官麦地小流域径流场产流产沙特征

冯 莹，孟广涛,俞亭如,储 娅

(1.西南林业大学，云南 昆明 650224； 2.云南省林业科学院，云南 昆明 650204；3.云南农业大学，云南 昆明 650224)

官麦地小流域径流场产流产沙特征

冯 莹1，孟广涛2,俞亭如3,储 娅3

(1.西南林业大学，云南 昆明 650224； 2.云南省林业科学院，云南 昆明 650204；3.云南农业大学，云南 昆明 650224)

降雨；产流；产沙；官麦地小流域

为了研究官麦地小流域不同土地利用类型的产流产沙特征，按流域地形和用地类型，在小流域内布设了坡耕地、坡改梯、经果林、水保林、新造水保林、荒草地6个径流小区。研究2014年6—10月各径流小区的产流产沙量，对各径流小区的产流产沙量、降雨与产流产沙量、下垫面条件与产流产沙量进行回归分析，结果显示：各小区产流量为坡耕地(11.479 m3)>荒草地(8.109 m3)>坡改梯(6.488 m3)>新造水保林(3.119 m3)>经果林(2.937 m3)>水保林(2.695 m3)；产沙量为坡耕地(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)>经果林(4.566 0 kg)>水保林(3.378 9 kg)；产流量和产沙量随着降雨量的增加而增加，产流量与产沙量具有极显著的相关性，土壤的物理性质和植被总盖度与水土流失关系密切。试验结果表明水土保持措施对于径流和泥沙具有非常好的削减作用。

云南省沾益县官麦地小流域属滇黔桂岩溶山区，耕地资源有限，不合理的耕作方式导致当地水土流失和石漠化严重、生态环境脆弱、经济发展水平低、群众生活贫困，是我国水土流失最严重、危险程度最高、治理难度最大和贫困人口最集中的地区之一[1]。为加快官麦地小流域水土流失治理、改善农业生产条件和生态环境[2]，本研究以小流域为单元采取一系列水土保持措施，设立固定监测样地，通过实地调查与实验室研究、野外监测与室内试验分析相结合的方法，研究该小流域各样地降雨和产流产沙规律，希望能为西南岩溶地区水土流失治理提供实测数据和理论支撑。

1 研究区概况

官麦地小流域位于云南省曲靖市沾益县西部白水镇境内，属珠江流域北盘江水系，位于东经104°01′48″～104°07′12″、北纬25°42′10″～25°45′26″。小流域土地总面积31.66 km2，林草覆盖率52%，森林覆盖率24%，林木郁闭度较低，以针叶林、针阔混交林、灌木林为主。随着经济发展，当地以烤烟、万寿菊种植为主的经济作物种植面积不断扩大，基本农田不能满足农业生产需求，出现了大面积开荒种植的现象，坡地种植导致水土流失面积增加、程度加重。据调查，该流域水土流失以水力侵蚀为主，表现形式为面蚀、沟蚀，其中轻度侵蚀998.9 hm2、中度侵蚀461.56 hm2、强烈侵蚀79.14 hm2，土壤侵蚀模数为1 237 t/(km2·a)，年土壤侵蚀量达3.92万t。

2 研究内容与方法

2.1 样地设置

根据研究区自然环境条件和水土保持措施类型，采用径流小区定位观测方法测定土壤侵蚀量与地表径流量。按照措施类型上具典型性，地貌类型和部位上具代表性，同一小区内部具相似性，小区尺寸遵循规范性等原则，设置坡耕地、坡改梯、经果林、水保林、新造水保林、荒草地共6个径流小区，具体情况见表1。为便于雨季观测，小区采取集中布设、顺坡设置，小区水平投影面积均为100 m2[3]。小区之间用40 cm×60 cm单砖隔开，上方设排水渠，防止来水进入小区。在整修过程中尽量保持小区内的原始状态，埋设隔砖时把沟槽内挖出的土堆在小区外侧，内外侧填土时要填实，以防小区内流失的土壤和径流进入。小区下方用水泥抹面修筑集流槽，将径流和泥沙通过集流槽汇入集流池，集流池尺寸为1 m×1 m×1 m。径流泥沙采用5分法，即4/5排出径流池外，1/5在径流池进行径流量计算和泥沙取样。小区左右两边要留出至少1 m的保护带。小区布设于2014年5月完工，2014年度观测期为5—11月，重点观测时段为雨季(6—10月)。

表1 各径流小区布设情况

2.2 观测内容和方法

在自然降雨条件下观测以下数据：①降雨量。采用简易雨量站对监测期每日的降水过程进行观测。②坡面径流、泥沙量。降雨产流后，测定集流池水面深度，计算产流量，把集流槽中的浑水搅匀后，取满3个标准取样容器，用置换法测定泥沙含量[4]。③土壤物理指标。用环刀法分层(0～20、20～40、40～60 cm)取样，测定土壤容重、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、总孔隙度等指标。采用Excel和SPSS 17.0对上述数据进行分析。

3 结果与分析

3.1 产流产沙特征

2014年6—10月官麦地小流域共监测到降雨74场，其中有产流的26场(总降雨量623 mm)，次降雨量最大的发生在6月10日。各径流小区降雨产流量大小排序为1#小区(11.479 m3)>6#小区(8.109 m3)>2#小区(6.488 m3)>5#小区(3.119 m3)>3#小区(2.937 m3)>4#小区(2.695 m3)。1#坡耕地小区产流量最大，分别约为经果林小区和水保林小区的3.91倍和4.26倍；其次是荒草地小区；经果林和水保林小区因植被覆盖度较高，植物截流效果较好[5]，故产流量较小；5#新造水保林小区，植被覆盖度较低，水土保持效益不明显[6]。各小区降雨产沙量大小排序为1#小区(213.916 6 kg)>6#小区(47.077 3 kg)>2#小区(32.816 9 kg)>5#小区(13.686 2 kg)>3#小区(4.566 0 kg)>4#小区(3.378 9 kg)，坡耕地小区产沙量最大，约为水保林小区的63倍。对各小区产流量与产沙量进行回归分析，均呈显著正相关。除了3#经果林小区以二次模型为最佳，其他均以三次曲线模型为最佳，相关系数分别为0.874、0.970、0.745、0.880、0.786、0.921，显著性水平均为0.000。

3.2 水土保持措施对坡面产流产沙的控制作用

为研究水土保持措施对坡面产流产沙的控制作用，在6个径流小区中选取1#和2#小区作为耕地对照组，3#和6#小区作为经果林对照组，4#和6#小区作为水保林对照组，每组两个小区的坡度、土壤、土地利用类型等大致相同。几个对照组的坡面产流产沙情况见表2、3。从表中可以看出，水土保持措施(坡改梯、经果林、水保林)对产流量的削减率达到39.02%～63.76%，对产沙量的削减率达到84.20%～92.51%。在耕地对照组中，2#坡改梯小区产流量、产沙量分别比1#坡耕地小区减少39.02%和84.20%。坡改梯对地表径流的削减作用主要表现在对径流的再分配上。胡建民等[7]研究表明，在其他耕作措施相同的情况下，坡改梯小区观测期内的地表径流量比坡耕地小区的少，说明坡改梯后农田蓄水效益明显提高。坡改梯对泥沙的拦截作用表现为径流量减少、流速减慢，大颗粒泥沙沉淀后留在梯台上，削减了径流中的泥沙含量，从而减少了产沙量[8]。经果林、水保林对照组中，3#经果林小区产流量、产沙量分别较6#荒草地小区减少60.42%、90.74%，4#水保林小区产流量、产沙量分别较6#荒草地小区减少63.76%、92.51%。3#经果林小区植株生长茂盛，植被总盖度80%左右，且分布在整个小区；4#水保林小区云南松生长良好，植被总盖度为110%左右；而6#荒草地小区仅小区上部和周边有一些低矮草丛，其余地方均为裸地和侵蚀沟。这说明良好的地表覆盖对削弱土壤侵蚀有明显作用[9]。

表2 耕地、经果林、水保林对照组产流量和削减率

表3 耕地、经果林、水保林对照组产沙量和削减率

3.3 降雨量与产流产沙的关系

降雨特征与径流小区产流产沙关系十分密切，降雨量是影响产流产沙量的重要因子[10]。对该小流域6—10月有产流的26场降雨的产流产沙量与降雨量进行回归分析，得到各小区产流产沙量与降雨量的回归模型见表4、5。从表中可以看出，各模型的相关系数接近1，且显著性水平小于显著性概率(0.05)，说明产流量、产沙量与降雨量呈显著正相关，产流量和产沙量都随降雨量的增加而增加。

表4 各径流小区产流量与降雨量的回归关系模型

表5 各径流小区产沙量与降雨量的回归关系模型

3.4 下垫面条件与产流产沙的关系

以产流量和产沙量为因变量，坡位、坡度、植被总盖度、土壤容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、总孔隙度、最大持水量、最小持水量、毛管持水量等10个因子为自变量，运用Excel和SPSS 17.0软件对数据进行多元线性回归分析，各指标取值见表6。建立产流量、产沙量的回归方程为

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 各径流小区产流产沙量与下垫面条件因子值

影响产流量的因子有植被总盖度、土壤容重、非毛管孔隙度、总孔隙度和毛管持水量。根据Pearson相关性分析结果，各影响因子的相关性系数分别为-0.857、-0.471、0.029、-0.123、0.413。由于地表径流是坡面供水与下渗的产物[11-12]，因此产流量与土壤结构和植被总盖度有一定相关性，即植被总盖度、非毛管孔隙度、毛管持水量与产流量呈负相关关系，以植被总盖度为主要影响因子。影响产沙量的因子与影响产流量的因子基本相同，植被总盖度、土壤容重、非毛管孔隙度、总孔隙度和毛管持水量的相关性系数分别为-0.608、-0.657、-0.123、-0.157、0.157。通过以上分析可以发现，产沙量的大小不仅与降雨量有关，而且与植被总盖度、土壤容重等土壤物理性质有关，地表覆盖度越小，容重越小，产沙量越大[13]，植被总盖度和土壤容重为主要影响因子。

4 结论与讨论

(1)2014年6—10月研究区6个坡面径流小区产流量分别为1#坡耕地小区(11.479m3)>6#荒草地小区(8.109m3)>2#坡改梯小区(6.488m3)>5#新造水保林小区(3.119m3)>3#经果林小区(2.937m3)>4#水保林小区(2.695m3)。产沙量分别为1#坡耕地小区(213.9166kg)>6#荒草地小区(47.077 3kg)>2#坡改梯小区(32.816 9kg)>5#新造水保林小区(13.686 2kg)>3#经果林小区(4.566 0kg)>4#水保林小区(3.378 9kg)。各小区与产沙量呈显著相关，产流量随产沙量的增加而增加。

(2)6个径流小区中两两(1#和2#、3#和6#、4#和6#)对照结果为：2#坡改梯小区产流量、产沙量分别比1#坡耕地小区减少39.02%和84.20%；3#经果林小区产流量、产沙量分别较6#荒草地小区减少60.42%和90.74%；4#水保林小区产流量和产沙量分别较6#荒草地小区减少63.76%和92.51%。这说明采取水土保持措施，包括坡改梯和栽植植物等对坡面径流和泥沙具有较好的削减作用。

(3)降雨特征与径流小区产流产沙的关系十分密切。各小区产流量、产沙量与降雨量均呈显著相关，径流量和产沙量随降雨量的增加而增加。

(4)影响产流量的因子有植被总盖度、土壤容重、非毛管孔隙度、总孔隙度和毛管持水量，其中植被总盖度、非毛管孔隙度、毛管持水量与产流量负相关，以植被总盖度为主要影响因子。影响产沙量的因子为植被总盖度、土壤容重、非毛管孔隙度、总孔隙度和毛管持水量。产沙量的大小不仅与降雨量有关，而且与植被总盖度、土壤容重等土壤物理性质有关，植被总盖度越小，土壤容重越小，产沙量越大。

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(责任编辑 李杨杨)

张家界市人大调研“一法一办法”贯彻实施情况

2015月5月14日，张家界市人大对桑植县贯彻实施《中华人民共和国水土保持法》和《湖南省实施〈中华人民共和国水土保持法〉办法》(简称“一法一办法”)情况进行了调研。

调研组一行在县政府、县人大、县水利局有关领导的陪同下，前往桥自弯乡山羊溪电站和洪家关乡美丽乡村建设现场进行了调研，并听取了桑植县贯彻实施“一法一办法”情况汇报。调研组充分肯定了桑植县“一法一办法”贯彻实施情况，并要求在今后的工作中注重实情、广泛宣传、依法治理、强化监督，尽快把水土保持工作提高到一个新的高度。

王 丽(湖南省桑植县水利局)

西南林区森林多目标经营模式效益评价与优化模式筛选技术项目(2012BAD22B0104)

S157

A

1000-0941(2015)09-0042-04

冯莹(1990—)，女，四川南充市人，硕士研究生，研究方向为恢复生态学；通信作者孟广涛(1969—)，男，云南昆明市人，研究员，博士，研究方向为森林生态学。

2015-03-18