水土流失治理对土壤水文物理特性的影响研究

阮 芬

(山东滨州滨城区水利局，山东 滨州 256600)

在我国东北黑土区，冬春季节的风蚀以及夏季为主的水蚀对表土造成了极大影响，再加上近年来东北黑土区人们对土地没有采取任何防止水土流失措施情况下的粗放式开垦利用，导致耕地出现不同程度的水土流失现象，这种现象在坡耕地上最为严重。水土是人类赖以生存的重要资源，严重的水土流失造成了耕地表土的剥蚀，耕地质量的降低，作物产量的持续减少，给农田土壤环境带来很大的威胁，位于黑土区坡面上部的土层更是由于地面径流的严重侵蚀流失殆尽，原本肥沃的黑土层呈现逐年变薄的不良趋势，势必会影响生产力发展。

针对黑土区水土保持建设，许多专家都进行了一系列的试验，并提出了许多治理黑土区水土流失，增强土壤含水力及肥力的有效措施。比如，最早在低山丘陵区通过实施不同水土保持措施并研究措施实施后土壤性质变化，在此基础上对水土流失治理效果进行分析评价的是张玉斌[1]等人。在河西绿洲区，张凤云[2]等人则为了提高土壤的肥力，对绿洲区耕地采取了秸秆覆盖、留茬的处理方式，对土壤当中的微生物、有机质以及碳含量进行了测试，留下了宝贵的参考数据。针对蓄水保土最难的红壤坡地，郑海金[3]等人进行了一系列试验，得出了“横坡间作、纵坡间作、果园清耕”等保护性耕作较之粗放式开垦利用能够改善土壤碳库，使土壤有机碳质量分数变大的结论，为黑土区红壤坡地的水土保持提供了重要科学依据。在增强黑土区土壤含水量和肥力方面，王伟东[4]、白晓娟发明了垄向区田技术，通过合理时间下的垄向区田不但可以使土壤表层的水分减少蒸发，还可以充分利用水分，使土壤中的肥力得到增加，蓄水保墒则是江晓东[5]的试验结果。其他学者也作了相关研究[6- 12]。

1 试区概况

本次试验区域地形多样，包括低山、平原、低洼地、坡地等在内的多种地形，试验区年平均降雨量535.6mm，并且降雨量80%以上集中在夏季的7～9月份，存在渍涝、季节性干旱以及水土流失等多种问题，在39226.7hm2试验土地当中，坡地面积占据了14539hm2，且自然坡度范围在1/50～1/150之间，平均在5°以下，海拔高度252～372m之间，平均高度312m。试验区域地势南高北低，中西部的坡度较缓。

试验区域内土壤总氮含量为0.2%～0.3%，全磷含量约0.05%，有机质含量较高，pH值达到6.75，100g土中含速效磷的量3.8～9.8mg土、含速效钾的量为120mg土、含速效氮的量为5.5～6.5mg土，总体来说土壤质地良好，由大气降水、地表径流透水形成的浅层地下水的埋藏深度在40.02m左右，由降雨带来的地表水则大部分流失严重。经测得本地年径流深平均值为142mm左右，但是资料表明当地产水量共计才0.7亿m3，可见降雨量少成为当地农业发展明显的制约，受当地地理位置、地形的影响，水土流失问题和水资源浪费问题极易发生。

2 试验设计

根据当地地形的差异，我们将试验区划分为7个区域，在第1～6区域内采取不同水土保持措施，分别标记为措施1～6，和不采取任何水土保护措施的第7小区(宽5m，长20m，投影面积为100m2的小区)标记为CK小区，并进行对照实验。为了保障试验结果的准确性，阻止地表径流的进出及承接小区内的地表径流和泥沙，在mpv导管的引导下进入径流池。

表1 试验区各小区处理措施

在进行实验时，根据不同试验小区的地形特点的差别分别采取了不同措施来保持水土，在坡面地形上先划分区组，采用随机抽签的方式决定区组在坡面的排布以及采取措施的类型，将人为因素引起的检测结果的偏差降到最低。

3 试验结果

3.1 降水情况

本试验采取自2016年8月份开始连续27d对降雨和水分进行观测的有效措施，将不同水土保持措施下在不同降雨影响下土壤水分的变化过程进行了记录，如图1所示。

图1 实验期内降雨情况

从图1中可以观测到，8月份本试验区域不规律的降雨共有3场，最小降雨量6.9mm，小量的降雨大部分渗入坡面土壤当中，而最大降雨量23.2mm的一次，大部分降雨通过地表径流的形式损失掉。

3.2 不同水土保持措施下土壤水分随时间变化特征

试验组将8月5日作为试验分析的第1天，对受降水、地形以及植被等方面对不同水土保护措施中水分的变化规律进行研究，如图2～4所示。

图2 0～20cm土壤水分随时间变化

从图2观测到，在降雨后的土壤水分补充期，依靠自身重力水分运动并存储在深层土壤当中，在这一时期中的土壤中的含水量有了非常明显的增加；而且原来储存了土壤中的用来弥补林木由于蒸腾和生长消耗水分的减少量也不断减少，图表中描述的是降雨后的表面土壤水分变化的补充期和消退期两个时期。

图3 20～40cm土壤水分随时间变化

图4 40～100cm土壤水分随时间变化

从图3、4可以看出，深层土壤中的水分能够很快恢复到原来状态的主要原因是由于没有植物根系的消耗，因此土壤中水分的变化也较小，特别在图4中表现最为明显。

试验组运用spss软件对图2～4进行相关性分析之后发现，当土壤深度为20～0.4m时，降雨与土壤水分相关系数变为0.997，当土壤深度达到40～100cm的时候，系数则缩小为0.234，这一数据变化充分证明土壤中的水分在深度为0～40cm范围内与降雨的关系比较密切，但是土壤更深时，水分变化受降雨影响较小。

通过SPSS软件进行方差分析结果见表2，更为明显地观测到了土壤含水量在不同水土保护措施下的差异。

表2 不同水土保持措施下土壤含水量方差分析

3.3 不同水土保持措施下土壤水分垂直变化规律

图5 不同水土保持措施下土壤含水量随时间变化剖面图

不同水土保持措施下土壤水分垂直变化规律如图5所示。对采取的不同水土保持措施的7个不同试验区域内，不同层次土壤含水量进行统计分析后，可以看出垂直动态下的土壤含水量的特点不同。通过对图5分析可知，土壤水分垂直变化受到降雨和蒸发两个过程的影响表现出一定的规律性，并且土壤含水量的剖面分布情况受到不同水土保护措施的影响。

4 结语

(1)浅层土壤水分受降雨量的影响较大，对深层土壤水分变化影响小。在降雨与土壤水分的相关系数为0.998时，土壤深度为0～20cm；当降雨与土壤水分相关系数变为0.997时，土壤深度为20～0.4m；当土壤深度达到40～100cm时，系数则缩小为0.234，这一数据变化充分证明浅层土壤水分变化和降雨有着密切关系，但是对于更深层土壤来说，水分变化受降雨影响较小。

(2)土壤水分弱利用层、主要利用层记忆调节层是试验组根据不同水土保护措施下试验区域土壤水分垂直变化情况进行的科学划分。在土壤弱利用层中，7个试验小区的土壤水分变异系数高达20.6%，这一层次的土壤的干湿变化受外界因素的影响非常明显。

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