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        淮河流域桐柏大別山區(qū)羅山萬河坡面徑流場不同徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙特性及影響因素分析

        2022-07-12 05:42:30張乃夫袁希功王忠磊張春平
        治淮 2022年6期
        關(guān)鍵詞:保土坡耕地耕作

        張乃夫 袁希功 王忠磊 張春平 李 歡

        桐柏大別山區(qū)位于鄂、豫、皖三省交界地帶,西起南襄盆地,東連江淮平原丘陵,土地面積約9.45 萬平方公里,是淮河流域重要水源地。水土保持監(jiān)測站點定位觀測是水土保持監(jiān)測工作的基礎(chǔ),是獲取坡面及小流域水土流失狀況及其影響因子的最直接、最基礎(chǔ)的技術(shù)手段,通過對桐柏大別山區(qū)典型監(jiān)測站點定位觀測數(shù)據(jù)對比分析,進一步了解該區(qū)域水土流失變化規(guī)律及特征,探究水土流失主要影響因素,為淮河流域桐柏大別山區(qū)水土流失綜合防治提供基礎(chǔ)資料。

        一、研究區(qū)概況與研究方法

        (一)研究區(qū)概況

        萬河坡面徑流場位于朱堂鄉(xiāng)萬河村,地理坐標為東經(jīng)114°11′54″、北緯31°58′10″。項目區(qū)為亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū)域,屬北亞熱帶大陸性季風(fēng)濕潤氣候,四季分明,雨量充沛,年平均氣溫15℃,一月平均氣溫2℃,7月平均氣溫28℃,多年平均年降雨量1277mm。所屬流域為淮河支流小潢河水系,主要侵蝕類型為水力侵蝕。萬河坡面徑流場共有8 個標準徑流小區(qū),主要對降雨、徑流、泥沙等進行長期定位觀測。各徑流小區(qū)基本情況見表1。

        (二)數(shù)據(jù)來源與研究方法

        本文數(shù)據(jù)采用全國水土流失動態(tài)監(jiān)測項目萬河坡面徑流場2015—2020年8 個不同配置類型坡面徑流小區(qū)的降雨、徑流、泥沙觀測資料。降雨數(shù)據(jù)在非汛期通過監(jiān)測點氣象站雨量筒人工觀測,在汛期(5—10月)通過翻斗式雨量傳感器和人工雨量筒結(jié)合觀測;徑流數(shù)據(jù)在每次降雨并產(chǎn)流后,通過測量集流池蓄水量獲??;泥沙數(shù)據(jù)采用人工攪拌舀水取樣法,用攪拌工具人工攪拌集流池中的渾水,使渾水與水充分混合達到均勻,用勺子取1000mL 渾水樣,經(jīng)沉淀、過濾、烘干、稱重,計算出徑流小區(qū)土壤侵蝕量。

        本文通過對羅山萬河坡面徑流場不同配置類型徑流小區(qū)按相同徑流小區(qū)不同年度徑流泥沙變化和同一年度不同徑流小區(qū)徑流泥沙變化對比,分析其產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律,基于SPSS 軟件線性回歸分析,探究降雨量和降雨侵蝕力對產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響,并通過對不同徑流小區(qū)分組對照,分析坡度、耕作措施、植被蓋度等因素對徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響,為淮河流域桐柏大別山區(qū)水土流失預(yù)防和治理提供基礎(chǔ)資料。各徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙情況見表2。

        表2 各徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙情況表

        二、結(jié)果和分析

        (一)坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律分析

        1.同一年度不同徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙變化規(guī)律分析

        對比2015—2020年6 個年度相同年份不同徑流小區(qū)徑流深和土壤流失量數(shù)據(jù),5#小區(qū)(15°坡耕地小區(qū))徑流深和土壤侵蝕量最大,4#小區(qū)(10°梯帶茶葉小區(qū))徑流深和土壤侵蝕量最小。各徑流小區(qū)多年平均徑流深和土壤侵蝕量依次為:5#小區(qū)(15°坡耕地小區(qū))>1#小區(qū)(10°坡耕地小區(qū))>6#小區(qū)(15°等高茶葉小區(qū))>8#小區(qū)(15°梯帶茶葉小區(qū))>7#小區(qū)(15°等高油茶小區(qū))>2#小區(qū)(10°等高茶葉小區(qū))>3#小區(qū)(10°等高油茶小區(qū))>4#小區(qū)(10°梯帶茶葉小區(qū))。

        2.同一徑流小區(qū)不同年度產(chǎn)流產(chǎn)沙變化規(guī)律分析

        對比8 個徑流小區(qū)同一小區(qū)不同年份徑流深和水土流失量數(shù)據(jù),各徑流小區(qū)徑流深為2017年、2020年較大,2015年、2016年較小,其中2017年最大,2016年最?。桓鲝搅餍^(qū)土壤流失量變化差異較大,各小區(qū)年度累計值為2017年、2018年較大,2015年、2016年較小,其中1#、7#小區(qū)2017年度土壤流失量最大,2016年度土壤流失量最小,3#、6#小區(qū)2017年度土壤流失量最大,2015年度土壤流失量最小,2#小區(qū)2018年度土壤流失量最大,2016年度土壤流失量最小,4#小區(qū)2018年度土壤流失量最大,2015年度土壤流失量最小,5#、8#小區(qū)2019年度土壤流失量最大,2015年度土壤流失量最小。

        (二)產(chǎn)流產(chǎn)沙影響因素分析

        1.降雨

        因羅山萬河坡面徑流場2018年進行過一次升級改造施工,對徑流場下墊面進行了部分擾動,導(dǎo)致2018年和2019年凈流深和土壤流失量數(shù)據(jù)偏大,為消除人為擾動對數(shù)據(jù)的影響,進行降雨因素對產(chǎn)流產(chǎn)沙影響分析的時候未將2018年和2019年數(shù)據(jù)納入統(tǒng)計范圍。

        通過SPSS 軟件分別將各徑流小區(qū)徑流深和土壤流失量數(shù)據(jù)與當(dāng)年降雨量和降雨侵蝕力數(shù)據(jù)進行線性回歸分析,凈流深和土壤流失量與降雨量和降雨侵蝕力均呈現(xiàn)顯著相關(guān)性,說明降雨是影響徑流小區(qū)產(chǎn)流和產(chǎn)沙的主要因素。對比降雨量和降雨侵蝕力對徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙影響,降雨侵蝕力與產(chǎn)流產(chǎn)沙的相關(guān)性更加明顯,說明徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙受侵蝕性降雨影響比受降雨量影響更加明顯。

        2.坡度

        通過對比相同耕作措施的10°和15°兩個不同坡度的1#和5#、2#和6#、3#和7#、4#和8#共4 個對照組小區(qū)的2015—2020年累積徑流深和土壤流失量數(shù)據(jù),10°和15°坡耕地小區(qū)累計徑流深分別為318.7mm 和355mm,累計土壤流失量分別為58.5t/hm2和81.8t/hm2,10°和15°等高茶葉小區(qū)累計徑流深分別為260.6mm 和293.7mm,累計土壤流失量分別為34.7t/hm2和43.8t/hm2,10°和15°等高油茶小區(qū)累計徑流深分別為257.2mm 和276.9mm,累計土壤流失量分別為26.3t/hm2和37.5t/hm2,10°和15°梯帶茶葉小區(qū)累計徑流深分別為244.6mm 和283.7mm,累計土壤流失量分別為23.7t/hm2和39.2t/hm2。各對照組小區(qū)累積徑流深和土壤流失量均為15°小區(qū)大于10°小區(qū),說明坡度對徑流深和土壤流失量呈現(xiàn)正影響,坡度越大,徑流深和土壤流失量也相應(yīng)越大,越容易造成水土流失。綜上,在桐柏大別山區(qū)實施必要的削坡、緩坡措施,能有效地減少水土流失發(fā)生,達到保護水土資源的目的。

        3.耕作措施

        通過對比相同坡度不同耕作措施的1#、2#、4#和5#、6#、8#共2 個對照組小區(qū)的2015—2020年累積徑流深和土壤流失量數(shù)據(jù),10°坡耕地、等高茶葉、梯帶茶葉3 個小區(qū)累計徑流深分別為318.7mm、260.6mm、244.6mm,累計土壤流失量分別為58.5t/hm2、34.7t/hm2、23.7t/hm2,15°坡耕地、等高茶葉、梯帶茶葉3 個小區(qū)累計徑流深分別為355mm、293.7mm、283.7mm,累計土壤流失量分別為81.8t/hm2、43.8t/hm2、39.2t/hm2。綜上,各對照組小區(qū)累積徑流深和土壤流失量均為:坡耕地>等高茶葉>梯帶茶葉,說明在桐柏大別山區(qū)實施梯帶和等高種植等耕作措施均具有較好的蓄水保土效果,且梯帶措施較等高種植蓄水保土效果更好。

        4.植被蓋度

        萬河坡面徑流場內(nèi)有10°等高茶葉小區(qū)(2#小區(qū))、10°等高油茶小區(qū)(3#小區(qū))、15°等高茶葉小區(qū)(6#小區(qū))、15°等高油茶小區(qū)(7#小區(qū)),4 個小區(qū)全年平均植被蓋度分別為2#小區(qū)45%、3#小區(qū)55%、6#小區(qū)40%、7#小區(qū)50%。通過對比相同坡度和耕作措施的不同植被蓋度的2#、3#和6#、7#共2 個對照組小區(qū)的2015—2020年累積徑流深和土壤流失量數(shù)據(jù),2#小區(qū)和3#小區(qū)累計徑流深分別為260.6mm、257.2mm,累計土壤流失量分別為34.7t/hm2、26.3t/hm2,6#小區(qū)和7#小區(qū)累計徑流深分別為293.7mm、276.9mm,累計土壤流失量分別為43.8t/hm2、37.5t/hm2。綜上,說明在相同坡度、相同耕作措施條件下,高植被蓋度的油茶小區(qū)比低植被蓋度的茶葉小區(qū)具有更好的蓄水保土效果。

        (三)效益分析

        選取1#~4#四個10°徑流小區(qū)和5#~8#四個15°徑流小區(qū)分別作為對照組,以坡耕地小區(qū)1#和5#小區(qū)作為對照小區(qū),對比相同坡度條件下等高種植和梯帶耕作措施蓄水保土效益。經(jīng)對比計算,10°條件下等高種植耕作措施平均蓄水率為18.7%、保土率為47.8%,10°條件下梯帶耕作措施蓄水率為23.3%、保土率為59.5%,15°條件下等高種植耕作措施平均蓄水率為19.6%、保土率為50.3%,15°條件下梯帶耕作措施蓄水率為20.1%、保土率為52.1%。綜上,在桐柏大別山區(qū)人為擾動較頻繁區(qū)域?qū)嵤┍匾乃帘3指鞔胧┛梢杂行p少水土流失,具有重要的蓄水保土效益,各徑流小區(qū)水土保持措施效益見表3。

        三、結(jié)論

        1.通過對比羅山萬河徑流場2015—2020年6個年度產(chǎn)流產(chǎn)沙數(shù)據(jù),各徑流小區(qū)徑流深為2017年、2020年較大,2015年、2016年較小,各徑流小區(qū)土壤流失量變化差異較大,各小區(qū)年度累計值為2017年、2018年較大,2015年、2016年較小。相同年份間,各徑流小區(qū)多年平均徑流深和土壤侵蝕量依次為:5#徑流小區(qū)(15°坡耕地小區(qū))>1#徑流小區(qū)(10°坡耕地小區(qū))>6#徑流小區(qū)(15°等高茶葉小區(qū))>8#徑流小區(qū)(15°梯帶茶葉小區(qū))>7#徑流小區(qū)(15°等高油茶小區(qū))>2#徑流小區(qū)(10°等高茶葉小區(qū))>3#徑流小區(qū)(10°等高油茶小區(qū))>4#徑流小區(qū)(10°梯帶茶葉小區(qū))。

        2.各徑流小區(qū)的產(chǎn)流產(chǎn)沙量受降雨影響明顯,降雨量越大、降雨侵蝕力越大,則水土流失量也越大,且降雨侵蝕力比降雨量對徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙量影響更為顯著,說明徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙受侵蝕性降雨影響更加顯著。

        3.坡度、植被蓋度、耕作措施對水土流失具有明顯的正影響,相同年度間,坡度較小、實施水土保持耕作措施、植被覆蓋度較高的徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙量相對較少,因此,在桐柏大別山區(qū)實施必要的削坡緩坡措施、耕作措施及提高植被蓋度可以有效減少水土流失,達到蓄水保土的目的。

        4.通過對實施了耕作措施的徑流小區(qū)與坡耕地徑流小區(qū)對比,實施等高種植和梯帶等耕作措施可提高約20%的蓄水效益和約51%的保土效益,說明在以羅山縣為代表的桐柏大別山區(qū)實施必要的耕作措施可以有效防治水土流失,具有顯著的蓄水保土效益■

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