|
城区东南部,距玉溪市中心城区10km,东与江川县九溪镇相连,西莅临玉溪坝子,流域南发源于红塔区高仓镇龙树村,由南向北直接汇入东风水库,属东风水库三大径流区之一,是玉溪市重要供水水源地东风水库径流区。该区地理位置为E102°34′5.7″,N24°17′15.3″,海拔1675~2100m。流域总面积18.629km2,主沟道长度为15.5km。
二龙潭小流域属北亚热带半湿润冷冬高原季风气候,地貌属波状起伏线切割中山区,多年平均降雨量909.1mm,雨季为5月下旬至10月下旬,降雨量占全年总降水量的85%。最大年降雨量1413.7mm,最小年降雨量591.5mm,多年平均暴雨天数为15d/年,年均蒸发量为1624.9mm。流域土壤主要是红壤,有少量黄红壤、紫沙土分布。流域内植被覆盖率为63.71%,树种以云南松分布最为广泛,农作物以种植烤烟和玉米为主。
2.1径流小区和雨量计的布设
根据小流域地形条件,选择荒草地和经果林地2种不同土地利用类型,在小流域典型地段布设了水平投影面积为5m×20m的标准径流小区,观测地表径流和土壤侵蚀量。在2个小区的附近布设了一个重庆水文仪器厂制造的JDZ-1型数字自记雨量计测定每场降雨的降雨量、降雨历时。荒草地和经果林径流小区区域特征见表1。
表1荒草地和经果林径流小区区域特征
小区海拔/m坡向坡位坡度/(°)土壤类型主要植物种植被盖度/%土壤pH值经果林1847东西向坡中下部15红壤蓝莓30~405.41荒草地1886东西向坡中下部15红壤扭黄茅、鬼针草等0~1004.92
2.2取样与测定方法
降雨过程使用数字自记雨量计测定并计算每次的降雨量和降雨强度。径流泥沙的测定基于标准径流小区,每次降雨产流后测量2个径流场的径流量和泥沙量。径流量在集流桶中用体积法求得,径流泥沙观测在每次产流后进行取样。取样方法是把集流桶中的水充分搅拌均匀,取泥沙和水的混合样于3个标准取样容器,再利用置换法求泥沙含量［7］。
荒草地和经果林地径流小区(0~20cm、20~40cm、40~60cm)的三个层次的土壤容重采用环刀法测定;土壤含水量用烘箱法测定;用圭尔夫渗透仪测定土壤导水率以及双环入渗法测定土壤入渗率。
相关计算及数据分析:本研究采用Excel2003数据处理系统,进行数据分析和图表处理。
3研究结果与分析
3.1降雨特征
2013年二龙潭小流域共有81场降雨,降雨量共计7889mm,其中月降雨量最大的月份是6月,降雨量为1512mm,日降雨量最大的是6月2日,降雨量为618mm,降雨历时8h9min,降雨强度为77mm/h。每月降雨量见表2。从表2中可以看出,降雨主要集中在5~10月,这6个月的降雨量分别占了的89%,旱季仅占11%。由于年内降雨量分配不均,夏季降雨过分集中易形成大雨或暴雨,导致容易产生大的地表径流并冲刷地表,造成水土的流失［8］。
表2试验区2013年降雨特征
月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月降雨量/mm24.6020.819.3135.0151.261.2148.476.6112.216.423.2
3.2土地利用对土壤含水量和容重的影响
土壤含水量是土壤中所含水分的数量,一般是指土壤绝对含水量,即100g烘干土中含有若干克水分,也称土壤含水率,它是农业生产中一个重要的参数。由荒草地和经果林地土壤含水量、容重表(表3)可知:荒草地土壤含水量,坡的上部、中部、下部从0~20cm、20~40cm到40~60cm逐渐增加;荒草地表层(0~20cm)的平均土壤含水量为1694%,中等深度(20~40cm)的平均土壤含水量为1997%,深层(40~60cm)的平均土壤含水量为2237%;表层土壤含水量最低,分别比中等深度、深层低1517%、2427%。而经果林的土壤水量也表现出随着土层深度的增加土壤含水量逐渐增加;其土壤表层(0~20cm)的平均土壤含水量为1568%,中等厚度(20~40cm)的平均土壤含水量为1851%,深层(40~60cm)的平均土壤含水量为1893%;深层土壤含水量最高,分别比表层和中等厚度高出2073%,227%。而荒草地的土壤含水量均高于经果林地的土壤含水量。
土壤容重是指土壤在未破坏自然结构的情况下,单位原状土壤体积内干土的重量。它是土壤的一个最基本的物理性质,对土壤的透气性、入渗性能、持水能力、植物生长、溶质迁移特征以及土壤的侵蚀能力有较大的影响。荒草地上部的土壤容重随土层深度的增加而逐渐增大,是因为上部的土壤很少受人践踏出现板结现象,所以坡上部表层土的容重低于深层土;而在荒草地的中部和下部,0~20cm、20~40cm到40~60cm土壤容重的变化情况为:先减小后增加;0~20cm＞40~60cm＞20~40cm。主要是因为受人为干扰较严重,人畜践踏频繁,从而使表层土壤板结,最终就使得表层土壤容重较大。而经果林土壤各层次容重的变化情况也大致和荒草地一致:先减小后增加;0~20cm＞40~60cm＞20~40cm。而总体上,荒草地各层次土壤的容重均低于经果林。
表3荒草地和经果林土壤含水量、容重
土地类型取样点取样深度/cm土壤含水量/%土壤容重/(g/cm3)荒草地坡上0~2016.450.89坡上20~4019.141.02坡上40~6021.961.17坡中0~2017.281.11坡中20~4020.180.97坡中40~6022.481.03坡下0~2017.081.11坡下20~4020.600.87坡下40~6022.681.06经果林坡上0~2015.671.10坡上20~4020.160.87坡上40~6019.481.01坡中0~2015.481.34坡中20~4017.701.27坡中40~6018.881.33坡下0~2015.881.33坡下20~4017.681.41坡下40~6018.441.33
3.3土地利用对土壤入渗和渗透性能的影响
土壤水分入渗是指水分进入土壤形成土壤水的过程,它是降雨、地面水、土壤水和地下水相互转化的一个重要环节［9,10］。土壤入渗特性是评价土壤涵养水源和抗侵蚀能力的重要指标,也是模拟坡面水文及土壤侵蚀过程的基本输入变量。荒草地和经果林地的土壤入渗状况(图1、图2),可知:荒草地和经果林地的初始入渗率都相差不大,分别为:9cm/min,8cm/min,但最后到达稳定入渗时的导水率均小于1cm/min,并且经果林和荒草地到达稳定入渗所需的时间也不相等,所需时间分别为1h,2h左右。因为经果林土质疏松,能吸收大量的水,从而使降雨径流量减少,这也是经果林产流产沙一般都较少的原因之一。而荒草地因人畜践踏严重,使土壤板结,从而使产流产沙量大,水土流失严重。
图1荒草地土壤入渗图
3.4不同土地利用对产流量和产沙量的影响
通过对二龙潭小流域荒草地和经果林地2个标准径流小区2013年5月1日~10月31日的降雨产流进行观测,统计产流降雨共16场,降雨产流特征值和产沙特征值见表4。
观测结果显示,降雨产流次数为16次,其中荒草地产流15次,而经果林地产流14次,比荒草地少1次。当降雨量较大,为618mm时,荒草地具有较大的径流量为950000m3/km2,而经果林径流量较小,为260000m3/km2;此时,荒草地的径流量是经果林的365倍;而荒草地的土壤侵蚀量为3794t/km2,经果林的土壤侵蚀量为138t/km2,荒草地土壤侵蚀量是经果林的2749倍。当降雨量较少,为120mm时,荒草地径流量,为30000m3/km2,土壤侵蚀量为067t/km2,而经果林并没有产流。其他5月23日,6月9日,7月16日,7月27日,8月4日,8月10日,8月16日,8月25日,10月6日,10月19日,共计10次降雨产流均表现为:荒草地的径流量均大于经果林。其中5月23日,6月9日,7月16日,10月6日,10月19日5次降雨产流均表现为:荒草地的径流量和土壤侵蚀量均大于经果林。从总量看,荒草地径流总量是1880000m3/km2,经果林径流总量为810000m3/km2,荒草地径流总量比经果林的径流总量多132%;荒草地的土壤侵蚀总量为6592t/km2,经果林的土壤侵蚀总量为1198t/km2,荒草地的土壤侵蚀总量是经果林的55倍。
2014年5月绿色科技第5期图2经果林土壤入渗图
从荒草地和经果林的小区产流产沙观测结果可知:荒草地的产流产沙量较大,水土流失较严重;而经果林产流产沙都相对少许多,蓄水保土效果明显。不同土地利用方式因植被种类不同,导致水土流失状况也不同,植被对地表径流及土壤侵蚀的影响是由林冠层、枯枝落叶层和土壤层的综合效能决定的。林木的林冠对降雨有良好的阻隔作用,林冠截留降水,地面覆盖枯枝落叶或草被,可以降低雨滴动能,防止雨滴直接溅蚀土壤,有效降低土壤侵蚀量。虽然荒草地的植被覆盖程度大于经果林地,但经果林因种植蓝莓,最终导致经果林地产流产沙量较荒草地少,水土保持效果明显。
4结果与讨论
水土流失受植被覆盖度、坡度、土地利用类型、土壤结构、水文气象、土地空间利用、人为干扰等因素的影响［11,12］。由于所选荒草地和经果林地坡度、坡位、坡向、海拔、土壤类型等相似,因此土地利用类型成为影响地表径流和产沙的主要因素。研究表明,不同植被类型对减流减沙的影响程度不一［13］。本研究对比了荒草地和经果林地,结果发现,经果林减流减沙效果比荒草地好,一方面是因为荒草地因人畜践踏严重,使土壤板结,而经果林地土质疏松,能吸收大量的水,从而减少了地表径流;另一方面是由于植被种类不同,导致水土流失状况也不同,植被对地表径流及土壤侵蚀的影响是由林冠层、枯枝落叶层和土壤层的综合效能决定的。林木的林冠对降雨有良好的阻隔作用,林冠截留降水,可以降低雨滴动能,有效降低土壤侵蚀量,最终导致经果林地产流产沙量较荒草地少,水土保持效果明显。
表42013年荒草地和经果林的产流产沙特征表
序号日期降雨量
/mm径流深/mm产沙量/(t/km2)径流量/(m3/km2)荒草地经果林荒草地经果林荒草地经果林12013/5/2132.60.300.000.370.00300.000.0022013/5/2352.62.500.701.800.462500.00700.0032013/6/261.89.502.6037.941.389500.002600.0042013/6/912.22.700.5014.191.112700.00500.0052013/6/2112.00.300.000.670.00300.000.0062013/6/2838.00.500.501.251.31500.00500.0072013/7/169.60.200.200.420.18200.00200.0082013/7/277.40.200.300.400.28200.00300.0092013/8/418.60.200.600.670.04200.00600.00102013/8/718.20.300.601.301.82300.00600.00112013/8/1027.20.200.301.400.50200.00300.00122013/8/1624.20.700.602.211.57700.00600.00132013/8/2525.20.200.301.370.81200.00300.00142013/9/428.00.200.300.341.05200.00300.00152013/10/627.40.300.301.060.94300.00300.00162013/10/1912.20.500.300.530.53500.00300.00合计18.808.1065.9211.9818800.008100.00
(1)荒草地和经果林的土壤含水量均随着土层深度的增加而增加;荒草地的土壤含水量均高于经果林地的土壤含水量;荒草地各层次土壤的容重均低于经果林,且因受人畜践踏,荒草地和经果林地土壤容重均表现出:0~20cm＞40~60cm＞20~40cm。
(2)荒草地和经果林地的初始入渗率都相差不大,分别为:9cm/min,8cm/min,但最后到达稳定入渗时的导水率均小于1cm/min,并且荒草地和经果林地到达稳定入渗所需的时间也不相等,分别为1h,2h左右。因为荒草地因人畜践踏严重,使土壤板结,而经果林土质疏松,能吸收大量的水,从而使的经果林地降雨径流量减少,这也是经果林产流产沙一般较荒草地少的原因之一。
(3)2013年流域内径流小区降雨产流次数为16次,其中荒草地产流15次,经果林地产流14次。荒草地降雨产流量和土壤侵蚀量均较大,分别为1880000m3/km2,6592t/km2;而经果林径流总量为810000m3/km2,土壤侵蚀总量为1198t/km2,比荒草地径流总量少5691%,比荒草地土壤侵蚀量少8183%,每平方公里比荒草地的土壤侵蚀量少5394t。因此,经果林具有较好的蓄水保土效应,不仅对减缓该流域内的水土流失状况具有较显著的作用,而且能增加农户收入,改善农民生活条件。 |
本刊论文