唐秀明

(清原滿族自治縣水利事業(yè)服務中心，遼寧 清原 113300)

水土流失會導致土壤肥力和水源涵養(yǎng)能力的下降，可利用耕地減少、生物多樣性破壞以及小生境氣候惡化等危害。近年來，為有效控制水土流失的發(fā)展國內(nèi)外學者開展了深入研究，并取得豐碩的成果，如國外學者論述了巖溶地貌、河網(wǎng)密度、巖石特性對水土流失治理的影響，探討了降雨、氣候、植被等因素的影響作用，國內(nèi)學者研究了小型水保工程、植物覆蓋、坡改梯等工程和生物措施[1-5]。生態(tài)修復綜合治理的前提和關鍵是土壤理化性質(zhì)的改變，趙世偉等[6]研究發(fā)現(xiàn)植被措施和水土保持工程可以有效提高土壤有機碳質(zhì)量分數(shù)，改善水分環(huán)境和土壤結構功能，促進侵蝕土壤的發(fā)育；盧炳軍等[7]研究認為草地植被覆蓋度與土壤全磷、全氮流失量呈指數(shù)遞減關系，對改善土壤質(zhì)量林草措施發(fā)揮著重要作用；周毅等[8]研究了黃土高原區(qū)不同林地類型對風蝕水蝕交錯區(qū)的水保效應，隨坡度的增大同一植被類型下林地抗沖性明顯下降，植被措施能有效控制水土流失以及增強土壤抗沖性。文章結合前人研究成果[9-10]，評價分析了不同水保措施對低山丘陵帶徑流小區(qū)的防治效果，為積極完善與探索水土保持工作，有效解決小流域土壤侵蝕問題提供一定技術支持。

1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于大伙房水庫上游的甘井溝小流域，地理位置為E125°13′36″-125°17′20″，N42°14′38″-42°17′02″之間，屬于遼東中低山區(qū)，地貌單元為山地與河谷，海拔高度597.9m，相對高差218.7m。試驗區(qū)為北溫帶大陸性氣候，氣候比較濕潤，年均降雨量776mm，7-9月份降雨量集中，降雨年內(nèi)分配不均勻，年際變化大，平均徑流深304mm，年蒸發(fā)量1117.8mm。甘井溝小流域總面積1093.79hm2，其中耕地、林地、果園、水域、居民點和交通道路用地492.53hm2、507.84hm2、28.94hm2、38.98hm2、20.14hm2、5.36hm2。土壤類型有棕壤、暗棕壤、草甸土、水稻土，所占比例83.05%、9.51%、5.3%、2.14%。土壤養(yǎng)分情況有機質(zhì)含量耕地為2.99%、山地為3.42%；全氮含量耕地0.17%、非耕地0.11%；速磷含量為耕地為5ppm、非耕地2.27ppm；速效鉀含量耕地為81ppm、非耕地78ppm。試驗區(qū)屬于長白山植被區(qū)系，以紅松、云、冷杉針闊混交林帶，原始植被不復存，演變?yōu)樘烊淮紊?。自然植被為柞樹林、柞樹及其他闊葉混交林、山楊、楊樺林、胡桃秋水曲柳、榛胡枝子灌木林，人工植被主要為落葉松、紅松林、油松林、樟子松林。林分郁閉度70%以上。

2 試驗方法

2.1 小區(qū)設計

試驗小區(qū)共設計5種不同用地類型，即荒山草地、水保林(油松)、經(jīng)果林(寒富蘋果)、坡改梯耕地(玉米)、坡耕地(皇竹草)，植被覆蓋度46.0%、95.2%、81.5%、42.1%、40.0%，各徑流小區(qū)長20m×寬5m，坡度均為15°，設置氣象站，為保證試驗數(shù)據(jù)精度每種用地類型設置3個試驗小區(qū)。采用60cm×40cm單磚將各徑流小區(qū)隔開，小區(qū)下方水泥抹面修集流槽而上方設排水渠，泥沙和徑流經(jīng)集流槽流入集流池(長1m×寬1m×高1m)，兩側預留1m保護帶[11]。

2.2 數(shù)據(jù)監(jiān)測

本試驗利用自動氣象站監(jiān)測蒸發(fā)、風速、降雨量等氣象要素，徑流量用自記式儲存水位計觀測，土壤含沙量利用置換法測定，該過程中人工取泥沙試樣。各徑流小區(qū)應嚴格按規(guī)范實施科學管理，降雨后及時檢測產(chǎn)流產(chǎn)沙。采用烘干法測定40-60cm、20-40cm和0-20cm不同深度土壤含水量，土壤非毛管孔隙度、毛管孔隙度和密度用環(huán)刀法測定，土壤全氮、全磷利用半微量開氏法和鉬睇抗比色法測定。

2.3 數(shù)據(jù)處理

選擇2018年6月-2020年12月進行試驗監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)取研究期平均值，采用SPSS和Excel軟件進行統(tǒng)計分析、圖表制作及其相關運算，并應用Duncan多重比較法和單因素方差法檢驗數(shù)據(jù)顯著性[12]。

3 結果分析

3.1 產(chǎn)流產(chǎn)沙變化特征

1)產(chǎn)流量變化特征。以試驗小區(qū)內(nèi)產(chǎn)流作為侵蝕性降雨量判別標準，統(tǒng)計分析降雨和產(chǎn)流量，如表1。其中，“a”、“b”、“c”比較各字母不同則代表相互都有顯著差異(P<0.05)，對于“ab”和“a”或“ab”和“b”比較有重復字母則代表不具有顯著差異，下同，各試驗小區(qū)產(chǎn)流量，見表1。

表1 各試驗小區(qū)產(chǎn)流量 m3

從表1可以看出，6-9月侵蝕性降雨和產(chǎn)流占全年的85.62%、85.87%，從小到大排列產(chǎn)流量為水保林<經(jīng)果林<梯地<荒山草地<坡耕地?；纳讲莸亍⑻莸?、坡耕地與水保林、經(jīng)果林之間有顯著差異(P<0.05)，水保林與經(jīng)果林總產(chǎn)流量之間不具有顯著差異?？倧搅髁孔疃嗟氖瞧赂兀c坡耕地相比水保林和經(jīng)果林總產(chǎn)流量減少74.25%、70.24%；產(chǎn)流量最大值發(fā)生于9月，荒山草地、梯地、坡耕地與水保林、經(jīng)果林之間有顯著差異(P<0.05)，而產(chǎn)流量最少的是水保林，水保林較坡耕地、荒山荒地、梯地、經(jīng)果林產(chǎn)流量減少70.57%、57.98%、52.42%、10.74%。

2)土壤侵蝕量變化特征。根據(jù)試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析不同水保措施下各徑流小區(qū)的土壤侵蝕量，各試驗小區(qū)土壤侵蝕量，見表2。

表2 各試驗小區(qū)土壤侵蝕量 t/km2

從表2可以看出，6-7月坡耕地、梯地、荒山草地、經(jīng)果林、水保林土壤侵蝕量占總侵蝕量的67.37%、50.29%、46.12%、55.95%、52.56%，土壤流失總量為水保林<經(jīng)果林<梯地<坡耕地<荒山草地?；纳讲莸亍⑻莸?、坡耕地與水保林、經(jīng)果林之間有顯著差異(P<0.05)，土壤侵蝕量最少的為水保林，與荒山草地、坡耕地、梯地、經(jīng)果林相比水保林的土壤侵蝕量依次減少84.63%、83.00%、74.55%、29.05%。

3.2 土壤理化物理分析

結合試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析不同水保措施下各徑流小區(qū)的土壤物理性質(zhì)，各徑流小區(qū)土壤物理性質(zhì)，見表3；顯著差異性分析，顯著差異性分析，見表4。

表4 顯著差異性分析

從表3可以看出，不同水保措施下土壤40-60cm深底層密度和20-40cm深中層密度均高于0-20cm深表層密度，土壤密度隨土層加深逐漸增大，相同土層中土壤密度呈荒山草地>坡耕地>經(jīng)果林>梯地>水保林。除梯地表層最大蓄水量和毛管持水量較中層低6.18%、12.62%外，其它用地類型的表層最大蓄水量以及毛管持水量均高于底層和中層，并且最大蓄水量和毛管持水量隨土層加深逐漸下降。各水保措施下土壤底層和中層自然含水率均低于表層，水保林、梯地底層和表層非毛管孔隙度均低于中層，而荒山草地、梯地、坡耕地表層非毛管孔隙度均高于其它兩層。除水保林的中層總孔隙度高于表層的9.27%外，隨土層加深荒山草地、經(jīng)果林、梯地、坡耕地總孔隙度均依次減小[13-18]。

表3 各徑流小區(qū)土壤物理性質(zhì)

從表4可以看出，荒山草地與經(jīng)果林、坡耕地土壤密度不具有顯著差異(P<0.05)，而與梯地、水保林有顯著差異(P<0.05)，較荒山草地土壤密度梯地和水保林低11.97%、12.68%。荒山草地與梯地、經(jīng)果林的毛管持水量具有顯著差異(P<0.05)，并且較荒山草地高28.10%、30.46%?；纳讲莸鼐c水保林、坡耕地、梯地的自然含水率具有顯著差異(P<0.05)，并且較荒山草地高72.06%、82.48%、86.35%。荒山草地與水保林、梯地的最大蓄水量都有顯著差異(P<0.05)，較荒山草地高21.46%、25.76%?；纳讲莸嘏c梯地、水保林、經(jīng)果林的非毛管孔隙度具有顯著差異(P<0.05)，除坡耕地小于荒山草地13.26%外，梯地、水保林、經(jīng)果林均比荒山草地的非毛管孔隙度高52.33%、92.09%、165.81%。荒山草地與坡耕地、水保林、經(jīng)果林的毛管孔隙度不具有顯著差異，并且較荒山草地水保林、梯地的毛管孔隙度高5.62%和18.43%?；纳讲莸嘏c坡耕地的總孔隙度不具有顯著差異，但與水保林、經(jīng)果林、梯地的總孔隙度具有顯著差異(P<0.05)，并且較荒山草地高15.42%、19.14%、22.27%。

3.3 土壤化學性質(zhì)分析

1)土壤全氮變化特征。統(tǒng)計分析不同土層各水保措施下土壤全氮全磷質(zhì)量分數(shù)，土壤化學性質(zhì)，見圖1。從圖1(a)可以看出，除坡耕地外其它用地中層土壤全氮質(zhì)量分數(shù)均低于表層，5種用地類型的底層土壤全氮質(zhì)量分數(shù)均低于中層。從小到大排列全氮量，荒山草地<梯地<水保林<經(jīng)果林<坡耕地，較荒山草地依次高21.54%、26.15%、78.46%、87.69%，坡耕地中層和經(jīng)果林表層全氮最高，其它水保措施的均高于荒山草地。

2)土壤全磷變化特征。從圖1(b)可以看出，除梯地底層土壤全磷質(zhì)量分數(shù)高于中層外其它用地類型均是底層<中層<表層。經(jīng)果林和坡耕地的表層處于較高水平，而經(jīng)果林、水保林和坡耕地中層處于較高水平。從小到大排列土壤全磷質(zhì)量分數(shù)為荒山草地<梯地<水保林<經(jīng)果林<坡耕地，較荒山草地高21.67%、61.67%、108.33%、130.56%。

(a)土壤全氮質(zhì)量分析

4 結 論

1)通過分析遼東中低山區(qū)甘井溝小流域徑流泥沙特征可知，荒山草地、梯地、坡耕地與水保林、經(jīng)果林之間產(chǎn)流產(chǎn)沙具有顯著差異，各水土保持措施具有較好的蓄水保土效應。雖然不同土地利用類型的水保措施均能減弱坡面土壤侵蝕力，有利于控制水土流失，但水土保持效果具有一定差異。其中，水保林的產(chǎn)流產(chǎn)沙效應最優(yōu)，坡耕地、梯地、經(jīng)果林次之。深入分析可知，水保林的根系發(fā)達、枯枝落葉層厚、林冠幅較大，因此保土蓄水效果最佳；坡耕地種植皇竹草后能夠減少泥沙量和徑流量，生長過程中皇竹草根系發(fā)達，其力學作用能夠增加水穩(wěn)性團聚體，增強土壤緊密度和抗蝕性。

2)通過分析不同用地類型各層土壤孔隙度、含水量和土壤密度可知，種植皇竹草的坡耕地、梯地、經(jīng)果林和水保林能夠改善土壤結構。水保林中的枯枝落葉層和林木根系增大了土壤的透水性、透氣性、疏松性和孔隙度，降低了土壤密度；從下而上經(jīng)果林、荒山草地、坡耕地孔隙度逐漸減小，對徑流下滲過程造成不利影響，而水保林和梯地植被群落從下到上非孔隙度先下降后上升，有利于蓄水保墑以及削減徑流。

3)通過采取適當?shù)乃４胧┠軌蛴行岣咄寥婪柿Γ瑢υ黾油寥廊追N植的皇竹草具有明顯作用。各用地類型中土壤TN、TP含量最高的是坡耕地，最低的是荒山草地，水保林和經(jīng)果林居中。將皇竹草種植在坡耕地上有利于提高土壤肥力和微生物量，從而導致底層和表層全氮含量低于中層。