官麥地小流域徑流場產(chǎn)流產(chǎn)沙特征

馮 瑩，孟廣濤,俞亭如,儲 婭

(1.西南林業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650224； 2.云南省林業(yè)科學(xué)院，云南 昆明 650204；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650224)

官麥地小流域徑流場產(chǎn)流產(chǎn)沙特征

馮 瑩1，孟廣濤2,俞亭如3,儲 婭3

(1.西南林業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650224； 2.云南省林業(yè)科學(xué)院，云南 昆明 650204；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650224)

降雨；產(chǎn)流；產(chǎn)沙；官麥地小流域

為了研究官麥地小流域不同土地利用類型的產(chǎn)流產(chǎn)沙特征，按流域地形和用地類型，在小流域內(nèi)布設(shè)了坡耕地、坡改梯、經(jīng)果林、水保林、新造水保林、荒草地6個徑流小區(qū)。研究2014年6—10月各徑流小區(qū)的產(chǎn)流產(chǎn)沙量，對各徑流小區(qū)的產(chǎn)流產(chǎn)沙量、降雨與產(chǎn)流產(chǎn)沙量、下墊面條件與產(chǎn)流產(chǎn)沙量進(jìn)行回歸分析，結(jié)果顯示：各小區(qū)產(chǎn)流量為坡耕地(11.479 m3)>荒草地(8.109 m3)>坡改梯(6.488 m3)>新造水保林(3.119 m3)>經(jīng)果林(2.937 m3)>水保林(2.695 m3)；產(chǎn)沙量為坡耕地(213.916 6 kg)>荒草地(47.077 3 kg)>坡改梯(32.816 9 kg)>新造水保林(13.686 2 kg)>經(jīng)果林(4.566 0 kg)>水保林(3.378 9 kg)；產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量隨著降雨量的增加而增加，產(chǎn)流量與產(chǎn)沙量具有極顯著的相關(guān)性，土壤的物理性質(zhì)和植被總蓋度與水土流失關(guān)系密切。試驗結(jié)果表明水土保持措施對于徑流和泥沙具有非常好的削減作用。

云南省沾益縣官麥地小流域?qū)俚崆饚r溶山區(qū)，耕地資源有限，不合理的耕作方式導(dǎo)致當(dāng)?shù)厮亮魇Ш褪瘒?yán)重、生態(tài)環(huán)境脆弱、經(jīng)濟發(fā)展水平低、群眾生活貧困，是我國水土流失最嚴(yán)重、危險程度最高、治理難度最大和貧困人口最集中的地區(qū)之一[1]。為加快官麥地小流域水土流失治理、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境[2]，本研究以小流域為單元采取一系列水土保持措施，設(shè)立固定監(jiān)測樣地，通過實地調(diào)查與實驗室研究、野外監(jiān)測與室內(nèi)試驗分析相結(jié)合的方法，研究該小流域各樣地降雨和產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律，希望能為西南巖溶地區(qū)水土流失治理提供實測數(shù)據(jù)和理論支撐。

1 研究區(qū)概況

官麥地小流域位于云南省曲靖市沾益縣西部白水鎮(zhèn)境內(nèi)，屬珠江流域北盤江水系，位于東經(jīng)104°01′48″～104°07′12″、北緯25°42′10″～25°45′26″。小流域土地總面積31.66 km2，林草覆蓋率52%，森林覆蓋率24%，林木郁閉度較低，以針葉林、針闊混交林、灌木林為主。隨著經(jīng)濟發(fā)展，當(dāng)?shù)匾钥緹煛⑷f壽菊種植為主的經(jīng)濟作物種植面積不斷擴大，基本農(nóng)田不能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，出現(xiàn)了大面積開荒種植的現(xiàn)象，坡地種植導(dǎo)致水土流失面積增加、程度加重。據(jù)調(diào)查，該流域水土流失以水力侵蝕為主，表現(xiàn)形式為面蝕、溝蝕，其中輕度侵蝕998.9 hm2、中度侵蝕461.56 hm2、強烈侵蝕79.14 hm2，土壤侵蝕模數(shù)為1 237 t/(km2·a)，年土壤侵蝕量達(dá)3.92萬t。

2 研究內(nèi)容與方法

2.1 樣地設(shè)置

根據(jù)研究區(qū)自然環(huán)境條件和水土保持措施類型，采用徑流小區(qū)定位觀測方法測定土壤侵蝕量與地表徑流量。按照措施類型上具典型性，地貌類型和部位上具代表性，同一小區(qū)內(nèi)部具相似性，小區(qū)尺寸遵循規(guī)范性等原則，設(shè)置坡耕地、坡改梯、經(jīng)果林、水保林、新造水保林、荒草地共6個徑流小區(qū)，具體情況見表1。為便于雨季觀測，小區(qū)采取集中布設(shè)、順坡設(shè)置，小區(qū)水平投影面積均為100 m2[3]。小區(qū)之間用40 cm×60 cm單磚隔開，上方設(shè)排水渠，防止來水進(jìn)入小區(qū)。在整修過程中盡量保持小區(qū)內(nèi)的原始狀態(tài)，埋設(shè)隔磚時把溝槽內(nèi)挖出的土堆在小區(qū)外側(cè)，內(nèi)外側(cè)填土?xí)r要填實，以防小區(qū)內(nèi)流失的土壤和徑流進(jìn)入。小區(qū)下方用水泥抹面修筑集流槽，將徑流和泥沙通過集流槽匯入集流池，集流池尺寸為1 m×1 m×1 m。徑流泥沙采用5分法，即4/5排出徑流池外，1/5在徑流池進(jìn)行徑流量計算和泥沙取樣。小區(qū)左右兩邊要留出至少1 m的保護帶。小區(qū)布設(shè)于2014年5月完工，2014年度觀測期為5—11月，重點觀測時段為雨季(6—10月)。

表1 各徑流小區(qū)布設(shè)情況

2.2 觀測內(nèi)容和方法

在自然降雨條件下觀測以下數(shù)據(jù)：①降雨量。采用簡易雨量站對監(jiān)測期每日的降水過程進(jìn)行觀測。②坡面徑流、泥沙量。降雨產(chǎn)流后，測定集流池水面深度，計算產(chǎn)流量，把集流槽中的渾水?dāng)噭蚝螅M3個標(biāo)準(zhǔn)取樣容器，用置換法測定泥沙含量[4]。③土壤物理指標(biāo)。用環(huán)刀法分層(0～20、20～40、40～60 cm)取樣，測定土壤容重、最大持水量、最小持水量、毛管持水量、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度等指標(biāo)。采用Excel和SPSS 17.0對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 產(chǎn)流產(chǎn)沙特征

2014年6—10月官麥地小流域共監(jiān)測到降雨74場，其中有產(chǎn)流的26場(總降雨量623 mm)，次降雨量最大的發(fā)生在6月10日。各徑流小區(qū)降雨產(chǎn)流量大小排序為1#小區(qū)(11.479 m3)>6#小區(qū)(8.109 m3)>2#小區(qū)(6.488 m3)>5#小區(qū)(3.119 m3)>3#小區(qū)(2.937 m3)>4#小區(qū)(2.695 m3)。1#坡耕地小區(qū)產(chǎn)流量最大，分別約為經(jīng)果林小區(qū)和水保林小區(qū)的3.91倍和4.26倍；其次是荒草地小區(qū)；經(jīng)果林和水保林小區(qū)因植被覆蓋度較高，植物截流效果較好[5]，故產(chǎn)流量較小；5#新造水保林小區(qū)，植被覆蓋度較低，水土保持效益不明顯[6]。各小區(qū)降雨產(chǎn)沙量大小排序為1#小區(qū)(213.916 6 kg)>6#小區(qū)(47.077 3 kg)>2#小區(qū)(32.816 9 kg)>5#小區(qū)(13.686 2 kg)>3#小區(qū)(4.566 0 kg)>4#小區(qū)(3.378 9 kg)，坡耕地小區(qū)產(chǎn)沙量最大，約為水保林小區(qū)的63倍。對各小區(qū)產(chǎn)流量與產(chǎn)沙量進(jìn)行回歸分析，均呈顯著正相關(guān)。除了3#經(jīng)果林小區(qū)以二次模型為最佳，其他均以三次曲線模型為最佳，相關(guān)系數(shù)分別為0.874、0.970、0.745、0.880、0.786、0.921，顯著性水平均為0.000。

3.2 水土保持措施對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的控制作用

為研究水土保持措施對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的控制作用，在6個徑流小區(qū)中選取1#和2#小區(qū)作為耕地對照組，3#和6#小區(qū)作為經(jīng)果林對照組，4#和6#小區(qū)作為水保林對照組，每組兩個小區(qū)的坡度、土壤、土地利用類型等大致相同。幾個對照組的坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙情況見表2、3。從表中可以看出，水土保持措施(坡改梯、經(jīng)果林、水保林)對產(chǎn)流量的削減率達(dá)到39.02%～63.76%，對產(chǎn)沙量的削減率達(dá)到84.20%～92.51%。在耕地對照組中，2#坡改梯小區(qū)產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量分別比1#坡耕地小區(qū)減少39.02%和84.20%。坡改梯對地表徑流的削減作用主要表現(xiàn)在對徑流的再分配上。胡建民等[7]研究表明，在其他耕作措施相同的情況下，坡改梯小區(qū)觀測期內(nèi)的地表徑流量比坡耕地小區(qū)的少，說明坡改梯后農(nóng)田蓄水效益明顯提高。坡改梯對泥沙的攔截作用表現(xiàn)為徑流量減少、流速減慢，大顆粒泥沙沉淀后留在梯臺上，削減了徑流中的泥沙含量，從而減少了產(chǎn)沙量[8]。經(jīng)果林、水保林對照組中，3#經(jīng)果林小區(qū)產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量分別較6#荒草地小區(qū)減少60.42%、90.74%，4#水保林小區(qū)產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量分別較6#荒草地小區(qū)減少63.76%、92.51%。3#經(jīng)果林小區(qū)植株生長茂盛，植被總蓋度80%左右，且分布在整個小區(qū)；4#水保林小區(qū)云南松生長良好，植被總蓋度為110%左右；而6#荒草地小區(qū)僅小區(qū)上部和周邊有一些低矮草叢，其余地方均為裸地和侵蝕溝。這說明良好的地表覆蓋對削弱土壤侵蝕有明顯作用[9]。

表2 耕地、經(jīng)果林、水保林對照組產(chǎn)流量和削減率

表3 耕地、經(jīng)果林、水保林對照組產(chǎn)沙量和削減率

3.3 降雨量與產(chǎn)流產(chǎn)沙的關(guān)系

降雨特征與徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙關(guān)系十分密切，降雨量是影響產(chǎn)流產(chǎn)沙量的重要因子[10]。對該小流域6—10月有產(chǎn)流的26場降雨的產(chǎn)流產(chǎn)沙量與降雨量進(jìn)行回歸分析，得到各小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙量與降雨量的回歸模型見表4、5。從表中可以看出，各模型的相關(guān)系數(shù)接近1，且顯著性水平小于顯著性概率(0.05)，說明產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量與降雨量呈顯著正相關(guān)，產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量都隨降雨量的增加而增加。

表4 各徑流小區(qū)產(chǎn)流量與降雨量的回歸關(guān)系模型

表5 各徑流小區(qū)產(chǎn)沙量與降雨量的回歸關(guān)系模型

3.4 下墊面條件與產(chǎn)流產(chǎn)沙的關(guān)系

以產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量為因變量，坡位、坡度、植被總蓋度、土壤容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、總孔隙度、最大持水量、最小持水量、毛管持水量等10個因子為自變量，運用Excel和SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸分析，各指標(biāo)取值見表6。建立產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量的回歸方程為

y1=34.060-0.207x3+2.215x4-

0.516x5+0.110x7-0.673x10

(1)

y2=1 352.437-3.804x3-331.224x4-

12.193x5-0.656x7-17.075x10

(2)

表6 各徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙量與下墊面條件因子值

影響產(chǎn)流量的因子有植被總蓋度、土壤容重、非毛管孔隙度、總孔隙度和毛管持水量。根據(jù)Pearson相關(guān)性分析結(jié)果，各影響因子的相關(guān)性系數(shù)分別為-0.857、-0.471、0.029、-0.123、0.413。由于地表徑流是坡面供水與下滲的產(chǎn)物[11-12]，因此產(chǎn)流量與土壤結(jié)構(gòu)和植被總蓋度有一定相關(guān)性，即植被總蓋度、非毛管孔隙度、毛管持水量與產(chǎn)流量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，以植被總蓋度為主要影響因子。影響產(chǎn)沙量的因子與影響產(chǎn)流量的因子基本相同，植被總蓋度、土壤容重、非毛管孔隙度、總孔隙度和毛管持水量的相關(guān)性系數(shù)分別為-0.608、-0.657、-0.123、-0.157、0.157。通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)沙量的大小不僅與降雨量有關(guān)，而且與植被總蓋度、土壤容重等土壤物理性質(zhì)有關(guān)，地表覆蓋度越小，容重越小，產(chǎn)沙量越大[13]，植被總蓋度和土壤容重為主要影響因子。

4 結(jié)論與討論

(1)2014年6—10月研究區(qū)6個坡面徑流小區(qū)產(chǎn)流量分別為1#坡耕地小區(qū)(11.479m3)>6#荒草地小區(qū)(8.109m3)>2#坡改梯小區(qū)(6.488m3)>5#新造水保林小區(qū)(3.119m3)>3#經(jīng)果林小區(qū)(2.937m3)>4#水保林小區(qū)(2.695m3)。產(chǎn)沙量分別為1#坡耕地小區(qū)(213.9166kg)>6#荒草地小區(qū)(47.077 3kg)>2#坡改梯小區(qū)(32.816 9kg)>5#新造水保林小區(qū)(13.686 2kg)>3#經(jīng)果林小區(qū)(4.566 0kg)>4#水保林小區(qū)(3.378 9kg)。各小區(qū)與產(chǎn)沙量呈顯著相關(guān)，產(chǎn)流量隨產(chǎn)沙量的增加而增加。

(2)6個徑流小區(qū)中兩兩(1#和2#、3#和6#、4#和6#)對照結(jié)果為：2#坡改梯小區(qū)產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量分別比1#坡耕地小區(qū)減少39.02%和84.20%；3#經(jīng)果林小區(qū)產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量分別較6#荒草地小區(qū)減少60.42%和90.74%；4#水保林小區(qū)產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量分別較6#荒草地小區(qū)減少63.76%和92.51%。這說明采取水土保持措施，包括坡改梯和栽植植物等對坡面徑流和泥沙具有較好的削減作用。

(3)降雨特征與徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙的關(guān)系十分密切。各小區(qū)產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量與降雨量均呈顯著相關(guān)，徑流量和產(chǎn)沙量隨降雨量的增加而增加。

(4)影響產(chǎn)流量的因子有植被總蓋度、土壤容重、非毛管孔隙度、總孔隙度和毛管持水量，其中植被總蓋度、非毛管孔隙度、毛管持水量與產(chǎn)流量負(fù)相關(guān)，以植被總蓋度為主要影響因子。影響產(chǎn)沙量的因子為植被總蓋度、土壤容重、非毛管孔隙度、總孔隙度和毛管持水量。產(chǎn)沙量的大小不僅與降雨量有關(guān)，而且與植被總蓋度、土壤容重等土壤物理性質(zhì)有關(guān)，植被總蓋度越小，土壤容重越小，產(chǎn)沙量越大。

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(責(zé)任編輯 李楊楊)

張家界市人大調(diào)研“一法一辦法”貫徹實施情況

2015月5月14日，張家界市人大對桑植縣貫徹實施《中華人民共和國水土保持法》和《湖南省實施〈中華人民共和國水土保持法〉辦法》(簡稱“一法一辦法”)情況進(jìn)行了調(diào)研。

調(diào)研組一行在縣政府、縣人大、縣水利局有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的陪同下，前往橋自彎鄉(xiāng)山羊溪電站和洪家關(guān)鄉(xiāng)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)現(xiàn)場進(jìn)行了調(diào)研，并聽取了桑植縣貫徹實施“一法一辦法”情況匯報。調(diào)研組充分肯定了桑植縣“一法一辦法”貫徹實施情況，并要求在今后的工作中注重實情、廣泛宣傳、依法治理、強化監(jiān)督，盡快把水土保持工作提高到一個新的高度。

王 麗(湖南省桑植縣水利局)

西南林區(qū)森林多目標(biāo)經(jīng)營模式效益評價與優(yōu)化模式篩選技術(shù)項目(2012BAD22B0104)

S157

A

1000-0941(2015)09-0042-04

馮瑩(1990—)，女，四川南充市人，碩士研究生，研究方向為恢復(fù)生態(tài)學(xué)；通信作者孟廣濤(1969—)，男，云南昆明市人，研究員，博士，研究方向為森林生態(tài)學(xué)。

2015-03-18