重慶市永川區(qū)勤儉水庫監(jiān)測點水土流失因子監(jiān)測分析

宋朝忠，陳 超

（1.重慶市農(nóng)村土地整治中心，重慶 401121；2.重慶市永川區(qū)水務(wù)局，重慶永川 402160）

水土保持是我國的一項基本國策。水土保持監(jiān)測作為水土保持的重要組成部分，在政府決策、經(jīng)濟社會發(fā)展和社會公眾事務(wù)中發(fā)揮著重要作用。2004 年，勤儉水庫水土流失監(jiān)測點在重慶永川建成，為全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)站點之一，設(shè)6 個標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)。監(jiān)測點主要監(jiān)測記錄降雨、土壤、植被、作物生長狀況及產(chǎn)量、徑流泥沙等。多年來收集了大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，整理、分析這些監(jiān)測成果，可為當(dāng)?shù)厮亮魇е卫硖峁├碚撘罁?jù)。

1 基本情況

勤儉水庫水土流失監(jiān)測點由重慶市水土保持監(jiān)測總站永川分站管理，該監(jiān)測點自2004 年投入運行以來，進(jìn)行了逐年升級改造。站點采用輪式徑流泥沙自動采集器采集泥沙樣品，多參數(shù)土壤水分傳感器測量土壤水分。

6 個標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)規(guī)格為長20 m、寬5 m、坡度20°、坡向135°，土層厚度為100 cm，基巖為頁巖。各標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)除水保措施、作物種類、耕作方式不同外，其他參數(shù)均為一致。1#小區(qū)為農(nóng)地，水保措施為石坎坡改梯；2#小區(qū)為林地，水保措施為經(jīng)果林；3#小區(qū)為林地，水保措施為水保林；4#小區(qū)為農(nóng)地，水保措施為順坡豎壟耕作；5#小區(qū)為人工草地；6#小區(qū)為農(nóng)地，水保措施為等高橫壟耕作。1#、4#和6#小區(qū)植被為玉米和紅薯，5#小區(qū)植被為黑麥草，2#、3#小區(qū)植被分別為枇杷樹、松樹；玉米為條狀點播，紅薯為穴播，枇杷樹、松樹為穴植，黑麥草為幼苗移栽。

監(jiān)測設(shè)備有：遙測雨量計1 臺、徑流泥沙自動采集系統(tǒng)(EL-RS)6套、徑流泥沙人工采集11孔一級分水箱和集流池6 套、便攜式植被覆蓋度攝影測量儀1 套、多參數(shù)土壤水分傳感器6 套、土壤水分速測儀1 套、烘干箱2 個、電子秤1 臺、采樣瓶及泥沙盒100 余個等。

2 監(jiān)測內(nèi)容與方法

2.1 降水監(jiān)測

降水監(jiān)測指標(biāo)有逐日降水量、降水過程、最大I30（30 min雨強）、降雨侵蝕力等。監(jiān)測時段為全年。監(jiān)測設(shè)備為數(shù)字自記雨量計，分辨率為0.5 mm。

監(jiān)測方法：降水時自動記錄雨量，通過數(shù)據(jù)采集器本地存儲并發(fā)送至數(shù)據(jù)接收服務(wù)器。當(dāng)降雨發(fā)生時，自記雨量計將采集到的數(shù)據(jù)實時發(fā)送到數(shù)據(jù)接收服務(wù)器。若無產(chǎn)流，則定時每1 h 發(fā)送1 次累計徑流量。

2.2 土壤監(jiān)測

監(jiān)測指標(biāo)為土壤理化性質(zhì)，包括土壤物理性質(zhì)：土壤容重、土壤含水量、土壤粒度[1]；土壤化學(xué)性質(zhì)：全氮、全磷、全鉀、有機質(zhì)。土壤含水量采用多參數(shù)土壤水分傳感器自動監(jiān)測或者采樣烘干法測定，分別在每月的月初（1 號）、月中（15 號）測量1 次，其間若有降水產(chǎn)流則加測。

土壤含水量采用多參數(shù)土壤水分傳感器自動監(jiān)測或者采樣烘干法測定，其余土壤理化性質(zhì)指標(biāo)委托第三方單位檢測。檢測內(nèi)容及方法見表1。

表1 土壤的檢測方法、內(nèi)容及檢測儀器

2.3 植被監(jiān)測

每月1 日和15 日，采用便攜式植被覆蓋度攝影測量儀、目測法及皮尺分別對植被覆蓋度、郁閉度、植被高度進(jìn)行監(jiān)測。

2.4 作物產(chǎn)量監(jiān)測

作物產(chǎn)量主要監(jiān)測指標(biāo)為秸稈產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量。在作物收獲時采用樣方測量法，主要對每種作物的樣本株數(shù)、樣本鮮重、樣本干重、籽粒干重等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，計算作物產(chǎn)量及秸稈產(chǎn)量。監(jiān)測點從2021年開始對作物產(chǎn)量進(jìn)行監(jiān)測，因此本文只對2021年數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不作對比。

2.5 徑流、泥沙監(jiān)測

徑流、泥沙監(jiān)測設(shè)備為徑流自記儀、分水箱、集流池。

采用徑流自記儀和人工量測校核相結(jié)合的方法測定徑流量[2]。每次降水各小區(qū)產(chǎn)生的徑流先進(jìn)入徑流自記儀，再全部進(jìn)入一級分水箱和集流池，自記儀自動監(jiān)測每次降水產(chǎn)生的徑流量發(fā)送到采集系統(tǒng)終端，洪峰流量測定范圍0.3～2.0 L·s-1，測流范圍≥3 L，流量測定誤差小于3%，傳輸方式為電腦傳輸和通過GPRS 進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，降水結(jié)束后對分水箱和集流池收集的徑流量用體積法測量，用以校核自動觀測徑流量。

采用徑流自記儀自動采樣與分水箱、集流池人工采樣相結(jié)合的方法測定泥沙量。自動采樣泥沙含量測量誤差小于1%，采樣比例為徑流自記儀翻斗每翻1次取樣1%～1.5%，模式為無動力自動采樣。泥沙量測定采用取樣滴定沉淀烘干法，采取攪拌舀水取樣法進(jìn)行取樣，把每個小區(qū)的泥沙樣攪勻，分別用500 mL的取樣瓶取3 個樣，帶回實驗室倒入編了號的泥沙盒，滴定沉淀后倒掉上清液，放入110 ℃烘箱里烘干至恒重，冷卻后稱烘干重，計算得出泥沙量。

3 監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 降水量

根據(jù)自記雨量記記錄的降水資料，2018—2021 年永川區(qū)勤儉水庫監(jiān)測點降水日數(shù)、降水量等主要監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2。

表2 永川區(qū)勤儉水庫監(jiān)測點降水量主要監(jiān)測指標(biāo)

通過比較分析2018—2021年各月份降水天數(shù)、降水量等統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測點所在區(qū)域各年份5—10月為雨季，降水天數(shù)明顯較其他月份多，但5—10 月存在一個先減后增的現(xiàn)象，可能這是由于7—8月屬于夏季最熱的時段，降水頻率也相對變低。而從降水量的數(shù)據(jù)可以看出，各年份降水一般集中在7—8月。因此，在5—6 月和9—10 月應(yīng)注意降水頻率變高的影響，7—8 月注意雨強變大、日降水量增大的情況。另外，某些年份(2020 年)降水天數(shù)和降水量可能存在著較其他年份突出增加的現(xiàn)象，甚至可能出現(xiàn)累計降水月最大值不在雨季內(nèi)，發(fā)生這種降水異常增多現(xiàn)象不可預(yù)計、不可避免，在開展水土保持活動中應(yīng)隨時做好應(yīng)對突發(fā)暴雨等極端情況的應(yīng)急準(zhǔn)備工作。

3.2 土壤理化性質(zhì)

監(jiān)測點2018年以來長期監(jiān)測土壤含水量，其余土壤物理和化學(xué)性質(zhì)從2021年開始監(jiān)測，本文僅對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.2.1 土壤平均含水量

2018—2021 年各小區(qū)土壤平均含水量變化情況見表3。

表3 永川區(qū)勤儉水庫監(jiān)測點各季度各小區(qū)土壤平均含水率 單位：%

分析監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，各小區(qū)土壤平均含水率除受小區(qū)種植植物種類(喬木、農(nóng)作物)影響外，還受年際降水量的影響。種植喬木的小區(qū)土壤含水量明顯較種植農(nóng)作物小區(qū)受年際降水影響小，使得土壤保水能力有一定提升，受外界氣候變化影響較?。欢L期農(nóng)耕的小區(qū)土壤含水量受年際降水影響較大，土壤保水能力也較差。

3.2.2 土壤粒度

2021年土壤粒度監(jiān)測數(shù)據(jù)見表4。

表4 永川區(qū)勤儉水庫監(jiān)測點各小區(qū)2021年土壤粒度

一般認(rèn)為，黏粒含量高低與土壤肥沃程度相關(guān)，且黏粒含量適中的壤土的保水保肥效果好；砂粒含量高表現(xiàn)為土壤透水性能較好，宜耕期長，養(yǎng)分轉(zhuǎn)換快。合理的砂、粉、黏比例能提高土壤保水保肥效果，更有利于作物生長[3]。分析表4觀察數(shù)據(jù)認(rèn)為，規(guī)律性尚不明顯。

3.2.3 土壤容重及養(yǎng)分

2021 年各小區(qū)土壤容重及全氮、全磷、全鉀和有機質(zhì)等養(yǎng)分監(jiān)測數(shù)據(jù)見表5。

表5 永川區(qū)勤儉水庫監(jiān)測點各小區(qū)2021年土壤容重及養(yǎng)分

綜合容重、全氮、全磷、全鉀和有機質(zhì)觀測數(shù)據(jù)，可見5#、6#小區(qū)土壤理化性質(zhì)最好，較適合植物生長。5#小區(qū)為林草措施小區(qū)-草地，6#小區(qū)為農(nóng)業(yè)措施小區(qū)-等高橫壟耕作，5#小區(qū)人為擾動少，整體土壤環(huán)境更接近于自然草地，6#小區(qū)雖人工擾動大，但施肥多、等高橫壟耕作對保持土壤水肥有一定優(yōu)勢。

3.3 植被特征

監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：6 個監(jiān)測小區(qū)中，1#、4#、5#、6#小區(qū)在每年的3—4 月播種玉米并開始生長，7 月達(dá)到最高覆蓋度和作物高度；5—6 月種紅薯，并逐漸開始匍匐牽藤，10—11 月收紅薯時，覆蓋度達(dá)最高值；5#小區(qū)種黑麥草，春季種下、夏秋季割草，以此往復(fù)，夏季植被覆蓋度最高；2#小區(qū)種枇杷，在春末夏初修枝，夏季收獲，夏季收獲前植被覆蓋度最高（一般達(dá)55%～65%），此時植被高度達(dá)3.8 m；3#小區(qū)為松樹林，松樹為常青樹，2004年開始種植，2018—2021年松樹林郁閉度基本保持75%，樹高平均6.0 m。

3.4 作物產(chǎn)量

2021年作物產(chǎn)量監(jiān)測數(shù)據(jù)見表6。

表6 永川區(qū)勤儉水庫監(jiān)測點2021年各小區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量統(tǒng)計

由表可見，1#、4#和6#小區(qū)同種植玉米和紅薯，最終糧食產(chǎn)量表現(xiàn)為1#小區(qū)＞6#小區(qū)＞4#小區(qū)，生物量6#小區(qū)最高。5#小區(qū)種植黑麥草，牧草產(chǎn)量達(dá)到7 500 kg·hm-2。1#小區(qū)作物產(chǎn)量最高，其次為6#小區(qū)。因此，實施水保工程措施石坎坡改梯較農(nóng)業(yè)措施更能使農(nóng)作物增產(chǎn)，同為農(nóng)業(yè)措施，等高橫壟耕作相較順坡豎壟耕作植物生長情況更好。

3.5 徑流、土壤流失

各徑流小區(qū)逐年徑流泥沙數(shù)據(jù)見表7。

表7 永川區(qū)勤儉水庫監(jiān)測點各小區(qū)徑流、土壤流失情況

分析觀測統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可以看出：各年份徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙情況受降水量、降雨侵蝕力及各小區(qū)不同水保措施的影響。其中，實施工程措施-石坎坡改梯、林草措施-水保林的1#小區(qū)和3#小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙量最小，達(dá)到了較好的保持水土的效果；2#、4#、6#小區(qū)分別實施“林草措施-經(jīng)果林”“農(nóng)業(yè)措施-順坡豎壟耕作”“農(nóng)業(yè)措施-等高橫壟耕作”，水土保持效果較差，主要原因是這些小區(qū)常受人為擾動。

此外，2020 年降水量、降雨侵蝕力較其他年份高，該年各小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙次數(shù)也增多，所有小區(qū)均在2020年達(dá)到最大產(chǎn)流產(chǎn)沙次數(shù)。2020年徑流深、徑流系數(shù)及土壤流失量指標(biāo)也較其他各年顯著大，最大者超出10 倍(1#小區(qū)2020 年與2019 年徑流深，6#小區(qū)2020 年與2019 年徑流系數(shù))。2#、6#小區(qū)在各年份產(chǎn)流產(chǎn)沙次數(shù)最多，2#、4#、6#小區(qū)徑流深、徑流系數(shù)及土壤流失量指標(biāo)相較其他小區(qū)大；1#小區(qū)在各年份產(chǎn)流產(chǎn)沙次數(shù)最少，1#、3#小區(qū)徑流深、徑流系數(shù)及土壤流失量指標(biāo)相較其他小區(qū)小。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，土壤流失量相較徑流深和徑流系數(shù)指標(biāo)都更敏感，數(shù)值波動較大，2018—2021年所有數(shù)據(jù)中最大的達(dá)3.066 t·hm-2，最小的僅0.002 t·hm-2，達(dá)到數(shù)量級變化。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

降水量是造成水土流失的最重要因素之一[4]。2020 年的年降水量、年降水天數(shù)、最大月降水量、最大日降水量、最大次降水量均比其他年份高，降雨侵蝕力是其他年份的2～3倍，徑流深、徑流系數(shù)及土壤流失量指標(biāo)也較其他各年顯著增高，最高甚至高出14倍多。土壤流失量相較于徑流深和徑流系數(shù)指標(biāo)更敏感，數(shù)值波動較大，監(jiān)測時段中最大值3.066 t·hm-2，最小值0.002 t·hm-2，相差1 500余倍。

喬木林地土壤保水能力較好，受外界氣候變化影響較小。常年農(nóng)耕的土壤含水量受年際降水影響較大，土壤保水能力較差。

坡改梯、水保林的水土保持效果較好；經(jīng)果林、順坡豎壟耕作和等高橫壟耕作等措施水土保持效果較差；坡耕地土壤流失量遠(yuǎn)大于林草地土壤流失量，特別是順坡耕種的坡耕地，相同條件下是林草地流失量的98倍。

4.2 建議

減輕坡耕地水土流失最有效的方法是貫徹國家退耕還林(草)政策，對陡坡(＞25°)荒地和耕地，一律實施退耕還林還草還果，采取適地適樹適草的原則，草灌先行，喬灌草結(jié)合；對無法退耕的斜坡(15°～25°)耕地和緩坡(6°～15°)耕地，采取坡改梯或坡改緩，減小耕作面坡度；對坡度較小的平坡(≤6°)耕地，實施保土耕作措施，如等高橫壟耕作、等高帶狀間作、溝壟耕作等，在耕作面上改變微地形，增加植被覆蓋，增加土壤有機質(zhì)和抗侵蝕力，推行糧油輪作、水旱輪作、種養(yǎng)循環(huán)、間種、套種、少耕、免耕等，提高保土保水保肥能力；對郁閉度較小的疏林、幼林進(jìn)行補種和封禁治理，采取有力措施增加林草植被；加強水土保持預(yù)防監(jiān)督管理，實行開發(fā)建設(shè)項目水土保持方案報批制度及“三同時”制度，有效遏制人為造成新的水土流失。