不同植物措施对南方红壤丘陵坡地地表径流系数和产沙量的影响

陈海生

摘 要：采用野外径流小区实验，以自然裸露坡地为对照，利用2016年安吉县山湖塘综合观测场的降雨和土壤侵蚀过程数据，研究不同植物措施对降雨条件下红壤坡面产沙量和地表径流系数的影响。结果表明，在各种植物措施中，竹子保留地被小区的水土保持效果最好、最稳定，其次是竹子全面抚育小区，最差的是落叶经济林全面抚育小区。

关键词：植物措施；红壤丘陵坡地；径流系数；产沙量

中图分类号 S157 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）22-0071-02

坡面产流是指坡面上降雨和下垫面综合作用产生径流的过程。南方丘陵区红壤坡地降雨强度较大，土壤抗侵蚀不足，再加上人类过度开发造成的植被破坏，水土流失现象日益严重。丘陵坡地中植物具有蓄水保土、截留降水、减少地表径流、拦截泥沙等方面的作用。许多研究表明，植物措施能较好地调控南方红壤区坡面地表径流和土壤侵蚀。例如，梁娟珠在福建省长汀县的研究[1]认为，不同植被措施下坡面产流产沙分异规律明显，相对于裸地，盖度高的乔灌草、灌草、草本等措施的水土流失量最小，水土保持效果最为明显；黄鹏飞等在江西的研究[2]认为，不同植物措施对坡面年总径流深的消减效果，其中以柑橘加百喜草全园覆盖措施最好，其次为柑橘加百喜草带措施，柑橘纯林最差。本研究以安吉县山湖塘综合观测场标准径流小区为单元，研究在天然降雨条件下不同植物措施对南方丘陵区红壤坡地的水土保持效应，为该区域采取合适的植物措施用于控制土壤侵蚀提供依据。

1 材料与方法

1.1 自然概况 安吉县山湖塘综合观测场属于太湖流域，地理坐标为东经119°34′00″，北纬30°37′00″。观测场建立在安吉水土保持科技示范园区内，位于递铺镇净土社区，距中心城区8km。观测场所在的水保园区地貌类型属低山丘陵，土壤以红壤为主，土层浅薄，较易风化，从而导致水土流失严重。该区域总土地面积57.88hm2，土地利用状况为：有林地、疏林地和荒坡35.88hm2，坡耕地20hm2，水面2hm2。原有水土流失面积31hm2，占总土地面积的53.6%。

1.2 径流小区布设与监测内容 安吉县山湖塘综合观测场，共设标准径流小区9个，尺寸均为20m×5m（长×宽），面积100m2，坡度20°。每个径流小区下均设3级集流池，每个集流池尺寸为1m×1m×0.9m（长×宽×高），每级之间设置5个分流孔，4个分流孔分流到池外，1个分流孔分流道下一级，集流池均没有遮盖。观测场各径流小区中，1号小区为梯地种植农作物，2号小区为顺坡种植农作物，3号小区为裸地，4小区为顺坡种植白茶，5号小区为梯田种植白茶，6号小区为落叶经济林全面抚育，7号小区为落叶经济林保留地被，8号小区为竹子全面抚育，9号小区为竹子保留地被。2016年8月14日，用自记雨量计来记录雨量和降雨过程，记录降雨的起止时间和各阶段的雨强。小区地表径流通过集水槽和导水管流入径流收集池中，径流收集池容量按100年一遇暴雨设计。采用定位观测的方法，在降雨后测量径流深和泥沙量。径流深在量水池中用体积法求得，观测径流的同时，将量水池中的水搅拌均匀后取样，经过滤-烘干-称重，求算土壤含沙量。监测方法是在径流小区产流停止后，将集水槽中沉积的泥沙扫人径流池中，再用搅拌器将水池中所盛混合物搅匀后，用采样器在池中水位一半处分别采集3瓶水沙样，每瓶所取水沙样约800～1000mL，用烘干法对所取水沙样含沙量进行测定，分别取平均值获得该次降雨各个径流池所采水沙样的含沙量[3]。

2 结果与分析

2.1 不同植物措施对丘陵坡地地表径流系数的影响 地表径流系数表示降水中有多少水变成了地表径流，它综合反映了1个地区内地质土壤和植被等地表状况对径流的影响[4]。安吉县山湖塘綜合观测场各径流小区地质状况相同，可以很明显地观察植物在降低地表径流中的作用。如表1所示，裸地的地表径流系数是所有小区中最大的，为0.16。而在不同植被之中，则是落叶经济林全面抚育小区最大，地表径流系数为0.08；地表径流系数最小的是竹子保留地被小区，只有0.02，落叶经济林全面抚育小区的径流系数是竹子保留地被小区的4倍。顺坡种植白茶和梯田种植白茶小区的径流系数都是0.05，梯田种植农作物和顺坡种植农作物小区的径流系数都是0.04，落叶经济林保留地被和竹子全面抚育小区的径流系数都是0.03。

2.2 不同植物措施对丘陵坡地产沙量的影响 山湖塘小流域本次降雨中各径流小区的产沙情况见表1。由表1可知，本次降雨中，裸地径流小区的含沙量最高，为5.9g/L。在各植物措施径流小区中，产沙量最少的是顺坡种植白茶，其含沙量为0.1g/L，含沙量最大的是落叶经济林全面抚育小区，其含沙量为5.5g/L，是顺坡种植白茶的27.5倍。毛竹林保留林下植被小区的含沙量也很少，为0.2g/L。其余的从高到低依次为落叶经济林保留地被、顺坡种植农作物、梯田种植白茶、梯田种植农作物、竹子全面抚育。

3 结论与讨论

（1）植物对坡面径流形成的阻抑作用，主要体现在植被茎叶对雨滴的消减作用、枯枝落叶层及植物茎对径流流速的缓减作用，以及植物根系能增加根系对土壤的抗蚀性和抗冲性。径流系数是一个综合反映降雨特征、前期土壤含水量和地表特征的变量规律的研究，是反映产流状况的重要指标[5-6]。在本试验条件下，在各植被小区中，地表径流系数最小的是竹子保留地被小区，而落叶经济林全面抚育小区的地表径流系数最大，是最小值的4倍。各径流小区的含沙量也是同样的趋势，竹子保留地被小区和顺坡种植白茶小区的含沙量最小，落叶经济林全面抚育小区的最大，是最小值的27.5倍。因此，各种植物措施中，竹子保留地被小区的水土保持效果最好、最稳定，其次是竹子全面抚育小区，最差的是落叶经济林全面抚育小区。

（2）水土保持植物措施对减少径流效应主要是通过3个方面来进行，一是冠层的截留效应，二是地被物（包括林下草灌和枯落物层）的拦蓄效应，三是植物根系对土壤的改良作用。在降雨过程中，雨滴击溅坡面产沙而造成表层土壤侵蚀，而植被能抑制坡面径流的形成。竹子、白茶等林冠及地表草本植物对雨水能产生截留作用，降低雨滴和水流造成的溅蚀和面蚀。植物的须根可以产生有机质作为土壤胶结剂，同时配合须根的穿插挤压和缠绕，从而提高土壤的抗侵蚀能力。因此，灌木林、乔木林特别是与地被植物结合的径流小区相比于其他处理，特别是与对照裸地相比，其产沙量要少得多，产生了明显的保土抗蚀效果[7]。

参考文献

[1]梁娟珠.南方红壤区不同植被措施坡面的水土流失特征[J].水土保持研究，2015，22（4）：95-99.

[2]黄鹏飞，陈晓安，郑太辉，等.红壤坡地不同植物措施消减径流峰值研究[J].水土保持学报，2016，30（1）：79-82，102.

[3]刘凤仙，覃莉，顾再柯.贵州省水土保持监测点观测数据整编的做法及存在问题[J].中国水土保持，2014（3）：59-61.

[4]张洪江，孙艳红，程云.重庆缙云山不同植被类型对地表径流系数的影响和植被等地表状况对径流的影响[J].水土保持学报，2006，20（6）：11-13，45.

[5]王金叶，李海防，段文军，等.漓江上游降水特征及典型森林群落地表径流规律的研究[J].中南林业科技大学学报，2012，32（6）：72-77.

[6]石扬旭，张友静，李鑫川，等.流域下垫面特征对多年平均径流系数的影响[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2017，45（12）：138-154.

[7]王昭艳，左长清，曹文洪，等.红壤丘陵区次降雨条件下果园不同间套种模式径流与泥沙输移特征[J].水土保持学报，2011，25（4）：74-78.

（责编：张宏民）