不同水土保持干預(yù)措施對(duì)土壤侵蝕的影響研究

王 勇

(呂梁市水利局，山西 呂梁 033000)

0 引言

水土流失所造成的土壤侵蝕是一個(gè)全球性問題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在世界各地，每年因水土流失而清除土壤超過(guò)360億t，由此而導(dǎo)致數(shù)百萬(wàn)農(nóng)田的流失[1-2]。在諸多影響因素中，雨滴影響和地表徑流是土壤侵蝕的主要形式。土壤侵蝕會(huì)清除表土，而表土中富含氮、磷和鉀等植物必需養(yǎng)分及有機(jī)物質(zhì)。因此，土壤侵蝕對(duì)土壤質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。

學(xué)者們針對(duì)土壤侵蝕的影響因素進(jìn)行了大量的分析研究。路志強(qiáng)等[3]為了定量評(píng)估退耕還林還草前后降水和植被對(duì)土壤侵蝕的影響，研究發(fā)現(xiàn)，蒲河流域侵蝕強(qiáng)度以微度和輕度侵蝕為主，而中度及以上等級(jí)的土壤侵蝕面積有逐漸減小的趨勢(shì)。隨著該流域退耕還林還草工程的實(shí)施，植被作用逐漸凸顯。黃鑫等[4]采用地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)，研究了我國(guó)北方土石山區(qū)土壤侵蝕的時(shí)空變化對(duì)水土保持的影響。結(jié)果表明，驅(qū)動(dòng)因子在不同時(shí)期的解釋能力有所不同，其中，對(duì)土壤侵蝕影響最大的是土地利用類型。余成等[5]應(yīng)用土壤流失方程，模擬了小流域水土保持的影響機(jī)制，研究表明，地形和土地利用方式是影響水土流失的重要因素。

綜上，大部分研究旨在評(píng)估水土流失的影響因素，往往側(cè)重單一做法[6-8]。本研究評(píng)估了不同尺度下，土地利用及水土保持措施對(duì)土壤流失與侵蝕的影響，從另一個(gè)角度為分析水土保持提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 概況

本研究在山西省西部呂梁市的黃河?xùn)|岸流域進(jìn)行，地勢(shì)東部高而寬，西部低而窄。北川河由北向南，東川河自東向西流經(jīng)全區(qū)。2條河在城西南合流后至交口街道辦，匯合南川河，而后注入黃河。流域內(nèi)東部地形大部分是山地，為區(qū)域內(nèi)主要林區(qū)，發(fā)展林牧業(yè)；城東北為連綿不斷的梁峁土石山區(qū)，城西馬頭山、王老婆山俯伏南北，為黃土丘陵溝壑區(qū)。呂梁山西側(cè)的中山區(qū)，主要是典型的黃土高原地貌，地貌類型以侵蝕的黃土梁、峁為主，其次為黃土溝谷地貌中的沖溝。因大部被黃土覆蓋，而黃土層受強(qiáng)烈的侵蝕切割，于是形成梁峁?fàn)畹椭猩近S土丘陵，同時(shí)發(fā)育伴有沖溝。

1.2 子流域的選擇及特征

為評(píng)估水土保持(以下簡(jiǎn)稱SWC)對(duì)徑流和土壤流失的影響，確定了2個(gè)地理特征相似的相鄰子流域W1與W2：其中，W1為有SWC干預(yù)措施區(qū)域，W2為無(wú)SWC干預(yù)措施區(qū)域。2個(gè)子流域：彼此相鄰，海拔在3040～3160m之間；均呈橢圓形，中間部分較寬。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地評(píng)估，子流域在整體地形和地理形態(tài)設(shè)置上存在微小差異，主要地貌要素，按升序排列為：丁壩、山脊和斜坡。

1.3 數(shù)據(jù)收集與分析

在流域W1內(nèi)設(shè)置徑流區(qū)，評(píng)估2020—2022年雨季期間不同土地利用和SWC做法對(duì)徑流和土壤流失的影響，評(píng)估了4種水土保持干預(yù)措施，具體見表1。

表1 研究場(chǎng)地的土地利用類型和試驗(yàn)方法

2 結(jié)果與討論

2.1 坡面徑流和土壤損失

圖1為不同土地干預(yù)措施下的徑流量變化。結(jié)果表明，在沒有SWC干預(yù)的農(nóng)田下，徑流量為420mm，當(dāng)耕地采用相應(yīng)的SWC干預(yù)措施后，徑流量為327mm，相比未干預(yù)的農(nóng)田徑流量下降22%。林地徑流量有相對(duì)較小的趨勢(shì)，但減小幅度要小于干預(yù)措施的耕地，其徑流量下降幅度為12%。值得注意的是，牧場(chǎng)的徑流量有增加的趨勢(shì)，與未經(jīng)SWC的干預(yù)相比，其徑流量增加了25%，分析原因主要是因?yàn)橥寥劳ㄟ^(guò)牲畜踐踏壓實(shí)了土壤，降低了土壤滲透能力，從而增加了地表徑流。

圖1 不同土地干預(yù)措施下的徑流量變化

由圖2可以看出，不同干預(yù)措施下土壤損失量有明顯的不同：在無(wú)SWC干預(yù)的農(nóng)田下，土壤損失量高達(dá)12.46t/hm2；有SWC干預(yù)，土壤損失量為6.31t/hm2，較無(wú)SWC干預(yù)的農(nóng)田減少了49%。值得注意的是，牧場(chǎng)的土壤損失量雖然較有SWC干預(yù)措施的有所增加，但要低于無(wú)SWC干預(yù)的農(nóng)田土壤損失量，分析原因，主要由于牧場(chǎng)中的草能夠減少土壤侵蝕。

圖2 不同土地干預(yù)措施下的土壤損失量變化

2.2 流域產(chǎn)沙量分析

不同年份有無(wú)SWC干預(yù)措施下的產(chǎn)沙量變化，見圖3。結(jié)果表明，采用SWC措施和未采用SWC措施下的產(chǎn)沙量明顯不同。在SWC干預(yù)措施下，流域產(chǎn)沙量整體保持較低的水平，在一周時(shí)間內(nèi)變化趨勢(shì)有所波動(dòng)，但隨著SWC措施干預(yù)的繼續(xù)，與2020年相比，2022年的產(chǎn)沙量有所降低，這表明SWC措施對(duì)產(chǎn)沙量具有顯著的影響。

圖3 不同年份有無(wú)SWC干預(yù)措施下的1周產(chǎn)沙量變化曲線

2.3 流域排水流量分析

由圖4可以看出，2020年，2個(gè)子流域之間的排水流量出現(xiàn)了明顯的差異。在有SWC干預(yù)措施下，排水量為312mm；在無(wú)SWC干預(yù)措施下，排水量為645mm。這表明干預(yù)措施對(duì)流域排水量產(chǎn)生了良好的保持作用。隨著年份的增加，排水量逐漸增加。由于缺乏維護(hù)，導(dǎo)致SWC的效益逐年降低，這意味著SWC措施干預(yù)效果不會(huì)維持超過(guò)3年。

圖4 不同年份有無(wú)SWC干預(yù)措施下排水流量變化曲線

3 水土流失危害分析及治理措施

3.1 危害分析

本工程在開挖、壓占等施工建設(shè)時(shí)，難免會(huì)對(duì)自然植被造成一定的破壞，植被的破壞會(huì)產(chǎn)生大量的水土流失，主要危害如下。

(1)土地資源的破壞。在工程施工過(guò)程中，施工中的各種因素會(huì)改變?cè)械匦蔚孛?，使土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，同時(shí)施工機(jī)械會(huì)對(duì)原土層帶來(lái)一定的擾動(dòng)，造成原有土層發(fā)生變化，導(dǎo)致原有土壤承載力減小，從而造成嚴(yán)重的水土流失。

(2)水資源的破壞。施工中產(chǎn)生的工程土經(jīng)常得不到及時(shí)地處理，導(dǎo)致長(zhǎng)期堆積在土壤表面，會(huì)破壞原有土壤的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，在降雨的作用下，泥沙容易帶走表層的土壤，進(jìn)一步加劇土壤流失。

3.2 治理措施

(1)根據(jù)本項(xiàng)目概況特點(diǎn)，造成水土流失的主要因素為水力侵蝕。因此，應(yīng)對(duì)含水量較大的區(qū)段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)應(yīng)針對(duì)填溝造地區(qū)域加強(qiáng)水土流失重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

(2)施工期產(chǎn)生的大量推土，導(dǎo)致土壤侵蝕較嚴(yán)重。因此，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)完善推土措施，加強(qiáng)水土保持的治理工作力度。同時(shí)，要充分結(jié)合工程自身特點(diǎn)，有針對(duì)性地設(shè)置臨時(shí)水土流失防護(hù)區(qū)，對(duì)現(xiàn)有的水土保持方案進(jìn)行優(yōu)化細(xì)化，確保把施工對(duì)水土流失的影響降到最低。

(3)施工期為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)時(shí)段。填溝造地區(qū)域作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域，在方案服務(wù)期，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)力度，特別是雨季，根據(jù)天氣變化，適度增加監(jiān)測(cè)頻度。

4 結(jié)論

本研究評(píng)估了不同土地利用及水土保持措施對(duì)土壤流失和侵蝕的影響，重點(diǎn)對(duì)坡面徑流、土壤損失量、產(chǎn)沙量及排水流量進(jìn)行了分析。研究表明：農(nóng)田徑流量，在沒有SWC干預(yù)的農(nóng)田下，為420mm；采用SWC干預(yù)措施后，為327mm，相較未干預(yù)，下降了22%。采用SWC措施和不采用SWC措施下的產(chǎn)沙量明顯不同。在SWC干預(yù)措施下，流域產(chǎn)沙量整體保持較低的水平，SWC干預(yù)措施對(duì)產(chǎn)沙量具有顯著的影響。通過(guò)分析比較，總結(jié)了本項(xiàng)目水土流失治理措施，指出要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)雨季期間水土流失變化情況，提出后期需要對(duì)SWC干預(yù)措施的成本及收益進(jìn)行研究，以確定其適用情況。