水土保持措施对坡地水土保持效益的影响

张 菲，郑佳伟

（1.水利部牧区水利科学研究所，内蒙古 呼和浩特 010020；2.内蒙古自治区水利事业发展中心，内蒙古 呼和浩特 010020）

1 试验区域概况

该试验区域位于某农业科技园内，科技园地处亚热带季风气候区，年平均气温为16.60℃，土壤为红粘土，粘土层平均层厚为80 mm，较为适合作物生长，平均海拔高度为65 m，是一种具有代表性的南方红壤丘陵种植区。

1.1 试验方案设计

选择了同一坡面六块100 m2的土地作为试验区，将该区域划分为5 m×20 m 的标准试验径流观测区，该区域破面坡度为12°，区域图如图1 所示。再该区域上分别布设对照组、措施组，不同水土保持措施编号、对应的措施如表1 所示。为了防止地表径流进入试验区域内，将试验区域周边布设混凝土围挡，围挡总高75 cm，埋入土体的45 cm，地表以上30 cm。

表1 工程措施表

图1 区域分布图

为了防止地表径流进入试验区域内，将试验区域周边布设混凝土围挡，围挡总高75 cm，埋入土体的45 cm，地表以上30 cm。

2 结果分析

2.1 产流产沙分析

表2为不同降雨条件下，不同措施下试验区域的产流产沙值，由表2 可知，不同措施的径流深大小依次为：原始对照组＞工程试验组＞作物试验组＞植物+工程试验组＞植物试验组，对比对照组，工程试验组、作物试验组、植物+工程试验组、植物试验组分别减流71.42%、67.85%、46.43%、21.43%，所有的试验组中，减流效果最好的为百喜草全园覆盖（ZW1），减流效果达到了75%。同时，各试验组的径流深随着降雨量的增大而逐渐增大。

由表2 还可以发现，对于不同降雨条件下，不同措施下试验区域的泥沙流失量大小依次为：工程试验组＞原始对照组＞作物试验组＞植物试验组＞植物+工程试验组，工程试验组、作物试验组、植物试验组、植物+工程试验组分别减少泥沙流失-14.21%、77.85%、95.10%、95.87%，各试验组的泥沙流失在不同降雨条件下的变化趋势与上述径流深大小变化趋势有所不同，其中，当降雨为大雨时，百喜草全园覆盖（ZW1）的泥沙流失量最大，前埂后沟+梯壁植草与ZW1 趋势基本相同，其余试验组泥沙流失量的变化趋势均表现为随着降雨的增大而逐渐增大。

表2 产流产沙值表

对比分析不同试验组、不同降雨条件下的径流深、泥沙流失量的变化趋势可以发现，对于不同降雨条件下，原始对照组、工程试验组的径流深基本相同，但降雨条件为暴雨时，工程试验组的径流深小于原始对照组。对于泥沙流失量变化，中雨的降雨条件下，工程试验组的泥沙流失量是原始对照组的2.40倍，当降雨量逐渐增大时，工程试验组与原始对照组的泥沙流失量的差值逐渐减小，但工程试验组的泥沙流失量仍略大于原始对照组。降雨条件为中雨时，作物试验组与原始对照组的径流深与泥沙流失量基本相同，当降雨量逐渐增大时，作物试验组的径流深与泥沙流失量比原始对照组减小速度快。当降雨条件为中雨时，植物试验组与植物+工程试验组均不产生泥沙流失，当随着降雨量逐渐大于中雨时，植物试验组泥沙流失量增加速度明显大于植物+工程试验组。

与试验对照组对比发现，不同降雨条件下的减流效益大小依次为：植物试验组（ZW1）＞植物试验组（ZW2）＞植物+工程试验组＞作物试验组＞工程试验组。对于不同试验组，减流效益差异明显，植物试验组（ZW1）比植物试验组（ZW2）减流效益高22.21%；植物+工程试验组比工程试验组减流效益高59.08%，在中雨的降雨条件下，植物试验组（ZW1）、植物试验组（ZW2）、植物+工程试验组三种措施的减流效益均最大，随着降雨量的增大逐渐减小，但三个试验组的减流效益均大于60%；对于减流效益最差的作物试验组、工程试验组，其减流效益随着降雨量的增大逐渐增大，但两种试验组的减流效益在不同降雨条件下均小于60%。

不同降雨条件下的减沙效益大小依次为：植物试验组（ZW1）＞植物试验组（ZW2）＞植物+工程试验组＞作物试验组＞工程试验组；各减沙措施的减沙效益排序与减流效益排序基本相同，对于不同试验组，减沙效益差异明显，植物试验组（ZW1）比植物试验组（ZW2）减沙效益高19.80%；植物+工程试验组比工程试验组减沙效益高96.41%，在中雨的降雨条件下，植物试验组（ZW1）、植物试验组（ZW2）、植物+工程试验组三种措施的减沙效益最大，最高减沙效益可达到100%，暴雨时减沙效益均大于85%，大雨时减沙效益均大于95%。作物试验组与工程试验组减沙效益较差，作物试验组在大雨时减沙效益最好，减沙量为85%，而工程试验组的减沙效益比试验对照组小，因而，该工程措施对减沙效益明显作用。

2.2 养分流失分析

不同试验组在不同降雨条件下的氮元素流失量求均值得到结果如图2所示，不同试验组氮元素流失总量均值大小依次为：工程试验组＞原始对照组＞植物+工程试验组＞作物试验组＞植物试验组，对比对照组，工程试验组、植物+工程试验组、作物试验组、植物试验组减氮效益大小依次为：-1.63%、13.25%、18.74%、19.83%。

图2 总氮元素流失情况图

不同降雨条件下减氮效益总体表现为：暴雨＞大雨＞中雨，与对照组对比可以发现，降雨量越大不同措施减氮效益越好，在中雨的降雨条件下，仅植物试验组（ZW1）及工程试验组减氮效益为正，其余试验组的减氮效益反而小于对照组，这主要是由于原始对照组总氮流失浓度较低，因而其减氮效益较好。当降雨条件为大雨时，植物+工程试验组的减氮效益也为正直，但其增加的效益较小，仅为0.70%，且其余试验组的减氮效益负值也逐渐增大，在暴雨条件下，植物试验组、作物试验组、植物+工程试验组均具有一定的减氮效益，但工程试验组的减氮效益为负值、表明其总氮流失量大于原始对照组。

分析不同试验组在不同降雨条件下的总氮流失浓度，对比发现各试验组的数据可以发现，除了工程试验组，其余试验组的总氮流失浓度均大于原始对照组，各试验组的氮元素浓度流失量随着降雨的增大逐渐减小；但原始对照组表现为相反的变化趋势，随着降雨量的增大氮元素浓度流失量逐渐增大；当降雨条件为中雨、大雨时，作物试验组的氮元素浓度流失量最大，当降雨条件为暴雨时，植物试验组（ZW2）的氮元素浓度流失量最大。

研究不同试验组在不同降雨条件下的磷元素流失状况，将不同试验组在不同降雨条件下的磷元素流失量求均值，得到不同试验组磷元素流失总量均值大小依次为：工程试验组＞原始对照组＞作物试验组＞植物试验组＞植物+工程试验组，对比对照组，工程试验组、原始对照组、作物试验组、植物试验组、植物+工程试验组减氮效益大小依次为：-86.25%、42.80%、60.50%、68.93%。可知，磷元素流失主要受泥沙流失的影响，由表2 中的数据可以发现，工程试验组的泥沙流失量较大，进而引起工程试验组的减磷作用小于原始对照组。

分析不同降雨条件下的各试验组减磷效益，不同降雨条件下减磷效益总体表现为：中雨＞暴雨＞大雨，由于磷元素主要随着泥沙迁移，因而降雨强度越大，泥沙流失量总体表现为增大的趋势，因而，磷元素流失量增大，不同降雨条件下不同试验组的减磷效益中，只有工程试验组存在负值。

分析不同试验组在不同降雨条件下的总磷流失浓度，各组数据的变化规律不明显，对比发现各试验组的数据可以发现，所有试验组中，以植物试验组（尤其是ZW1 试验组）、植物+工程试验组的总磷浓度流失最少，三种降雨条件下，ZW1试验组总磷浓度流失最大值为0.05 mg/L、植物+工程试验组总磷浓度流失最大值为0.02 mg/L，总磷浓度流失最大的试验组为原始对照组、工程试验组。

3 结论

①减流效益大小依次为：植物试验组（ZW1）＞植物试验组（ZW2）＞植物+工程试验组＞作物试验组＞工程试验组。②不同降雨条件下的减沙效益大小依次为：植物试验组（ZW1）＞植物试验组（ZW2）＞植物+工程试验组＞作物试验组＞工程试验组。③不同试验组减氮效益大小依次为：植物试验组＞作物试验组＞植物+工程试验组＞原始对照组＞工程试验组，且随着降雨量增大，减氮效益逐渐增大。④不同试验组减磷效益大小依次为：植物+工程试验组＞植物试验组＞作物试验组＞原始对照组＞工程试验组，且随着降雨量增大，减氮效益逐渐减小。