不同地表覆盖度下的土壤流失和径流变化分析_王丽君.pdf

：不不同同地地表表覆覆盖盖度度下下的的土土壤壤流流失失和和径径流流变变化化分分析析王丽君（河北省保定水文勘测研究中心，河北 保定）摘要水土流失问题已经成为全球性最严重的生态问题之一，可导致土壤匮乏和土壤肥力降低，从而使农业生产力下降和耕地流失。本文为了解不同地表覆盖度等因素对农业土壤的侵蚀，开发了一个带有侵蚀盘和降雨模拟器的小型侵蚀模拟器，探讨了种植花生和葱、覆盖固废以及裸土的土壤在降雨条件下，土壤的侵蚀和径流规律。研究结果表明，地块之间的土壤侵蚀率与地表覆盖类型相关，差异很大，土壤覆盖度的变化降低了雨滴对土壤剥离的影响。关键词地表覆盖度；水土流失；径流；降雨中图分类号 ；文献标识码 文章编号 （）收稿日期 作者简介王丽君（），女，河北沧州人，工程师，主要从事水文水资源工作。概述水土流失问题已经成为全球性最严重的生态问题之一，其影响面积大范围广、危害强度大、成因复杂、区域差异明显，对社会发展、经济建设、生态安全、土地资源保障、水资源保障等诸多方面构成严重不利的影响 。因此，分析成因，实施相应保护措施，控制其恶性发展具有重要意义。邹亚荣等在合理地选择对水土流失有影响的环境因子基础上，利用土壤侵蚀公式分析水土流失影响的危险程度及环境变化的风险程度；袁东海等研究了红壤小流域不同利用方式的试验区水土流失和有机碳流失的特征；肖春蛾等通过对甘肃省水土流失的原因分析，提出相应的治理对策；王春菊等建立了水土流失数据库，分析了高程、坡度、土地利用、地貌、道路缓冲区与水土流失的关系以及水土流失成因分析过程；张健对云州水库上游流域降雨、暴雨中心及产生径流情况进行数据研究；武海霞等以浊漳河流域为研究对象，利用 模型模拟该流域径流，利用 自 带 的 算 法 进 行 径 流 敏 感 性 分 析；张 凯等在 年度水土流失动态监测工作基础上对比 年水利普查成果进行水土消长分析。本文设计了一种具有四种不同土壤表面覆盖率的侵蚀模拟器，评估了不同地表覆盖类型下的土壤流失和径流变化规律，研究成果可为相关生态工程提供参考。材料与试验方法 侵蚀模拟器的研制本文设计了一种具有四种不同土壤表面覆盖率的侵蚀盘，如图 所示。该小型侵蚀模拟器由四个小型侵蚀盘和一个带有单中心喷嘴的降雨模拟器组成。侵蚀盘能够支撑内部的湿土，并通过其下方的小孔排出渗滤水。支撑平台由标准尺寸为 （宽 长 深）的扁铁制成，坡度为，必须在侵蚀盘内的土壤上施加模拟降雨。喷嘴安装在侵蚀模拟器的正中心，距离土壤表面 ，当考虑土壤侵蚀引起的土壤剥落和片状侵蚀时，可以考虑雨滴的大小和动能来选择喷嘴。因此，本文选择采用 型喷雾系统的标准角全锥喷嘴，其流量容量为 。试验时产生的人工降雨应均匀分布在侵蚀盘上，降雨强度约为 ，以模拟极端降雨强度。为了确保侵蚀模拟器各部分的降雨强度相同，使用量杯在 个点（随机取样）测量从降雨模拟器收集的水，持 续 ，然 后 将 杯 中 的 水 标 准 化 为 单 位 深 度（）。为了收集多余的水和被侵蚀的土壤，本文还在侵蚀盘的底部放置了测量桶。测量桶每 更换一次，以了解含沙量的变化。所有收集到的水和泥沙随后被带到实验室，对径流水量和泥沙浓度进行详细分析。分析时用微型滤纸将收集的沉积物和水分离，过滤后的沉淀物在 烘干持续 ，最后对干燥的沉淀物和收集的多余水进行称重，以确定实验中的沉淀物量和水分损失。土壤和覆盖作物的类型本文准备了三个侵蚀模拟器，即、和。每个侵蚀模拟器由四个不同覆盖率的四个样本组成。在两个侵蚀盘上种植了两种不同的覆盖作物，葱和花生被选为具有防止侵蚀能力的生产性农产品。一个平台被固废覆盖，另一个被裸土覆盖。所有样本都进行相同的处理，所有地块样本每两到三天用 水浇灌一次。野生杂草每 周修剪一次。葱种植在种子之间 的距离，而花生种植在每个种子之间 的距离。本研究使用土壤取自桓仁满族自治县，该地区的一般种植几种蔬菜作物、玉米和豆类。土壤的颜色倾向于红棕色，肥力较低，主要由粘性土组成，根据环形取样器分析结果，土壤质地为棱角块状结构的粘土。堆积密度（）和颗粒密度（）分别在 和 之间。孔隙率在 之间，入渗能力平均为 ，属于高渗透率类，试验设计见图。试验结果分析 不同覆盖作物土壤流失和地表径流的变化本文在实验中共获得了 个样本。在观察期间，从所有 个侵蚀盘收集的总沉积物为 。所有类型地表覆盖物的平均产沙量为 。平均产沙量最多的是裸土地块，为 ，其中 的泥沙来自侵蚀盘，其次是花生覆盖地块的 ，固体覆盖地块的 ，以及葱覆盖地块的 。图 给出了不同时间下地表径流量，图 给出了不同时间下总泥沙量。由图可知，本次试验产生的地表径流总量为 ，占试验收集的泥沙和水的 。所有地块的平均地表径流为 年 月第 卷 第 期 地下水o ，o.，最小的地表径流出现在覆盖葱的地块上，为 ，最大的地表径流出现 在 的荒地上。另外，不同地块之间的产沙量和地表径流响应不同，这表明产沙量与山坡条件有关。例如，与产生更高泥沙和径流的地块相比，裸露土壤地块的产沙量更低。另一方面，覆盖着茂密的固废和青葱的地块的沉积物量往往较小。另外植被在减少径流和增加泥沙沉积的可能性方面起着至关重要的作用，稀疏的空间覆盖（间隔较宽且覆盖较低）或种植系统中没有明显的覆盖物，在较长时期内通常具有较高的侵蚀率，其中稀疏覆盖山坡的土壤侵蚀率是覆盖山坡的 倍。本文的另外一项研究结果表明，灌木林地的月土壤侵蚀量为 ，低于高乔木（桉树）林地的月土壤侵蚀量 。这一发现表明，灌木丛（园艺或灌木）在减少侵蚀量方面具有更重要的作用。图 试验设计图图 不同时间下地表径流量图 不同时间下总泥沙量 产沙和地表径流动力学规律综合图 和图，随着时间增加，葱地和固废的产沙量趋于稳定，无植被地块的侵蚀率随着时间的推移而增加，平均侵蚀率为 ，是有花生植株地块侵蚀率的 倍。此外，裸露土壤的地块中的地表径流量随时间增加，然而覆盖植被和固废的地块往往会保持稳定的地表径流量，在 后上升。没有植被的地块上的平均径流比有花生覆盖的地块上的径流大 倍，几分钟后地表径流的增加可能与影响侵蚀过程的植被覆盖和土壤条件有关。图 给出了平均土壤流失量与平均地表径流之间的变化关系。由图可知，二者基本呈正相关，除有固废覆盖的地块（）外，大部分地块的泥沙和产水之间存在显著关系（），因此稳定的固废覆盖层的存在可能会通过保护土壤表面而不受雨水影响，并通过固废表面输送雨水，从而最大限度地减少泥沙的产生，并增加地表径流的停留时间。图 平均土壤流失量与平均地表径流之间的变化关系结语本文设计了一种具有四种不同土壤表面覆盖率的侵蚀模拟器，评估了不同地表覆盖类型下的土壤流失和径流变化规律。分析结果表明，所有类型地表覆盖物的平均产沙量为 ，平均产沙量最多的是裸土地块，为 ，其中 的泥沙来自侵蚀盘，其次是花生覆盖地块的 ，固体覆盖地块的 ，以及葱覆盖地块的 。此外，所有地块的平均地表径流为 ，最小的地表径流出现在覆盖葱的地块上，为 ，最大的地表径流出现 在 的荒地上。因此，土壤表层覆盖物能够保护土壤表面侵蚀，从而最大限度地减少泥沙的产生，并增加地表径流的停留时间。参考文献王静爱，徐伟，史培军，等 年中国风沙灾害的时空格局与危险性评价 自然灾害学报 （）：周鑫 坡耕地水土流失综合治理工程分析以樟树中洲项目为例 水利科学与寒区工程 （）：张鑫宇 宾县水土流失敏感性分析与评价 东北农业大学邹亚荣，张增祥，周全斌，等 支持下的江西省水土流失生态环境风险评价 水土保持通报（）：袁东海，王兆骞，郭新波，等 红壤小流域不同利用方式水土流失和有机碳流失特征研究 水土保持学报（）：肖春娥，宁立波 甘肃省水土流失的原因分析及治理对策研究 安全与环境工程（）：王春菊，陈志强，汤小华 基于 技术的大田县水土流失成因分析 中国水土保持（）：张健 云州水库上游流域径流情况分析及对该区域农业环境的影响 农业与技术 （）：武海霞，任瑞瑞，陶涛，等 浊漳河流域 模型构建及径流敏感性分析 水利规划与设计（）：张凯，胡天然，王平 黑龙江省 年度省级监测区域水土流失动态监测成果分析 水利科学与寒区工程 （）：第 卷第 期地下水 年 月