全 文 ：中国生态农业学报 2009年 3月 第 17卷 第 2期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, March 2009, 17(2): 239−243


* 国家科技部“十五”科技攻关计划(2001BA604A05)和涪陵区农发水土保持科研项目资助
** 通讯作者: 何丙辉(1966~), 男, 教授, 研究方向为水土保持科学研究。E-mail: binhui@swau.edu.cn
璟周 (1981~), 男, 博士研究生, 主要从事流域综合治理研究。E-mail: windboy1981@163.com
收稿日期: 2008-04-26 接受日期: 2008-07-19
DOI: 10. 3724/SP.J.1011.2009.00239
坡度与种植方式对紫色土侵蚀与养分流失的
影响研究*
周 璟 1, 2 何丙辉 2** 刘立志 3 阿 丹 4
(1. 中国林业科学研究院林业研究所 北京 100091; 2. 西南大学资源环境学院 重庆 400716;
3. 重庆涪陵区水土保持办公室 涪陵 408000; 4. 中国科学院遥感应用研究所 北京 100101)
摘 要 在涪陵区水土保持监测分站内建立 6 个径流小区, 对紫色土坡耕地水土流失进行试验监测, 结果表
明: 各小区径流量、产沙量总体随降雨量的增大而增大。自然生态修复措施防治水土流失效果显著, 3.66 m3
的径流量仅有 0.41 kg·m−3的产沙量, 可有效防治紫色土坡耕地的水土流失。采用顺坡耕作措施的小区径流量
与降雨量达显著正相关, 而产沙量与降雨量未显著相关。径流量和产沙量大小顺序均为 25°坡耕地＞20°坡耕
地＞10°坡耕地＞15°坡耕地, 在 15°耕地上径流量与产沙量均为最小, 但 15°是否是涪陵区最适宜的耕地坡度,
仍有待今后收集更多的降雨资料加以分析说明。对一次强降雨进行养分流失观测, 养分流失量与径流量及产
沙量大小顺序基本一致。开发建设项目弃土弃渣监测点径流量与产沙量均大大高于其他小区, 说明开发建设
水土保持项目中防治水土流失的重要性。
关键词 坡度 种植方式 侵蚀 养分流失 紫色土
中图分类号: S157.1 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)02-0239-05
Effect of slope and planting mode on erosion and nutrient loss in purple soils
ZHOU Jing1,2, HE Bing-Hui2, LIU Li-Zhi3, HE Dan4
(1.Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China; 2.College of Resources and
Environment, Southwest University, Chongqing 400716, China; 3. Office of Water and Soil Conservation in Fuling County,
Fuling 408000, China; 4. Institute of Remote Sensing Applications, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China)
Abstract Based on the six runoff plots built at the soil and water conservation monitoring station in Fuling, the soil and water loss
on cultivated purple soil slopes was investigated. The results show that plot runoff and sedimentation increase with increasing rainfall.
Environmental rehabilitation reduces soil and water loss with only 0.41 kg·m−3 sediment from 3.66 m3 runoff, an effective control
measure of soil and water loss on cultivated purple soil slopes. On cultivated plots which in sequence with slope, evident positive
correlations exist between runoff and rainfall, but with less evident correlation between sediment and rainfall. Runoff and sediment
decreases with decreasing slope degree. 15° slope plough is most environmental friendly, but as to whether it is most suitable for
cultivation in Fuling area is subject to further rainfall data analysis. In one strong rainfall observation, the sequence of soil nutrient
loss is almost consistent with runoff and sediment. Runoff and sediment on monitoring plots with waste residue of building material
are much higher than on other plots, indicating it is important to prevent soil and water loss on soil-water -conservation engineering.
Key words Slope, Planting mode, Erosion, Nutrient loss, Purple soil
(Received April 26, 2008; accepted July 19, 2008)
水土资源是人类赖以生存和生产的宝贵资源 ,
控制水土流失是保护水土的主要手段 [1,2]。近年来,
随着人口的增加, 土地有效使用面积相对减少, 陡
坡农耕地已成为重要的农业资源。与此同时, 坡耕
240 中国生态农业学报 2009 第 17卷


地的水土流失状况也受到越来越多的关注 [3−10]。
本文以涪陵区水土保持监测分站坡耕地径流小区
观测数据为依据 , 对坡耕地水土流失进行监测试
验, 分析坡度与种植方式对土壤侵蚀与养分流失的
影响, 旨在为防治涪陵区坡耕地水土流失提供科学
依据。
1 试验区概况与研究方法
1.1 试验区概况
重庆市涪陵区位于四川盆地东南边缘, 介于北
纬 29°21′~30°01′, 东经 106°56′~107°43′之间。试验
区位于涪陵区水土保持监测分站内, 距涪陵城区 10
km。试验区出露地层为三迭系须家河组砂岩与页岩
的过渡带, 土壤类型为紫色土, 其结构和胶体品质
差, 抗冲刷和抗侵蚀能力较弱 [11], 持水量少, 保水
保肥能力差。试验区属浅丘地貌, 位于长江南岸一
级阶地上, 海拔高程在 262~365 m 之间, 气候为亚
热带温润季风气候 , 年均气温 18.2 ℃ , 年降雨量
1 100 mm。试验区根据地形特征, 建立 5个不同坡
度的水土流失径流监测小区和 1 个开发建设项目弃
土弃渣水土流失监测点。5 个径流监测小区设计为
长方形, 大小均为 5 m×20 m, 周边用单砖浆砌, 以
防止小区径流流出及区外径流流入。小区集水池出
口安装 1个“V”形薄壁三角堰, 池内均安装有 SW40
型日记水位计和搪瓷水准标尺等测流设备。各小区
处理见表 1, 种植作物的 1、2、4、5 小区种植密度
基本相同, 3号小区采用自然生态修复措施, 小区内
长有杂草, 覆盖度约为 50%。经测定, 1号小区土壤
pH 为 6.71, 接近中性, 2~5 号小区土壤 pH 分别为
5.26、5.12、4.65、5.59。

表 1 试验小区的设计与处理
Tab.1 Design and disposal of trial plots
小区号
Plot no.
利用模式
Using pattern
坡度
Slope
规格
Size
植物种类
Plant species
种植方式
Planting pattern
土壤容重
Soil bulk density (g·cm3)
1 农地顺坡 10º 5 m×20 m 作物(玉米) 顺坡耕作 1.44
2 农地顺坡 15º 5 m×20 m 作物(玉米) 顺坡耕作 1.41
3 自然坡地 15º 5 m×20 m 杂草 无 1.36
4 农地顺坡 20º 5 m×20 m 作物(玉米) 顺坡耕作 1.49
5 农地顺坡 25º 5 m×20 m 作物(玉米) 顺坡耕作 1.54
6 25º开发建设项目弃土弃渣水土流失监测点 1.65

1.2 试验方法
对每次降雨产生的径流进行记载, 记录其产流
过程、时间及总量。降雨量用自记雨量计测定; 径
流量通过安装在室内的集水池、45°三角堰测定, 用
SW40 型日记水位计记录水位变化, 径流量为集水
池径流与过堰箱流量之和。一次径流结束后, 将小
区集水槽淤泥扫入集水池, 将水均匀搅拌, 取水样
500 mL, 在室内经过滤烘干后, 测定泥沙含量。
当降雨量与降雨强度较大、集水池内淤泥较多
时, 降雨结束后, 采集淤泥样品进行室内土壤养分
流失分析, 将径流样品分为泥样和水样, 取泥样和
水样各 100 g 晒干后在室内进行分析, 用酒精燃烧
法测定淤泥的含水率, 并测定样品的有效氮、磷、
钾, 全量氮、磷、钾及有机质。测定方法有机质采
用K2Cr2O7容量法, 全氮采用开氏蒸馏法, 全磷采用
NaOH碱熔-钼兰比色法, 有效磷采用 NaHCO3浸提-
钼兰比色法, 全钾采用 NaOH 碱熔-火焰光度法, 有
效钾采用 NH4OAC-火焰光度法, 有效氮采用碱解扩
散法。测定泥样和水样中养分携带量, 并统计总量,
两者之和代表侵蚀导致的土壤各项养分流失量。
2 结果与分析
2.1 不同坡度与种植方式下土壤侵蚀量比较
涪陵区水土保持监测分站 2005 年上半年降雨
状况及各小区径流、产沙量见表 2。由表 2可知, 降
雨以 4、5 月居多, 6 号小区径流总量与产沙总量大
大高出其他小区(单独论述)。各小区径流量总体趋势
是随着降雨量的增大而增大, 但 5 号小区 4 月份降
雨量(159.6 mm)大于 5月份(152.2mm), 而径流量小
于 5 月份, 考虑到 5 月份降雨相对平均, 降雨量在
10 mm以上的次数达 6次, 且最大日降雨量 35 mm
降雨的特殊性(该次降雨历时短, 强度大), 而 4月份
降雨在 10 mm以上的次数为 4次, 且 4月降雨历时
一般较长, 强度小于 5月份, 加之 5号小区处于 25°
坡地上, 相比其他小区容易产生径流(尤其在强度大
的降雨条件下), 故 1~5 号小区径流量总体趋势是随
降雨量的增大而增大。产沙量除 4 号小区有略微下
降外 , 总趋势也是随降雨量的增大而增加。径流
量大小顺序为 5号 12.47 m3＞4号 4.65 m3＞1号 4.29
m3＞2 号 3.89 m3＞3 号 3.66 m3, 产沙量大小顺序
第 2期 周 璟等: 坡度与种植方式对紫色土侵蚀与养分流失的影响研究 241


为 5号 7.45 kg·m−3＞4号 6.64 kg·m−3＞1号 5.49
kg·m−3＞2 号 4.82 kg·m−3＞3 号 0.41 kg·m−3,
径流量与产沙量大小顺序一致。 3 号小区采用
自然生态修复措施效果显著 , 虽有 3.66 m3 的径
流量, 但其产沙量仅为 0.41 kg·m−3, 远低于其他
小区。
对 5 个小区径流量、产沙量分别与降雨量进
行回归分析, 以回归方程形式进行拟合, 结果见表
3。由表 3 可知, 1~5 号小区径流量与降雨量的相关
性均达显著水平, 相关系数分别为 0.948 8、0.963 3、
0.985 3、0.848 6和 0.907 9, 故 1~5号小区径流量与
降雨量基本呈直线正相关。而产沙量与降雨量的相
关性, 除 3号(0.899 1)、5号(0.796 0)达显著外, 其余
均未达显著水平。考虑到 3 号小区产沙较少, 每月
产沙量相对平均, 可看出产沙量与降雨量尚未达显
著关系, 一定程度上也说明种植作物后, 对侵蚀产
沙有一定控制作用。
就 1、2、4、5不同坡度采用顺坡耕作措施的小
区看, 随坡度的逐渐增加, 除 15°有下降外, 径流量
和产沙量的大致趋势是随坡度的增加而增加。1 号
小区土壤容重(表 1)比 2 号小区略大, 有研究表明,
高的容重值通常表明土壤有退化的趋势[12], 且土壤
容重一般情况下是土壤松紧程度的反映, 其值愈大
表明土壤愈紧实, 紧实的土壤会显著降低土壤入渗
速率和土壤蓄水量, 在水土流失发生的过程中径流
量会增大, 土壤侵蚀发生的可能性也必然增大。1号
小区径流量与产沙量大于 2 号小区可能与 2 号小区
土壤较好的渗透性有关, 这仍有待进一步研究。
2.2 堆积弃渣在不同降雨强度下侵蚀规律研究
6 号小区是开发建设项目弃土弃渣水土流失监
测点 , 其径流量与产沙量不同于其他小区。选取
2005年 1~6月 9次不同降雨强度下 6号小区的观测
数据作为依据(表 4), 分析其在不同降雨强度下的流
失规律。对径流量、产沙量与降雨量及降雨强度分
别进行回归分析 , 可得径流量与降雨量、降雨强
度相关性均达到显著水平, R2 值分别为 0.814 0、
0.899 6; 产沙量与降雨量、降雨强度相关性也均达
到显著水平, R2值分别为 0.832 7、0.878 0, 说明径流
量与产沙量均随降雨量、降雨强度的增大而增加 ,
且存在显著相关关系。产沙量与降雨量存在显著相
关, 这是 6号小区不同于其他小区之处。
将 6 号小区与 3 号自然坡地以及同坡度的 5 号
小区就径流量与产沙量分别进行比较, 6号小区的径
流量与产沙量均大大高于 3 号和 5 号小区, 说明在
坡耕地上进行水土保持工程建设而不采取措施将会
带来较大的水土流失。在开发建设项目中, 更应重
视对弃土弃渣的处理, 要注重采用水土保持防治措
施, 防止新的水土流失产生。
2.3 强降雨条件下土壤养分流失变化与分析
为了解强降雨下不同坡度紫色土及堆积弃渣的
养分流失规律, 于 2005 年 6 月 25 日对 1 次强降雨
过程进行泥沙和养分的测定 , 该次降雨降雨量为
44.4 mm, 是 6月份雨量最大的 1次降雨, 降雨强度
为 4.93 mm·h−1, 降雨历时 9 h。该次降雨中 1~6号
小区径流量分别 0.4 m3、0.2 m3、0.4 m3、0.35 m3、
1.45 m3和 4.56 m3, 产沙量分别为 1 kg·m−3、0.97
kg·m−3、0.004 kg·m−3、1.81 kg·m−3、2.54 kg·m−3
和 5.12 kg·m−3, 1、2、4、5、6小区养分流失状况见
表 5, 其中 3 号小区泥沙流失量较少, 仅为 0.004
kg·m−3, 可忽略。
由表 5 可知, 在该次降雨下, 各小区养分流失
最多的是钾, 其次是氮, 磷的流失相对较小。6号小

表 2 2005 年 1~6 月小区降雨及径流与泥沙流失情况
Tab. 2 Rainfall, runoff and sediment of plots from 1 to 6 months of 2005 year
1号小区
No. 1 plot
2号小区
No. 2 plot
3号小区
No. 3 plot
4号小区
No. 4 plot
5号小区
No. 5 plot
6号小区
No. 6 plot
月份
Month
降雨量
Rainfall
(mm)
降雨
日数
Rainfall
days (d)
最大
日量
Most
daily
quantity
(mm)
径流量
Runoff
(m3)
产沙量
Sediment
(kg·
m−3)
径流量
Runoff
(m3)
产沙量
Sedi-
ment
(kg·
m−3)
径流量
Runoff
(m3)
产沙量
Sedi-
ment
(kg·
m−3)
径流量
Runoff
(m3)
产沙量
Sedi-
ment
(kg·
m−3)
径流量
Runoff
(m3)
产沙量
Sedi-
ment
(kg·
m−3)
径流量
Runoff
(m3)
产沙量
Sedi-
ment
(kg·
m−3)
1 4.1 4 1.3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 16.1 5 5.0 0.09 0.05 0.13 0.08 0.06 0.03 0.06 0.09 0.06 0.09 1.07 0.52
3 51.1 11 15.6 0.27 0.06 0.42 0.05 0.35 0.04 0.35 0.06 0.36 0.07 2.77 0.77
4 159.6 10 52.8 1.91 3.82 1.56 3.53 1.47 0.18 2.45 4.45 4.51 4.37 14.00 6.93
5 152.2 20 35.0 1.37 0.88 1.36 0.60 1.19 0.13 1.35 0.76 6.00 2.10 17.30 2.18
6 78.0 10 44.4 0.65 0.68 0.42 0.56 0.59 0.03 0.44 1.28 1.54 0.82 7.09 1.77
总量
Total
461.1 4.29 5.49 3.89 4.82 3.66 0.41 4.65 6.64 12.47 7.45 42.23 12.17

242 中国生态农业学报 2009 第 17卷


表 3 1~5 号小区径流产沙分析
Tab. 3 Runoff and sediment analyses of 1~5 plots
小区号
Plot no.
径流回归方程
Runoff regress equation
径流相关系数
Runoff correlation coefficient
产沙回归方程
Sediment regress equation
产沙相关系数
Sediment correlation coefficient
1 y1=0.011 2x−0.149 0 0.948 8 y2=0.017 1x−0.399 5 0.598 9
2 y1=0.009 6x−0.091 1 0.963 3 y2=0.015 0x−0.348 1 0.536 3
3 y1=0.009 0x−0.080 9 0.985 3 y2=0.001 0x−0.009 8 0.899 1
4 y1=0.013 2x−0.238 1 0.848 6 y2=0.019 0x−0.350 8 0.542 7
5 y1=0.036 7x−0.743 5 0.907 9 y2=0.023 2x−0.541 0 0.796 0
y1为径流量 Runoff(m3), y2为产沙量 Sediment (kg·m−3), x为降雨量 Rainfall (mm)。

表 4 6 号小区在 9 次不同降雨下的径流量与产沙量
Tab. 4 Runoff and sediment of No.6 plot in 9 different rainfall events
观测时间(月-日)
Observation time
(month-day)
降雨量
Rainfall (mm)
降雨历时
Rainfall time (h)
降雨强度
Rainfall intensity
(mm·h−1)
径流量
Runoff (m3)
产沙量
Sediment (kg·m−3)
02-27 4.5 6.00 0.75 0.36 0.38
03-12 15.6 14.00 1.11 1.74 0.97
03-22 2.9 8.00 0.36 0.73 0.35
04-09 48.0 10.33 4.65 4.50 5.02
04-22 18.5 6.17 3.00 2.11 2.58
04-29 52.8 4.00 13.20 6.90 7.34
05-15 35.0 3.00 11.67 6.50 7.02
05-23 30.5 7.33 4.16 2.95 3.22
06-25 44.4 9.00 4.93 4.56 5.12

表 5 6 月 25 日降雨各小区养分流失量
Tab. 5 Nutrients loss of trial plots on June, 25 rainfall
小区号
Plots
no.
有机质
Organic
matter
(g)
全氮
Total N
(g)
全磷
Total P
(g)
全钾
Total K
(g)
全量养分流失总量
Total nutrient loss
quantity (g)
速效氮
Available
N (mg)
速效磷
Available
P (mg)
速效钾
Available
K (mg)
速效养分流失总量
Total available nutri-
ent loss quantity (mg)
1 2.813 0.629 0.286 3.822 4.737 17.352 2.096 48.105 67.553
2 1.439 0.602 0.281 3.609 4.492 18.568 1.875 51.635 72.078
4 1.717 1.579 0.292 4.418 6.289 23.658 2.261 64.845 90.764
5 2.830 2.200 0.313 4.855 7.368 26.897 2.642 74.570 104.109
6 3.167 2.919 0.367 6.824 10.110 42.383 3.684 124.028 170.095

区每项指标流失量均为最大。在 1、2、4、5小区中,
5 号 25°小区土壤流失的各项养分含量都最大, 其次
为 4 号 20°小区。2 号 15°小区全量氮、磷、钾与速
效磷流失量为最小, 1 号 10°小区速效氮、钾流失量
为最小。在该次降雨下, 5个小区全量氮、磷、钾流
失量与前述径流量泥沙流失量大小顺序一致, 即 6
号小区＞5号小区＞4号小区＞1号小区＞2号小区,
速效养分流失顺序也基本一致, 只是 2 号小区速效
氮流失量比 1号小区多 1.216 mg, 速效钾流失量比 1
号小区多 3.53 mg。
该次降雨下, 2号小区全量氮、磷、钾流失量比
1号小区分别减少 0.027 g、0.005 g、0.213 g, 速效
磷比 1号小区流失量少 0.221 mg。从结果上看, 2号
15°小区是最适宜的耕作坡度, 但一般情况下, 土壤
养分的流失随坡度的增加而增大, 并且由于与土壤
颗粒结合的养分主要是有机态养分, 这些养分的流
失很大程度上受到泥沙流失量的影响, 当泥沙流失
量大时, 流失泥沙中土壤颗粒表面吸附的养分离子
量也随之增加。可见, 土壤与径流的相互作用加剧
了土壤养分随径流或随泥沙的流失。因此, 2号小区
虽然径流量与产沙量为最小, 养分流失也几乎为最
小, 但与 1号小区相差并不大, 并且 2号小区与 1号
小区土壤性质存在差异, 如土壤容重, 加上 2 号小
区速效氮、速效钾流失量比 1号小区多, 因而 15°是
否是涪陵地区最适宜的耕地坡度仍有待长时间的观
测和分析。
第 2期 周 璟等: 坡度与种植方式对紫色土侵蚀与养分流失的影响研究 243


3 小结
通过涪陵水土保持监测分站 2005年 1~6月的降
雨观测资料分析, 3号小区采用自然生态修复措施效
果显著, 虽有 3.66 m3的径流量, 但由于荒草的阻碍
作用, 其产沙量仅为 0.41 kg·m−3, 远低于其他小区;
在采用顺坡耕作措施的 1、2、4、5小区上, 径流量
与降雨量基本呈直线正相关, 产沙量与降雨量尚未
达显著关系, 径流量与产沙量大小均为 5号小区＞4
号小区＞1 号小区＞2 号小区; 在 6 月 25 日的强降
雨观测中, 养分流失量基本为 6号小区＞5号小区＞
4 号小区＞1 号小区＞2 号小区, 与径流量产沙量大
小顺序基本一致; 6号小区开发建设项目弃土弃渣监
测点的径流量和产沙量均大大高于其他小区, 也大
大高于 3号自然坡地及同处 25°的 5号小区。以上结
果说明: 在无植物措施的坡耕地上, 采用生态修复
措施是一种很好的控制水土流失的方式, 可以加以
推广 ; 种植作物后 , 可一定程度控制侵蚀产沙量 ,
径流量与产沙量随坡度的变化除在 15°耕地有下降
外, 大致趋势是随坡度的增加而增加, 15°耕地上径
流量与产沙量均为最小, 但 15°是否是涪陵区最适
宜的耕地坡度, 仍有待今后收集更多的降雨资料加
以分析说明。在今后开发建设水土保持项目中, 应
对弃土弃渣产生的水土流失加以重视, 对弃土弃渣
修建弃渣场, 并配以相应措施加以管护, 以防新的
水土流失产生。
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