不同水土保持措施对坡耕地产流产沙影响分析

引言

坡耕地作为我国耕地资源的重要组成部分，广泛分布于黄土高原、南方红壤丘陵区等地形起伏较大的区域。然而，由于坡度陡、植被覆盖不足及不合理耕作方式等因素影响，坡耕地成为水土流失的主要策源地。产流产沙不仅导致土壤肥力下降、耕地退化，还加剧河流泥沙淤积、面源污染等生态问题，严重制约区域农业生产与生态安全。

一、坡耕地产流产沙机制与影响因素

1.1 产流产沙过程理论

坡耕地的产流产沙过程具有复杂而动态变化的过程，产流产沙过程与雨强、坡面形态、土壤和植被等密切相关。随着雨量的增长，在雨强超过土壤入渗率之前，地表面开始发生超渗流，超渗流沿坡面坡降移动，利用自身的冲刷动能削蚀土壤颗粒，形成面蚀；当雨水汇集成股流后，水流对侵蚀的能力进一步增加，并逐渐发育成沟蚀，进而有大量泥沙被水流搬运出去，至此产流产沙过程结束。这一过程中，雨滴溅蚀是产沙的初始动力，径流冲刷则是泥沙搬运的关键环节，二者相互作用，导致坡耕地土壤持续流失。

1.2 主要影响因素分析

自然因素中，地形坡度与长度会影响产流产沙，坡度越大，坡面径流流速越快，水流的剪切力增加，土壤的冲刷作用越剧烈，坡度越长，径流汇流时间越长、流量越大，携带泥沙的能力越强；降雨特点，强烈的暴雨因其强降雨与短历时雨而极易引起突发性产流产沙；土壤特性，砂土抗蚀性能差，极易被坡面径流带走；黏土虽然具备一定的抗蚀能力，但是强降雨导致黏土产生地表结皮，不利于入渗，而使径流产生等。人为因素中，不合理的耕作方式，如顺坡耕作会加剧坡面径流的冲刷；过度开荒对植被造成的破坏，使得植被减少对雨滴的截留能力与对土壤的固持能力，使坡耕地面临产流产沙的风险急剧增加。

二、常见水土保持措施及其作用原理

2.1 工程措施

工程措施是通过改变坡耕地上地形地貌和水流方向，达到对坡耕地产流失流进行直接控制的效果。梯田是最典型的工程措施，即沿着等高线修砌田埂，将长坡改短坡，陡坡变缓坡，达到降低坡面径流流速、延长土壤入渗时间，进而减轻径流及泥沙流失的效果。鱼鳞坑是在坡面上按一定距离开挖半圆形或椭圆形的坑穴，坑穴内积蓄水分和保土，坑边种植果树或植被，既能拦截坡面径流，又可以为果树和植被生长提供水分和养料。设排水沟的目的就是将坡面径流引导有序的排出，避免其在坡面上集聚导致坡面局部集中冲刷，有效地控制水土流失。

2.2 生物措施

生物措施主要是利用植被的生态作用来控制坡耕地产流和产沙。植被的冠层可以截留降雨，使得降雨对地表的打击作用减轻，从而减小溅蚀的强度；枯枝落叶层覆盖在土壤表面，进一步减小地表径流的流速，增加入渗率，同时分解成腐殖质可改良土壤结构。植物根系深扎土壤，起到固土效果，增强了土壤的抗蚀能力。退耕还林还草之后，随植被群落的恢复及演替，生态系统恢复了，其水土保持功能逐渐得到加强，并不仅减小了当前产流产沙，而且对区域生态环境也进行长期的改善，维持土壤生态平衡。

2.3 农艺措施

农艺措施以调整耕作操作和田间管理方式为主，以控制坡耕地的土壤、地表径流。等高耕作是沿等高线耕作，在坡面形成微小的垄沟和土埂，坡面径流流速降低，入渗增加；覆盖耕作是以秸秆、地膜等作物或残茬进行覆盖耕作，减少土壤蒸发，防止土壤压实和雨水打击溅蚀以及地表径流冲蚀，减少流失量；免耕法通过少耕或不耕，保持原有土体结构和茬口残茬覆盖，提高土壤抗蚀力。

3.1 工程措施的减沙减流效果

工程措施由于通过直接改变地形或水流的方式对产流量和输沙量有直接削减效果，在短时间内降低坡耕地产流和输沙。坡耕改梯田将坡耕地改建为水平或缓坡田块，减小径流动能，水流缓慢地行于田面，在田面上产生入渗并减小地表径流，泥沙在田面沉积，控制泥沙输出；鱼鳞坑和排水沟局部拦蓄和疏导径流，阻挡水力集中下冲形成侵蚀沟，在降雨过程中快速截泥滞沙、缓解下游区域泥沙负荷。然而，工程措施的效果受地形、降雨等条件限制，在极端暴雨或地形复杂区域，可能因超出设计承载能力而减弱防护效果。

3.2 生物措施的生态调控效应

坡耕地生物措施在调节流沙产沙方面的长效性以及生态保护作用。在植被恢复阶段，冠层截流、枯枝落叶层截流可及时拦截部分产沙水，减少部分产流量和产沙量；随着时间延长，植被生长使根系发达，固土作用增强，表土及深层土体结构得到改良，对水土流失的抗蚀能力明显提高，同时植被群落还能调节小气候，涵养水源，提高空气湿度，有利于良性循环，生物措施的见效时间虽然比较缓慢，但是生态系统的稳定性一旦形成，其水土保持的作用可以维持几十年甚至上百年，并会促进生态环境的良性循环，实现生物多样性和生态系统的改善。

3.3 农艺措施的短期与长期影响

农艺措施能从短期抑制坡耕地产流产沙的作用效果显著。等高耕作形成的微地形、覆盖耕作的地表覆盖物，可直接减弱径流流速、降低雨滴溅蚀，其在当年度或次年度就能观测产流产沙量的减少。这些农艺措施虽具短期性，但可长期持续作用于土壤，可增加土壤微生物活动，提高土壤有机质含量，改善土壤的理化性质，可使坡耕地土壤的保水保肥、抗侵蚀等能力逐渐加强，由被动减沙向主动提升坡耕地土壤的生态功能方面转变，对坡耕地的可持续利用意义重大。

3.4 措施组合的协同作用

单独的工程、生物、农艺措施由于受工程、技术、经费和时间的限制，在针对复杂、交错、重叠的坡耕地水土流失问题时效力有限，而工程措施、生物措施、农艺措施的耦合可形成互补增益的效果。比如在梯田基础上栽植经济林或草本植物，工程措施快速消减产流产沙，生物措施长效稳固治理成果，共同实现短时间治理水土流失、维护水土资源，又维护生态效益、经济效应的统一。比如等高耕作与植被缓冲带耦合，农艺措施削减坡面径流，生物措施消减径流中残留的泥沙，工程措施从坡面到坡脚建立阻沙防冲体系。

结语

本研究系统分析了坡耕地产流产沙机制与影响因素，阐释了工程、生物、农艺等常见水土保持措施的作用原理，并探讨了不同措施及其组合对产流产沙的影响。研究表明，各类水土保持措施在减沙减流方面各有优势，且措施组合能产生协同效应。在实际应用中，需根据坡耕地的地形、土壤、气候等自然条件和农业发展需求，科学选择和优化配置水土保持措施，以实现坡耕地水土流失的精准治理和生态环境的可持续改善，为保障区域生态安全和农业高质量发展提供有力支撑。

参考文献

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