求沙棘叢下樣地的降雨和產沙之間的關系，利用試驗中觀測到的8個場次的降雨和徑流場數據進行分析。在分析過程中，將各場次降雨的雨強與和降雨量的乘積作為分析降雨因子，對產沙量之間的關系進行回歸分析，根據回歸分析結果，獲得兩塊樣地的擬合方程。

樣地1的擬合方程為：

S=0.030 4×(P×R)1.217 7，n=8，R2=0.893

(3)

樣地2的擬合方程為：

S=0.071 2×(P×R)1.354 7，n=8，R2=0.879

(4)

其中：S為產沙量，10-6t(hm2)-1；P為降雨量，mm；R為降雨強度，mm/h。

從擬合結果來看，兩個樣地的產沙量與降雨因子之間也呈現為比較典型的冪函數關系，產沙量隨降雨因子的變化呈現出先緩慢增大，后迅速增大的變化特點。同時，當降雨因子相同的情況下，樣地2的產流量略大，樣地1的產流量略小。原因可能是樣地2的灌木和草本的覆蓋率相對較低一點，對泥沙的攔蓄作用相對較弱。鑒于兩個樣地的產沙量及變化規(guī)律總體比較接近，認為沙棘叢林的年齡對產沙量的影響并不明顯。

3 結 論

此次研究通過室外試驗的方法，對沙棘叢下降雨和產流、產沙的關系進行研究，并獲得如下主要結論：

1) 從實驗結果來看，降雨量大于4 mm時就會產生比較明顯的產流、產沙，說明研究區(qū)的水土流失情況比較嚴重。

2) 兩塊試驗樣地的產流和產沙特征存在一定的差異性，原因可能和土壤性質、坡度以及植被覆蓋度有關。

3) 產流、產沙和降雨因子之間屬于典型的冪函數關系，且沙棘叢林的年齡對產流、產沙特征不存在顯著影響。