汾河上游不同土地利用方式下坡地水土流失規(guī)律探索,農(nóng)業(yè)工程論文

汾河上游不同土地利用方式下坡地水土流失規(guī)律探索,農(nóng)業(yè)工程論文水土流失是我們國家的頭號環(huán)境問題,對我們國家生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成多種危害,成為我們國家資源、環(huán)境與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙之一。據(jù)第二次土壤遙感調(diào)查,我們國家土壤侵蝕總面積有356.9萬km2,占國土總面積的37.2%。華而不實(shí)水力侵蝕面積為161.22萬km。黃土高原水土流失面積45.4萬km2,占總面積的70.9%。近50a(1956-2005a)黃土高原輸沙強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯下降趨勢,尤其是自20世紀(jì)80年代以來,下降趨勢非常顯著。從黃河中游10條主要支流來看,人類活動(dòng)對輸沙量減少可能起主要作用,其奉獻(xiàn)率在61%~93%之間。對林地、草地、休閑地和耕地等方面的研究表示清楚,雨強(qiáng)對不同土地利用形式的徑流量和土壤侵蝕都有極顯著的影響,人工植被建植對坡地水土流失的影響較為明顯。山西省地處黃土高原東部,水土流失面積約為10.8萬km2,占全省總面積的69%。華而不實(shí)水蝕面積為9.3萬km2,居全國第7位;中度以上侵蝕土地面積與全省總面積之比居全國第二位。當(dāng)下就汾河上游土石山區(qū)不同土地利用方式下坡地水土流失有關(guān)研究尚未見諸報(bào)道。因而在該區(qū)域開展不同土地利用方式下坡地水土流失規(guī)律探尋求索和研究,可為該區(qū)域坡地水土保持實(shí)踐提供一定的理論根據(jù)。1、材料與方式方法1.1研究區(qū)大概情況研究區(qū)位于黃河一級支流汾河上游的陽坡小流域。該流域地理位置為北緯381434,東經(jīng)1121431,海拔在1320~1950m之間,相對高差630m。該流域土地面積為18.09km2,華而不實(shí)水土流失面積為17.73km2,占土地總面積的98%,水土流失嚴(yán)重。陽坡小流域年平均氣溫9.6℃,極端最高氣溫39.4℃,極端最低氣溫-25.5℃,無霜期188d。多年平均降水量為495.6mm,華而不實(shí)7-9月份降水量占全年降水量的70%以上。當(dāng)?shù)乇┯曛饕l(fā)生在7-8月份,也是水土流失的主要階段。當(dāng)前,陽坡小流域內(nèi)布設(shè)水利部水土流失定位觀測站,站內(nèi)有10個(gè)徑流小區(qū),自動(dòng)氣象站1處、人工降雨觀測點(diǎn)1處,用于監(jiān)測該流域降雨條件下坡地產(chǎn)流和產(chǎn)沙經(jīng)過。10個(gè)徑流小區(qū)內(nèi)的土地利用方式均不一樣,小區(qū)大概情況見表1。1.2研究方式方法坡地產(chǎn)流產(chǎn)沙的研究方式方法較多,通常利用天然降雨、人工降雨、放水沖刷、核素示蹤等方式方法在實(shí)驗(yàn)小區(qū)內(nèi)研究坡地產(chǎn)沙產(chǎn)流經(jīng)過。本研究以陽坡小流域內(nèi)徑流場為依托,主要監(jiān)測內(nèi)容為:(1)降雨量觀測,由設(shè)置在徑流場內(nèi)的自記雨量計(jì)提供。(2)徑流量觀測,由人工分段進(jìn)行記錄。(3)泥沙量觀測,由人工分段進(jìn)行記錄。用烘干法測定后取平均值得出小區(qū)次產(chǎn)流量和次產(chǎn)沙量。(4)數(shù)據(jù)分析,采用Excel軟件進(jìn)行。2、結(jié)果與分析2.12020年降雨與多年平均分布比擬陽坡小流域從2020年5月22日開場降雨,至10月14日截止,汛期一共降雨37次,總降雨量為513.40mm。降雨量分布情況見表2。從表2可見,陽坡小流域2020年(5-10月)總降雨量比同期多年平均值高出30.80%,且2020年年內(nèi)降雨分布與多年平均分布有較大差異。2020年6月降雨量為150.50mm,高出同期平均水平255.79%;7月的降雨量為185.8mm,較同期平均水平高出110.90%;8月的降雨量僅42mm,比同期平均水平低63.57%;9月份的降雨量為112.2mm,比同期平均水平高出21.30%;10月份降雨與多年平均基本持平。這一現(xiàn)象講明,陽坡小流域年內(nèi)降雨分布不均勻,年際變化較為劇烈。2.2不同土地利用方式對坡面徑流量影響由表3可見,1~6號徑流小區(qū)除土地利用方式不同外,其他影響水土流失的因子均較為一致,所以不同徑流小區(qū)水土流失的經(jīng)過、強(qiáng)度以及結(jié)果具有可比性。1號和2號小區(qū)均布設(shè)了魚鱗坑,且2個(gè)小區(qū)均栽植了同樣密度的松樹。1號小區(qū)通過栽植松+苜蓿+草,使其地表覆蓋度比2號小區(qū)僅種植松樹高出50%,導(dǎo)致1號小區(qū)產(chǎn)流次數(shù)比2號小區(qū)減少3次,產(chǎn)流量減少37.50%。3~6號小區(qū)內(nèi)布設(shè)了喬、灌、草單一或復(fù)合的植物措施,均沒有工程措施。5號小區(qū)栽植松樹,植被覆蓋度為25%,產(chǎn)流量為1.93m3;6號小區(qū)在同樣的松樹種植密度基礎(chǔ)上撒播草籽,使其植被覆蓋度較5號小區(qū)提高了100%,產(chǎn)流量比5號小區(qū)減少了31.09%;4號小區(qū)僅種植苜蓿,植被覆蓋度為60%,產(chǎn)流量為1.06m3;3號小區(qū)為苜蓿+草,植被覆蓋度為75%,產(chǎn)流量為0.65m3,相比之下,3號小區(qū)產(chǎn)流量比4號小區(qū)下降了38.68%。4個(gè)小區(qū)產(chǎn)流次數(shù)大小依次:5號小區(qū)6號小區(qū)4號小區(qū)3號小區(qū)。3~6號小區(qū)產(chǎn)流量大小依次為:5號小區(qū)6號小區(qū)4號小區(qū)3號小區(qū)。4個(gè)小區(qū)降雨經(jīng)過、坡度、土壤類型等條件一樣時(shí),其產(chǎn)流次數(shù)和產(chǎn)流量差異較大的原因在于土地的不同利用方式。通過調(diào)整不同土地利用方式,提高了地表覆蓋度,減輕雨滴擊濺侵蝕;同時(shí)通過不同土地利用方式,調(diào)節(jié)了地表糙度,延緩地表徑流流速,增加水分就地入滲,進(jìn)而減少地表徑流的水力侵蝕。7~10號小區(qū)坡度均為15,除9號徑流小區(qū)因出流口滲漏,導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)不能使用以外,其他3個(gè)小區(qū)的產(chǎn)流量隨土地利用方式不同也有較大區(qū)別。10號小區(qū)為裸坡面,可與7號、8號小區(qū)進(jìn)行對照。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在無覆蓋、無擾動(dòng)情況下,10號小區(qū)年內(nèi)產(chǎn)流次數(shù)最高,達(dá)17次;7號和8號小區(qū)產(chǎn)流次數(shù)為16次,稍低于10小區(qū)。7號8號小區(qū)產(chǎn)流量分別是10號小區(qū)的1.02和1.23倍。2.3不同土地利用方式對坡面產(chǎn)沙量影響產(chǎn)沙量是地表徑流和不同土地利用方式共同作用的結(jié)果。由表3可見,1號和2號小區(qū)相比,2號小區(qū)徑流量比1號小區(qū)增加60.00%,產(chǎn)沙量卻增加了27.67%;3~6號小區(qū)產(chǎn)沙量依次為:5號小區(qū)6號小區(qū)4號小區(qū)3號小區(qū)。5號小區(qū)比6號、4號、3號小區(qū)產(chǎn)流量分別高出45.11%、82.08%、196.92%,5號小區(qū)比6號、4號、3號小區(qū)產(chǎn)沙量分別高出38.41%、49.42%、79.63%,可見1~6號小區(qū)產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量并不同步增加,即產(chǎn)沙量的大小除受產(chǎn)流量大小的影響,還遭到土地利用方式、地表覆蓋度等方面的影響。7號、8號和10號小區(qū)產(chǎn)沙量分別為39.19、36.49和21.86kg,7號、8號2個(gè)坡耕地小區(qū)產(chǎn)沙量是10號裸坡地小區(qū)的1.79和1.67倍,可見坡耕地在人為擾動(dòng)情況下對產(chǎn)沙量的奉獻(xiàn)遠(yuǎn)大于不經(jīng)擾動(dòng)的裸坡地。另外,10號小區(qū)坡度比1~6號小區(qū)小,但其產(chǎn)沙量顯著大于1~6號小區(qū),可見提高植被覆蓋度對于裸露坡地減少土壤侵蝕具有重要現(xiàn)實(shí)意義。2.4降雨特征對不同土地利用方式產(chǎn)流產(chǎn)沙影響從氣象學(xué)角度來看,降雨主要由雨量、雨強(qiáng)、降雨歷時(shí)等特征值來反映,這些因子都會(huì)影響水土流失,但作用并不一樣,總雨量是研究水土流失強(qiáng)度的前提條件。此處分別選擇5號、7號、10號小區(qū),進(jìn)一步比擬降雨對不同土地利用方式坡地的產(chǎn)流產(chǎn)沙特征。結(jié)合表1和表4可見,5月份降雨8.7mm,但各小區(qū)產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量均為0,6-10月3個(gè)小區(qū)各月產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量隨降雨量增加而增加。不僅雨量在7月份分布最多,而且雨強(qiáng)也在7月份到達(dá)峰值,尤其是與產(chǎn)流和產(chǎn)沙關(guān)系密切的I30在7月份高達(dá)1.22mmmin-1,故7月份5、7、10號小區(qū)對年內(nèi)總徑流量的奉獻(xiàn)率分別到達(dá)33.67%、52.91%、62.10%,處于全年最高水平;7月份5、7、10號小區(qū)對年內(nèi)總產(chǎn)沙量奉獻(xiàn)率分別到達(dá)44.50%、63.95%、47.40%,同樣在全年居于最高水平。分析表示清楚,年內(nèi)少數(shù)幾次降雨對于全年產(chǎn)流產(chǎn)沙奉獻(xiàn)較為突出,以年內(nèi)次降雨較大的2次降雨為例進(jìn)行講明。6月19-22日的次降雨量高達(dá)100.60mm,由于該次降雨持續(xù)時(shí)間較長,雖雨量較大,但平均雨強(qiáng)為0.028mmmin-1,I30為0.26mmmin-1,5號、7號、10號小區(qū)該次降雨的產(chǎn)流量分別占到各小區(qū)6月份產(chǎn)流總量的63.83%、70.28%、66.67%,產(chǎn)沙量分別占到6月產(chǎn)沙總量的77.91%、64.31%、66.06%。7月8日次降雨量為87mm,占到7月份總雨量的46.82%,該次降雨中間有間斷,但間隔時(shí)間缺乏6h,可視其為一次降雨,該次降雨雨量大,I30為1.22mmmin-1,短期強(qiáng)降雨導(dǎo)致產(chǎn)流產(chǎn)沙較為嚴(yán)重,該次降雨在5號、7號、10號小區(qū)產(chǎn)流量分別占到7月份各小區(qū)產(chǎn)流總量的74.38%、80.44%、74.57%,產(chǎn)沙量分別占到7月份產(chǎn)沙總量的87.27%、91.26%、85.36%。3討論與結(jié)論坡地水土流失治理是黃土高原生態(tài)環(huán)境修復(fù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在當(dāng)下人地矛盾較為突出的大背景下,坡地的利用仍然必不可少,但是確定適宜的坡地利用方式是實(shí)現(xiàn)黃土高原水土保持和生態(tài)環(huán)境修復(fù)的重要課題。在不同區(qū)域開展不同土地利用方式下坡地產(chǎn)流產(chǎn)沙的經(jīng)過研究,并提出具有因地制宜的水土保持措施是水土保持理論研究和實(shí)踐探尋求索中的重中之重。本文通過野外小區(qū)試驗(yàn),定位觀測了汾河上游陽坡小流域內(nèi)10種典型坡地利用方式的水土流失特征,結(jié)果如下:(1)2020年(5-10月)的降雨總量與多年平均相比,比平均水平高出30.80%,且降雨量年內(nèi)分布異于常年平均。(2)不同土地利用方式下,坡地產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量差異較為明顯。提高地表覆蓋度可減少地表徑流。人為擾動(dòng)較大的7號、8號坡耕地小區(qū)產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量高于裸坡面(10號),也高于人工建植的植被小區(qū)。講明了提高坡面覆蓋,能夠促進(jìn)地表徑流就地入滲,減少坡面產(chǎn)流、產(chǎn)沙量。這一結(jié)果與王川等人通過人工植被(玉米和草地)對坡地水土流失的影響研究結(jié)論一致。(3)陽坡小流域坡地水土流失主要由少數(shù)幾次雨強(qiáng)較大的降雨引起。與降雨量對流域產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響相比,雨強(qiáng)對不同坡地利用方式下坡地的水土流失影響更大。以下為參考文獻(xiàn)：[1]劉國彬,楊勤科,陳云明,等.水土保持生態(tài)修復(fù)的若干科學(xué)問題[J].水土保持學(xué)報(bào),2005,19(6):126-132.[2]孟令欽,王念忠.坡耕地水土流失防治技術(shù)[M]．北京:中國水利水電出版社,2020:1-2.[3]何淑勤,宮淵波,鄭子成,等.不同植被類型條件下土壤抗蝕性變化特征及其影響因素[J].水土保持學(xué)報(bào),2020,27(5):17-22.[4]信忠保,許炯心,余新曉.近50年黃土高原水土流失的時(shí)空變化[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2018,29(3):1129-1139.[5]李廣,黃高寶.雨強(qiáng)和土地利用方