關(guān)鍵詞：降雨；土壤養(yǎng)分；產(chǎn)流產(chǎn)沙；水土保持措施；徑流小區(qū)；石匣小流域

中圖分類號：S157.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.07.013

引用格式：，，，等.降雨對不同水土保持措施坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙及土壤養(yǎng)分流失的影響[J].中國水土保持，2025（7） ：40-44，59.

水土流失和面源污染是人類面臨的重大環(huán)境問題之一，嚴(yán)重的水土流失和面源污染威脅著社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和人民群眾的生產(chǎn)生活安全。北方土石山區(qū)是我國水土流失和面源污染高發(fā)區(qū)域之一[1]根據(jù)2020年的相關(guān)數(shù)據(jù)，北方土石山區(qū)水土流失總面積為16.3萬 km² ，約占全區(qū)土地總面積的 20% 以上[2]。密云水庫作為北京市不可或缺的地表飲用水水源地，其水質(zhì)狀況直接關(guān)系到首都居民的生活品質(zhì)與健康福祉[3] .

針對水土流失與面源污染的嚴(yán)峻問題，急需采取有效的水土保持措施[4]。學(xué)者們深人研究了不同類型水土保持措施在控制水土流失和調(diào)節(jié)產(chǎn)流產(chǎn)沙方面的效果。歐會迪等[5]通過對太行山南麓坡面產(chǎn)流特征的研究發(fā)現(xiàn)，與自然荒坡相比，魚鱗坑坡面草本群落、灌木群落、喬木群落的平均徑流深分別減少了56.61%.72.80%.39.58% 。路炳軍等[通過對坡面監(jiān)測小區(qū)觀測發(fā)現(xiàn)，在密云水庫的幾次大規(guī)模降雨條件下，相比裸地小區(qū)，有水土保持措施小區(qū)的總磷（TP）、總氮（TN）流失量平均值分別減少了 39.6% ！27.5% 。杜映妮等[7]對丹江口庫區(qū)典型生態(tài)修復(fù)小流域進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著降雨量增大，植物措施的減流減沙效益逐漸降低，說明降雨是影響水土流失的重要因素之一，會直接影響水土保持措施的效益發(fā)揮。

因此，本研究以密云水庫上游的石匣小流域?yàn)檠芯繀^(qū)，選取裸地、坡耕地、人工植草、魚鱗坑4種徑流小區(qū)，通過分析2013—2022年觀測數(shù)據(jù)，探究降雨對不同水土保持措施徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙量和土壤養(yǎng)分流失量的影響，分析不同水土保持措施的防治效果，以期為北方土石山區(qū)水土流失治理工作提供理論依據(jù)和決策支持。

1 研究區(qū)概況

石匣小流域地處北京市密云水庫東北部（北緯40^°32^′42^′′～40^°37^′30^′′ ，東經(jīng) 117^°00^′34^′′～117^°06^′49^′′） ，地勢整體北高南低，海拔為 130～390m ;屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，夏季炎熱多雨，冬季寒冷少雨，小流域內(nèi)不同地點(diǎn)年均降水量為 300～700mm ;土壤類型為由沖積、洪積母質(zhì)發(fā)育而成的褐土，基巖種類基本為花崗巖，總體質(zhì)地為輕壤土，土層結(jié)構(gòu)整體比較穩(wěn)固緊實(shí)，土壤顆粒間的縫隙較小，土層相對較薄

2 研究方法

2.1 徑流小區(qū)布設(shè)

為探究不同水土保持措施抑制產(chǎn)流產(chǎn)沙和防治土壤氮磷養(yǎng)分流失的實(shí)際效果，在石匣小流域內(nèi)布設(shè)4個徑流小區(qū)。4個徑流小區(qū)統(tǒng)一設(shè)置為水平坡長10m 、寬度 5m 、水平面積 50m² 。在每個小區(qū)下方布設(shè)9個高度為 0.8m 的分流孔，其下放置橫斷面面積1.13m² 的分流桶；集流槽設(shè)置在小區(qū)坡面下緣，垂直于徑流流向；此外，小區(qū)內(nèi)還設(shè)有徑流桶。對2013—2022年4個小區(qū)的降雨量、徑流量、產(chǎn)沙量，以及徑流中總氮（TN）、總磷（TP）等土壤養(yǎng)分流失量進(jìn)行連續(xù)觀測和記錄。4個小區(qū)基本信息見表1，其中1號小區(qū)作為對照組，是未采取任何水土保持措施的裸地；2號小區(qū)是種植玉米的坡耕地；3號小區(qū)種植苜蓿；4號小區(qū)內(nèi)部設(shè)有多個長 1.0m 、寬 1.5m 的魚鱗坑，種植樹種為刺槐、側(cè)柏。

2.2 數(shù)據(jù)收集及處理

收集徑流桶和分流桶的水量測得總徑流量，徑流量與徑流小區(qū)面積的比值即為徑流深。集流槽、徑流桶和分流桶內(nèi)泥沙的總質(zhì)量即為徑流小區(qū)產(chǎn)沙量。將徑流樣經(jīng)沉淀、過濾后，分別采用流動注射-鉬酸銨分光光度法、堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定清水樣的TP、TN含量。降雨數(shù)據(jù)來自，包含2013—2022年汛期（5—10月）的全部降雨數(shù)據(jù)（累計(jì)降雨451場），其中徑流小區(qū)發(fā)生產(chǎn)流的降雨有100場，探究這100場降雨條件下不同水土保持措施徑流小區(qū)的坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征和土壤養(yǎng)分流失情況，進(jìn)而研究坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙量、土壤養(yǎng)分流失量與降雨量的相關(guān)性。減流率、減沙率的計(jì)算公式分別為

式中 為減流率; Q_a 為裸地對照徑流小區(qū)的產(chǎn)流量，單位 mm;Q_i 為不同水土保持措施徑流小區(qū)的產(chǎn)流量，單位 mm i=1，2，3 ，分別對應(yīng)坡耕地、人工植草、魚鱗坑徑流小區(qū) ;f_s 為減沙率； S_a 為裸地對照徑流小區(qū)的產(chǎn)沙量，單位 kg;S_i 為不同水土保持措施徑流小區(qū)的產(chǎn)沙量，單位 kg 。

3 結(jié)果與分析

3.1不同水土保持措施徑流小區(qū)汛期徑流深

表2為2013—2022年汛期不同水土保持措施徑流小區(qū)次降雨徑流深。由表2可知，2013—2022年汛期4個徑流小區(qū)次降雨產(chǎn)流的徑流深平均值由大到小依次為裸地、坡耕地、魚鱗坑、人工植草徑流小區(qū)，可見不同水土保持措施均能夠明顯減少產(chǎn)流。其中，坡耕地徑流小區(qū)徑流深數(shù)據(jù)波動較明顯，原因是汛期為農(nóng)作物生長季，特別是在一年兩季的耕作模式下，人為清理雜草、整地、翻耕播種等農(nóng)事活動頻繁，對地表擾動增多，對土壤表層擾動強(qiáng)度大，因此會出現(xiàn)個別差異數(shù)值。裸地徑流小區(qū)地表無植被覆蓋，降雨直接侵蝕地表并形成徑流，而人工植草和魚鱗坑徑流小區(qū)較裸地徑流小區(qū)具有明顯的減小徑流深的作用，主要原因是植被覆蓋度較大，減少了雨水對地表的直接濺蝕，對徑流的攔蓄作用也較為顯著。

2013—2022年汛期不同水土保持措施徑流小區(qū)平均次降雨徑流深與降雨量見圖1。由圖1可知，與裸地徑流小區(qū)相比，布設(shè)有水土保持措施的徑流小區(qū)徑流深明顯較小，尤其是人工植草和魚鱗坑在抑制產(chǎn)流方面效果顯著，而坡耕地徑流小區(qū)抑制產(chǎn)流的效果較差。

3.2不同水土保持措施徑流小區(qū)汛期產(chǎn)沙量

2013—2022年4個徑流小區(qū)次降雨產(chǎn)沙量變化見表3。由表3可知，平均產(chǎn)沙量最大的為裸地徑流小區(qū)，最小的為魚鱗坑徑流小區(qū)，平均產(chǎn)沙量分別為裸地徑流小區(qū) 519.62kg 、坡耕地徑流小區(qū) 311.98kg 人工植草徑流小區(qū) 4.71kg 、魚鱗坑徑流小區(qū) 3.37kg ;相比裸地徑流小區(qū)，布設(shè)有水土保持措施的徑流小區(qū)減沙率均較大，減沙率分別為坡耕地徑流小區(qū) 39.96% ！人工植草徑流小區(qū) 99.09% 、魚鱗坑徑流小區(qū)99.35% 。坡耕地徑流小區(qū)的產(chǎn)沙量數(shù)值波動較大，且減沙效果沒有人工植草和魚鱗坑徑流小區(qū)明顯，減沙效果較人工植草和魚鱗坑徑流小區(qū)分別小59.13、59.39個百分點(diǎn)，但總體來說布設(shè)有水土保持措施的徑流小區(qū)產(chǎn)沙量均明顯小于裸地徑流小區(qū)，說明布設(shè)水土保持措施能夠有效抑制泥沙的流失。

2013—2022年汛期不同水土保持措施徑流小區(qū)平均次降雨產(chǎn)沙量與降雨量見圖3。由圖3可知，對照裸地徑流小區(qū)，坡耕地徑流小區(qū)的產(chǎn)沙量顯著減小，人工植草和魚鱗坑徑流小區(qū)則產(chǎn)沙很少甚至不產(chǎn)沙。選取30場典型侵蝕性降雨，分別將裸地、坡耕地、人工植草和魚鱗坑徑流小區(qū)次降雨產(chǎn)沙量與降雨量進(jìn)行線性擬合，結(jié)果見圖4。線性回歸方程的斜率越小，說明產(chǎn)沙量隨降雨量增大而增長的幅度越小，抑制產(chǎn)沙效果越好，因此減沙效果從高到低依次為魚鱗坑、人工植草、坡耕地、裸地徑流小區(qū)。

3.3不同水土保持措施對土壤養(yǎng)分流失量的影響

選擇 TN，TP 指標(biāo)，反映不同水土保持措施配置模式對土壤養(yǎng)分隨徑流流失的控制作用。按照降雨量和雨強(qiáng)大小的分類標(biāo)準(zhǔn)，在2013—2022年汛期的100 場降雨中選取4場不同類型的典型降雨，依次為：降雨I，大雨量、大雨強(qiáng)類型降雨；降雨Ⅱ，小雨量、大雨強(qiáng)類型降雨;降雨ⅢI，大雨量、小雨強(qiáng)類型降雨；降雨V，小雨量、小雨強(qiáng)類型降雨。4場典型降雨的基本信息見表4。

4場降雨條件下不同水土保持措施徑流小區(qū)地表徑流中TN、TP流失量變化情況見圖5。由圖5可知，不同類型降雨條件下，不同水土保持措施徑流小區(qū)地表徑流中TN、TP流失量有明顯差異。由圖5（a）、圖5（b）可以看出，在大雨強(qiáng)條件下，除降雨I時TP流失量人工植草大于坡耕地外，不同水土保持措施徑流小區(qū)地表徑流中TN、TP流失量削減效果均表現(xiàn)為魚鱗坑gt;人工植草 gt; 坡耕地 gt; 裸地徑流小區(qū)。由圖5（c）、圖5（d）可以看出，在小雨強(qiáng)條件下，魚鱗坑和人工植草徑流小區(qū)地表徑流中TN、TP流失量較裸地徑流小區(qū)明顯減小，但坡耕地徑流小區(qū)的TN、TP流失量比裸地徑流小區(qū)還要多，其原因可能是小雨強(qiáng)條件下發(fā)生的主要為蓄滿產(chǎn)流，降雨到達(dá)土層深處，而農(nóng)作物生長季的施肥、翻地導(dǎo)致地表土壤松散，使得TN、TP更易流失。

4討論

選取坡耕地、人工植草和魚鱗坑3種水土保持措施，以及裸地作為無水土保持措施的對照組，基于2013一2022年監(jiān)測數(shù)據(jù)，深人分析不同水土保持措施對產(chǎn)流產(chǎn)沙及養(yǎng)分流失量的影響，結(jié)果表明：魚鱗坑具有截?cái)鄰搅?、匯集徑流、改變徑流軌跡等作用，坡面徑流被魚鱗坑匯集，減輕了對坡面的沖刷，從而達(dá)到蓄水減流、保土保肥的作用；人工植草可以截留降雨、降低雨滴動能、減緩徑流產(chǎn)生、增大入滲，同時植物根系能增強(qiáng)土壤抗沖性，從而有效減少產(chǎn)流產(chǎn)沙；坡耕地雖然受人為活動影響劇烈，減流減沙效益相比其他水保措施差，但是相比裸地仍具有一定的減流減沙效益。具體來說，在減流方面，相比裸地，3種水土保持措施小區(qū)的徑流深都有不同程度的降低，結(jié)合減流率可以發(fā)現(xiàn)，3種水土保持措施的減流效果為人工植草gt;魚鱗坑gt;坡耕地。在減沙方面，相比裸地，3種水土保持措施的產(chǎn)沙量均明顯降低，減沙率較大，能夠有效抑制泥沙輸出，其中人工植草與魚鱗坑減沙效果較好，人工植草產(chǎn)沙量略高于魚鱗坑，而坡耕地減沙效益較低，這與前人研究結(jié)果類似[8-11]。降雨是引起水土流失的直接原因，相比雨強(qiáng)、降雨歷時，降雨量對徑流、泥沙量的影響更大[12]。在減少土壤養(yǎng)分流失方面，不同雨強(qiáng)條件下，人工植草和魚鱗坑均能明顯減少TP、TN流失量，但坡耕地的削減作用較小，說明水土保持措施能夠有效減少土壤養(yǎng)分流失，使水源得到有效保護(hù)，只是坡耕地的削減效果并不顯著

在自然條件下，除了降雨和水土保持措施，影響坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的因素還有很多，因此在實(shí)際治理工作中需要綜合考慮多種因素?？紤]到本研究分析的水土保持措施較為單一，沒有對不同措施組合的水土保持效果進(jìn)行研究，今后應(yīng)在這些方面改進(jìn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以期能為研究區(qū)的水土保持工作提供更加科學(xué)、完善的理論支撐。

5結(jié)論

1）不同水土保持措施的減流效果從高到低依次為人工植草、魚鱗坑、坡耕地和裸地，人工植草和魚鱗坑抑制徑流過程的作用強(qiáng)于坡耕地。次降雨徑流深與降雨量成正相關(guān)關(guān)系。

2）不同水土保持措施減沙效果從高到低依次為魚鱗坑、人工植草、坡耕地、裸地，相比裸地，坡耕地的產(chǎn)沙量顯著減小，人工植草和魚鱗坑則產(chǎn)沙很少甚至不產(chǎn)沙。次降雨產(chǎn)沙量與降雨量成正相關(guān)關(guān)系。

3）在大雨強(qiáng)條件下，除降雨Ⅱ時TP流失量人工植草大于坡耕地外，不同水土保持措施徑流小區(qū)對TN、TP流失量削減作用由強(qiáng)到弱依次為魚鱗坑、人工植草、坡耕地、裸地。在小雨強(qiáng)條件下，魚鱗坑和人工植草的TN、TP流失量較裸地顯著減小，而坡耕地的TN、TP流失量比裸地還大。

參考文獻(xiàn)：

[1］計(jì)保權(quán).興城朱家小流域水土流失成因及防治策略[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2022（1）：41-42.

[2]孫天妙，曹建生，陽輝，等.北方土石山區(qū)水土流失治理現(xiàn)狀與展望[J].防護(hù)林科技，2022（5）：56-61.

[3］王曉燕，胡秋菊，朱風(fēng)云，等.密云水庫流域降雨徑流土壤中氮磷流失規(guī)律：以石匣試驗(yàn)區(qū)為例[J].首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，22（2）：79-85.

[4］邵永昌.安徽大別山區(qū)典型流域降雨徑流產(chǎn)沙規(guī)律研究[D].南京：南京林業(yè)大學(xué)，2016：2-3.

[5]歐會迪，張錦豪，李建菲，等.太行山南麓魚鱗坑坡面產(chǎn)流特征及其影響因素[J].水土保持通報(bào)，2024，44（2）：110-118，276.

[6]路炳軍，袁愛萍，李永貴，等.密云水庫上游典型水保措施減少面源污染效益分析[J].中國水土保持，2007（1）：30-31，60.

[7]杜映妮，周怡雯，李朝霞，等.丹江口庫區(qū)不同降雨類型下典型植被措施的水土保持效應(yīng)[J].水土保持學(xué)報(bào)，2023，37（2） ：51-57，66.

[8］侯雷，謝欣利，姚沖，等.不同規(guī)格魚鱗坑坡面侵蝕過程及特征研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，36（8）：62-68.

[9］李元壽，王根緒，丁永建，等.青藏高原高寒草甸區(qū)土壤水分的空間異質(zhì)性[J].水科學(xué)進(jìn)展，2008，19（1）：61-67.

［10］任柯蒙.黃土丘陵區(qū)不同水土保持措施組合的土壤侵蝕效應(yīng)模擬研究［D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2018：31-37.

[11］姚華榮，楊志峰，崔保山.GIS支持下的瀾滄江流域云南段土壤侵蝕空間分析[J].地理研究，2006，25（3）：421-429.

[12］張哲，方政，董智，等.魯中南山區(qū)侵蝕性降雨及典型作物對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙影響研究[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2024，46（1）：69-76.

（責(zé)任編輯 李楊楊）