石匣水小流域土保持措施蓄水保土效益分析

高勇

【摘要】根據(jù)2010—2016年密云水庫(kù)上游石匣小流域內(nèi)22個(gè)徑流小區(qū)的產(chǎn)流產(chǎn)沙數(shù)據(jù)，分析不同水土保持措施的蓄水保土效益。為密云水庫(kù)上游重點(diǎn)治理區(qū)的水土流失治理工作提供一點(diǎn)借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】水土保持；徑流小區(qū)；蓄水保土效益

密云水庫(kù)是北京市城市生活用水的主要地表水源，年供水量約6億m3，約占全市地表供水量的73.3%，其水質(zhì)的優(yōu)劣直接影響著北京人民的生活和健康。水體營(yíng)養(yǎng)程度目前屬于中營(yíng)養(yǎng)型，但向富營(yíng)養(yǎng)化方向發(fā)展的趨勢(shì)明顯。密云水庫(kù)上游地區(qū)多為土石山區(qū)和丘陵區(qū)，水土流失嚴(yán)重。有關(guān)研究表明，由于水土流失造成的非點(diǎn)源污染是造成水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化程度加重的主要因素。目前，密云水庫(kù)泥沙淤積量已達(dá)1.7億m3，徑流泥沙作為污染物的載體，已成為影響水庫(kù)水質(zhì)的重要污染源之一。

現(xiàn)階段對(duì)水土保持綜合治理的研究較多，但多集中于對(duì)治理過(guò)程中單因子的研究，而對(duì)整體水土保持效益的研究較少。本研究以北京市石匣小流域?yàn)槔粤饔蛑械膹搅餍^(qū)實(shí)測(cè)資料為依據(jù)，分析不同措施的水土保持成效，為密云水庫(kù)上游重點(diǎn)治理區(qū)的水土流失治理工作提供科學(xué)指導(dǎo)。

一、研究區(qū)概況

1.小流域概況

石匣小流域地處北京市北部山區(qū)密云水庫(kù)的東北方向，總面積34km2，地理坐標(biāo)為117°01′-117°07′E、43°32′-42°38′N，按水系劃分屬于海河流域潮河下游。隸屬燕山山脈，為土石淺山丘陵區(qū)，地勢(shì)北高南低，海拔150-390m，溝壑密度0.2km/km2，坡面平緩，大于20°的坡面僅占流域面積的16.2%。土壤類型為洪沖積物母質(zhì)上發(fā)育的淋溶褐土。流域氣候?yàn)榕瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候，年均降水量為661.8mm，降水分布不平均，80%集中在6-9月。

2.試驗(yàn)小區(qū)概況

石匣試驗(yàn)小區(qū)設(shè)在石匣小流域的中心示范區(qū)內(nèi)，面積為2km2，選擇坡向、坡度、坡長(zhǎng)、水土保持措施等試驗(yàn)因子進(jìn)行布設(shè)，共設(shè)置 22 個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，各徑流小區(qū)的基本情況見(jiàn)表 1。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康挠^測(cè)不同坡面不同措施下的產(chǎn)流和產(chǎn)沙情況。

二、結(jié)果與分析

1.不同土地利用類型的水土保持效應(yīng)選擇坡度相近的不同土地利用類型的徑流小區(qū)（1、2、3、4、5、12、13、14、15、16號(hào)徑流小區(qū)），基于其2010—2016年的年平均徑流泥沙數(shù)據(jù)，對(duì)其產(chǎn)流產(chǎn)沙量進(jìn)行比較，結(jié)果如圖1所示。

石匣小流域徑流小區(qū)的主要土地利用類型為耕地、林地和封禁的荒草地，以裸地為對(duì)照。從圖1可以看出，與對(duì)照相比，耕地、林地和封禁荒草地的產(chǎn)流產(chǎn)沙量均有較大幅度減少。其中，封禁荒草地的徑流和泥沙減少量最大，分別減少94.28%和99.38%；其次為林地，徑流和泥沙減少量分別為66.25%和75.13%；耕地減少量最小，徑流和泥沙減少量分別為23.95%和56.82%。各土地利用類型的水土保持效應(yīng)為封禁荒草地>林地>耕地。

坡面的耕地比裸地相比，有了一定的水土保持效應(yīng)，這是因?yàn)檗r(nóng)作物根系的固土作用以及枝葉的水文作用起到了一定的保持水土的效果，但同時(shí)也增加了人為活動(dòng)的影響，人為的土地整理等耕作活動(dòng)對(duì)土壤擾動(dòng)的同時(shí)又可能會(huì)增加水土流失的可能，因此其水土保持效應(yīng)最低。石匣地區(qū)的林地大部分為經(jīng)濟(jì)林，其林分密度較低，林下一般沒(méi)有其他灌木草本，沒(méi)有形成良好的森林生態(tài)系統(tǒng)，雖然具有一定的水土保持效應(yīng)，但其效應(yīng)有限。封禁撫育是我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)的重要措施，有利于充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)能力，加速水土流失的治理。草本植物的密集根系具有良好的固土作用，同時(shí)對(duì)土壤的改良作用又發(fā)揮了良好的保水效果，另外，封禁處理有效地阻止了人類活動(dòng)對(duì)坡面的擾動(dòng)。因此在石匣地區(qū)，封禁荒草地發(fā)揮了最好的水土保持效應(yīng)。

2.同種土地利用類型下不同措施的水土保持效應(yīng)

（1）耕地利用類型下不同措施的水土保持效應(yīng)。石匣小流域徑流小區(qū)耕地土地利用類型下的工程措施主要有陡坡開荒（1號(hào)徑流小區(qū)）、坡耕地（6、18、20號(hào)徑流小區(qū)）和梯田（17號(hào)徑流小區(qū)），其中陡坡開荒徑流小區(qū)坡度為16.8°，其他兩小區(qū)坡度均為3.8°，在陡坡開荒、梯田和坡耕地3種耕作方式中，陡坡開荒比梯田和坡耕地的徑流和泥沙量高，其徑流量高達(dá)252mm，產(chǎn)沙量高達(dá)316kg，說(shuō)明在坡度較大的坡面上，陡坡開荒的耕地措施會(huì)造成較大的水土流失量。對(duì)于坡度相同的兩種耕地措施，坡耕地的徑流和產(chǎn)沙量（187mm，64kg）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于梯田（13mm，2kg），梯田是控制水土流失的有效措施，它通過(guò)改變?cè)械男〉匦危蛊旅孀兤秸?，截?cái)嘣械膹搅髁骶€，強(qiáng)化降水就地入滲攔蓄，避免了徑流的產(chǎn)生，增加了土壤水分含蓄量，有利于植被生長(zhǎng)，又起到了很好的減蝕作用。因此，在坡面耕作時(shí)，應(yīng)嚴(yán)禁陡坡開荒，提倡梯田的耕作方式。

（2）林地利用類型下不同措施的水土保持效應(yīng)。石匣小流域徑流小區(qū)林地土地利用類型下的工程措施主要有魚鱗坑和水平條，其保持水土的原理與梯田一樣，也是通過(guò)改變坡面原有的小地形，截?cái)鄰搅魍ǖ溃黾咏邓木偷厝霛B攔蓄，同時(shí)增加土壤水分含量，促進(jìn)植被覆蓋，發(fā)揮固土作用，從而達(dá)到保持水土的作用。

為研究不同林地措施的水土保持效果，我們對(duì)魚鱗坑（12、15是人工草地徑流小區(qū)）、大水平條（2、3號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)，不是水平條徑流小區(qū)）和小水平條（16號(hào)是荒地不是小水平條徑流小區(qū)）3種坡面的產(chǎn)流產(chǎn)沙量進(jìn)行了比較，為避免坡度的影響，所選徑流小區(qū)的坡度均相差不大（16.8°～19°），其年平均徑流和泥沙量（2010—2016年）如圖2所示。

從圖2可以看出，3種水土保持措施的產(chǎn)沙量相差不大；對(duì)徑流量而言，魚鱗坑的徑流深最小，其對(duì)徑流有最大的攔蓄作用。這主要是因?yàn)轸~鱗坑的埂中間高兩邊低，保證了徑流在坡面上從上往下流動(dòng)時(shí)不是直線也不沿著一個(gè)方向，因而避免了徑流的集中，另外受到行行列列的魚鱗坑的節(jié)節(jié)調(diào)節(jié)，徑流的沖刷能力也相應(yīng)減弱。

（3）草地土地利用類型下不同措施的水土保持效應(yīng)。石匣小流域徑流小區(qū)草地土地利用類型下的工程措施主要有封禁自然荒草地和人工草地，選擇坡度相同措施不同的兩個(gè)徑流小區(qū)進(jìn)行對(duì)比（8號(hào)和9號(hào)徑流小區(qū)），兩個(gè)徑流小區(qū)的年平均徑流和泥沙量在相同的降水條件和坡面土壤立地條件下，封禁自然荒草地比人工草地有更好的水土保持效應(yīng)，其徑流量和產(chǎn)沙量明顯少于人工草地。由此可見(jiàn)，坡面自然生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)比人工形成的草地的水土保持效果更好。

三、結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明：（1）以裸地為對(duì)照，土地利用類型的水土保持效應(yīng)為封禁荒草地>林地>耕地；3種土地利用類型的徑流減少量分別為94.28%、66.25%、23.95%，泥沙減少量分別為99.38%、75.13%、56.82%；（2）同種耕地土地利用類型下，不同耕作措施的水土保持效應(yīng)為梯田>坡耕地>陡坡開荒；（3）同種林地土地利用類型下，不同林地措施的水土保持效應(yīng)為魚鱗坑>大水平條>小水平條；（4）同種草地土地利用類型下，自然封禁形成的荒草地的水土保持效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人工草地。

研究表明，很多坡面水土保持措施均有較好的水土保持效應(yīng)，但在實(shí)施這些措施時(shí)需要考慮人類活動(dòng)的影響。本研究結(jié)果顯示，各種土地利用類型的水土保持效應(yīng)中，封禁荒草地的效果好于人造林地和耕地；在石匣流域，坡面林地多為人造經(jīng)濟(jì)林，林下灌木和草本很少，很難形成良好的森林生態(tài)系統(tǒng)，因此水土保持效果稍差一些；而耕地由于嚴(yán)重的人類活動(dòng)的影響，其效果最差。單一土地利用類型下，不同措施的水土保持效果也有較大差異；就耕地而言，梯田由于改變?cè)械男〉匦?，使坡面變平整，有利于徑流的入滲，其水土保持效果最好；就林地而言，魚鱗坑保證了徑流在坡面上從上往下流動(dòng)時(shí)不是直線也不沿著一個(gè)方向，因而避免了徑流的集中，再加上其行行列列的調(diào)節(jié)，其保水保土效果最好；就草地而言，自然封禁形成的荒草地與人工草地相比，有利于充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)能力，同時(shí)有效的阻止了人類活動(dòng)對(duì)坡面的擾動(dòng)，因此其水土保持效果最好。

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