不同植物措施對南方紅壤丘陵坡地地表徑流系數和產沙量的影響

陳海生

摘 要：采用野外徑流小區(qū)實驗，以自然裸露坡地為對照，利用2016年安吉縣山湖塘綜合觀測場的降雨和土壤侵蝕過程數據，研究不同植物措施對降雨條件下紅壤坡面產沙量和地表徑流系數的影響。結果表明，在各種植物措施中，竹子保留地被小區(qū)的水土保持效果最好、最穩(wěn)定，其次是竹子全面撫育小區(qū)，最差的是落葉經濟林全面撫育小區(qū)。

關鍵詞：植物措施；紅壤丘陵坡地；徑流系數；產沙量

中圖分類號 S157 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）22-0071-02

坡面產流是指坡面上降雨和下墊面綜合作用產生徑流的過程。南方丘陵區(qū)紅壤坡地降雨強度較大，土壤抗侵蝕不足，再加上人類過度開發(fā)造成的植被破壞，水土流失現象日益嚴重。丘陵坡地中植物具有蓄水保土、截留降水、減少地表徑流、攔截泥沙等方面的作用。許多研究表明，植物措施能較好地調控南方紅壤區(qū)坡面地表徑流和土壤侵蝕。例如，梁娟珠在福建省長汀縣的研究[1]認為，不同植被措施下坡面產流產沙分異規(guī)律明顯，相對于裸地，蓋度高的喬灌草、灌草、草本等措施的水土流失量最小，水土保持效果最為明顯；黃鵬飛等在江西的研究[2]認為，不同植物措施對坡面年總徑流深的消減效果，其中以柑橘加百喜草全園覆蓋措施最好，其次為柑橘加百喜草帶措施，柑橘純林最差。本研究以安吉縣山湖塘綜合觀測場標準徑流小區(qū)為單元，研究在天然降雨條件下不同植物措施對南方丘陵區(qū)紅壤坡地的水土保持效應，為該區(qū)域采取合適的植物措施用于控制土壤侵蝕提供依據。

1 材料與方法

1.1 自然概況 安吉縣山湖塘綜合觀測場屬于太湖流域，地理坐標為東經119°34′00″，北緯30°37′00″。觀測場建立在安吉水土保持科技示范園區(qū)內，位于遞鋪鎮(zhèn)凈土社區(qū)，距中心城區(qū)8km。觀測場所在的水保園區(qū)地貌類型屬低山丘陵，土壤以紅壤為主，土層淺薄，較易風化，從而導致水土流失嚴重。該區(qū)域總土地面積57.88hm2，土地利用狀況為：有林地、疏林地和荒坡35.88hm2，坡耕地20hm2，水面2hm2。原有水土流失面積31hm2，占總土地面積的53.6%。

1.2 徑流小區(qū)布設與監(jiān)測內容 安吉縣山湖塘綜合觀測場，共設標準徑流小區(qū)9個，尺寸均為20m×5m（長×寬），面積100m2，坡度20°。每個徑流小區(qū)下均設3級集流池，每個集流池尺寸為1m×1m×0.9m（長×寬×高），每級之間設置5個分流孔，4個分流孔分流到池外，1個分流孔分流道下一級，集流池均沒有遮蓋。觀測場各徑流小區(qū)中，1號小區(qū)為梯地種植農作物，2號小區(qū)為順坡種植農作物，3號小區(qū)為裸地，4小區(qū)為順坡種植白茶，5號小區(qū)為梯田種植白茶，6號小區(qū)為落葉經濟林全面撫育，7號小區(qū)為落葉經濟林保留地被，8號小區(qū)為竹子全面撫育，9號小區(qū)為竹子保留地被。2016年8月14日，用自記雨量計來記錄雨量和降雨過程，記錄降雨的起止時間和各階段的雨強。小區(qū)地表徑流通過集水槽和導水管流入徑流收集池中，徑流收集池容量按100年一遇暴雨設計。采用定位觀測的方法，在降雨后測量徑流深和泥沙量。徑流深在量水池中用體積法求得，觀測徑流的同時，將量水池中的水攪拌均勻后取樣，經過濾-烘干-稱重，求算土壤含沙量。監(jiān)測方法是在徑流小區(qū)產流停止后，將集水槽中沉積的泥沙掃人徑流池中，再用攪拌器將水池中所盛混合物攪勻后，用采樣器在池中水位一半處分別采集3瓶水沙樣，每瓶所取水沙樣約800～1000mL，用烘干法對所取水沙樣含沙量進行測定，分別取平均值獲得該次降雨各個徑流池所采水沙樣的含沙量[3]。

2 結果與分析

2.1 不同植物措施對丘陵坡地地表徑流系數的影響 地表徑流系數表示降水中有多少水變成了地表徑流，它綜合反映了1個地區(qū)內地質土壤和植被等地表狀況對徑流的影響[4]。安吉縣山湖塘綜合觀測場各徑流小區(qū)地質狀況相同，可以很明顯地觀察植物在降低地表徑流中的作用。如表1所示，裸地的地表徑流系數是所有小區(qū)中最大的，為0.16。而在不同植被之中，則是落葉經濟林全面撫育小區(qū)最大，地表徑流系數為0.08；地表徑流系數最小的是竹子保留地被小區(qū)，只有0.02，落葉經濟林全面撫育小區(qū)的徑流系數是竹子保留地被小區(qū)的4倍。順坡種植白茶和梯田種植白茶小區(qū)的徑流系數都是0.05，梯田種植農作物和順坡種植農作物小區(qū)的徑流系數都是0.04，落葉經濟林保留地被和竹子全面撫育小區(qū)的徑流系數都是0.03。

2.2 不同植物措施對丘陵坡地產沙量的影響 山湖塘小流域本次降雨中各徑流小區(qū)的產沙情況見表1。由表1可知，本次降雨中，裸地徑流小區(qū)的含沙量最高，為5.9g/L。在各植物措施徑流小區(qū)中，產沙量最少的是順坡種植白茶，其含沙量為0.1g/L，含沙量最大的是落葉經濟林全面撫育小區(qū)，其含沙量為5.5g/L，是順坡種植白茶的27.5倍。毛竹林保留林下植被小區(qū)的含沙量也很少，為0.2g/L。其余的從高到低依次為落葉經濟林保留地被、順坡種植農作物、梯田種植白茶、梯田種植農作物、竹子全面撫育。

3 結論與討論

（1）植物對坡面徑流形成的阻抑作用，主要體現在植被莖葉對雨滴的消減作用、枯枝落葉層及植物莖對徑流流速的緩減作用，以及植物根系能增加根系對土壤的抗蝕性和抗沖性。徑流系數是一個綜合反映降雨特征、前期土壤含水量和地表特征的變量規(guī)律的研究，是反映產流狀況的重要指標[5-6]。在本試驗條件下，在各植被小區(qū)中，地表徑流系數最小的是竹子保留地被小區(qū)，而落葉經濟林全面撫育小區(qū)的地表徑流系數最大，是最小值的4倍。各徑流小區(qū)的含沙量也是同樣的趨勢，竹子保留地被小區(qū)和順坡種植白茶小區(qū)的含沙量最小，落葉經濟林全面撫育小區(qū)的最大，是最小值的27.5倍。因此，各種植物措施中，竹子保留地被小區(qū)的水土保持效果最好、最穩(wěn)定，其次是竹子全面撫育小區(qū)，最差的是落葉經濟林全面撫育小區(qū)。

（2）水土保持植物措施對減少徑流效應主要是通過3個方面來進行，一是冠層的截留效應，二是地被物（包括林下草灌和枯落物層）的攔蓄效應，三是植物根系對土壤的改良作用。在降雨過程中，雨滴擊濺坡面產沙而造成表層土壤侵蝕，而植被能抑制坡面徑流的形成。竹子、白茶等林冠及地表草本植物對雨水能產生截留作用，降低雨滴和水流造成的濺蝕和面蝕。植物的須根可以產生有機質作為土壤膠結劑，同時配合須根的穿插擠壓和纏繞，從而提高土壤的抗侵蝕能力。因此，灌木林、喬木林特別是與地被植物結合的徑流小區(qū)相比于其他處理，特別是與對照裸地相比，其產沙量要少得多，產生了明顯的保土抗蝕效果[7]。

參考文獻

[1]梁娟珠.南方紅壤區(qū)不同植被措施坡面的水土流失特征[J].水土保持研究，2015，22（4）：95-99.

[2]黃鵬飛，陳曉安，鄭太輝，等.紅壤坡地不同植物措施消減徑流峰值研究[J].水土保持學報，2016，30（1）：79-82，102.

[3]劉鳳仙，覃莉，顧再柯.貴州省水土保持監(jiān)測點觀測數據整編的做法及存在問題[J].中國水土保持，2014（3）：59-61.

[4]張洪江，孫艷紅，程云.重慶縉云山不同植被類型對地表徑流系數的影響和植被等地表狀況對徑流的影響[J].水土保持學報，2006，20（6）：11-13，45.

[5]王金葉，李海防，段文軍，等.漓江上游降水特征及典型森林群落地表徑流規(guī)律的研究[J].中南林業(yè)科技大學學報，2012，32（6）：72-77.

[6]石揚旭，張友靜，李鑫川，等.流域下墊面特征對多年平均徑流系數的影響[J].西北農林科技大學學報（自然科學版），2017，45（12）：138-154.

[7]王昭艷，左長清，曹文洪，等.紅壤丘陵區(qū)次降雨條件下果園不同間套種模式徑流與泥沙輸移特征[J].水土保持學報，2011，25（4）：74-78.

（責編：張宏民）