兰本，段喜明，张凯

(山西农业大学 林学院，山西 太谷 030801)

松土对坡耕地产流产沙的影响研究

兰本，段喜明*，张凯

(山西农业大学 林学院，山西 太谷 030801)

[目的]为了研究不同坡度、松土位置及松土深度组合处理对坡耕地产流和产沙的影响。[方法]本试验采用人工降雨方法，在吕梁市方山县沙沟观测站的径流小区内进行。[结果]结果表明坡耕地的产流量、产沙量与坡度、松土位置显著相关，产流量与松土深度显著相关，产沙量与松土深度关系不明显。在各坡度上，产流量随坡度的增加而增加，产流量与各松土位置的关系为松土中部<上部<下部，产流量随松土深度的增加而减少；产沙量随坡度的增加而增加，产沙量与各松土位置的关系为松土中部<上部<下部。各坡度上，中部松土比上部及下部松土分别减少产流13.1%～16.1%、31.6%～37.8%，减少产沙 3.3%～8.1%、40.5%～53.1%。[结论]综合考虑蓄水拦沙效益及坡耕地的耕种要求，坡地开荒应选择在坡面的中上部，且松土深度以20 cm为宜。

坡度； 松土位置； 松土深度； 产流; 产沙

黄土高原土壤侵蚀严重，雨季降雨强度大历时短，坡面超渗产流，坡面径流带走细颗粒土壤，表层松土可增加土壤入渗，减少坡耕地产流和产沙[1]。坡耕地是我国重要的耕地资源[2，3],也是我国水土流失的主要区域之一[4]，对坡耕地的水土流失研究具有重要意义[5～9]。松土是重要的耕作措施，有利于蓄养天然降水，缓解土壤干旱[10～12]。对松土技术的研究大多局限在不同坡度上松土的蓄水和保土效果，而对坡度[13～15]、松土位置和松土深度组合条件下的蓄水保土效果研究很少。本试验拟研究上述3种条件综合作用的水土流失变化，以期为当地农民在坡地开荒时，选择适宜的开荒位置及翻耕深度提供理论依据。

1 材料与方法

由于当地坡耕地坡度大多在 15° 以下，故选取5°、10°、15° 坡分别设立径流小区，径流小区投影面积均为 1 m×3 m，坡向E 90°，小区内均为当地裸露黄土。径流小区分别进行上1/3、中 1/3、下 1/3处松土处理，松土面积为 1 m×1 m。松土深度设为10 cm、15 cm、20 cm。降雨强度定1 mm·min-1，降雨均匀度大于95%。每次降雨前小区内土壤含水量控制在10%左右；松土前土壤容重为1.35 g·cm-3；松土处理部分的土壤容重为1.20 g·cm-3。坡度、松土位置及松土深度共27 种组合分别进行人工降雨试验，每个处理重复3次。

2 结果与分析

2.1 不同条件对每3 min产流量的影响

2.1.1 不同坡度对每3 min产流量的影响

当松土位置和深度一定时，产流量随着坡度的增大而增大，且在每个坡度上，产流量都呈现先增大后趋于平稳的趋势。以松土位置在中部，松土深度20 cm为例，坡度对径流量影响如图1。

图1 不同坡度产流过程量的变化(中部20 cm松土)Fig.1 The quantity of different slope runoff process

2.1.2 不同松土位置对每3 min产流量的影响

当坡度和松土深度一定时，松土位置不同，产流量的大小为，松土中部<上部<下部，且在每个松土位置上，产流量都呈现先增大后趋于平稳的趋势。以10°坡，松土深度20 cm为例，松土位置对产流量的影响如图2。

图2 不同松土位置产流过程量的变化(10°坡20 cm松土)Fig.2 The amount of runoff process changes at different positions of digging

2.1.3 不同松土深度对每3 min产流量的影响

当坡度和松土位置一定时，产流量随着松土深度的增加而减少，且在每个松土深度上产流量呈现先增大后趋于平稳的趋势。以10°坡，松土位置在中部为例，松土深度对产流量的影响如图3。

图3 不同松土深度产流过程量的变化(10°坡中部松土)Fig.3 The quantity of different digging depth of runoff process

2.1.4 不同坡度、松土位置及深度对27 min总产流量的影响

产流开始后27 min的总产流量与坡度、松土位置及松土深度的关系如表1。

表1 不同坡度、松土位置和松土深度对应的总产流量/mL

Table 1 Different slope, digging depth and digging position corresponding to the total runoff

坡度/°Slope松土深度/cmDiggingdepth松土位置Diggingposition上部Upper中部Central下部Down10182501578024230515177601514023840201721014450232201021760187902830010152121018170278602020670176602729010258202207032280151524960213303191020240302094031440

由表1可知：当松土位置和深度一定时，总产流量随着坡度的增加而增加；当坡度和松土深度一定时，总产流量的大小为,松土中部<上部<下部。当坡度和松土位置一定时，总产流量随着松土深度的增加而减少。

通过SPSS软件对产流开始后27 min的总产流量进行相关分析得出总产流量相关分析表2。

表2 总产流量相关分析表

由表2得出，坡度、松土位置及深度对产流开始后27 min的总产流量均影响显著，且显著水平为极显著(P<0.01)。

2.2 不同条件对每3 min产沙量的影响

2.2.1 不同坡度对每3 min产沙量的影响

当松土位置和深度一定时，产沙量随着坡度的增加而增加。且在每个坡度上，产沙量呈现先减小后趋于平稳的趋势。以松土位置在中部松土深度20 cm为例，坡度对产沙量的影响如图4。

图4 不同坡度产沙过程量的变化(中部20 cm松土)Fig.4 The influence of different gradient on sediment yield

2.2.2 不同松土位置对每3 min产沙量的影响

当坡度和松土深度一定时，开始产流后第1和第2个3 min，产沙量为松土下部时最大，上部与中部的基本持平。从第3个3 min开始上部明显大于中部。达到平稳时的产沙量为，松土下部>上部>中部。以15°坡，松土深度20 cm为例，松土位置对产沙量的影响如图5。

图5 不同松土位置产沙过程量的变化(15°坡20 cm松土)Fig.5 The influence of different vehicle position on sediment yield

2.2.3 松土深度对每3 min产沙量的影响

当坡度和松土位置一定时，各松土深度产沙量差别不大，总体上都呈现先减小后趋于平稳的趋势。以10°坡松土中部为例，松土深度与产沙量随时间的变化如图6。

2.2.4 不同坡度、松土位置及深度对27 min总产沙量的影响

产流开始后27 min的总产沙量与坡度、松土位置及松土深度的关系如表3。

由表3可知：当松土位置和深度一定时，总产沙量随着坡度的增大而增大。当坡度和松土位置一定时，总产沙量随着松土深度的增加而增加。当上部>中部; 松土下部时总产沙量明显大于松土上部及中部。

图6 不同松土深度产沙过程量的变化(10°坡中部松土)Fig.6 The influence of different digging depth of runoff

通过SPSS软件对产流开始后27 min的总产沙量进行相关分析得出表4。

表3 不同坡度、松土位置和松土深度对应的总产沙量/g

Table 3 The influence of different slope on the accumulated sediment loads

坡度/°Slope松土深度/cmDiggingdepth松土位置Diggingposition上部Upper中部Central下部Down10143661331926125151510413881284022015053141893037610633676124811001101568111648131194982069348664971242610116082109042183231151512129911405220055720121832116879210563

表4 总产沙量相关分析表

由表4得出，坡度及松土位置对产流开始后的总产沙量均影响显著，显著水平为极显著(P<0.01)；松土深度对累计产沙量影响不明显。

3 讨论与结论

(1)当松土位置和深度一定时，产流量随着坡度的增加而增加，且在每个坡度上都先增大后趋于平稳。当坡度和松土深度一定时，产流量松土下部>上部>中部。当坡度和松土位置一定时，产流量随着松土深度的增加而减小。

当坡度为15°，松土位置为下部，松土深度为10 cm时的总产流量最大；当坡度为5°，松土位置在中部，松土深度为20 cm时总产流量最小。对总产流量影响的显著性比较为，坡度>松土位置>松土深度。

(2)当松土位置和深度一定时，产沙量随坡度的增加而增加。当坡度和松土深度一定时的产沙量，松土下部>上部>中部。当坡度和松土位置一定时，产沙量随松土深度的增加而增加，但增加不明显。

当坡度为15°，松土位置为下部，松土深度为20 cm时累计产沙量最大；当坡度为5°，松土位置在松土中部，松土深度为10 cm时总产沙量最小。对总产沙量影响的显著性比较为，坡度>松土位置>松土深度。

(3)在不同的坡度和松土深度条件下，坡面中部松土比上部松土减少产流12.9%～16.0%、减少产沙3.3%～8.1%；比下部松土减少产流31.6%～37.8%、减少产沙40.5%～53.3%。因此，在满足耕作要求的情况下(松土深度为20 cm)，选择在坡地的中上部开荒时，水土保持效益最为明显。

[1]张阁艳,于海龙,宋殿武.荒漠草原坡面松土对地表径流抑制效果的研究[J].农村牧区机械化,2014,115(6):45-46.

[2]王晓燕,高焕文,杜兵,等.用人工模拟降雨研究保护性耕作下的地表径流与水分入渗[J].水土保持通报,2000,20(3):23-25，62.

[3]李裕元,邵明安.土壤翻耕对坡地水分转化与产流产沙特征的影响[J].农业工程学报,2003,19(1):46-50.

[4]宋玥,张忠学.不同耕作措施对黑土坡耕地土壤侵蚀的影响[J].水土保持研究,2011,18(2):14-16，25.

[5]吴钦孝,赵鸿雁,韩冰.黄土丘陵区草灌植被的减沙效益及其特征[J].草地学报,2003,11(1):23-26.

[6]王辉,王全九,邵明安,等.翻耕与压实对坡地土壤溶质迁移过程的影响[J].中国水土保持科学,2008，6(6):21-25，86.

[7]郭贤仕,杨如萍,马一凡,等.保护性耕作对坡耕地土壤水分特性和水土流失的影响[J].水土保持通报,2010,30(4):1-5.

[8]连振龙,刘普灵,陈翠红,等.黄土丘陵沟壑区林草植被恢复的减沙效益研究[J].水土保持通报,2008,28(1):10-13.

[9]赵勇钢,赵世伟,曹丽花,等.半干旱典型草原区退耕地土壤结构特征及其对入渗的影响[J].农业工程学报,2008,24(6):14-20.

[10]尚培青,郑粉莉,汪晓勇,等.黄土坡面侵蚀方式演变与侵蚀产沙过程试验研究[J].水土保持学报,2008,22(1):24-27.

[11]李龙,郝明德，王安.人工降雨条件下耕翻面积对水土流失的影响[J].水土保持通报,2015,35(5):34-38，44.

[12]段喜明,吴普特,王春红,等.人工降雨条件下施加粉煤灰对耕作土壤结构和水土流失的影响研究[J].农业工程学报,2006,22(8):50-53.

[13]王瑄,郭月峰,高云彪,等.坡度、坡长变化与水土流失量之相关性分析[J].中国农学通报,2007,23(9):612-614.

[14]张艳君.黑背山小流域保护性耕作防治坡耕地水土流失效应的研究[J].水土保持通报,2012,32(1):104-105.

[15]刘泉,李鹏,李占斌,等.模拟降雨条件下坡地径流泥沙特征研究[J].水土保持研究,2015,22(3):1-5.

(编辑：梁文俊)

Scarification influence on runoff and sediment yield in the hilly land research

Lan Ben, Duan Ximing*, Zhang Kai

(CollegeofForestry,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801，China)

[Objective]In order to study the different slope digging location and digging depth combination treatment effect on slope runoff and sediment yield.[Method] This experiment adopts the method of artificial rainfall, Fangshan prefecture in Luliang city sand ditch station runoff plots.[Results]The results showed that the yield of farmland flow, sediment yield was associated with a significant slope, digging location, production flow was associated with a significant digging depth and sediment yield relationship with digging depth is not obvious. On the slope, production flow increases with the increase of the slope, Production flow and the relationship between the digging position for cultivating middle

Slope, Digging position, Digging depth, Runoff, Sediment yield

2016-10-19

2016-12-12

兰本(1990-)，男(汉)，山西朔州人，硕士，研究方向：水土资源高效利用

*通信作者：段喜明，教授，硕士生导师，Tel:13935452320;E-mail:duanximing0208@sina.com

国家自然基金(31500523)

S157

A

1671-8151(2017)04-0282-05