土石质坡面不同水土保持措施土壤含水率变化特征分析
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摘要 为了探究土石质坡面上不同水土保持措施水分变化的特征，针对梯田、横垄耕作、水平槽、鱼鳞坑、自然修复等8种不同水土保持措施进行观测，分析不同水土保持措施坡面沿程含水率的变化规律。结果表明：不同水土保持措施在降雨后不同天数的水分差值不同，在不同降雨量和降雨强度下水平槽和密植横垄耕作的保水效果最优。
中图分类号 S157.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）04-0250-02
土壤水分不仅是农作物生长的主要影响因子，而且对土地生产力起到决定性的作用。土壤含水率是由土壤颗粒成分和土壤孔隙间距共同决定的，一般结构差的砂质土壤孔隙间距较大，随热能的影响土壤水分移动较快，不利于土壤水分的保存，而结构较好的黏性土壤相对紧实，降低了土壤间隙的透水性和通气效果，研究坡面土壤含水率可以更深层次地了解水土保持措施的作用效果，并根据得出的规律对坡面进行调整和改良[1-3]。土壤含水率是土层内部养分含量和盐分含量的重要参数，较高的土壤含水率可以增加土壤的有机成分，促进农业生产[4-5]。土壤水分运移的变化具有随机性，目前来看，所有水土保持措施都能在不同程度上提高土壤的含水率，深入了解不同水土保持措施含水率的变化规律并选择适当的水土保持措施来提高坡面土壤水分的含量对增加土地生产力和作物产量有着重要的意义[6]。
长期以来，人们多注重纵向水土保持措施土壤水分效应的比较，而对横向水土保持措施土壤水分效应的研究较少，对于有关单项水土保持措施土壤水分的影响分析较多，而对于多项水土保持措施土壤水分影响的研究较少[7-8]。该文拟在已有的试验基础上，分析辽西地区土石质山地不同水土保持措施与土壤含水率的相互关系，为土石质山区水土保持措施土壤水分的合理布局与配置提供相关科学依据。
1 试验方法
对辽宁省凌海市坡面径流观测场地布设8种不同水土保持措施，对7月2日、15日、8月12日雨后的第1、2、3天分别进行不同水土保持措施含水率的测定，并根据公式计算出这3次降雨量后坡上、坡中、坡下的含水率，通过对比发现不同沿程坡位、不同水土保持措施、不同降雨程度和降雨后不同天数的土壤含水率各不相同。对不同降雨类型后3 d的坡面沿程含水率进行差异对比，分别是7月2日强降雨后的土壤含水率，7月15日中等降雨后的土壤含水率和8月12日前期含水率较低的小型降雨后的土壤含水率，观察不同水土保持措施土壤水分变化规律并进行对比分析。
2 结果与分析
由图1可以看出，不同降雨量和降雨强度下不同水土保持措施的土壤水分变化的差值各不相同。7月2日暴雨结束后对照坡土壤水分变化的差值最大，自然修复坡和普通梯田次之，水平槽土壤水分变化的差值最小。7月15日大雨结束后鱼鳞坑、自然修复和普通梯田土壤水分变化的差值较大，密植横垄耕作最小。8月12日大雨结束后自然修复坡土壤水分变化的差值最大，密植横垄耕作最小。
分析其原因，是由于土壤经过7月1日降雨水分的浸润，7月2日暴雨过后不同水土保持措施的土壤水分均达到饱和程度，对照坡面由于白天阳光的照射，土壤水分蒸发较为显著。自然修复坡上野草和侧柏幼苗的叶面积较小，在阳光照射下很难起到阻挡水分蒸发的作用。密植横垄耕作坡面上大豆的叶面交错层叠，阻挡了太阳光直接照射土壤表层，有效地减少土壤水分蒸发。水平槽由于土质疏松，强降雨后土壤水分下渗程度较大，并伴有少量积水，槽内土壤含水率较大、黏性较高，导致土壤颗粒孔隙间距减小，阻碍了水分的蒸发运移，阳光照射土壤表层水分蒸发的速度也因此减缓。待太阳落山后，土壤水分蒸发微乎其微，地上出现的潮湿现象会补充坡面少量的土壤水分，使得土壤水分保持在一个临界范围内波动。
7月15日降雨量和降雨强度较7月2日小，坡面各措施的雨水入渗相对减小，对照坡坡面经过人为扰动后土壤表层结皮被破坏，导致土壤水分入渗量较比自然修复坡大，土壤下层入渗的水分在热能的作用下向土壤表层运移，使得对照坡在降雨后第1天与第3天土壤的上层含水率变化差值较比自然修复坡略小。由于降雨量和降雨强度减小，水平槽土壤水分入渗随之降低，槽内积水在降雨过后略有减少，因此雨后第2天受阳光照射蒸发后土壤表层含水率的变化差值较比密植横垄耕作略大。待槽内积水蒸发完全，由于在雨后第2天水平槽原土壤水分相对较高，植被覆盖度较低，阳光充分照射后土壤水分变化差值较大。
8月12日雨后不同水土保持措施土壤水分变化规律与7月15日大体相同，由于降雨量和降雨强度都有所减小，各措施的水分入渗率都有所降低，经过1 d的蒸发散失后土壤水分变化的差值各不相同。自然修复和对照坡在降雨后第1天的土壤水分蒸发较多，因此雨后第2天土壤水分变化的差值较小，而横垄耕作和大豆梯田的植物叶面积可以阻挡阳光直接照射地表，降低了水分变化的差值，水平槽和鱼鳞坑在雨后汇集部分径流导致土壤间黏粒成分含量较高，使得土壤颗粒间距较小，在水分蒸发到一定程度后土壤水分变化的差值较比水平梯田小。
3 结论
通过对不同降雨情况后第1、2、3天的坡面沿程含水率的对比分析发现不同沿程坡位、不同水土保持措施、不同降雨程度和降雨后不同天数的土壤含水率各不相同。水平槽和鱼鳞坑可以在降雨时汇集部分径流，不仅增大了坑内土壤水分含量，还会改变坑内土壤性质，水平槽不仅体积较大，且槽内的土较鱼鳞坑疏松，横垄耕作、大豆梯田和自然修复上的植物对坡面的保水效果起到显著的作用，且大豆的叶子在一定程度上阻挡水分的蒸发。在降雨量和降雨强度较大的情况下，水平槽由于槽内水分含量多，在阳光照射下以蒸发土层上部的积水为主，因此土壤内部水分变化差值较小。在降雨量和降雨强度较小的情况下，密植横垄耕作植物的叶面积由于阻挡阳光直接照射地表，减少了土壤水分的蒸发，因此土壤内部水分变化的差值相对较小。综上所述，在不同降雨量和降雨强度下水平槽和密植横垄耕作的保水效果最优。
4 参考文献
[1] 李裕元，邵明安.降雨条件下坡地水分转化特征实验研究[J].水利学报，2004（4）：48-52.
[2] 周景春，苏玉杰，张怀念，等.0～50 cm土壤含水量与降水和蒸发的关系分析[J].中国土壤与肥料，2007（6）：23-27.
[3] PHILIP J R.The theory of infiltration：5.the influence of the initial moisture content[J].Soil Science，1957，84：329-339.
[4] 陈洪松，邵明安，王克林.土壤初始含水率对坡面降雨入渗及土壤水分再分布的影响[J].农业工程学报，2006，22（1）：44-47.
[5] 张英.耕层土壤含水量消长规律的分析[J].安徽农业科学，2007，35（31）：9971-9973.
[6] 穆兴民.黄土高原土壤水分与水土保持措施相互作用[J].农业工程学报，2000（3）：41-44.
[7] 赵合理，蒋定生，范兴科.不同水土保持措施对坡面降水再分配的影响[J].水土保持研究，1996，3（2）：75-83.
[8] 韩宗军.不同水土保持措施对陕北黄土高原丘陵区土壤水分的影响[J].陕西水利，2011（5）：143-146.