不同水土保持干預措施對土壤侵蝕的影響研究

王 勇

(呂梁市水利局，山西 呂梁 033000)

0 引言

水土流失所造成的土壤侵蝕是一個全球性問題。據不完全統計，在世界各地，每年因水土流失而清除土壤超過360億t，由此而導致數百萬農田的流失[1-2]。在諸多影響因素中，雨滴影響和地表徑流是土壤侵蝕的主要形式。土壤侵蝕會清除表土，而表土中富含氮、磷和鉀等植物必需養分及有機物質。因此，土壤侵蝕對土壤質量產生負面影響。

學者們針對土壤侵蝕的影響因素進行了大量的分析研究。路志強等[3]為了定量評估退耕還林還草前后降水和植被對土壤侵蝕的影響，研究發現，蒲河流域侵蝕強度以微度和輕度侵蝕為主，而中度及以上等級的土壤侵蝕面積有逐漸減小的趨勢。隨著該流域退耕還林還草工程的實施，植被作用逐漸凸顯。黃鑫等[4]采用地理信息系統和遙感技術，研究了我國北方土石山區土壤侵蝕的時空變化對水土保持的影響。結果表明，驅動因子在不同時期的解釋能力有所不同，其中，對土壤侵蝕影響最大的是土地利用類型。余成等[5]應用土壤流失方程，模擬了小流域水土保持的影響機制，研究表明，地形和土地利用方式是影響水土流失的重要因素。

綜上，大部分研究旨在評估水土流失的影響因素，往往側重單一做法[6-8]。本研究評估了不同尺度下，土地利用及水土保持措施對土壤流失與侵蝕的影響，從另一個角度為分析水土保持提供參考依據。

1 材料和方法

1.1 概況

本研究在山西省西部呂梁市的黃河東岸流域進行，地勢東部高而寬，西部低而窄。北川河由北向南，東川河自東向西流經全區。2條河在城西南合流后至交口街道辦，匯合南川河，而后注入黃河。流域內東部地形大部分是山地，為區域內主要林區，發展林牧業；城東北為連綿不斷的梁峁土石山區，城西馬頭山、王老婆山俯伏南北，為黃土丘陵溝壑區。呂梁山西側的中山區，主要是典型的黃土高原地貌，地貌類型以侵蝕的黃土梁、峁為主，其次為黃土溝谷地貌中的沖溝。因大部被黃土覆蓋，而黃土層受強烈的侵蝕切割，于是形成梁峁狀低中山黃土丘陵，同時發育伴有沖溝。

1.2 子流域的選擇及特征

為評估水土保持(以下簡稱SWC)對徑流和土壤流失的影響，確定了2個地理特征相似的相鄰子流域W1與W2：其中，W1為有SWC干預措施區域，W2為無SWC干預措施區域。2個子流域：彼此相鄰，海拔在3040～3160m之間；均呈橢圓形，中間部分較寬。通過對現場的實地評估，子流域在整體地形和地理形態設置上存在微小差異，主要地貌要素，按升序排列為：丁壩、山脊和斜坡。

1.3 數據收集與分析

在流域W1內設置徑流區，評估2020—2022年雨季期間不同土地利用和SWC做法對徑流和土壤流失的影響，評估了4種水土保持干預措施，具體見表1。

表1 研究場地的土地利用類型和試驗方法

2 結果與討論

2.1 坡面徑流和土壤損失

圖1為不同土地干預措施下的徑流量變化。結果表明，在沒有SWC干預的農田下，徑流量為420mm，當耕地采用相應的SWC干預措施后，徑流量為327mm，相比未干預的農田徑流量下降22%。林地徑流量有相對較小的趨勢，但減小幅度要小于干預措施的耕地，其徑流量下降幅度為12%。值得注意的是，牧場的徑流量有增加的趨勢，與未經SWC的干預相比，其徑流量增加了25%，分析原因主要是因為土壤通過牲畜踐踏壓實了土壤，降低了土壤滲透能力，從而增加了地表徑流。

圖1 不同土地干預措施下的徑流量變化

由圖2可以看出，不同干預措施下土壤損失量有明顯的不同：在無SWC干預的農田下，土壤損失量高達12.46t/hm2；有SWC干預，土壤損失量為6.31t/hm2，較無SWC干預的農田減少了49%。值得注意的是，牧場的土壤損失量雖然較有SWC干預措施的有所增加，但要低于無SWC干預的農田土壤損失量，分析原因，主要由于牧場中的草能夠減少土壤侵蝕。

圖2 不同土地干預措施下的土壤損失量變化

2.2 流域產沙量分析

不同年份有無SWC干預措施下的產沙量變化，見圖3。結果表明，采用SWC措施和未采用SWC措施下的產沙量明顯不同。在SWC干預措施下，流域產沙量整體保持較低的水平，在一周時間內變化趨勢有所波動，但隨著SWC措施干預的繼續，與2020年相比，2022年的產沙量有所降低，這表明SWC措施對產沙量具有顯著的影響。

圖3 不同年份有無SWC干預措施下的1周產沙量變化曲線

2.3 流域排水流量分析

由圖4可以看出，2020年，2個子流域之間的排水流量出現了明顯的差異。在有SWC干預措施下，排水量為312mm；在無SWC干預措施下，排水量為645mm。這表明干預措施對流域排水量產生了良好的保持作用。隨著年份的增加，排水量逐漸增加。由于缺乏維護，導致SWC的效益逐年降低，這意味著SWC措施干預效果不會維持超過3年。

圖4 不同年份有無SWC干預措施下排水流量變化曲線

3 水土流失危害分析及治理措施

3.1 危害分析

本工程在開挖、壓占等施工建設時，難免會對自然植被造成一定的破壞，植被的破壞會產生大量的水土流失，主要危害如下。

(1)土地資源的破壞。在工程施工過程中，施工中的各種因素會改變原有地形地貌，使土壤結構發生改變，同時施工機械會對原土層帶來一定的擾動，造成原有土層發生變化，導致原有土壤承載力減小，從而造成嚴重的水土流失。

(2)水資源的破壞。施工中產生的工程土經常得不到及時地處理，導致長期堆積在土壤表面，會破壞原有土壤的結構。同時，在降雨的作用下，泥沙容易帶走表層的土壤，進一步加劇土壤流失。

3.2 治理措施

(1)根據本項目概況特點，造成水土流失的主要因素為水力侵蝕。因此，應對含水量較大的區段進行實時監測，同時應針對填溝造地區域加強水土流失重點監測。

(2)施工期產生的大量推土，導致土壤侵蝕較嚴重。因此，現場應完善推土措施，加強水土保持的治理工作力度。同時，要充分結合工程自身特點，有針對性地設置臨時水土流失防護區，對現有的水土保持方案進行優化細化，確保把施工對水土流失的影響降到最低。

(3)施工期為重點監測時段。填溝造地區域作為重點監測區域，在方案服務期，應加強監測力度，特別是雨季，根據天氣變化，適度增加監測頻度。

4 結論

本研究評估了不同土地利用及水土保持措施對土壤流失和侵蝕的影響，重點對坡面徑流、土壤損失量、產沙量及排水流量進行了分析。研究表明：農田徑流量，在沒有SWC干預的農田下，為420mm；采用SWC干預措施后，為327mm，相較未干預，下降了22%。采用SWC措施和不采用SWC措施下的產沙量明顯不同。在SWC干預措施下，流域產沙量整體保持較低的水平，SWC干預措施對產沙量具有顯著的影響。通過分析比較，總結了本項目水土流失治理措施，指出要重點監測雨季期間水土流失變化情況，提出后期需要對SWC干預措施的成本及收益進行研究，以確定其適用情況。