宁夏黄土丘陵沟壑区产流产沙特征及其影响因素量化.pdf

土壤侵蚀是造成土地退化最严重的生态环境问题之一，而水土保持措施是防治土壤侵蚀的重要举措。目前，量化水土保持措施、降雨特征和坡度对黄土丘陵沟壑区径流量和泥沙量的直接和间接影响仍具有挑战性。在调查2 0 152 0 19 年宁夏黄土丘陵沟区犁尖沟小流域19 个径流小区25次典型侵蚀性降雨事件中的径流量和泥沙量基础上，利用结构方程模型分析降雨特征、水土保持措施和坡度对径流和土壤流失的直接和间接作用，同时采用余分析方法定量化各影响因素对减流效益和减沙效益的贡献率。结果表明：2 0 坡度减流效益最好，陡坡则具有更好的减沙效益；不同水土保持措施中，人工灌木林地的减流效益和减沙效益较高。降雨特征、水土保持措施和坡度对径流和泥沙没有间接影响，最大30 min雨强对径流和泥沙的直接影响最大，直接路径系数分别为0.7 7 和0.46。降雨特征是影响径流、泥沙和减流效益的主导因素；与降雨特征相比，水土保持措施和坡度是控制减沙效益的主要因素。全球变暖引起的极端侵蚀性降雨事件导致径流和土壤流失加剧；水土保持措施对于防止径流和土壤流失是非常必要的；在陡坡上，实施以灌木为主的植被组合有望实现更大的减流效益和减沙效益。关键词：产流产沙；减流效益；减沙效益；水土保持；结构方程模型；宁夏；黄土高原中图分类号：S157Characteristics of Runoff and Sediment Yield in the Loess Hilly andGully Region of Ningxia,China and Quantification ofFAN De-zhengl2,MEI Xue-meil-3.4*,ZHANG Xiao-ming,LI Peng,ZHANG Guo-jun,ZHAO Yang,REN Zheng-yan?(1.Geothermal and Ecological Geology Research Center,Zhengzhou University,Zhengzhou 45oo0l,Henan,收稿日期：2 0 2 2-0 9-0 8；修回日期：2 0 2 3-0 2-2 3基金项目：国家自然科学基金项目（32 2 0 16 2 7）；宁夏回族自治区水利科技项目（SBZZ-J-2021-13，SBZZ-J-2 0 2 1-12）；郑州大学院士团队科研启动基金项目（134-32 340 37 0；中国水利水电科学研究院基本科研业务费专项资金项目（SE0145B022022）作者简介：范德政（1997-），男，山东德州人，工学硕士研究生，E-mail：17 1952 2 2 0 2 q q.c o m。*通讯作者：梅雪梅（1992-），女，河南商丘人，直聘副教授，农学博士，E-mail：mx m0 115 12 6.c o m。鹏，张国军7，赵宁夏银川7 50 0 0 2)文献标志码：A文章编号：16 7 2-6 56 1(2 0 2 3)0 4-0 8 33-11Their Influencing Factors投稿网址：http:/ of Water Conservancy and Civil Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,Henan,China;3.Research Centre of Engineering and Technology for Synergetic Control of EnvironmentalPollution and Carbon Emissions of Henan Province,Zhengzhou University,Zhengzhou 45oool,Henan,China;4.School of Ecology and Environment,Zhengzhou University,Zhengzhou 450o01,Henan,China;5.ChinaInstitute of Water Resources and Hydropower Research,Beijing 100038,China;6.State Key Laboratory ofEco-hydraulics in Northwest Arid Region of China,Xian University of Technology,Xian 710048,Shaanxi,China;7.Ningxia Soil and Water Conservation Monitoring Station,Yichuan 750002,Ningxia,China)Abstract:Soil erosion is the most serious ecological and environmental problem causing landdegradation and water resources pollution,which is controlled by soil and water conservationmeasure(SWCM).At present,it is still challenging to quantify the direct and indirect impacts ofSWCM,rainfall characteristics and slope on runoff and sediment yield in loess hilly and gullyregion.The runoff and sediment yield of 19 runoff plots and 25 typical erosive rainfall events inLijiangou small watershed in the loess hilly and gully region of Ningxia were investigated from2015 to 2019.The structural equation model(SEM)was used to analyze the direct and indirecteffects of rainfall characteristics,SWCM and slope on runoff and soil loss.The redundancyanalysis(RDA)method was used to quantify the contribution rate of each influencing factors tothe runoff reduction benefit(RRB)and sediment reduction benefit(SRB).The results show thatthe 2o slope has the best RRB,and the steep slope has better SRB;in different SWCMs,RRB and SRB of artificial shrubland are higher.Rainfall characteristics,SWCM and slopehave no indirect impact on runoff and sediment,while 30 min maximum rainfall intensity has thelargest direct impact on runoff and sediment,with direct path coefficients of 0.77 and o.46,respectively.Rainfall characteristics are the dominant factor affecting runoff,sediment andRRB;compared with rainfall characteristics,SWCM and slope are the main factors controllingSRB.Runoff and soil loss will increase due to extreme erosive precipitation events caused byglobal warming;SwCM is very necessary to prevent runoff and soil loss;on steep slopes,thevegetation combination mainly with shrub is expected to achieve greater benefits of runoff andsediment reduction.Key words:runoff and sediment yield;runoff reduction benefit;sediment reduction benefit;soiland water conservation;structural equation model;Ningxia;Loess Plateau0引 言土壤侵蚀是全球性的环境问题，不仅会降低土壤质量，造成土壤水分流失，还会对生态环境构成极大威胁，特别是在我国黄土高原1-3。此外，土壤侵蚀还会造成水污染。在土壤侵蚀过程中，径流会导致P和N以溶解状态迁移，同时泥沙也会以颗粒状态携带P和N。因此，深人了解土壤侵蚀机制，进一步寻找控制径流和泥沙的最佳措施，对于干旱、半干旱地区的植被恢复和水资源保护是非常有必要的。水土流失是气候变化与人类活动相互作用的结果4-5。在气候变化过程中，降雨对流域产流产沙都有显著影响。在人类活动加速全球气候变暖的背景地球科学与环境学报下，极端降雨事件的强度和频率呈现上升趋势，这可能会加速土壤侵蚀，增加土壤流失的潜在风险6-7。目前，已有不少学者研究降雨对产流产沙的影响。例如，普隽泽等运用黄土丘陵沟壑区罗玉沟水土保持监测站的6 种不同草被覆盖坡面野外观测数据，探究了不同降雨条件下各草被覆盖径流小区的产流产沙规律8 。黄国平等通过伊犁河谷退化草地自然降雨坡面径流监测试验，发现坡面产流产沙受降雨特征的综合影响 。因此，量化降雨特征对径流和泥沙的影响，有助于了解气候变化背景下土壤侵蚀的趋势，对保护生态环境具有重要意义。黄土高原地形地貌复杂多样，土壤多孔疏松，是我国土壤侵蚀程度最严重的地区之一10-11，水土流失已经影响到当地的生态安全。水土保持措施2023年第4期(Soil and Water Conservation Measures,SWCM)是防止该地区土壤侵蚀最关键的手段。自19 9 8 年实施退耕还林还草工程以来，大量位于山丘和沟区的农田被改为林地或草地，以减少土壤侵蚀。在黄土高原，水是限制植被恢复的主要因素。为提高水分利用效率和加快植物生长，前人已经应用了各种整地技术，如等高耕作、鱼鳞坑等12-14，在减少径流泥沙方面取得了有效的成果。Huo等通过监测1910次自然降雨事件，发现中国北方的鱼鳞坑减少了7 0.18%和91.0 7%的径流和土壤流失15。Zhao等研究发现，在工程措施比植被措施和农业措施更有效的情况下，水土保持措施可以显著减少土壤流失，但不能使之降低到背景水平16 。一般来说，采取水土保持措施的土壤侵蚀率仍然高于永久植被覆盖的土壤侵蚀率。坡度也是控制径流和土壤流失的重要因素，在一定坡度范围内，随着坡度的增加，径流及输沙能力均增大17-18 1。杨瑞杰等在探究干旱河谷区横坡面水土流失特征时，发现在坡度分别为101520和2 5条件下，产流产沙随着坡度的增大而增加19。目前有不少学者通过坡度与降雨来对产流产沙的影响进行分析2 0-2 ，然而很少有研究涉及水土保持措施（土地利用和整地技术）与坡度共同作用，并且降雨、水土保持措施和坡度对径流和泥沙的耦合作用的影响大小也很少被量化，但对其进行量化研究可以更好地为水土流失治理以及水沙调控提供科学依据。基于此，本文选取黄土高原半干旱丘陵区犁尖沟小流域510 152 0 和2 5等5个坡度的19个径流小区内典型土地利用类型（天然牧草地、农田、人工乔木林地、人工灌木林地以及裸地)和整地技术（封禁、等高耕作、鱼鳞坑和穴播），用于研究降雨特征、水土保持措施和坡度对地表径流和土壤流失的直接和间接作用；并在长期整地技术与土地利用类型相结合的条件下，确定该研究区内控制径流和土壤流失的最优水土保持措施，以期为我国水土保持综合治理工程的建设提供指导，并为预测径流和土壤流失趋势提供理论基础。1材料与方法1.1试验区概况本试验拟在宁夏黄土丘陵沟区树台水土保持监测站犁尖沟小流域进行，地理坐标为（36 2 9 54N,1052555E)（图1）。流域面积为1.0 2 km，平均海拔为18 6 8 m，属大陆性气候，年平均降雨量为范德政，等：宁夏黄土丘陵沟壑区产流产沙特征及其影响因素量化10639监测站高程/m3238.831089.18383736图1宁夏型尖沟小流域位置及径流小区布局Fig.1 Location of Lijiangou Small Watershed andLayout of Runoff Plots in Ningxia360mm，6 6.7%的降雨集中在6 月至9 月，年平均气温为7.0，年平均蒸发量为19 0 2.4mm。主要土壤类型为由黄土母质发育而成的暗黄土质，主要群落是短束草，最常见的本土草种为长芒草、冰草、铁杆蒿、黄花蒿、骆驼蓬等。1.2现场试验设计和数据收集1.2.1径流小区设计为研究降雨过程中形成的径流和泥沙特征，量化降雨过程中控制径流和泥沙的主要因素，试验在宁夏犁尖沟小流域改建了坡度分别为510、15835104105050kmL(a）梨尖沟小流域位置56891011316171213119为径流小区编号(b)径流小区布局107树台水去保持监测站N83620和2 5的19 个径流小区（图1）。径流小区基本情况见表1。在缓坡（5和10）的径流小区设有农田样地；在510、152 0 和2 5坡度的径流小区设有天然牧草地；在152 0 和2 5坡度的径流小区设有人工灌木林地和人工乔木林地。5个坡度的径流小区均设有裸地进行对照。由于坡度为10 的径流小区尺寸与其他坡度不一致，所以计算前将径流小区面积标准化，以消除面积不同的影响。表1径流小区基本情况Table 1Basic Information of Runoff Plots径流小坡度/坡长/坡宽/土地利用整地技术区编号m1516.52516.53516.541020.351020.361020.371020.381516.591516.5101516.5111516.5122016.5132016.5142016.5152016.5162516.51725182516.5192516.51.2.2地表径流和泥沙收集每场降雨结束后用样品瓶收集含有泥沙的地表径流，并记录径流量；静置2 4h后，将上方清水倒出，烘干泥沙样品并称重，记录泥沙量；使用自记雨量计记录降雨量。采用目估法和照相法观察植被覆盖度，以两种方法测得的平均值作为径流小区的植被覆盖度。用尺子测量每一径流小区对角线上的10株草种的高度。1.3分析方法本文选择裸地作为对照，采用减流效益（RunoffReduction Benefit,RRB)和减沙效益(Sediment Re-ductionBenefit,SRB)两个指标来评价水土保持措施对径流和泥沙的影响。其计算公式2 3 分别为ERRB=RBL地球科学与环境学报EsRB=YBL式中：ERRB为减流效益；EsRB为减沙效益；RBL为单次降雨裸地产流量；RsM为单次降雨采取水土保持措施的样地产流量；YBL为单次降雨裸地产沙量；YsM为单次降雨采取水土保持措施的样地产沙量。结构方程模型（Structural Equation Model,SEM)主要用于分析降雨特征、水土保持措施和坡度之间的直接和间接效应及其对径流、泥沙、减流效益和减沙效益的影响。为了更好地解释变量变化的植被原因，利用AMOS24.0软件构建初始路径网络；采m类型4天然牧草地4农田4裸地5农田5裸地5天然牧草地5人工乔木林地鱼鳞坑杏树4裸地4天然牧草地4人工灌木林地穴播柠条4人工乔木林地鱼鳞坑杏树4裸地4天然牧草地4人工乔木林地鱼鳞坑杏树4人工灌木林地穴播柠条4裸地16.544人工乔木林地鱼鳞坑杏树4人工灌木林地穴播柠条RBl.-RsM(1)2023年YBL-YSM(2)类型用最大似然法估计标准化路径系数。模型评价采用封禁x检验、比较拟合指数（Comparative Fit Index，等高耕作土豆等高耕作土豆封禁封禁封禁天然牧草地封禁CFI)和近似均方根误差（RootMean Square Errorof Approximation,RMSEA)完成，并采用修正指数对模型进行修正，提高模型的拟合度。此外，为了量化降雨特征、水土保持措施和坡度对径流和泥沙的贡献，采用CANOCO forWindows4.5软件进行穴余分析（RedundancyAnalysis，RDA)。在穴余分析中,建立物种数据和环境数据矩阵。物种数据为径流量、土壤流失量、减流效益和减沙效益，环境数据包括降雨参数（降雨历时、降雨量、平均降雨强度和最大30 min降雨强度）、水土保持措施和坡度。为了进行穴余分析，对原始数据进行数值化和标准化处理。采用SPSS软件中的单因素方差分析来比较不同水土保持措施和坡度之间径流和泥沙的差异。2结果分析2.1降雨特征侵蚀性降雨指能够引发径流小区坡面产流产沙的降雨2 4-2 5。黄土高原小流域产沙性降雨的雨量标准为7.48 33.51mm，不同小流域产沙性降雨雨量标准变异性较大2 6 。因此，本文将能够引发径流小区坡面产流产沙的降雨事件定义为侵蚀性降雨事件。2 0 152 0 19年，犁尖沟小流域共观测到2 5次侵蚀性降雨事件（图2）。侵蚀性降雨事件一般发生在4月至9 月，集中于7 月至8 月。侵蚀性降雨期间，降雨量为8.6 6 1.0 mm，平均值为31.1mm。平均降雨历时、平均降雨强度和平均最大30 min降雨强度分别为11.2 7 h、6.2 8 m m h-1和2 1.14mmh-1最大、最小平均降雨强度分别为0.6 和14.7mmh-1，最大30 min降雨强度为1.962.1 mm h-1。第4期2.2地表径流和泥沙变化根据不同坡度、不同水土保持措施的径流小区在侵蚀性降雨事件作用下形成的径流量和泥沙量（图3），可以发现在2 5次侵蚀性降雨过程中，不同水土保持措施和坡度形成的径流和泥沙存在较大差异。不同坡度下，与水土保持措施相比，裸地和农田产生的径流量和泥沙量最大；在10、152 0 和2 5坡度下，天然牧草地径流量大于人工灌木林地和人工乔木林地；天然牧草地、人工灌木林地、人工乔木林地产生的泥沙量差异不明显；裸地中泥沙量随着坡度的增加而增加，而径流量的增加与坡度关系不7060504030201000802一08范德政，等：宁夏黄土丘陵沟壑区产流产沙特征及其影响因素量化775降雨量降雨历时苹均降雨强度最大30 min降雨强度2837明显。同时，在每个水土保持措施样地中，径流量随着坡度的增加而增加，而泥沙量并未呈现相同的趋势。从图4可以看出，除坡度为10 的农田外，同一水土保持措施样地中减沙效益大于减流效益，表明水土保持措施的减流效益优于减沙效益。与农田相比，3种水土保持措施样地（天然牧草地、人工乔木林地和人工灌木林地)具有较高的减流效益和减沙效益；而在这3种水土保持措施样地中，人工乔木林地和人工灌木林地比天然牧草地具有更好的减流效益和减沙效益。65554535251555(_9.wu)划研2019-日期图2 2 0 15 2 0 19年梨尖沟小流域侵蚀性降雨事件特征Fig.2Characteristics of Erosive Rainfall Events in Lijiangou Small Watershed from 2015 to 20192319/一1511715(_.)/鲁223191511231915113农田天然牧草地裸地土地利用类型(a)坡度为52319/151133农田人工乔木林地土地利用类型(b)坡度为10 2319(_叫)/鲁1511533裸地天然牧草地人工灌木林地木乔木林地裸地土地利用类型(c)坡度为153天然牧草地大工灌木林地木林空乔木林地棵地土地利用类型(d)坡度为2 0 图3不同坡度下不同水土保持措施产生的径流量和泥沙量特征Fig.3Characteristics of Runoff and Sediment Yield of Different SWCMs Under Different Slopes天然牧草地大工灌木林地木林王乔木林地裸地土地利用类型(e)坡度为2 58381.81.61.41.2%/1.00.80.60.40.20总体来看，水土保持措施对减流效益的作用受坡度的影响较大，每一种水土保持措施的减流效益随坡度的变化呈现明显波动。在5个坡度中，天然牧草地、人工乔木林地和人工灌木林地在2 0 坡度下观测到相对较大的减流效益。同时，在3个水土保持措施样地中，人工灌木林地减流效益保持较高水平，坡度15、2 0、2 5所对应的减流效益分别为0.62、0.8 3、0.7 6。对于天然牧草地和人工乔木林地，在10 和15坡度下，天然牧草地的减流效益比人工乔木林地大；而在2 0 和2 5坡度下，天然牧草地的减流效益较低。对农田而言，其减流效益低于天然牧草地、人工乔木林地和人工灌木林地，在坡度为510 时，减流效益分别为0.18、0.43。天然牧草地、人工乔木林地和人工灌木林地的减沙效益随坡度的增大而增大，说明水土保持措施在陡坡上呈现更好的减沙效益。其中，人工乔木林地和人工灌木林地的减沙效益保持较高水平，人工乔木林地减沙效益在坡度为10 2 5时分别为0.8 6、0.9 9，人工灌木林减沙效益在坡度为15、2 5时分别为0.8 6、0.99。对于天然牧草地，其减沙效益低于人工乔木林地和人工灌木林地，在坡度为510 15、2 0 2 5时分别为0.8 1、0.7 5、0.8 8、0.9 3和0.9 9。整体上，减沙效益随着坡度的增大而增大，天然牧草地中减沙效益与人工乔木林地和人工灌木林地具有相似的增速减缓趋势，并趋近于1；农田的减沙效益最低，在坡度为5、10 时分别为0.39和一0.37。2.3降雨特征、水土保持措施和坡度对径流和泥沙的影响利用结构方程模型确定降雨特征、水土保持措地球科学与环境学报1.67农思关然牧草地人工养木林地人工灌木林地5102023年1.20.8%/体0.400.4-0.81520坡度/()(a)减流效益图4不同坡度下不同水土保持措施的减流效益和减沙效益Fig.4RRB and SRB of Different SWCMs Under Different Slopes影响。结果如图5所示。在与径流和土壤流失相关的模型中，模型的卡方（Chi-sqaure）检验、自由度（df）和P值分别为104.37、1.0 0 和0.0 0。规范拟合指数（NormedFitIndex，NFI)为0.9 15（0.9），增值拟合指数（Incre-mental Fit Index,IFI)为 0.9 15（0.9）,非规范拟合指数(Tucker-Lewis Coefficient,TLI)为一1.42 5,比较拟合指数为0.9 13（0.9)；由结构方程模型得到的近似均方根误差、赤池信息量准则（Akaike Infor-mation Criterion，A I C）、Br o w n e-C u d e c k 准 则(Browne-Cudeck Criterion,BCC)和期望复核指数(Expected Cross-validation Index，EC V I)分别为0.526、17 4.37 7、7 6.10 3和0.46 6。这些模型参数大多数符合结构方程模型标准，表明假设模型是合理的。此外，坡度与水土保持措施成正相关关系，相关系数为0.46，这是由于农田主要处于缓坡地段，而坡度稍大地区主要种植灌木和乔木。模型还进一步表明，坡度与径流量、泥沙量成正相关关系，而水土保持措施与径流量、泥沙量成负相关关系。这表明人工灌木林地和人工乔木林地相较于天然牧草地、裸地而言，有较小的径流和泥沙量。在降雨参数中，最大30 min降雨强度与径流量、泥沙量的直接路径系数最大，分别为0.7 7 和0.46。此外，研究结果还表明，坡度、水土保持措施和降雨参数对径流量和泥沙量存在直接影响，不存在间接影响。在减流效益和减沙效益的相关模型中，模型的卡方检验、自由度和P值分别为0.8 11、1.0 0 0 和0.368。模型评价指标均大于0.9，其中规范拟合指农田关然牧草地人工乔木林地人工灌木林地125-1.2施和坡度对径流量、泥沙量、减流效益和减沙效益的51015坡度/(）(b)减沙效益2025第4期相关系数0.46尿主保持措施-0.180.190.03降雨历时0.050.330580050.平均降雨强度0.65最大30 min降雨强度(a）各变量对径流量和泥沙量的影响相关系数坡度0.480.06尿主保持.b1R.03措施0.200.+0.07-0.06X0.03X-64（9.61降雨量02050平均降雨强度.61最大30 min降雨强度(b）各变量对径减流效益和减沙效益的影响图5各变量对径流量、泥沙量、减流效益和减沙效益的影响Fig.5Effects of Various Variables on Runoff,SedimentYield,RRB and SRB数为0.99,增值拟合指数为1.0 0，非规范拟合指数为1.0 0 7，比较拟合指数为1.0 0；近似均方根误差为0.000,赤池信息量准则为7 0.8 11,Browne-Cudeck准则为7 3.0 8 5，期望复核指数为0.2 48。适应度统计量基本符合结构方程模型标准，表明假设模型是合理的。该模型还表明，降雨特征与坡度、水土保持措施的相关性不大，但坡度与水土保持措施之间存在明显的相关关系。模型进一步表明，水土保持措施与减流效益、减沙效益成正相关关系，相关系数分别为0.18 和0.2 0。这意味着人工乔木林地和人工灌木林地比农田和天然牧草地具有更大的减流效益和减沙效益。坡度、水土保持措施和降雨参数对减流效益和减沙效益存在直接影响。使用穴余分析方法计算得到降雨特征、水土保持措施和坡度对减流效益和减沙效益的相对贡献（图6）。从图6 可以看出：降雨特征对径流和泥沙的贡献大于水土保持措施和坡度，相对贡献率分别为95.0%和7 7.7%；水土保持措施对径流和泥沙的范德政，等：宁夏黄土丘陵沟壑区产流产沙特征及其影响因素量化坡度直接路径系数0.030.00-0.18降雨量0.01/.7-0.090.46直接路径系数-0.040.05-0.180.160降雨历时0.180.0V0.176.14060.050.11839100r径流量误善泥沙量变量80径流量%/旦60误善40变量泥沙量误差变量减流效益减沙效益减流效益减沙效益200图6?余分析中各影响因素对径流量、泥沙量、减流效益和减沙效益的相对贡献率Fig.6FRelative Contribution Rates of Each InfluenceFactor to Runoff,Sediment Yield,RRB andSRB Calculated by RDA贡献大于坡度。在影响减流效益的因素中，降雨特误善变量坡度征和水土保持措施是主导因素，相对贡献率分别为60.4%和37.0%；而在减沙效益方面，水土保持措施和坡度是主要因素。3 讨 论3.1降雨特征和坡度对径流和泥沙的影响降雨特征是侵蚀性降雨事件中驱动径流和土壤流失的主导因子2 7 。在本文中,降雨特征(降雨历时、降雨量、平均降雨强度、最大30 min降雨强度）与径流、泥沙、减流效益和减沙效益相关。余分析结果进一步表明，与水土保持措施和坡度相比，降雨特征是影响径流、泥沙和减流效益的主导因素，相对贡献率分别为95.0%、7 7.7%和6 0.4%，这主要是因为降雨是径流和泥沙产生的直接驱动力。在本文中，相较于其他降雨特征指标，降雨历时、最大30 min降雨强度与径流量具有明显的相关性，相关系数分别为0.19和0.7 7。径流量随着降雨历时的增加而增加，最大30 min降雨强度随着降雨历时的增加而增加（图5）。降雨历时和最大30min降雨强度对泥沙量也有影响2 4。降雨历时表示雨滴作用于土壤颗粒的时间，降雨历时越长，土壤颗粒运移和土壤流失越容易产生。此外，与平均降雨强度和降雨量相比，最大30 min降雨强度能在很大程度上反映降雨强度与土壤流失的关系。短时间的高强度降雨更容易产生黄土高原的径流和土壤流失，这是由于高强度降雨过程中降雨与土壤表面的相互作用易形成地表结皮和封闭性，使得入渗率降低，地表径流量增加2 8-2 9。而在高强度降雨事件中，水土保持措施影响因素降雨特征840雨滴的势能和溅蚀作用较强，加剧了土壤侵蚀30-31。试验结果还表明，降雨历时、平均降雨强度和最大30min降雨强度与减流效益和减沙效益成正相关关系。减流效益和减沙效益随降雨历时、平均降雨强度和最大30 min降雨强度的增加而增加。因此，在降雨历时长、平均降雨强度和最大30 min降雨强度较大的降雨事件中，水土保持措施可以更好地发挥作用。与降雨特征和水土保持措施相比,坡度对径流、泥沙、减流效益和减沙效益的影响较弱。尽管之前的研究已经证明，径流和土壤流失并不总是随着坡度的增加而增加，会存在一个临界坡度，使产生的径流和泥沙达到最大32 。但一般来说，当坡度从5变为2 5时，径流量和泥沙量随着坡度的增加而增加。本文中，径流量、泥沙量与坡度成正相关关系。这主要是因为大坡度下雨滴在表层土壤停留的时间短，土壤渗透速率小，导致地表流速和流量大。此外，随着径流量的增加，土壤颗粒更有可能被携带33.2水土保持措施对径流和泥沙的影响水土保持措施可有效减少侵蚀性降雨事件下产生的地表径流量和泥沙量34。在各坡度下，水土保持措施较裸地能更有效地减少径流和泥沙（图3）。水土保持措施由整地技术和土地利用类型组成。坡地整地技术可以改变径流路径，降低水流速度。鱼鳞坑内的径流和土壤流失最低，这是因为其能够有效地收集坡地上的水，将径流转化为人渗35。相反，农田的径流和土壤流失最高。这是因为植被可以通过茎叶减小雨滴的动能以及根系固持土壤来影响地表径流和侵蚀36 。本文中，在同一坡度下，径流和土壤流失在不同土地利用类型中表现出较大的差异。天然牧草地径流和土壤流失最高，减流效益和减沙效益最低。减流效益和减沙效益的最高值一般出现在人工灌木林地，而不是人工乔木林地，这是由于人工灌木林地的地表土壤粗糙度较大。水土保持措施在影响产流产沙方面与坡度的相关系数为0.46（图5），与实际植被情况相一致。1999年中国实施退耕还林还草工程中，农田（坡度大于2 5）转化为林地或草地，农田一般以缓坡存在。此外，不同坡度下水土保持措施对径流和泥沙的影响程度不同。天然牧草地、人工灌木林地和人工乔木林地的减沙效益整体上随坡度的增大而增大（图4），表明在陡坡条件下，水土保持措施具有更明显的减沙效益。余分析结果表明，与降雨特征和地球科学与环境学报坡度相比，水土保持措施是影响减沙效益的主导因子，这可能是因为植被可以保护土壤表面免受侵蚀，并且整地技术所造成的微地形可以沉积来自上坡的土壤流失3了。3.3 启示降雨特征是影响径流和泥沙的主导因素。在降雨特征中，最大30 min降雨强度是最关键的控制因子。结果表明，短期极端侵蚀性降雨事件会产生大量径流并造成土壤流失。全球变暖会使极端侵蚀性降雨事件的发生频率增加，导致径流和土壤流失加剧38 。水土保持措施的优化对于长期维持水土保持效果至关重要。缓坡天然牧草地具有较好的减流效益和减沙效益，而陡坡天然牧草地减沙效益不明显。在人工灌木林地中，减流效益和减沙效益较大。从这个角度来看，人工灌木林地可能是一种很好的土地管理策略，通过它可以有效保护水土资源。此外，随着坡度的增大，减沙效益的增加趋势逐渐变低，减流效益甚至出现了下降的现象。这意味着在陡坡上，单一的植被类型不能很好地发挥水土保持作用。目前不少研究发现，不同的植被组合能够减少产流产沙39-41。为了保持较大的水土保持效益，建议在陡坡上进行以灌木为基础的植被组合。4结语本文基于径流小区尺度，对宁夏黄土丘陵沟壑区犁尖沟小流域2 0 152 0 19 年2 5次典型侵蚀性降雨事件产生的径流量和泥沙量进行分析，得到以下结论。(1)在研究区内所设计的坡度中，2 0 坡度减流效益最好，陡坡则具有更好的减沙效益。综合来看，与其他水土保持措施相比，人工灌木林地的减流效益和减沙效益较高。(2)结构方程模型分析结果表明，降雨特征、水土保持措施和坡度对径流和泥沙没有间接影响，最大30 min降雨强度对径流和泥沙的直接影响最大，直接路径系数分别为0.7 7 和0.46。（3)余分析结果表明，降雨特征是影响径流、泥沙和减流效益的主导因素。与降雨特征相比，水土保持措施和坡度是控制减沙效益的主导因素。(4)全球变暖引起的极端侵蚀性降雨事件导致径流和土壤流失加剧。水土保持措施对于防止径流和土壤流失（特别是对于人工灌木林地来说)是非常必要的。在陡坡上，实施以灌木为主的植被组合有2023年第4期望实现更大的减流效益和减沙效益。参考文献：References:1穆兴民，李朋飞，刘斌涛，等.190 12 0 16 年黄土高原土壤侵蚀格局演变及其驱动机制.人民黄河，2022,44(9):36-45.MU Xing-min,LI Peng-fei,LIU Bin-tao,et al.Spatial-temporal Development and Driving Mechanisms ofErosion on the Chinese Loess Plateau Between 1901and 2016J.YellowRiver,2022,44(9):36-45.2 刘欢欢，刚成诚，