东北低山丘陵区坡耕地水土流失特征分析

张展　隋媛媛　常远远

摘要：以东北低山丘陵区典型小流域坡面为研究对象，采用标准径流小区定位监测方法，对不同坡耕地水土流失特征及其主要影响因素进行分析。结果表明：①2013年和2014年分别发生14次和7次侵蚀性降水，在单场次降水中，坡度越大，产生的径流量和泥沙量越大；②研究区坡耕地水土流失具有时空变异性，2013年水土流失总量高于枯水年2014年的，6月和7月水土流失量最大，8月和9月相对较小，年内逐月分布情况保持一致；③地形和降水是不可忽视的影响因素，水土流失量总体上随着坡度、降水量和降水强度的增大而增大，且降水强度与水土流失量的相关性更为显著。

关键词：坡耕地；水土流失；降水强度；低山丘陵区；东北地区

影响水土流失的自然因素主要有气候、地形、土壤、植被4个方面，有关坡耕地水土流失及治理问题，国内外学者做了大量研究。杨建霞等用灰色关联系数法确定了各因子对坡耕地水土流失的影響，王卫东等提出了丘陵区土地适宜性评价指标体系，袁雪红等运用主成分分析法综合分析护坡特性。针对东北低山丘陵区坡耕地水土流失量与降水特征的相关分析研究较少的现状，本文对东北低山丘陵区坡耕地水土流失特征及其影响因素进行探讨，以期为因地制宜推广应用水土流失防治新技术提供科学依据。

1材料与方法

1.1研究区概况

东北低山丘陵区地处东北腹地，跨吉林、黑龙江两省，水土流失严重。区内地形复杂，坡耕地是水土流失发生的主要策源地，耕地土壤中大量营养物质随径流流失，加剧了区域土地退化、农业面源污染、河流湖库水质污染和富营养化。研究区位于吉林省东辽县安石镇杏木小流域，地处长白山余脉，属于典型的东北低山丘陵地貌区，地理坐标为东经125°22′40″-125°26′10″、北纬42°58′05″-43°01′40″，流域内地面坡度为5°-15°，山体多为浑圆状的“馒头山”，坡面土壤侵蚀严重。研究区属于寒温带半湿润大陆性季风气候区，多年平均气温5.2℃，有效积温2 700-2 800℃，最高气温38℃，最低气温-40℃；无霜期平均为137 d，年平均日照时数为2 497.9 h；多年平均降水量658.1 mm，降水量时空分布不均，主要集中在7-9月。土壤以暗棕壤和草甸土为主，主要种植作物为玉米和大豆，植被类型包括天然次生林、人工林和草本植物等。

1.2试验设计

分别在坡度为5。和8。的坡耕地上修建标准径流小区，各设置3个重复，规格均为20 m×5 m。小区四周采用彩色钢板围护，埋入土层深度为20 cm，小区内径流收集槽前布设有铁丝网，防止秸秆等大体积杂物堵塞集水槽口。在小区内种植玉米（品种为吉东54号），采用传统顺垄种植方式，行间距为65 cm，株间距为30 cm。

1.3观测与分析

在各标准径流小区的底部，安装HL-1型径流泥沙自动监测系统（吉林省水土保持科学研究院研制），该系统通过重力传感器和液位传感器能够实时、快速、准确地测量径流量和泥沙量。2013-2014年汛期（6-9月），通过径流泥沙自动监测系统记录各场次降水径流量、泥沙量。研究区内安装的自动气象观测站（DL-16型），能够获取年内降水量、降水强度等气象数据。

2结果与分析

2.1单次降水水土流失量

2013年降水量为400.1 mm，降水产流量和产沙量见表1。在14次侵蚀性降水中，5°坡耕地产流量为1.58-17.98 mm，产沙量1-1 299 kg/hm2。其中：单次降水产流量小于5 mm的共计6次，径流量大于5 mm的共计8次；产沙量小于500 kg/hm2的共计11次，大于500 kg/hm2的共计3次。8°坡耕地的产流量和产沙量分别为1.60-19.27 mm和2～1 547 kg/hm2，均大于5°坡耕地的。其中单次降水产流量小于5 mm的共计6次，大于5 mm的共计8次；产沙量小于500 kg/hm2的共计11次，大于500 kg/hm2的共计3次。

2014年降水量为178.5 mm，降水产流量和产沙量见表2。2014年仅发生7次侵蚀性降水，5°和8°坡耕地水土流失量均较小，产流量分别为1.29-10.62 mm和2.29-14.14 mm，产沙量分别为2-250 kg/hm2和32-333 kg/hm2。通过以上分析可知，在单场次侵蚀性降水中，坡度越大，越容易发生水土流失，产生的径流量和泥沙量越大；在年内不同场次侵蚀性降水中，坡耕地水土流失量具有较大差异，降水是坡耕地水土流失的重要影响因素。

2.2不同月份水土流失量

2013年和2014年5-9月水土流失量分别见图1和图2，可以看出，不同月份的产流量和产沙量存在明显差异。由图1可知，2013年坡度为5°的坡耕地5-9月产流量分别为7.69、28.10、34.00、12.90、1.74 mm，产沙量分别为202、2 089、1 465、233、17 kg/hm2。不同月份产流量大小顺序为Q7月>Q6月>Q8月>Q5月>Q9月，产沙量大小顺序为S6月>S7月>S8月>S5月>S9月。坡度为8°的坡耕地5-9月产流量、产沙量大小顺序与坡度为5°的坡耕地一致，且6月和7月水土流失量较为接近。

由图2可知，2014年坡度为5°的坡耕地不同月份产流量大小顺序为Q7月>Q6月>Q9月>Q8月，产沙量大小顺序为S6月>S7月>S8月>S9月。而坡度为8°的坡耕地不同月份径流量、泥沙量大小顺序均表现为7月>6月>9月>8月。

通过以上分析可知，2013年水土流失量在6月和7月相对较大，2014年8月的产流量和产沙量最小，这可能与研究区降水时空分布不均匀有关。对比不同坡度坡耕地水土流失量可以发现：坡度越大，产流量和产沙量越大，但是不同坡度的水土流失量逐月分布情况保持一致。

2.3年水土流失量

不同坡度坡耕地产流产沙量见图3。可以看出，2013年坡耕地水土流失量大于2014年的，坡度越大坡耕地水土流失量越大。2013年坡度为5°和8°的坡耕地产流量分别为84.43、103.23 mm，产沙量分别为4 005、5 427 kg/hm2；2014年坡度为5°和8°的坡耕地产流量分别为54.63、63.06 mm，产沙量分别为1 172、1 632 kg/hm2。与2013年相比，2014年坡度为5°的坡耕地产流量、产沙量分别减小了35.28%和70.74%，坡度为8°的坡耕地产流量、产沙量分别减小了38.92%和69.93%。主要原因一方面是2013年降水量和降水强度均大于2014年的，另一方面是2013年侵蚀性降水次数多于2014年的，加剧了土壤理化性质及结构的破坏，降低了土壤自身持水保水能力及抗蚀性，因此2013年更容易发生水土流失。

2.4水土流失量与降水特征相关性分析

2.4.1水土流失量与降水量相关性分析

2013年和2014年侵蚀性降水产生的水土流失量与降水量相关性见图4。可以看出，不同坡度坡耕地产流量与产沙量总体上均随降水量的增大而增大。2013年坡度为5°和8°的坡耕地产流量与降水量均符合线性相关关系（见表3），达到显著水平（相关系数r=0.62，显著性水平a=0.019）和极显著水平（r=0.68，a=0.007）。而不同坡度坡耕地产沙量与降水量相关性不显著（a>0.05）。2013年，降水量小于20 mm时的坡耕地产流量和产沙量均较小，分别为1.58-3.92 mm和1-332 kg/hm2：降水量大于20 mm时的产流量和产沙量均較大，分别为1.74-19.27 mm和17～1547 kg/hm2。

2014年坡度为5°和8°的坡耕地产流量与降水量同样表现出线性相关关系，达到极显著（r=0.88，a=0.008）和显著水平（r=0.82，a=0.024）。5°坡耕地产沙量与降水量相关关系不显著（a>0.05），而8°坡耕地产沙量与降水量表现为显著的线性相关关系（r=0.76，a=0.049）。

2.4.2水土流失量与降水强度相关性分析

降水强度与水土流失量关系见图5，不同坡度坡耕地的产流量和产沙量总体上均表现为随降水强度的增大而增大。2013年坡度为5°和8°的坡耕地产流量、产沙量与降水强度均表现为显著的正相关关系（见表4），其中5°坡耕地的分别达到极显著水平（r=0.72，a=0.004）和显著水平（r=0.63，a=0.016），8°坡耕地的达到极显著水平（r=0.68，a=0.008）和显著水平（r=0.618，a=0.02）。平均雨强为3-6 mm/h的6个场次降水量均较小（为7.03-23.00 mm），明显小于降水强度为1.23-2.40 mm/h的4个场次降水量（为30.05-62.14 mm），说明当降水强度较小且次降水强度差异不大时，降水量是影响坡耕地水土流失不可忽视的因素。

2014年坡度为5°和8°的坡耕地产流量与降水强度表现为显著的正相关关系，分别达到显著（r=0.78，a=0.04）和极显著（r=0.90，a=0.006）水平；产沙量与降水强度的相关关系不显著（a>0.05）。由表1和表2分析可知，2013年坡度为5°和8°的坡耕地单次降水产流量和产沙量最大值分别为17.98 mm和1 299kg/hm2、19.27 mm和1 547 kg/hm2，均发生于平均降水强度最大日（6月19日）；2014年单场次降水最大产流量和产沙量也发生于平均降水强度最大日。说明降水强度是影响坡耕地产流量和产沙量的重要因素，其与降水量共同影响坡耕地水土流失，但降水强度对水土流失量的影响更为显著。

3结论

（1）2013年共发生14次侵蚀性降水，坡度为5°和8°的坡耕地单次降水产流量分别为1.58-17.98 mm和1.60-19.27 mm，产沙量分别为1-1 299 kg/hm2和2～1 547 kg/hm2；2014年仅发生7次侵蚀性降水，不同坡度坡耕地单次降水产流产沙量均小于2013年的。在单场次降水中，坡度越大，产流量和产沙量也越大。

（2）2013年坡度为5°和8°的坡耕地月产流量大小顺序为Q7月>Q6月>Q8月>Q5月>Q9月，产沙量大小顺序为S6月>S7月>S8月>Ss月>S9月；2014年5°坡耕地月产流量和产沙量大小顺序分别为Q7月>Q6月>Q9月>Q8月和S6月>S7月>S8月>Sg月，8°坡耕地月产流量和产沙量大小顺序均为S7月>S6月>S9月>S8月。2013和2014年逐月产流量和产沙量分布情况保持一致。

（3）2013年坡度为5°和8°的坡耕地产流量分别为84.43、103.23 mm，产沙量分别为4 005、5 427kg/hm2，2014年坡度为5°和8°的坡耕地产流量和产沙量分别比2013年的减小了35.28%、70.74%和38.92%、69.93%。

（4）坡度越大，坡耕地水土流失越严重。水土流失量总体上随着坡度、降水量和降水强度的增大而增大，降水强度对水土流失量的影响更为显著。