姚西文

（平?jīng)鍪兴帘３挚茖W(xué)研究所，甘肅 平?jīng)?744000）

紙坊溝小流域位于甘肅省平?jīng)鍪袇^(qū)以南，由南向北入涇河，流域面積18.98 km2，主溝長19.20 km，呈柳葉形，海拔1 365.0～2 104.8 m，該流域地貌在隴東有一定代表性。1954年開始在流域溝口處建設(shè)紙坊溝一壩，1965年在八里廟建成紙坊溝二壩。從1974年起，紙坊溝溝道治理由單壩建設(shè)進(jìn)入壩群建設(shè)時(shí)期，在2 個(gè)骨干壩下控上護(hù)的基礎(chǔ)上，采用碾壓和水墜施工建成小壩11 座，使主溝道實(shí)現(xiàn)了梯臺(tái)化。同時(shí)，在一、二壩區(qū)間的5 條較大支溝溝口修建了5 座塘壩，以壩帶路，連接交通。期間還實(shí)施了梯田、植樹造林等坡面治理措施。

就小流域自然生態(tài)單元而言，耦合效應(yīng)有3 種表現(xiàn)形式，即協(xié)同效應(yīng)、疊加效應(yīng)和拮抗效應(yīng)。在紙坊溝流域一壩淤地范圍內(nèi)，在與主溝道垂直的方向上取2 個(gè)斷面對(duì)壩地及東西2 面溝坡上的梯田小麥地、休閑地等進(jìn)行了土壤水分、養(yǎng)分測定，并應(yīng)用流域內(nèi)3 座水文站多年氣象水文徑流泥沙觀測資料、壩庫淤積測量資料，從微觀和宏觀2 個(gè)方面研究平?jīng)鍪屑埛粶闲×饔蛟谟腥藶榛顒?dòng)參與下的水土資源耦合效應(yīng)。

1 研究應(yīng)用的數(shù)據(jù)資料

本項(xiàng)目研究應(yīng)用了紙坊溝流域1955—1982年降雨、蒸發(fā)、徑流、泥沙實(shí)測及成果匯編資料，1996年7月26 日百年一遇暴雨洪水淤積調(diào)查實(shí)測資料，2003年6月5—8 日不同地類土壤養(yǎng)分、水分測定資料，2003年7月3 日小麥測產(chǎn)資料和2002年作物種植調(diào)查資料。

土壤養(yǎng)分、水分測定是在一壩淤地范圍內(nèi)與主溝道垂直的方向上取2 個(gè)斷面對(duì)壩地及東西2 面溝坡上不同地類0～120 cm 深度范圍內(nèi)土壤含水量、土壤養(yǎng)分進(jìn)行測定，每隔20 厘米取樣。取樣斷面Ⅰ距一壩大壩400 m，取樣范圍內(nèi)左岸溝坡平均坡度46°，右岸溝坡平均坡度51°，斷面Ⅱ距一壩大壩800 m，取樣范圍內(nèi)左岸溝坡平均坡度38°，右岸溝坡平均坡度41°。

溝坡上的樣點(diǎn)按上、中、下坡位布設(shè)，壩地則在距左右岸相等的中線上補(bǔ)點(diǎn)，樣地均為梯田小麥地。溝坡上相鄰小麥地若有休閑梯田地或荒坡地、撂荒地、荒臺(tái)地等也布點(diǎn)取樣。采用土鉆人工取樣，土壤水分每層取2 個(gè)樣本（2 個(gè)重復(fù)），裝入土盒，現(xiàn)場稱取濕重，隨取隨稱。濕土盒放入電烘箱烘干后及時(shí)稱取干重。對(duì) 0～20 cm、40～60 cm、100～120 cm 土層所取土樣在取過水分測定樣本后裝入土袋，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室土壤養(yǎng)分分析。2003年7月3 日對(duì)測定了土壤水分、養(yǎng)分的溝坡梯田和壩地小麥進(jìn)行了實(shí)地測產(chǎn)。

2002年對(duì)紙坊溝流域土地種植利用情況進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，根據(jù)種植的各種作物如小麥、玉米、蔬菜、桃、葡萄等測產(chǎn)資料、投入的生產(chǎn)資料及人工，按照2002年的農(nóng)產(chǎn)品市場價(jià)格、生產(chǎn)資料價(jià)格及勞動(dòng)力價(jià)格進(jìn)行紙坊溝流域山坡地及壩地投入產(chǎn)出分析。

2 小流域水土資源耦合效應(yīng)的微觀效應(yīng)

2.1 土壤水分效應(yīng)

2.1.1 溝坡不同坡位及壩地土壤水分 根據(jù)對(duì)紙坊溝流域一壩范圍內(nèi)的2 個(gè)斷面收獲期小麥地土壤水分含量測定結(jié)果表明：溝坡上不同坡位梯田小麥地的土壤水分含量上部＜中部＜下部＜?jí)蔚?，溝坡梯田小麥地的土壤水分含量比壩地低，變化趨勢具有明顯的規(guī)律性（表1）。

通過表1 分析表明：壩地土壤水分對(duì)溝坡地土壤水分的影響是十分明顯的，與壩地相鄰的溝坡梯田小麥地土壤水分含量僅相差1.38%，比壩地僅小6.28%。各樣點(diǎn)不同土層土壤水分含量，溝坡梯田隨土層深度的增加總體上是增加的趨勢，而壩地?zé)o規(guī)律。不論是溝坡梯田還是壩地，斷面Ⅰ均大于斷面Ⅱ，表明壩地土壤的淤積深度對(duì)壩地和溝坡土壤的水分含量具有明顯影響。同時(shí)，溝坡梯田小麥地土壤含水量東坡大于西坡，相差0.18 個(gè)百分點(diǎn)，東西坡含水量平均為9.59%；壩地土壤含水量平均為11.47%，壩地大于溝坡地，相差1.88 個(gè)百分點(diǎn)。

表1 紙坊溝流域溝坡壩地土壤含水量

2.1.2 溝坡同坡位不同地類土壤水分 對(duì)相同坡位不同地類梯田樣地土壤含水量測定分析表明：梯田小麥地低于荒臺(tái)地，平均低1.94 個(gè)百分點(diǎn)，梯田比荒臺(tái)地低20.2%。梯田小麥地土壤含水量的最小值與最大值的差值為2.53 個(gè)百分點(diǎn)，荒臺(tái)地的差值為2.89 個(gè)百分點(diǎn)，梯田土壤含水量的一致性高于荒臺(tái)地。梯田與荒臺(tái)地對(duì)應(yīng)點(diǎn)的差值最大4.34 個(gè)百分點(diǎn)，最小0.32 個(gè)百分點(diǎn)。梯田小麥地平均8.2%，梯田休閑地平均15.80%，梯田休閑地比梯田小麥地土壤含水量平均多92.68%。壩地小麥地土壤含水量10.33%，相鄰休閑地土壤含水量18.49%，相差8.16個(gè)百分點(diǎn)，休閑地比小麥地多78.99%。梯田小麥地和相鄰荒坡地土壤含水量分別為10.75%和17.45%，相差6.7 個(gè)百分點(diǎn)，荒坡地比梯田麥地多62.33%。土地種植作物不僅能夠有效利用降水生產(chǎn)糧食，而且能夠降低土壤含水量，減少土壤侵蝕。

2.2 土壤養(yǎng)分效應(yīng)

2.2.1 溝坡不同坡位及壩地土壤養(yǎng)分 與水分測定同點(diǎn)位的土壤養(yǎng)分含量測定結(jié)果分析表明：溝坡梯田小麥地兩斷面間的土壤養(yǎng)分，斷面Ⅰ的全氮、全磷、NH4-N、K2O 均低于斷面Ⅱ，分別低 5.51%、18.63%、8.42%、11.67%；而斷面Ⅰ的有機(jī)質(zhì)、NO3-N、P2O5均高于斷面Ⅱ，分別高出 2.820%、49.485%、7.692%。東西坡之間有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、K2O 差異顯著，其中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷東坡比西坡分別高49.36%、52.94%和61.33%，K2O 西坡比東坡高 27.74%。P2O5東西坡之間差異極顯著，西坡比東坡高30.00%。

不同坡位的土壤養(yǎng)分含量基本上沒有什么規(guī)律，在東坡的7 項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)中僅有機(jī)質(zhì)、全氮、NH4-N、P2O5、K2O 表現(xiàn)出上坡＞中坡＞下坡的規(guī)律；在西坡，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷3 項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)出溝坡上部大于中下部，但中部又小于下部，似有規(guī)律但不確定或不明顯，NO3-N、NH4-N、P2O5、K2O 4 項(xiàng)指標(biāo)反而是從下而上表現(xiàn)出遞減的趨勢。

第二，舞臺(tái)表演中良好的表現(xiàn)有助于演員更好地發(fā)揮。演員在表演的時(shí)候，將自己想象成角色本身，在演唱時(shí)就會(huì)更加投入，聲音也會(huì)達(dá)到一個(gè)很好的狀態(tài)，演唱也會(huì)更吸引觀眾。當(dāng)演員全神貫注地進(jìn)入一個(gè)角色的時(shí)候，他所表現(xiàn)出的演唱能力是超人的，甚至要比平時(shí)的演唱狀態(tài)都要好，使“演”和“唱”融合在一起，達(dá)到一種近乎完美的境界。

2.2.2 梯田與壩地土壤養(yǎng)分 由表2 可見，壩地土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、NO3-N、P2O5含量均低于梯田，分別比梯田低0.058 個(gè)百分點(diǎn)、0.001 個(gè)百分點(diǎn)、0.008 個(gè)百分點(diǎn)、32.39%、10.62%，而且全磷含量差異極顯著。NH4-N、K2O 的含量壩地大于梯田，分別大44.63%、11.96%。梯田和壩地土壤有機(jī)質(zhì)平均含量在p=99%時(shí)差異不顯著，但如后文所述，壩地作物產(chǎn)量顯著高于梯田地。

表2 壩地梯田小麥地養(yǎng)分含量分析

2.3 土壤結(jié)構(gòu)效應(yīng)

紙坊溝流域的壩地土壤既非自然土壤，又非耕作土壤，壩地土壤是土壤侵蝕的產(chǎn)物，是土壤侵蝕物隨水流運(yùn)移沉積形成的，其土壤結(jié)構(gòu)具有自身的特征。測定分析表明：壩地土壤粒徑組成仍具有黃土性土壤特征，以粉粒為主，粉粒占全部粒徑的66.6%～70.0%，而且中細(xì)粉粒含量比例大，粉粒比例小，而這種土壤結(jié)構(gòu)的特性非常適合作物的生長，上部輕壤土層通氣透水，中下層既有利于保水，又能為作物后期生長提供足夠的養(yǎng)分，可以說是作物生長的營養(yǎng)庫。另外，壩地土壤既含有較高的粗粉粒，亦含有較多的細(xì)粉粒，粘粒含量也比本流域的坡耕地多，因此砂粒、粉粒、粘粒含量比例適宜，是農(nóng)業(yè)土壤中較為理想的土壤質(zhì)地，通透性好，保水保肥性好，養(yǎng)分含量豐富，有機(jī)質(zhì)的積累和分解快，土壤供肥性好，土性溫暖，宜耕作，宜耕期長，耕作質(zhì)量好。

測產(chǎn)表明：紙坊溝流域溝坡梯田小麥單產(chǎn)平均3 209.8 kg/hm2，壩地小麥平均單產(chǎn)為5 151.6 kg/hm2，相差1 941.8 kg/hm2，壩地比梯田多60.5%。經(jīng)t 檢驗(yàn)，t=5.548，t＞t（16,0.01）=2.921，壩地與梯田小麥單產(chǎn)在p=99%時(shí)差異極顯著。

梯田0～20 cm 和100～120 cm 土層有機(jī)質(zhì)含量高于壩地，40～60 cm 低于壩地，土壤有機(jī)質(zhì)平均含量梯田比壩地大0.058 個(gè)百分點(diǎn)。t＜t(17,0.01)=0.815，差異不顯著。

小麥?zhǔn)斋@期梯田和壩地0～120 cm 土壤含水量平均為9.19%和10.03%，相差0.84 個(gè)百分點(diǎn)，經(jīng)t檢驗(yàn)，梯田和壩地0～120 cm 土壤平均含水量在p=95%時(shí)，t=1.153，t＜t（16，0.05）=2.583，差異不顯著。

上述分析表明：壩地土壤水分含量、有機(jī)質(zhì)含量對(duì)小麥產(chǎn)量的影響不顯著，是水、肥、氣、熱多種因素綜合作用的結(jié)果，而使小麥產(chǎn)量提高的物質(zhì)基礎(chǔ)則是土壤結(jié)構(gòu)因素，也就是土壤的通氣、透水性能，由此說明壩地的良好土壤結(jié)構(gòu)是作物獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)，以肥調(diào)水在一定的土壤水分、養(yǎng)分條件下是適宜的，但在低土壤含水量條件下土壤養(yǎng)分含量過高，反而會(huì)對(duì)作物的正常生長產(chǎn)生負(fù)面影響，形成耦合負(fù)效應(yīng)。

3 小流域水土資源耦合效應(yīng)的宏觀效應(yīng)

3.1 壩群蓄水、蒸發(fā)、入滲和滯洪效應(yīng)

3.1.1 蓄水效應(yīng) 紙坊溝流域從1954年開始進(jìn)行溝道治理工程建設(shè)，先后建成紙坊溝骨干壩（即一壩）、八里廟骨干壩（即二壩）和16 座小型淤地壩（包括塘壩）。經(jīng)計(jì)算，溝道治理工程自建成至2003年累計(jì)蓄水660.0 萬m3，壩庫蓄水雖不能產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益，但在增加土壤水分入滲、增加土壤含水量、增加水面蒸發(fā)和增加空氣濕度、改善流域小氣候、增加人畜生活用水、凈化美化生產(chǎn)生活環(huán)境發(fā)揮了非常重要的作用。

3.1.2 蒸發(fā)效應(yīng) 紙坊溝流域溝道治理工程建成后，每年增加水面面積4.64 萬m2，水面蒸發(fā)增加的蒸發(fā)量170 萬m3，平均每年增加蒸發(fā)量3.66 萬m3，對(duì)于地處西部干旱地區(qū)的紙坊溝流域增加流域空氣濕度具有良好的效果。

3.1.3 入滲效應(yīng) 蓄水和壩地?cái)r截滲入土壤中的地下水量共 504.78 萬 m3，平均每年 10.08 萬 m3，入滲水既補(bǔ)充了下游地下水源，又使兩岸溝坡土壤含水量提高，增加了糧食作物生長、生產(chǎn)土壤供水量。

3.1.4 滯洪效應(yīng) 新中國成立以后為根治紙坊溝流域的水害，黃河水利委員會(huì)西北黃河工程局將紙坊溝流域列為黃土高原地區(qū)水土保持重點(diǎn)治理試驗(yàn)示范小流域，紙坊溝水土保持治溝工程的建設(shè)，有效遏制了流域的山洪災(zāi)害。自1955年紙坊溝一壩建成以來，流域內(nèi)雖發(fā)生了1957年50年一遇暴雨洪水和1996年100年一遇的暴雨洪水，但流域及其下游未損毀土地，未傷及人員。根據(jù)建壩前的氣象資料以及從縣志上查得的各典型降雨對(duì)紙坊溝暴雨洪水產(chǎn)生的災(zāi)害頻率，推算紙坊溝建壩60 多年來，減免可能造成的大小洪水災(zāi)害36 次，有效保護(hù)了紙坊溝流域及其下游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。從1974年起，紙坊溝流域的溝道治理由單壩建設(shè)進(jìn)入壩群建設(shè)時(shí)期，由單純的主溝道防洪治理進(jìn)入開發(fā)性治理，骨干壩與中小型淤地壩并舉，主支溝共建階段。

3.2 水土保持效應(yīng)

紙坊溝流域建設(shè)水平梯田508.8 hm2，造林281.4 hm2，種草 173.0 hm2，修建澇池 20 座，水窖120 座，谷坊150 座，通過對(duì)這些坡面治理措施、淤地壩及小型攔蓄工程蓄水保土效益的計(jì)算表明，以上措施每年可攔蓄徑流27.35 萬m3，攔蓄泥沙8.28 萬 t。

紙坊溝流域壩群建成后，抬高了河床和溝坡的侵蝕基點(diǎn)，制止并減少了河谷侵蝕面積。據(jù)測算，壩群建設(shè)前紙坊溝流域年侵蝕模數(shù)9 266 t/km2，建壩后有49 hm2的面積停止了侵蝕。現(xiàn)在每年可減少土壤侵蝕3 628 t；建壩前主溝道沖刷下切深度0.25～0.4 m/年，建壩后已有9.75 km 的主溝道停止了沖刷和擴(kuò)張，每年減少溝蝕46 340 t。

3.3 保肥增地增產(chǎn)效應(yīng)

紙坊溝流域梯田每年保持的8.28 萬t 土壤中，含有機(jī)質(zhì)845.4 t、全氮40.57 t、全磷19.87 t、NH4-N 294.8 kg、NO3-N 350 kg、P2O5186.3 kg、K2O 6 215.5 kg。修建的各壩庫已攔蓄泥沙350.28 萬t，根據(jù)實(shí)測的紙坊溝壩地土壤養(yǎng)分含量計(jì)算，壩庫內(nèi)攔淤泥沙保持的有機(jī)質(zhì)33 730 t、全氮1 680 t、全磷560 t、NH4-N 18.04 t、NO3-N 10.01 t、速效磷 7.04 t、速效鉀294.41 t，這些養(yǎng)分成為壩地作物生產(chǎn)和開發(fā)利用的營養(yǎng)庫。

紙坊溝流域從1954年開始建設(shè)的2 座骨干壩和16 座淤地壩，除有3 座小型淤地壩目前仍在蓄水外，其余13 座壩目前已淤積形成壩地46.9 hm2。

紙坊溝流域溝坡耕地總面積596.43 hm2，開始溝坡水土保持治理以來，修建水平梯田508.8 hm2，淤地壩的建設(shè)以及壩地的淤積形成，使壩地兩面溝坡上的梯田種植作物的適宜性提高，產(chǎn)量大幅度提高，蔬菜和經(jīng)濟(jì)果樹面積增加88.33 hm2，占梯田面積的17.36%。田間測產(chǎn)表明：梯田小麥平均單產(chǎn) 3 217.5 kg/hm2，坡地小麥平均單產(chǎn)1 620 kg/hm2，梯田比坡地增產(chǎn)小麥1 597.5 kg/hm2。梯田小麥地單位面積產(chǎn)值6 949.8 元/hm2，坡地小麥地單位面積產(chǎn)值3 499.2 元/hm2，單位面積產(chǎn)值增加3 450.6 元/hm2。若全部按照小麥計(jì)算，紙坊溝流域的508.8 hm2水平梯田比坡地年增加產(chǎn)值257.76 萬元。

通過對(duì)壩地開發(fā)利用情況進(jìn)行調(diào)查，壩地上適宜種植多種作物，壩地作物年生產(chǎn)總值1 170 萬元，年凈產(chǎn)值84.5 萬元，年純收入57.3 萬元，受益農(nóng)民190 戶，人均年增加經(jīng)濟(jì)純收入569.0 元。梯田增產(chǎn)效應(yīng)和壩地生產(chǎn)效應(yīng)每年產(chǎn)出凈產(chǎn)值323.8 萬元。

4 結(jié)語

小流域作為一個(gè)自然生態(tài)單元，不同程度的自然發(fā)生著水土流失，在有人口居住并生活其中時(shí)，必然要對(duì)自然資源尤其是水土資源進(jìn)行開發(fā)利用，以獲取基本的生活資料。由于歷史的局限和認(rèn)識(shí)的不足，人們最先只知開發(fā)而不知保護(hù)自然資源，導(dǎo)致在進(jìn)行土壤資源開發(fā)利用的同時(shí)，大氣降雨同土資源相互作用而發(fā)生嚴(yán)重的水土流失，造成自然資源——水土資源的嚴(yán)重破壞并引發(fā)嚴(yán)重的自然災(zāi)害，水土資源的耦合負(fù)效應(yīng)不斷增大。

紙坊溝流域多年來不斷進(jìn)行水土流失綜合治理，逐漸從坡面到溝道形成了有效合理的水土資源調(diào)控系統(tǒng)，使流域微地形、地貌和植被狀況產(chǎn)生了向有利于水土資源相互作用而形成耦合正效應(yīng)的方向轉(zhuǎn)化的條件，坡面植物措施的實(shí)施使地表土壤不受或減少雨水的直接沖擊而減輕土壤侵蝕，梯田建設(shè)控制了坡耕地的水土流失，使大氣降水與耕地土壤相互受益，相互協(xié)調(diào)，提高了耕地水土資源的開發(fā)利用效率，使梯田作物單產(chǎn)比坡地提高了1 倍；溝道治理工程特別是淤地壩建設(shè)實(shí)施，不僅防止了溝道下切、溝岸擴(kuò)張和山洪災(zāi)害，而且壩庫蓄水和壩地的形成既增加了水面、土壤水分入滲及土壤水分蒸發(fā)，使流域內(nèi)自然植被生長茂盛、糧食作物生長良好、自然景觀和生態(tài)環(huán)境得到顯著改善，而且還增加了高質(zhì)量的生產(chǎn)用地，壩地糧食單產(chǎn)比梯田高1.6 倍，比坡地高3.18 倍，生產(chǎn)效益十分顯著；壩庫蓄水和壩地的形成，使溝坡土壤含水量增加，距離壩地和庫區(qū)水面越近，溝坡地土壤含水量越高；梯田作物生長的首要限制因素仍是土壤含水量，而壩地作物高產(chǎn)的原因緣于壩地良好的土壤結(jié)構(gòu)使作物生長的水、肥、氣、熱因素更加協(xié)調(diào)，作物得以豐產(chǎn)。

總之，基于淤地壩建設(shè)為主導(dǎo)的紙坊溝流域水土流失綜合治理、水土資源調(diào)控系統(tǒng)的形成，使流域內(nèi)的水土資源相互作用的效應(yīng)發(fā)生了質(zhì)的轉(zhuǎn)變，使水土資源耦合負(fù)效應(yīng)十分顯著地轉(zhuǎn)化為耦合正效應(yīng)，小流域水土資源在得到有效保護(hù)的同時(shí)開發(fā)利用效率顯著提高。