坚持水土流失长期定位观测加快土壤侵蚀规律的研究进程

坚持水土流失长期定位观测

加快土壤侵蚀规律研究进程

山西省水土保持科学研究所

山西省地处黄土高原东缘，有80%的面积是丘陵和山区，水土流失面积9.3万km2,占全省总面积的60%以上。全省多年平均年输沙量4.65 亿t，年均输沙模数3000t/km2，最严重地区高达2万t/km2，水土保持监测范围广，任务大，地形复杂，条件艰苦。水土流失定位观测是水土保持监测的主要内容之一，早在20世纪50年代中期，随着全省水土保持科研机构的相继成立，在不同类型区就开展了这项工作。至今已有近50 年的历程，积累了丰富的第一手资料，取得了一批研究成果，为山西省的水土保持规划设计、效益评价和预测预报提供了大量的实测数据和科学依据。

一、水土流失定位观测研究概况

1955 年，山西省水土保持科学研究所在晋西离石的王家沟村正式成立，同年就学习黄委会天水水土保持试验站的做法，在不同地类、不同坡度、不同坡长、不同土壤和不同治理措施的定位小区内，汛期测定径流量、冲刷量，并选择条件类似、面积差异不大的相邻小流域进行治理与非治理的水土保持效果对比观测。在中小流域的出口处设置观测断面或测流建筑物，进行径流、泥沙定位观测。通过对观测资料进行分析，确定水土流失来自什么地类及部位，水土流失与降雨量、雨强、土壤、植被等有关自然因素间的定量关系、不同治理措施的蓄水减沙效益、不同治理程度与径流泥沙量的关系以及小流域产沙与输沙的比率等。

20 世纪80 年代初期，以全省水土保持科研所站为依托，基本实现了按土壤侵蚀类型区设立水土流失定位观测站点的构想，初步形成了以省水土保持科学研究所为中心的水土流失监测网络（各所站的监测内容，方法及范围见表1）。

同时，省水土保持科研所引进人工模拟降雨设备，建起了人工降雨试验大棚，研究了人工降雨雨滴与天然降雨雨滴的吻合程度。80年代中期，成功试制了移动式人工模拟降雨装置，建起了大规模野外水土流失试验场。人工降雨机在不同地类定位试验，可在风和日丽的环境下进行，劳动强度大大降低，可在短时间内取得不同降雨强度下的大量测试数据，并能观测水土流失过程，使土壤侵蚀规律研究的进程大大加快。1986年至1996年，我所与加拿大多伦多大学、中国科学院地理研究所合作，在大量模拟试验研究，野外试验小区观测数据与调查资料的基础上，对水土流失规律和土壤侵蚀管理地理信息系统进行了深入研究，取得了一大批科研成果。

20世纪90年代以来，在继续研究水蚀的同时，还研究了风蚀、重力侵蚀、洞穴侵蚀及土壤侵蚀与植被度、土壤有机质含量等方面的定量关系。在土壤侵蚀机理研究上，突破了超渗产流的一般认识，深入探讨了黄土的表土结皮、犁底层成因与水土流失的定量关系。在植被防蚀机理研究上，通过人工模拟降雨，揭示了植被覆盖率、地表枯枝落叶层及土壤等对控制水土流失作用的量化指标。与此同时，在大量模拟试验研究、野外试验小区观测数据与调查资料的基础上，在地理信息系统支持下，完成了小流域侵蚀产沙模型、土地生产潜力模型、水土保持经济效益模型的研究，开发了“小流域水土保持综合管理信息系统”，在土壤侵蚀预测预报和小流域水土保持综合治理规划设计技术方面取得了突破性进展。

表1山西省水土保持科研所站的监测内容与范围

所站名称监测区流域流域面积监测内容监测方法类型区

二、水土流失单项试验成果

（一）影响水土流失的主要因素

1.降雨特点

据连续48年资料记载，晋西离石地区多年平均降水量506.5mm,

1〜4月降水量46.2mm，占年降水量的9.2%; 5~9月降水量406mm，占年降水量的80.1%，10〜12月降水量54.3mm，占年降水量的10.7%;汛期7、8两个月降水量占年降水量的47.1%，且常出现短历时暴雨，降雨历时10h以上的出现次数占7%，3~10h占27.0%，3h以下的占66%。

暴雨平均强度10mm/h—20mm/h的出现次数占32.2%，大于20mm/h的占9.7%，小于10mm/h 的占58.1%。

2.暴雨与水土流失的关系

降雨是造成水土流失的必要条件，但不是所有降雨都能产生水土流失。年水土流失量与7、8 月份降雨量和暴雨出现次数有密切关系。资料显示，本地区年水土流失量的80%是暴雨引起的，而次暴雨的水土流失与暴雨强度的关系十分密切。

3.地形与水土流失的关系

地形包括坡度、坡长、坡形和所在部位。一般说来，在降雨、土壤和土地利用基本一致时，地形越复杂水土流失越严重。试验资料表明，同样都是耕地，由于坡度和所在部位不同，在同样降雨、耕种条件下水土流失差异很大。梁坡地土壤侵蚀量为峁顶地的7.52 倍，邻近沟边地的土壤侵蚀量分别为梁坡地的5.2 倍、峁顶地的39.2倍，说明陡坡地水土流失的严重性。

4.地类与水土流失的关系

不同的土地类型水土流失差异很大。沟道荒坡地的水土流失量为农耕地的2.1~4 倍，山地简易公路的水土流失，不仅破坏道路影响交通，而且路水还冲毁附近的土地，特别是新修道路，如没有保持水土措施，弃土冲刷更为严重。

5.植被与水土流失的关系

本区由于地形破碎，植被稀少，加上暴雨集中就形成了严重的水土流失，但只要在陡坡地上造林增加地面植被就可防止水土流失。据试验：鱼鳞坑整地两年生刺槐林，郁闭度40%，在等量降雨条件下，林地与25° 耕地相比，减少径流78.9%，减少土壤侵蚀99%。显示了造林防治水土流失的重大作用。

（二）水土保持效益

1.单项措施拦蓄指标

目前普遍采用的水土保持措施主要有：水平梯田、造林、种草、封禁和淤地坝等。这些措施都具有保持水土和增产增收的作用。其作用大小视规格、质量

和养护维修情况不同而异。分析结果如表2。

2.小流域综合治理效益

流域综合治理可以发挥各项措施之间的互相补充作用，就一条流域来说，其治理效益大小与治理度高低、措施质量、布局和管理维护情况有关。分析表明：连续15年综合治理的小流域，其治理度达到78.3%，与不治理的对比沟相比，年平均减少径流60%，减少泥沙63.1%。

表2单项治理措施拦蓄指标