楊亞娟，陸 萍，任憲平，金翠玲，劉緒軍

(1.黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163316)

1 觀測場基本情況

1.1 自然概況

克山縣糧食溝水蝕綜合觀測場位于黑龍江省克山縣古北鄉(xiāng)夾荒屯南，克北公路西側(cè)，距克山縣城5 km，地理坐標(biāo)為東經(jīng)125°49′19″，北緯48°03′20″。觀測場總面積41.10 hm2，其中，耕地22.14 hm2，林地12.16 hm2，草地0.53 hm2，侵蝕溝及排水溝2.61 hm2，塘壩0.43 hm2，監(jiān)測場地0.67 hm2，生活區(qū)0.21 hm2，道路2.35 hm2。

據(jù)克山縣糧食溝水蝕綜合觀測場2012—2022年資料統(tǒng)計分析，年均氣溫3.0 ℃，年均≥10 ℃，有效積溫2613 ℃，無霜期130 d，年均降水量514.9 mm，其中70%以上集中在6—9月份，極端最少降雨量為334.9 mm(2017年)，極端最多降雨量為842.2 mm(2014年)。黑土層厚度30 cm左右，林草覆蓋率30.88%。

1.2 觀測設(shè)施

1.2.1 觀測小區(qū)

克山糧食溝水蝕綜合觀測場設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)15個，小區(qū)規(guī)格5 m×20 m，坡向為南向，坡位為坡上。觀測小區(qū)設(shè)置為：3° 標(biāo)準(zhǔn)徑流6個，處理為橫坡壟作、順坡壟作和裸地小區(qū)各2個重復(fù)；5° 標(biāo)準(zhǔn)徑流6個，處理為順坡壟作、地埂植物帶和裸地小區(qū)各2個重復(fù)，地埂植物帶是在橫坡壟作的基礎(chǔ)上，20 m長的等距離三點設(shè)置埂帶，埂帶種植多年生灌木胡枝子；8° 標(biāo)準(zhǔn)徑流3個，處理順坡壟作小區(qū)2個重復(fù)、裸地小區(qū)1個。8° 自然坡面小區(qū)3個，規(guī)格分別為52.2 m×11.5 m、52.2 m×11.0 m、52.9 m×10.7 m，坡向為南向，坡位為坡中，處理為水平梯田，梯田埂帶上種植多年生灌木胡枝子[1-3]。

1.2.2 觀測設(shè)施

克山糧食溝水蝕綜合觀測場降雨觀測設(shè)施有：TC—QX1全球定位數(shù)字高清自動氣象站和南京氣象儀器有限公司生產(chǎn)的SL-2型自記雨量計各1套。徑流泥沙觀測設(shè)施有：分級分流桶，翻斗式徑流泥沙儀，XYZ-Ⅲ型徑流泥沙觀測儀18套。

2 數(shù)據(jù)處理與分析

2.1 降雨

數(shù)據(jù)來源為2019—2022年克山糧食溝水蝕綜合觀測場降雨觀測資料，統(tǒng)計結(jié)果顯示(見表1)，4 a平均降雨日數(shù)為83 d，降雨次數(shù)為88次，降雨量為607.0 mm，>12 mm的降雨16次，降雨量為423.8 mm；侵蝕性降雨次數(shù)23次，降雨量為477.7 mm，年降雨侵蝕力為2267.31 MJ·mm/(hm2·h·a)；最大日降雨量97.0 mm，最大次降雨侵蝕力1640.97 MJ·mm/(hm2·h·a)，發(fā)生在2020年8月3日，歷時292 min。

表1 克山縣糧食溝水蝕觀測場2019—2022年降雨統(tǒng)計

2.2 徑流泥沙量

徑流、泥沙數(shù)據(jù)來源于2019—2022年克山糧食溝水蝕綜合觀測場整編資料。2019—2020年標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)徑流泥沙測定采用分級分流桶，自然坡面小區(qū)采用翻斗式徑流泥沙儀。2021年后全部采用XYZ-Ⅲ型徑流泥沙觀測儀。4年共取得徑流泥沙觀測數(shù)據(jù)93組，其中，3° 標(biāo)準(zhǔn)徑流橫坡壟作小區(qū)59組，裸地小區(qū)88組，順坡壟作小區(qū)80組；5° 標(biāo)準(zhǔn)徑流地埂植物帶小區(qū)69組，裸地小區(qū)91組，順坡壟作小區(qū)83組；8° 標(biāo)準(zhǔn)徑流裸地小區(qū)89組，順坡壟作77組；8° 自然坡面徑流水平梯田小區(qū)72組。

3 結(jié)果分析

3.1 降雨特征分析

根據(jù)克山縣近30年的降雨資料統(tǒng)計，多年平均降雨量514.9 mm，從表1中可以看出，2019—2022年年平均降雨量為607.0 mm，遠(yuǎn)大于多年平均降雨量，其中，2019—2021年是豐水年，2022年是干旱年。4年共收集到降雨總量為2428.0 mm，侵蝕性降雨次數(shù)93次，降雨量為1910.9 mm，占4年總降雨量的78.70%。>12 mm的降雨62次，降雨量為1742.8 mm，占4年總降雨量的71.78%，次降雨量變化范圍為 12.4～97.0 mm，對應(yīng)的次最大 30 min降雨強(qiáng)度(I30)變化介于2.4～67.1 mm/h之間，平均最大 30 min降雨強(qiáng)度(I30)介于14.7～19.1 mm/h之間；次降雨侵蝕力變化范圍為5.40～1745.98 MJ·mm/(hm2·h·a)，平均降雨侵蝕力介于85.84～214.98 MJ·mm/(hm2·h·a)之間，如表2所示。

表2 >12 mm降雨特征分析

上述分析表明，觀測期內(nèi)年均降雨量大于多年平均降雨量，屬于豐水年；>12 mm降雨量和侵蝕性降雨量均超過降雨總量的70%以上，降雨侵蝕力較大，有利于提高土壤侵蝕貢獻(xiàn)率。

3.2 不同坡度耕地侵蝕貢獻(xiàn)率分析

以5° 標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)為對照，對比不同坡度徑流小區(qū)4 a徑流泥沙量觀測結(jié)果，計算分析不同坡度耕地的侵蝕貢獻(xiàn)率，如表3所示。

表3 不同坡度耕地侵蝕貢獻(xiàn)率分析情況

從表3中可以看出，3° 順坡壟作小區(qū)，年平均徑流深44.04 mm，年徑流量44 043.62 m3/km2，年土壤流失量1791.05 t/(km2·a)，相對于5° 裸地小區(qū)，保水效益增加71.45%，保土效益提高81.51%。3° 裸地小區(qū)，年平均徑流深126.39 mm，年徑流量126 392.46 m3/km2，年土壤侵流失量7055.43 t/(km2·a)，相對于5° 裸地小區(qū)，保水效益增加18.06%，保土效益提高27.17%。

5° 順坡壟作小區(qū)，年平均徑流深70.70 mm，年徑流量70 704.25 m3/km2，年土壤流失量2744.66 t/(km2·a)，相對于5° 裸地小區(qū)，保水效益增加54.16%，保土效益提高71.67%。

8° 順坡壟作小區(qū)，年平均徑流深92.96 mm，年徑流量92 963.83 m3/km2，年土壤流失量5486.00 t/(km2·a)，相對于5° 裸地小區(qū)，保水效益增加39.73%，保土效益提高43.37%。8° 裸地小區(qū)，年平均徑流深194.97 mm，年徑流量194 974.86 m3/km2，年土壤流失量18 693.59 t/(km2·a)，相對于5° 裸地小區(qū)，保水效益減少26.40%，保土效益降低92.97%。

上述分析表明，不論是裸地小區(qū)還是順坡壟作小區(qū)，地面坡度越小，地表徑流量與土壤侵蝕量越小，土壤侵蝕貢獻(xiàn)率越??；同一坡度情況下，順坡壟作地表徑流量與土壤侵蝕量遠(yuǎn)小于裸地小區(qū)，也具有保持水土，降低土壤侵蝕貢獻(xiàn)率的作用。由此看出，地表徑流量、土壤侵蝕量、土壤侵蝕貢獻(xiàn)率均與坡度成正比。

3.3 不同水土保持措施侵蝕貢獻(xiàn)率分析

不同水土保持措施徑流小區(qū)4 a徑流泥沙量觀測結(jié)果，亦以5° 標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)為對照，計算分析不同水土保持措施坡度耕地的侵蝕貢獻(xiàn)率，如表4所示。

表4 不同水土保持措施侵蝕貢獻(xiàn)率分析情況

從表4中可以看出，3° 橫坡壟作小區(qū)，年平均徑流深13.99 mm，年徑流量13 988.20 m3/km2，年土壤流失量43.28 t/(km2·a)，相對于5° 順坡壟作小區(qū)，保水效增加80.21%，保土效益提高98.42%。相對于5° 裸地小區(qū)，保水效益增加90.93%，保土效益提高99.55%。

5° 地埂植物帶小區(qū)，年平均徑流深15.98 mm，年徑流量15 978.60 m3/km2，年土壤流失量172.39 t/(km2·a)，相對于5° 順坡壟作小區(qū)，保水效益增加77.40%，保土效益提高93.72%。相對于5° 裸地小區(qū)，保水效益增加89.64%，保土效益提高98.22%。

8° 水平梯田小區(qū)，年平均徑流深87.49 mm，年徑流量87 492.76 m3/km2，年土壤流失量255.59 t/(km2·a)，相對于5° 順坡壟作小區(qū)，保水效益減少23.75%，保土效益提高90.69%。相對于5° 裸地小區(qū)，保水效益增加43.28%，保土效益提高97.36%。

上述分析表明，水土保持措施能夠有效減少土壤侵蝕，降低土壤侵蝕貢獻(xiàn)率，對于保護(hù)黑土坡耕地具有積極作用。不同水土保持措施土壤侵蝕量和徑流量的排序依次為8° 水平梯田>5° 地埂植物帶>3° 橫坡壟作。在以5° 標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)為對照的情況下，3° 橫坡壟作小區(qū)地表徑流量、土壤侵蝕量減小最多，土壤侵蝕貢獻(xiàn)率最小，5° 地埂植物帶小區(qū)次之，8° 水平梯田小區(qū)土壤侵蝕貢獻(xiàn)率最大，對比分析說明，盡管采取了水土保持措施，地面坡度仍然對土壤侵蝕貢獻(xiàn)率具有一定的影響，是影響土壤侵蝕的主要因素之一。

4 結(jié) 論

(1)短歷時強(qiáng)降雨是產(chǎn)生地表徑流和引發(fā)土壤侵蝕的主要降雨類型，侵蝕性降雨次數(shù)越多、降雨強(qiáng)度越大，降雨侵蝕力越大，土壤侵蝕速率越高，土壤侵蝕貢獻(xiàn)率也越大。

(2)地面坡度與土壤侵蝕貢獻(xiàn)率成正相關(guān)?？松郊Z食溝水蝕綜合觀測場4年觀測數(shù)據(jù)分析表明，隨著坡度的增加，土壤侵蝕貢獻(xiàn)率增加。相同坡度情況下，順坡壟作侵蝕貢獻(xiàn)率小于裸露地，說明順坡壟作具有一定的保土作用。

(3)水土保持措施能夠有效降低土壤侵蝕貢獻(xiàn)率，提高坡耕地保水保土能力?？松郊Z食溝水蝕綜合觀測場4年觀測數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，不同水土保持措施土壤侵蝕貢獻(xiàn)率不同，與5° 順坡壟作和裸地相比，3° 橫坡壟作土壤侵蝕貢獻(xiàn)率最低，5° 地埂植物帶土壤侵蝕貢獻(xiàn)率次之，8° 水平梯田土壤侵蝕貢獻(xiàn)率最高。不同水土保持措施適用條件不同，但都有較強(qiáng)蓄水保土能力，能夠有效預(yù)防和控制土壤侵蝕。