水土保持措施對坡地水土保持效益的影響

張 菲，鄭佳偉

（1.水利部牧區水利科學研究所，內蒙古 呼和浩特 010020；2.內蒙古自治區水利事業發展中心，內蒙古 呼和浩特 010020）

1 試驗區域概況

該試驗區域位于某農業科技園內，科技園地處亞熱帶季風氣候區，年平均氣溫為16.60℃，土壤為紅粘土，粘土層平均層厚為80 mm，較為適合作物生長，平均海拔高度為65 m，是一種具有代表性的南方紅壤丘陵種植區。

1.1 試驗方案設計

選擇了同一坡面六塊100 m2的土地作為試驗區，將該區域劃分為5 m×20 m 的標準試驗徑流觀測區，該區域破面坡度為12°，區域圖如圖1 所示。再該區域上分別布設對照組、措施組，不同水土保持措施編號、對應的措施如表1 所示。為了防止地表徑流進入試驗區域內，將試驗區域周邊布設混凝土圍擋，圍擋總高75 cm，埋入土體的45 cm，地表以上30 cm。

表1 工程措施表

圖1 區域分布圖

為了防止地表徑流進入試驗區域內，將試驗區域周邊布設混凝土圍擋，圍擋總高75 cm，埋入土體的45 cm，地表以上30 cm。

2 結果分析

2.1 產流產沙分析

表2為不同降雨條件下，不同措施下試驗區域的產流產沙值，由表2 可知，不同措施的徑流深大小依次為：原始對照組＞工程試驗組＞作物試驗組＞植物+工程試驗組＞植物試驗組，對比對照組，工程試驗組、作物試驗組、植物+工程試驗組、植物試驗組分別減流71.42%、67.85%、46.43%、21.43%，所有的試驗組中，減流效果最好的為百喜草全園覆蓋（ZW1），減流效果達到了75%。同時，各試驗組的徑流深隨著降雨量的增大而逐漸增大。

由表2 還可以發現，對于不同降雨條件下，不同措施下試驗區域的泥沙流失量大小依次為：工程試驗組＞原始對照組＞作物試驗組＞植物試驗組＞植物+工程試驗組，工程試驗組、作物試驗組、植物試驗組、植物+工程試驗組分別減少泥沙流失-14.21%、77.85%、95.10%、95.87%，各試驗組的泥沙流失在不同降雨條件下的變化趨勢與上述徑流深大小變化趨勢有所不同，其中，當降雨為大雨時，百喜草全園覆蓋（ZW1）的泥沙流失量最大，前埂后溝+梯壁植草與ZW1 趨勢基本相同，其余試驗組泥沙流失量的變化趨勢均表現為隨著降雨的增大而逐漸增大。

表2 產流產沙值表

對比分析不同試驗組、不同降雨條件下的徑流深、泥沙流失量的變化趨勢可以發現，對于不同降雨條件下，原始對照組、工程試驗組的徑流深基本相同，但降雨條件為暴雨時，工程試驗組的徑流深小于原始對照組。對于泥沙流失量變化，中雨的降雨條件下，工程試驗組的泥沙流失量是原始對照組的2.40倍，當降雨量逐漸增大時，工程試驗組與原始對照組的泥沙流失量的差值逐漸減小，但工程試驗組的泥沙流失量仍略大于原始對照組。降雨條件為中雨時，作物試驗組與原始對照組的徑流深與泥沙流失量基本相同，當降雨量逐漸增大時，作物試驗組的徑流深與泥沙流失量比原始對照組減小速度快。當降雨條件為中雨時，植物試驗組與植物+工程試驗組均不產生泥沙流失，當隨著降雨量逐漸大于中雨時，植物試驗組泥沙流失量增加速度明顯大于植物+工程試驗組。

與試驗對照組對比發現，不同降雨條件下的減流效益大小依次為：植物試驗組（ZW1）＞植物試驗組（ZW2）＞植物+工程試驗組＞作物試驗組＞工程試驗組。對于不同試驗組，減流效益差異明顯，植物試驗組（ZW1）比植物試驗組（ZW2）減流效益高22.21%；植物+工程試驗組比工程試驗組減流效益高59.08%，在中雨的降雨條件下，植物試驗組（ZW1）、植物試驗組（ZW2）、植物+工程試驗組三種措施的減流效益均最大，隨著降雨量的增大逐漸減小，但三個試驗組的減流效益均大于60%；對于減流效益最差的作物試驗組、工程試驗組，其減流效益隨著降雨量的增大逐漸增大，但兩種試驗組的減流效益在不同降雨條件下均小于60%。

不同降雨條件下的減沙效益大小依次為：植物試驗組（ZW1）＞植物試驗組（ZW2）＞植物+工程試驗組＞作物試驗組＞工程試驗組；各減沙措施的減沙效益排序與減流效益排序基本相同，對于不同試驗組，減沙效益差異明顯，植物試驗組（ZW1）比植物試驗組（ZW2）減沙效益高19.80%；植物+工程試驗組比工程試驗組減沙效益高96.41%，在中雨的降雨條件下，植物試驗組（ZW1）、植物試驗組（ZW2）、植物+工程試驗組三種措施的減沙效益最大，最高減沙效益可達到100%，暴雨時減沙效益均大于85%，大雨時減沙效益均大于95%。作物試驗組與工程試驗組減沙效益較差，作物試驗組在大雨時減沙效益最好，減沙量為85%，而工程試驗組的減沙效益比試驗對照組小，因而，該工程措施對減沙效益明顯作用。

2.2 養分流失分析

不同試驗組在不同降雨條件下的氮元素流失量求均值得到結果如圖2所示，不同試驗組氮元素流失總量均值大小依次為：工程試驗組＞原始對照組＞植物+工程試驗組＞作物試驗組＞植物試驗組，對比對照組，工程試驗組、植物+工程試驗組、作物試驗組、植物試驗組減氮效益大小依次為：-1.63%、13.25%、18.74%、19.83%。

圖2 總氮元素流失情況圖

不同降雨條件下減氮效益總體表現為：暴雨＞大雨＞中雨，與對照組對比可以發現，降雨量越大不同措施減氮效益越好，在中雨的降雨條件下，僅植物試驗組（ZW1）及工程試驗組減氮效益為正，其余試驗組的減氮效益反而小于對照組，這主要是由于原始對照組總氮流失濃度較低，因而其減氮效益較好。當降雨條件為大雨時，植物+工程試驗組的減氮效益也為正直，但其增加的效益較小，僅為0.70%，且其余試驗組的減氮效益負值也逐漸增大，在暴雨條件下，植物試驗組、作物試驗組、植物+工程試驗組均具有一定的減氮效益，但工程試驗組的減氮效益為負值、表明其總氮流失量大于原始對照組。

分析不同試驗組在不同降雨條件下的總氮流失濃度，對比發現各試驗組的數據可以發現，除了工程試驗組，其余試驗組的總氮流失濃度均大于原始對照組，各試驗組的氮元素濃度流失量隨著降雨的增大逐漸減小；但原始對照組表現為相反的變化趨勢，隨著降雨量的增大氮元素濃度流失量逐漸增大；當降雨條件為中雨、大雨時，作物試驗組的氮元素濃度流失量最大，當降雨條件為暴雨時，植物試驗組（ZW2）的氮元素濃度流失量最大。

研究不同試驗組在不同降雨條件下的磷元素流失狀況，將不同試驗組在不同降雨條件下的磷元素流失量求均值，得到不同試驗組磷元素流失總量均值大小依次為：工程試驗組＞原始對照組＞作物試驗組＞植物試驗組＞植物+工程試驗組，對比對照組，工程試驗組、原始對照組、作物試驗組、植物試驗組、植物+工程試驗組減氮效益大小依次為：-86.25%、42.80%、60.50%、68.93%。可知，磷元素流失主要受泥沙流失的影響，由表2 中的數據可以發現，工程試驗組的泥沙流失量較大，進而引起工程試驗組的減磷作用小于原始對照組。

分析不同降雨條件下的各試驗組減磷效益，不同降雨條件下減磷效益總體表現為：中雨＞暴雨＞大雨，由于磷元素主要隨著泥沙遷移，因而降雨強度越大，泥沙流失量總體表現為增大的趨勢，因而，磷元素流失量增大，不同降雨條件下不同試驗組的減磷效益中，只有工程試驗組存在負值。

分析不同試驗組在不同降雨條件下的總磷流失濃度，各組數據的變化規律不明顯，對比發現各試驗組的數據可以發現，所有試驗組中，以植物試驗組（尤其是ZW1 試驗組）、植物+工程試驗組的總磷濃度流失最少，三種降雨條件下，ZW1試驗組總磷濃度流失最大值為0.05 mg/L、植物+工程試驗組總磷濃度流失最大值為0.02 mg/L，總磷濃度流失最大的試驗組為原始對照組、工程試驗組。

3 結論

①減流效益大小依次為：植物試驗組（ZW1）＞植物試驗組（ZW2）＞植物+工程試驗組＞作物試驗組＞工程試驗組。②不同降雨條件下的減沙效益大小依次為：植物試驗組（ZW1）＞植物試驗組（ZW2）＞植物+工程試驗組＞作物試驗組＞工程試驗組。③不同試驗組減氮效益大小依次為：植物試驗組＞作物試驗組＞植物+工程試驗組＞原始對照組＞工程試驗組，且隨著降雨量增大，減氮效益逐漸增大。④不同試驗組減磷效益大小依次為：植物+工程試驗組＞植物試驗組＞作物試驗組＞原始對照組＞工程試驗組，且隨著降雨量增大，減氮效益逐漸減小。