1.工程措施的水土保持响应

水平梯田、水平条、鱼鳞坑、水平沟及植被措施都是防治水土流失的有效措施，它们的控制水土流失的基本原理是相同的，通过改变原有的小地形，使坡面变的平整，截断原有的径流流线，强化降雨就地入渗拦蓄，避免了径流的产生，增加土壤水分蓄量，有利于植被生长，既起到了很好的减蚀作用，又能充分利用雨水资源，是北方地区普遍采用的水保耕作措施。鱼鳞坑、水平沟是修建在较陡的坡面上的整地造林工程措施，梯田、水平条多修在沟坡中部及下部，一般坡度较缓，这样可以达到较高的水土保持效益和经济效益。并且这些措施适应范围广阔，几乎在全国不同区域都有不同程度的应用 (蒋定生，1997)。

大量研究表明，当雨水降落在倾斜的坡面上后，在重力的作用下，水通过地表径流和土壤中壤中流向坡下运动，其结果是相同的土层深度内的储水量从山顶至坡脚渐次增加(唐克丽，2004)。蒋定生等在对全坡面进行工程水土保持工程措施后的观测结果显示，与原始坡面相应部位相比，土壤储水量均有较明显的提高，说明坡改梯措施可以有效拦蓄径流量，增加土壤储水量，且水平沟或鱼鳞坑种植较平播可减少径流量的25.7%～40.5%，减少土壤侵蚀量33.7%～56.1%，提高土壤水分利用率为25.2%～92.2%。同时，径流小区资料表明，与普通种植相比，水平沟种植可减少径流量25.1%～75.6%，减少冲刷量75.0%～87.8%，粮食增产15%～132.4%，隔坡梯田的控制径流的效果可达77.3%～91.7%，减蚀效果可达97.4%～99.9%，并且隔坡梯田的平坡比越大蓄水保土的效果越明显，这也间接证明了水平梯田与水平条具有很好的水土保持效果(尹传逊和尹贻亮，1992；尹传逊和常根富，1984)。

同时，梯田的减水减沙效益还与梯田的类型、降雨量有关，根据黄委会绥德、西峰、天水水保站和山西离石水保所1954—1966年的观测资料进行统计分析表明(图4-3)，不同标准的水平梯田的减水减沙效益都是随着汛期降雨量的增加而降低，并且不同标准的水平梯田的减水减沙效益由大到小的顺序是：一类大于二类大于三类。说明增加田面宽度降低坡面坡度，并且修筑梯田地埂可以明显增加梯田的减水拦沙效益，同时，在修筑梯田时需要根据不同区域的气候水文特征，合理设计梯田的标准(徐乃民和张金慧，1993)。

图4-3　汛期降雨量下不同标准水平梯田的减沙减水效益

1型—田面宽大于8m，水平或反坡，有地埂；2型—田面宽6～8m，有地埂；坡度小于2°；3型—田面宽小于6m，坡度大于2°，无地埂

从上述分析论述可知，梯田可以有效控制水土流失，提高土壤水分的利用效率。从表4-3中可以看出，与简单的坡耕地相比，梯田对泥沙的拦蓄率为64.83%～91.81%，并且梯田或大水平条1994—1998年五年间的累积有效降雨量 (有效降雨量即产生径流的降雨量)或径流深均明显小于坡耕地的有效降雨量或径流深。通过对比2号和3号小区以及6号和7号小区，发现有土埂的水平条的对径流和泥沙的拦蓄作用都要明显好于没有土埂的水平条，同时显示阴坡水平条的蓄水保土作用好于阳坡的水平条，这主要是因为阴面的水平条植被覆盖度要高于阳面的水平条的植被覆盖度。大量研究也表明，由于地面的蒸发过程所需要的能量主要来源于太阳辐射，而阳坡日照时间长，太阳辐射强，水分条件相对较差，最终导致阴坡的植被生长状况要好于阳坡 (Penman，1948；Davenport，1967；陈浩等，2006)。

由于梯田或水平条改变了原有坡面的地形，截断了径流通道，在一般降雨情况下径流在梯田或水平条的节节拦蓄下基本上可以达到 “水不出沟沙不下坡”的效果，所以从表4-3中可以看到坡度对径流量和泥沙量的影响不明显。

表4-3　梯田蓄水保土效益比较

2.综合措施的水土保持响应

表4-4是综合水保措施对水土流失的交互影响。从表中可以看出简单的坡耕地植被覆盖度只有20%，而水平条或梯田的植被覆盖度都在85%以上。在生物和工程水保措施共同作用下，梯田和水平条的径流量和侵蚀模数都要远远小于坡耕地的径流量和侵蚀模数，减沙效益都在92%以上，这个效果要远远高于单进行工程措施的减少效果(表4-3)。同时表4-3显示，坡向对水土流失有一定的影响，由于综合措施措施的控制作用，坡度对水土流失的影响表现不明显，这与表4-2中的结果是一致的。(www.daowen.com)

表4-4　综合水保措施对水土流失的影响

同时从表4-4中可以看出，同样治理措施处理下9号小区与10号小区相比，侵蚀模数相差很大。经过分析，这一差异主要是由于1997年8月1日的暴雨引起的，这次降雨总量达210mm，历时14时49分。因此，水平条(9号小区)的径流量较鱼鳞坑 (10号小区)小，但水平条的边坡有大量的裸地存在，在暴雨的条件下，裸地能够为径流提供大量的沙源，最终导致9号小区的侵蚀模数远远大于10号小区(刘振国和付素华，2000)。所以在工程措施和生物措施实施过程中应该充分考虑对水平条边坡的处理。

图4-4和图4-5反映了综合因素对年均径流量及侵蚀模数影响效果。从图4-4中可以看到除了1号、4号、18号和20号小区的径流拦蓄率较小外，其他小区的径流拦蓄率都在96%以上，反映了综合措施对径流量的有效拦蓄作用。之所以1号、4号、18号和20号小区的拦蓄率相对较低，主要跟它们的处理措施和利用方式有关，从表4-2中可知1号小区是开荒种植玉米，4号小区是标准小区(常年休闲坡耕地)，18号小区是坡耕地上种植玉米，20号小区虽然采用了免耕措施，但基本仍然属于坡耕地，这些小区除此之外几乎没有进行其他任何水保措施的处理，而其他小区则不同，它们均不同程度采取了水土保持措施。同时5号、8号、11号、13号、14号和19号小区的处理措施和利用方式只是自然坡(表4-2)，但从分析结果可以看出它们的径流拦蓄率很高、土壤侵蚀模数相当低，这说明自然封禁可以有效地拦蓄径流控制土壤侵蚀 (图4-4和图4-5)。

图4-4　石匣试验小区径流拦蓄率

图4-5　石匣试验小区多年平均侵蚀模数

从图4-5中可以看到，各个小区的土壤侵蚀模数和径流的拦蓄率 (图4-3)是成负相关的，当拦蓄率高时，土壤的侵蚀模数就小。同时可以看出，仍然是1号、4号、18号和20号小区的土壤侵蚀模数最大，都超过了100t/(km2·a)，而其他小区的土壤侵蚀模数都远远地小于100t/(km2·a)。而1号、4号小区和18号、20号小区相比，它们之间侵蚀模数的差异远远显著于径流拦蓄率的差异，它们对径流的拦蓄率为88%～91%，而土壤侵蚀模数之间的差异最大超过4倍，1号和4号小区的土壤侵蚀模数分别高达521t/(km2·a)和350t/(km2·a)，而18号和20号小区的土壤侵蚀模数仅为112t/(km2·a)，分析原因主要是由于1号和4号小区坡度远远大于18号和20号小区，前者的坡度均为16°47′，而后者的坡度分别仅为3°50′和6°3′，同时20号小区还采用了免耕措施(表4-2)，有关研究表明免耕可以有效地抑制水土流失(Davenport，1967；温美丽等，2006；王晓燕等，2000)。综合分析，从图4-5中可以看到，石匣小流域中采用水保措施的径流小区的土壤侵蚀模数都远远的小于水利部发布的北方土石山区允许土壤流失量200t/(km2·a)，说明在石匣径流小区开展水土保持措施有效，可以显著地控制水土流失，这些试验研究可以很好的指导整个石匣小流域水土保持措施的实施工作。

3.小结

本节通过对石匣小流域不同处理的径流小区实测资料分析，可以得出坡面的处理措施和土地利用方式是影响水土流失发生强弱最主要的因素。即，与坡耕地或开荒地相比，梯田和水平条可以有效地拦蓄地面径流，控制水土流失，减沙率可达64.83%～91.81%。受水热条件的影响，阴坡上的水平条的蓄水保土作用好于阳坡，并且有土埂的大水平条的减水拦沙效率更高，同时由于梯田或水平条很大程度上改变了原有的地形，坡度对水土流失的影响不明显。综合水保措施的水土保持效益更高，对一般径流量的拦蓄率高达96.21%～99.38%，并且进行综合措施处理的坡面的土壤侵蚀模数都小于水利部发布的北方土石山区允许土壤流失量200t/(km2·a)。同时对坡面实施自然封禁能够有效地提高植被覆盖度，防止坡面的扰动，起到很好的水土保持效益。在综合措施的影响下坡度对水土流失的影响作用不明显。在水土流失严重的重点治理区域，坡面径流小区的试验研究是一种行之有效的水土流失防治示范基地，通过分析不同处理径流小区的实测资料，可以很好的指导本地区的水土保持实施工作，避免了水土流失防治过程中盲目性和缺乏科学性。