不同雨型下水土保持措施对皖南山区板栗林坡面水土流失的影响

Impact of soil and water conservation measures on soil erosion from chestnut forest slopes under different rainfall patterns in southern Anhui mountainous area

摘要

目的 探索皖南山区板栗林不同雨型下水土保持措施对水土流失的影响规律，为研究区水土流失防治提供科学依据。 方法 以山区板栗林坡面径流小区为研究单元，基于2024—2025年天然降雨观测数据，应用K-means聚类分析、方差分析等方法，针对植物篱、乔灌混交、植物篱+截排水沟、截排水沟、乔灌混交+截排水沟5种不同水土保持措施配置以及1个对照，分析不同雨型对坡面径流泥沙的影响。 结果 （1） 研究区降雨可划分为5种类型，Ⅰ雨型（短历时、中雨量、大雨强型降雨）、Ⅱ雨型（长历时、中雨量、小雨强型降雨）、Ⅲ雨型（中历时、小雨量、小雨强型降雨）、Ⅳ雨型（中历时、大雨量、大雨强型降雨）和Ⅴ雨型（长历时、大雨量、中雨强型降雨）。其中发生频次较高的是Ⅱ雨型和Ⅲ雨型，是研究区主要侵蚀性降雨类型。（2） 不同水土保持措施的减流减沙效益不同，在侵蚀性降雨条件下，相较于对照小区，植物措施结合工程措施的减流减沙综合效益高于单一措施效益；单一措施中，截排水沟截水效益较好，有效减少32.6%地表径流，植物篱和乔灌混交减沙效益最好，分别减少52.3%和52.2%泥沙。（3） 大多数径流小区产流量和产沙量均与降雨量和最大30 min雨强呈显著正相关，与降雨历时相关性较差。 结论 降雨量和最大30 min雨强是影响该区域不同水保措施坡面产流产沙的关键指标；皖南山区板栗林坡面上植物措施结合工程措施的配置方式减流减沙效果最优，建议在侵蚀高发期布设乔灌混交+截排水沟综合防治措施。板栗林坡面不同水土保持措施中，植物措施和工程措施相结合的配置模式是减少坡面水土流失的有效手段，可以有效减少多种雨型下的水土流失。因此要因地制宜、合理布设水土保持措施，达到水土保持效益的最大化。

Abstract

Objective This study explores the impact patterns of soil and water conservation measures on soil and water loss from chestnut forest slopes under different rainfall types in southern Anhui mountainous areas， providing a scientific basis for erosion control in the study region. Methods Runoff plots on chestnut forest slopes in mountainous areas were used as research units. Based on natural rainfall observation data from 2024 to 2025， K-means clustering analysis and analysis of variance were applied to classify rainfall patterns and evaluate their effects on runoff and sediment yield under five different soil and water conservation measure configurations—vegetative hedgerows， arbor-shrub intercropping， vegetative hedgerows + interception and drainage ditches， interception and drainage ditches， and arbor-shrub intercropping + interception and drainage ditches—along with one control. Results （1） Rainfall in the study area could be classified into five types： Type Ⅰ （short duration， moderate rainfall amount， and high intensity）， Type Ⅱ （long duration， moderate rainfall amount， and low intensity）， Type Ⅲ （medium duration， light rainfall amount， and low intensity）， Type Ⅳ （medium duration， heavy rainfall amount， and high intensity）， and Type Ⅴ （long duration， heavy rainfall amount， and moderate intensity）. Among these， Type Ⅱ and Type Ⅲ occurred most frequently and represented the main erosive rainfall types in the study area. （2） Different soil and water conservation measures exhibited varying efficiencies in reducing runoff and sediment. Under erosive rainfall conditions， compared to the control plot， combined vegetative and engineering measures outperformed single measures in reducing runoff and sediment loss. Among single measures， interception and drainage ditches demonstrated superior water interception efficiency， effectively reducing surface runoff by 32.6%， while vegetative hedgerows and arbor-shrub intercropping showed the best sediment reduction efficiency， decreasing sediment yield by 52.3% and 52.2%， respectively. （3） In most runoff plots， runoff and sediment yield were significantly positively correlated with rainfall amount and maximum 30-minute rainfall intensity， but showed poor correlation with rainfall duration. Conclusion Rainfall amount and maximum 30-minute rainfall intensity are key indicators affecting slope runoff and sediment yield under different soil and water conservation measures in this region. The combination of vegetative and engineering measures achieves the optimal effect in reducing runoff and sediment loss on chestnut forest slopes in southern Anhui mountainous area. The comprehensive measure combining arbor-shrub intercropping with interception and drainage ditches is recommended during periods of high erosion risk. Among different soil and water conservation measures on chestnut forest slopes， the combined configuration of vegetative and engineering measures represents an effective approach for reducing slope soil and water loss， effectively mitigating erosion under various rainfall types. Therefore， soil and water conservation measures should be arranged reasonably according to local conditions to maximize their benefits.

Graphical abstract

关键词

板栗林 / 水土保持措施 / 产流产沙 / 雨型 / 土壤侵蚀

Key words

chestnut forests / soil and water conservation measures / runoff and sediment yield / rainfall type / soil erosion

板栗是我国重要经济树种，种植面积达到180万hm²，年产量195万t，占全球板栗总产量的84%^［1］。皖南山区作为我国重要的板栗种植区之一，地貌以山地丘陵为主，地表起伏剧烈，区域内土壤类型以红壤为主。该区土壤质地黏重，渗透性差，保肥能力较弱^［2］，叠加人为活动干扰导致的土地退化，致使水土流失问题突出。据2024年安徽省水土保持公报^［3］，全省水土流失面积为11 354.39 km²，皖南山区水土流失面积高达4 674.22 km²，占比41.2%，严重威胁林地生产力和水土资源可持续发展。因此，研究不同降雨类型下水土保持措施对板栗林坡面产流产沙的调控机制，对优化区域生态修复策略与可持续经营具有重要意义。

降雨作为水土流失的主要驱动力^［4］，其特征因子对坡面产流产沙具有显著差异性影响^［5］。短历时强降雨对地表的冲击力较大，易形成超渗产流^［6］，导致地表径流迅速汇聚以及土壤颗粒的剧烈搬运^［7］；长历时连续性小雨量虽不会快速产生大量地表径流，但其通过持续入渗使土壤达到蓄满产流状态，进而引发饱和壤中流的产生^［8］。已有学者系统揭示雨峰位置对产流产沙的作用机制^［9］，前峰型降雨初期高强度降雨导致表层土壤空隙快速封闭，形成超渗产流，其土壤流失量占比40%~85%，产流量占比48%~57%；中峰型降雨前期入渗缓慢，径流量和产沙量较前期略少，分别占比12%~40%和27%~35%；后峰型降雨因前期土壤水分饱和，形成蓄满产流，使得总侵蚀量（2%~20%）和产流量（14%~20%）较低^［10］。当前合理的水土保持措施配置是缓解土壤侵蚀问题的有效手段。现有研究多集中于单一雨型^［11］或单一措施对坡面产流产沙的影响^［12］，但针对不同降雨类型下多种措施组合效益的研究不足。例如，张青青等^［13］在研究中指出，植物措施在降雨过程中通过林冠层截留、根系固土以及增加地表粗糙度减缓地表径流速度，从而减少土壤流失，但仍缺乏针对不同降雨类型下产流产沙的系统分析。部分学者以梯田措施为研究对象，指出工程措施通过改变地形来拦截泥沙，减缓径流流速，降低侵蚀动力，但在暴雨条件下损毁较为严重，可能也与坡度等条件有关^［14-15］。因此需要通过长期野外观测数据，量化不同降雨类型下水土保持措施对于坡面径流泥沙的作用效果。

本研究以安徽省广德市山区板栗林坡面径流小区为研究对象，布设6个径流小区（含5种水土保持措施及1个对照），基于2024—2025年野外观测数据，系统分析不同雨型条件下，单一植物措施、单一工程措施以及植物+工程综合措施下径流小区产流产沙的特征差异，为区域建立适宜的水土保持措施，合理利用水土资源提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

广德市位于长江三角洲西部，安徽省东南部，土壤类型以红壤、山地黄壤、山地黄棕壤和山地灌丛草甸土为主，土层较薄；该地区属于亚热带季风气候区，山区年降雨量达1 100~2 500 mm，多集中在5—8月，受季风气候影响，极端降雨事件频发，水力侵蚀作用显著，水土保持公报显示，广德市水土流失面积414.08 km²，占总面积的19.13%。该地区年平均气温为15~16 ℃，无霜期时间较长，常年平均200~250 d；植被资源丰富，以核桃林、板栗林、毛竹林、茶林等经济林为主，森林覆盖率达59%。

研究径流小区观测场位于广德市卢乡村（图1），地理位置为119°25′55.27″E，30°46′51.64″N，全国水土保持区划一级分区为Ⅴ-南方红壤区（南方山地丘陵区），属于水阳江流域，地形总体呈南高北低格局，以丘陵为主，低山为次。

1.2 径流小区布设

试验共设置6个径流小区，包括植物篱（1-1）、截排水沟（2-2）、乔灌混交（1-3）、植物篱+截排水沟（2-1）、乔灌混交+截排水沟（2-3）以及板栗纯林对照区（1-2），小区坡度30°，各小区坡向均一致。板栗纯林小区采取人工除草方式，植物篱小区内种植黄茶，乔灌混交小区栽植杨桐，黄茶与杨桐均栽植后自然生长，没有人为干扰。各径流小区由混凝土板围成，上部设有截流沟，以防止小区外部径流对内部的干扰，下部设置有集水池。2024年7月开始监测，并且按照当地农户多年的种植习惯进行各项农事活动。各小区的面积、坡度、作物类型等具体状况见表1。

1.3 降雨及径流泥沙观测

利用试验小区附近空地布设的翻斗式数字自记雨量计记录降雨过程中的降雨量、降雨强度等参数，每1 min记录1次。每次降雨产流结束后，立即读取集流池内的水尺，取3次读数的平均值乘以池底面积计算得出地表径流量（m³），将其除以小区面积得出径流深（mm）。读数完成后，关闭出水口，搅拌池水使其充分混合均匀，采集水样至3个250 ml取样瓶，充分静置后过滤，放入烘箱烘干至恒重，冷却后称重。干重除以水样体积即为含沙率，取平均含沙率与地表径流量的乘积为该次降雨的土壤侵蚀量，产沙量（g/m²）由泥沙总量与径流小区面积计算得到。

1.4 减流减沙率计算

减沙率（Soil Loss Reduction Rate， SLRR）是评估地表水土保持措施的减沙效益的主要指标，即与对照径流小区相比，布设不同水土保持措施径流小区的土壤侵蚀量削减比例。公式为：

\mathrm{S}\mathrm{L}\mathrm{R}\mathrm{R}=\frac{\left(\mathrm{S}{\mathrm{L}}_b-\mathrm{S}{\mathrm{L}}_i\right)}{\mathrm{S}{\mathrm{L}}_b}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}（1）

式中：SLRR为减沙率；SL _b 、SL _i 分别为对照小区的土壤侵蚀量、第i种类型水土保持措施小区的土壤侵蚀量（g/m²）。

减流率（Surface Runoff Reduction rate， SRR）是衡量水土保持措施减流效益的重要指标，指相比于对照小区，不同水土保持措施地表径流的减少率。公式为：

\mathrm{S}\mathrm{R}\mathrm{R}=\frac{\left(\mathrm{S}{\mathrm{R}}_b-\mathrm{S}{\mathrm{R}}_i\right)}{\mathrm{S}\mathrm{R}b}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}（2）

式中：SRR为减流率； SR _b 、SR _i 分别为对照小区的地表径流量、第i种类型水土保持措施小区的地表径流量（mm）。

1.5 数据处理

使用Excel 2019进行数据整理，采用SPSS 26.0进行统计学分析，采用K均值聚类法对22场降雨事件进行分类，使用Origin 2024软件制图。

2 结果与分析

2.1 不同雨型对坡面产流产沙的影响

2.1.1 侵蚀性降雨特征分析

侵蚀性降雨指能够引发径流小区坡面产流产沙的降雨^［16］。谢云等^［17］通过分析降雨资料，拟定黄土高原侵蚀性降雨雨量标准为12 mm，不同区域侵蚀性降雨雨量标准具有较大差异性。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。2024—2025年共观测到22次侵蚀性降雨事件，年均侵蚀性降雨量为322.4 mm。在观测时段内（图2），2025年发生侵蚀性降雨次数最多，为15次，其侵蚀性总降雨历时和总降雨量最大，分别为245.3 h和396.8 mm；2024年侵蚀性降雨次数、降雨历时、降雨量最小，仅发生7次侵蚀性降雨。

该研究区年内降雨一般发生在5—9月，侵蚀性降雨时间主要发生在6—8月。6月侵蚀性降雨总量、降雨历时最高以及侵蚀性降雨发生频率最高，共发生10次侵蚀性降雨，占总侵蚀性降雨场次的45.5%；侵蚀性降雨量为290.6 mm，占总侵蚀性降雨量的45.1%；侵蚀性降雨历时为148.7 h。其次为7月，共发生6次侵蚀性降雨，占总侵蚀性降雨场次的27.27%；侵蚀性降雨量为128.6 mm，占总侵蚀性降雨量的19.9%，侵蚀性降雨历时为97.6 h。8月的侵蚀性降雨次数较少，为5次，占总侵蚀性降雨场次的22.7%；侵蚀性降雨量为140.8 mm，占总侵蚀性降雨量的21.8%。由此可见，该地区6月和7月最易发生侵蚀性降雨产生水土流失，应做好水土流失防范工作。

2.1.2 侵蚀性降雨分类

降雨雨型指的是在侵蚀性降雨事件中不同降雨强度、降雨历时、降雨量等的组合，是影响坡面水土流失的主要降雨参数之一。为了更准确地探究不同侵蚀性降雨类型的侵蚀能力，本文根据研究区2024—2025年22场侵蚀性降雨事件的降雨历时、降雨量、平均雨强和最大30 min雨强进行K-均值聚类分析，将其分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ和Ⅴ类雨型（表2）。

分类结果表明5种不同类型降雨的降雨历时、降雨量、平均雨强、最大30 min雨强的差异性显著（p<0.05），因此可认为分类合理并确定该研究区的降雨类型。Ⅰ雨型的降雨历时平均值为3.45 h，降雨量变化范围在18.6~33.4 mm，平均雨强变化范围为5.05~22.4 mm/h，最大30 min雨强平均值为32.6 mm/h，为短历时、中雨量、大雨强型降雨。Ⅱ雨型的降雨历时平均值为23.14 h，降雨量变化范围在20.6~52.8 mm，平均雨强变化范围在0.82~3.20 mm/h，最大30 min雨强平均值为14.74 mm/h，为长历时、中雨量、小雨强型降雨。Ⅲ雨型的降雨历时平均值为9.51 h，降雨量变化范围在7~18.4 mm，平均雨强变化范围在0.58~4.07 mm/h，最大30 min雨强平均值为7.75 mm/h，为中历时、小雨量、小雨强型降雨。Ⅳ雨型的降雨历时平均值为6.22 h，降雨量为53 mm，平均雨强为8.53 mm/h，最大30 min雨强平均值为78.4 mm/h，为中历时、大雨量、大雨强型降雨。Ⅴ雨型的降雨历时平均值为34.83 h，降雨量变化范围在84.4~84.8 mm，平均雨强变化范围在2.05~2.98 mm/h，最大30 min雨强平均值为25.6 mm/h，为长历时、大雨量、中雨强型降雨。综上所述，Ⅰ， Ⅱ， Ⅲ， Ⅳ， Ⅴ雨型发生频次占比分别为18.2%， 31.8%， 36.4%， 4.5%和9.1%。长历时、中雨量、小雨强型降雨以及中历时、小雨量、小雨强型降雨是研究区重点关注的降雨类型。

2.2 不同雨型条件下水土保持措施的减流减沙效应

2.2.1 坡面产流特征

通过对比5种雨型下6个径流观测小区的产流特征（图3），对照坡小区（无措施）在各类雨型下产流量均处于最高水平，布设水土保持措施的径流小区产流均得到有效控制。5种降雨类型水土保持措施平均减流量不同，Ⅰ雨型减少14.4%~22.8%，Ⅱ雨型条件下减流率为30.5%~48.2%，Ⅲ雨型下减少38.2%~57%径流量，Ⅳ雨型减流率为4.1%~49.3%，Ⅴ雨型减少22%~66.6%。平均径流深表现为Ⅴ雨型>Ⅳ雨型>Ⅱ雨型>Ⅰ雨型>Ⅲ雨型，总径流深表现为Ⅱ雨型>Ⅴ雨型>Ⅰ雨型>Ⅳ雨型>Ⅲ雨型。综上，在次降雨过程中，中大雨量、中大雨强更易产生较多径流。

在Ⅰ雨型条件下，总径流深最高的是对照小区，植物篱和截排水沟小区产流特征相似，乔灌混交小区与植物篱+截排水沟小区总径流深度几乎相等，乔灌混交+截排水沟小区总径流深最小，比对照小区减少29.3%。在Ⅱ雨型条件下，6个小区的总径流深度均为5种降雨类型中最大值，对照小区产流值显著最大，其次是植物篱、乔灌混交以及截排水沟小区，乔灌混交+截排水沟小区总径流深最小，相较于对照小区减少48.2%。且除对照小区外，其余小区平均径流深无显著差异。在Ⅲ雨型条件下，总径流深变化趋势与Ⅱ雨型相似，对照小区显著最高，植物篱+截排水沟和乔灌混交+截排水沟小区总径流深最小，分别为0.50 mm和0.56 mm，相较于对照小区减少57%和52.2%。Ⅳ雨型只有一场降雨，板栗纯林对照小区与截排水沟小区产流量较大，分别为1.12 mm和1.08 mm。其余小区均在不同程度上减少了产流量，其中乔灌混交以及乔灌混交+截排水沟小区减流效果最好，分别为37.3%和49.3%。在Ⅴ雨型条件下，减流效果最佳的是乔灌混交+截排水沟小区，能够减少66.6%的产流，植物篱和乔灌混交小区产流特征无显著差异，植物篱+截排水沟和截排水沟小区减流效果也无明显差异。

综上，坡面产流受降雨类型影响，水土保持措施的减流效率也因降雨量、降雨强度等不同而有所差异，综合措施减流效率较高，单一措施在降雨强度较大时减流效果易受到影响。

2.2.2 坡面产沙特征

图4 为不同降雨类型下坡面产沙特征，总体产沙量大小为Ⅱ雨型>Ⅰ雨型>Ⅳ雨型>Ⅴ雨型>Ⅲ雨型，Ⅱ雨型导致的总侵蚀量是Ⅲ雨型的3.37倍。平均产沙量呈相同规律，随降雨量积累，降雨强度增大，坡面产沙量增大。5种雨型中，除I雨型（短历时、中雨量、大雨强）外，布设水土保持措施的径流小区产沙量均小于对照小区，表明水土保持措施减少土壤流失的效益显著。

不同措施的减沙效率受雨型影响，但总体趋势与减流一致，即植物措施结合工程措施减沙效果更好。6个径流小区按顺序总产沙量分别为6.88 g/m²，12.62 g/m²，5.08 g/m²，7.45 g/m²，12.2 g/m²，6.47 g/m²，Ⅰ雨型占比为34.6%， 29.5%， 17.2%， 24.4%， 36.8%， 18.7%，乔灌混交的减沙效果最好，能减少77%土壤流失；Ⅱ雨型导致的侵蚀占比为31.7%，33.5%，40.4%，28.8%，23.8%，42.3%，乔灌混交+截排水沟总产沙量为较对照组减少35.2%，减沙率达35.0%；Ⅲ雨型占比为7.1%，10.8%，10.5%，8.1%，8.7%，11.6%，对照小区总侵蚀量最大，其次是截排水沟小区，总体侵蚀量在5种雨型中最少；Ⅳ雨型条件下仅有一次降雨，产生的侵蚀占比为10.7%，12%，9%，26.1%，22.4%，11.5%；Ⅴ雨型侵蚀量占比为16%，14.2%，23%，12.5%，8.3%，15.9%，乔灌混交+截排水沟产沙量较对照组减少42.5%，减沙率最高。

总体来看，乔灌混交与截排水沟协同作用可有效降低土壤侵蚀，尤其在中大雨强降雨中减沙率稳定在35%~45%，而单一措施在小雨强下减沙效果有限，在大雨强下则易失效，进一步证明综合措施控制水土流失的能力更强。

2.2.3 不同水土保持措施的减流减沙效益

在观测期内，6个径流小区的产流总量为42.71 mm，其中对照小区（板栗纯林）的产流量最多，占比为23.5%。图5表示不同水土保持措施减流减沙效率，不同水土保持措施在减流减沙方面展现出显著的差异性。相较于对照小区，植物篱措施平均减少27.5%的径流量，最高达到49%；乔灌混交措施平均减流率为32.1%，最高达到71.8%；截排水沟平均减流32.6%，在降雨量仅为7 mm时，能减少91.6%的地表径流。在单一措施的基础上，建立植物与工程措施综合治理模式，减流率相比有所提高，其中植物篱+截排水沟平均减少41.6%的地表径流，减流率最高达到81.4%；乔灌混交+截排水沟径流削减能力大幅提升，达到44%，尤其在大雨强降雨中，有效抑制了暴雨引发的集中径流。

22场降雨导致6个径流小区总计产沙50.7 g/m²，其中对照小区土壤侵蚀最为严重，共产生12.62 g/m²泥沙量，占比24.9%。相较于对照小区，植物篱、乔灌混交以及植物篱+截排水沟减沙效益最佳，平均减沙率分别为52.3%，52.2%和50.9%，截排水沟减沙效果较差，产生的侵蚀量是乔灌混交小区的2.41倍，说明其缺乏植被的缓冲。植物+工程综合措施小区分别产生7.45，6.47 g/m²泥沙量，减沙效果略低于单一植物措施。因此，在今后应用中，措施配置需根据实际降雨特征，不仅是简单的措施叠加。

2.3 不同侵蚀性降雨因子与坡面产流产沙的相关性分析

降雨是坡面水土流失产生过程的最根本驱动力。为深入研究各个侵蚀性降雨因子对坡面产流产沙的影响，研究将各个径流小区产流产沙量与降雨量、降雨历时、平均降雨强度以及最大30 min降雨强度进行相关性分析。

在产流量方面（表3），降雨量在所有径流小区中均呈极显著正相关（p<0.01），是影响坡面产流的关键因子，在乔灌混交小区中相关性最高（0.974^**），在植物篱+截排水沟和乔灌混交+截排水沟小区相关性相对较低，表明布设工程措施能够减缓部分降雨量对坡面产流的影响。最大30 min雨强在布设截排水沟的径流小区影响较为显著，截排水沟、植物篱+截排水沟以及乔灌混交+截排水沟小区产流均呈极显著相关性，可能是工程布设易引起集中径流。截水和排水措施在一定程度上缩短了产流时间，降雨历时在未布设工程措施的小区中呈显著正相关，在布设工程措施的小区中相关性不显著。平均雨强对坡面产流影响最小，所有径流小区均未呈显著相关性。

在产沙量方面（表4），最大30 min雨强是影响坡面产沙最显著的因子，在截排水沟（0.877^**）、植物篱+截排水沟（0.819^**）中呈极显著正相关，截排水沟在强降雨下易引起更剧烈的冲刷，加剧土壤流失。降雨量对产沙量的影响在具有一定植被覆盖的小区中表现较强，其中乔灌混交小区显著性最高（0.855^**），在截排水沟小区中不显著，可能在降雨过程中，工程措施有效综合了降雨量对产沙的影响。平均雨强与截排水沟小区的产沙量呈极显著正相关（0.622^**），降雨历时整体影响较弱，仅在乔灌混交小区中有一定相关性。综上，产流量主要影响因子为降雨量，而产沙量主要受最大30 min降雨影响；植物措施对于缓解降雨强度对坡面产流产沙具有一定作用，截排水沟则能够降低降雨量对水沙过程的影响。

3 讨论

3.1 不同降雨类型对径流泥沙流失的影响

本研究将观测期内的侵蚀性降雨划分为Ⅰ雨型（短历时、中雨量、大雨强型降雨）、Ⅱ雨型（长历时、中雨量、小雨强型降雨）、Ⅲ雨型（中历时、小雨量、小雨强型降雨）、Ⅳ雨型（中历时、大雨量、大雨强型降雨）和Ⅴ雨型（长历时、大雨量、中雨强型降雨）5类。不同降雨类型对坡面产流产沙的影响具有显著差异。Ⅰ雨型虽降雨历时较短（均值3.45 h）、降雨量中等（24.45 mm），但平均雨强较高（9.98 mm/h），最大30 min雨强达32.6 mm/h，高降雨强度具有较大的雨滴动能^［18］，对坡面的冲刷能力较强。Ⅳ雨型虽仅发生1次，但降雨量极大（53 mm）、历时短（6.22 h）、雨强高（8.53 mm/h），最大30 min雨强高达78.4 mm/h，土壤在短时间内迅速饱和，导致大量地表径流，其单次产流和产沙量是所有降雨类型中最高的，表明短历时强降雨对坡面侵蚀的破坏性极大^［19］，侵蚀效率高。Ⅴ雨型降雨历时最长（34.83 h）、雨量最大（84.6 mm），平均雨强适中（2.52 mm/h），其总产流产沙量和平均产流产沙量均较高，说明长历时与较大降雨量结合，使侵蚀过程稳定而持续。这一结果与前人研究一致，即降雨量和降雨强度大的降雨类型易引起土壤侵蚀^［20］。Ⅱ雨型降雨历时长（23.14 h）、雨量适中（31.63 mm），但平均雨强极低（1.54 mm/h），总产流产沙量高于其他降雨类型，平均产流产沙量较低，表明高频次（7次）发生是导致总侵蚀量最高的主要原因，长历时降雨延长产流时间，但平均侵蚀能力较弱。Ⅲ雨型降雨历时中等（9.51 h）、雨量小（12.93 mm）、雨强低（1.69 mm/h），其总产流和产沙量最低，降雨强度和降雨量不足，难以形成有效的地表径流，对坡面侵蚀贡献最小。

尽管大雨量和大雨强对板栗林坡面造成严重水土流失^［21］，但研究区以Ⅲ型降雨为主，Ⅳ和Ⅴ型降雨发生次数仅占总降雨次数的13.6%，可以通过长期监测评估是否需要完善或增设措施，避免资源浪费。

3.2 水土保持措施对径流泥沙流失的影响

通过对安徽省广德市山区板栗林坡面野外观测试验研究可以发现，在正常林地经营管理下，不同水土保持措施对坡面径流量和侵蚀量的作用效果存在一定差异^［22］，且泥沙减少优于径流减少（图5）。在本研究中，不同水土保持措施效益表现为植物篱+截排水沟>乔灌混交+截排水沟>乔灌混交>植物篱>截排水沟，表明在皖南山区板栗林坡面植物篱+截排水沟综合措施效果最优，植物措施与工程措施结合可有效拦截和导排地表径流，减少径流汇集和流失。

在减流效益方面，与对照小区相比，乔灌混交+截排水沟的减流效益最大，有效减少44%地表径流，其次是植物篱+截排水沟和截排水沟，减流率分别为41.6%和32.6%，而植物篱和乔灌混交单独布设时，减流能力较弱，为27.5%和32.1%。这与Wu等^［23］的研究结果基本一致，植物措施结合工程措施的水土保持效益优于单一植物措施。在减沙方面，与对照小区相比，各措施均表现出一定的减沙能力。其中乔灌混交和植物篱措施的减沙效果最好，分别为52.2%和52.3%。但植物篱+截排水沟与乔灌混交+截排水沟措施虽也表现出较强的减沙能力，但产沙量高于单独布设植物措施，可能是因为截水排水措施汇集径流导致局部侵蚀加剧，因而在实际应用中需要科学配置，降低施工成本。截排水沟的减沙效果最差（22%），对土壤保护作用有限。不同于前人研究^［24］，在2024年观测的侵蚀性降雨中，截排水沟减沙效益为-22.7%，不仅没有发挥水土保持作用，反而加剧了侵蚀。可能是因为布设截排水沟需要局部破坏土壤表层，坡面受到扰动，土壤结构被迫松散，蓄水能力减小，从而引起产沙量的增大。单一植物措施中，乔灌混交（杨桐）的水土保持效果略好于植物篱（黄茶），这可能是因为杨桐冠层的覆盖对降雨进行截留，从而延长降雨在坡面停留的时间，且杨桐枯落物也能够发挥吸水作用，增加降水的下渗。植物篱+截排水沟和乔灌混交+截排水沟都是由植物措施和工程措施组合的，水土保持效果最好。这是因为植被种植增加了覆盖度，减缓了雨滴动能。截排水沟有效拦截地表径流，并沿沟道排出坡面。

综合考虑不同水土保持措施在减流减沙方面的作用，乔灌混交是控制坡面产沙的有效措施，而截排水沟在减少地表径流方面作用较好，二者组合虽然能够增强减流效益，但在减少坡面产沙上需谨慎设计防止局部侵蚀。植物篱对产流与产沙均有稳定削减作用，但效果弱于乔灌混交。因此，在今后经营管理过程中可以根据水土流失防治需求科学选择措施类型，提高投资效益比。

3.3 降雨类型与水土保持措施的耦合作用

植物篱+截排水沟综合措施小区在中历时、小雨量、小雨强的Ⅲ型降雨条件下产生的地表径流量最少，乔灌混交结合截排水沟在雨量和雨强相对较大的Ⅰ，Ⅱ，Ⅳ，Ⅴ型降雨条件下的减流效果较佳，这与周杰等^［25］对侵蚀性降雨下不同水土保持措施的产流产沙以及水保效益研究得出多种措施结合的配置模式相较于单一措施配置更有优势的研究结果相似。在Ⅲ型降雨下，降雨时间较长且雨量分散，植物篱种植区形成一种物理屏障，对地表径流起到一定的阻碍作用^［26］，延长了径流路径，减缓水流流速^［27］，增加了雨水入渗的时间；同时，黄茶的深根和网状根系具有良好的固土作用，增加土壤孔隙度，促进土壤水分入渗。截水沟拦截上坡来水，有效降低水流速度，并将拦截的径流引入排水沟快速排出坡面。植物篱+截排水沟形成“拦截—入渗—导流”的调节路径，有效避免雨水直接冲刷坡面。而Ⅰ，Ⅱ，Ⅳ，Ⅴ雨型的降雨量和降雨强度较大，雨量集中，多处分散种植的杨桐与板栗构成密集的植被覆盖，林下枯落物层可以吸收部分降雨^［28］，灌木层能够进一步拦截未被乔木截留的雨水^［29］，形成二次截留；同时，杨桐根系较浅但密集，能够有效稳定表层土壤，减少侵蚀。单一植物措施虽然具有正向的减少地表径流的能力，但不能够将拦截的径流快速排出，增加了水流集中冲刷坡面的风险。

在坡面产沙方面，降雨量和降雨强度均显著影响侵蚀量。在5种降雨类型中，单一植物措施和植物+工程综合措施表现出较好的减沙效果，能够减少44.2%~52.3%土壤流失。但布设截排水沟小区产沙量较大，在Ⅰ和Ⅳ型降雨条件下，产沙量是对照小区的1.21，1.81倍，这与Bühlmann^［30］在塔吉克斯坦法扎巴德的研究结果（拦沙率53%）存在差异。可能是因为研究区红壤质地黏重，渗透性差，导致排水沟调控重点集中在径流而非泥沙。且集中的强降雨对红壤的结构具有较高的破坏程度，泥沙更容易流失。

因此，在降雨集中的红壤区优先推广植物措施和植物+工程综合措施，利用截排水沟对径流的拦截能力与植被根系固结和改良土壤作用相结合，将收集的径流用于旱季灌溉，充分发挥水土保持效益。此外，本试验中仅考虑了降雨量和降雨强度对径流和产沙的影响，今后应进一步考虑坡度和土壤初始含水率等对坡面产流量和产沙量的影响，从而开展更全面的分析。

4 结论

（1） 研究区侵蚀性降雨集中于6—8月（降雨量占比86.8%），以长历时、中雨量、小雨强（Ⅱ型）和中历时、小雨量、小雨强（Ⅲ型）为主。其中Ⅱ雨型因持续冲刷作用强，产流产沙量最高；Ⅲ型降雨侵蚀力弱，产流产沙较小，表明各降雨因子综合考虑比单一指标更能反映侵蚀风险。

（2） 在侵蚀性降雨条件下，各水土保持措施的减流效益表现为植物篱<乔灌混交<截排水沟<植物篱+截排水沟<乔灌混交+截排水沟，减沙效益表现为截排水沟<乔灌混交+截排水沟<植物篱+截排水沟<乔灌混交<植物篱；与对照小区相比，高植被覆盖率的植物措施具有良好的减沙效果，工程措施具有良好减流效果。

（3） 不同侵蚀性降雨因子与各水土保持措施小区产流产沙量表现出不同程度的显著性。降雨量与最大30 min雨强是影响产流产沙的主导因子，二者与各措施小区产流、产沙量呈显著正相关（p<0.05），而降雨历时与平均雨强影响相对较弱。在水土流失预警与防控中，应优先关注强降雨事件，尤其是短历时大雨强型降雨，而非仅关注总降雨量。

（4） 研究区坡面侵蚀性降雨产流产沙的研究成果，为山区土壤侵蚀的预测和水土保持措施的优化配置提供了科学依据，建议在6—8月土壤侵蚀高发期，优先布设乔灌混交+截排水沟综合措施，建立动态防控机制，实现水土流失精准应对。

参考文献

[1] 刘杰.新型板栗脱蓬机的研制、存在问题及推广前景分析［J］.农民致富之友，2015（16）：164.

[2] Liu J. Research on the development of a new type ofchestnutde-pulping machine， its existing problems and prospects for promotion［J］. Nong Min Zhi Fu Zhi You Yuekan， 2015（16）：164.

[3] 管礼松，郭伟玲，李鑫，等.2000—2018年皖南山区土壤侵蚀时空变化［J］.水土保持通报，2021，41（2）：114-121.

[4] Guan L S， Guo W L， Li X， et al. Spatio-temporal changes of soil erosion in mountainous area of southern Anhui Province from 2000 to 2018［J］. Bulletin of Soil and Water Conservation， 2021，41（2）：114-121.

[5] 安徽省水利厅.安徽省水土保持公报（2024年）［R/OL］.（2025-05-21）.

[6] Anhui Provincial Department of Water Resources. Bulletin ofsoil andwaterconservation in Anhui Province（2024）［R/OL］.（2025-05-21）.

[7] 彭浩，李忠武，刘春，等.湘中低山丘陵区坡面产流输沙对降雨、土壤类型及水保措施的综合响应特征［J］.水土保持学报，2019，33（2）：60-67.

[8] Peng H， Li Z W， Liu C， et al. Comprehensive response characteristics of runoff and sediment yield on rainfall， soil type and water conservation measures in hilly area of central Hunan Province［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2019，33（2）：60-67.

[9] 顾展飞，魏海龙，全鑫，等.降雨和坡度对桂北岩溶石山地区水土流失的影响研究［J］.水利水电技术（中英文），2025，56（3）：251-262.

[10] Gu Z F， Wei H L， Quan X， et al. Study on the effects of rainfall and slope on soil erosion in karst rocky mountain areas of northern Guangxi Zhuang Autonomous Region［J］. Water Resources and Hydropower Engineering， 2025，56（3）：251-262.

[11] 范德政，梅雪梅，张晓明，等.宁夏黄土丘陵沟壑区产流产沙特征及其影响因素量化［J］.地球科学与环境学报，2023，45（4）：833-843.

[12] Fan D Z， Mei X M， Zhang X M， et al. Characteristics of runoff and sediment yield in the loess hilly andgullyregion of Ningxia， China and quantification of their influencing factors［J］. Journal of Earth Sciences and Environment， 2023，45（4）：833-843.

[13] 唐学芬，柴亚凡，刘原峰，等.半干旱区不同植被类型及坡面对侵蚀性降雨的响应［J］.中国水土保持科学：中英文，2026，24（1）：104-114.

[14] Tang X F， Chai Y F， Liu Y F， et al. Responses of different vegetation types and slopes to erosive rainfall in semi-arid regions［J］. Science of Soil and Water Conservation， 2026，24（1）：104-114.

[15] 宋民欣，吕希恒，韩陈，等.三峡库区降雨特征和林草覆被格局对坡面水沙产出的影响［J］.水土保持学报，2024，38（3）：82-90，100.

[16] Song M X， Lu X H， Han C， et al. Impacts of rainfall characteristics and vegetation cover patterns on slope runoff and sediment yields in the Three Gorges Reservoir area［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2024，38（3）：82-90，100.

[17] Wang W T， Yin S Q， Xie Y， et al. Effects of four storm patterns on soil loss from five soils under natural rainfall［J］. Catena， 2016，141：56-65.

[18] 梁媛，陈晓安，伍冰晨，等.不同水保措施下红壤坡地泥沙及氮磷流失对雨型的响应［J］.水土保持通报，2025，45（4）：10-18.

[19] Liang Y， Chen X A， Wu B C， et al. Response of sediment， nitrogen and phosphorus loss to rainfall patterns under different soil and water conservation measures on red soil slopes［J］. Bulletin of Soil and Water Conservation， 2025，45（4）：10-18.

[20] 赵泽坤，史明昌，杨润泽，等.暴雨条件下水土保持措施对坡面产流产沙的影响［J］.水土保持研究，2025，32（2）：43-51.

[21] Zhao Z K， Shi M C， Yang R Z， et al. Effects of soil and water conservation measures on runoff and soil loss in sloping area under heavy rainfall conditions［J］. Research of Soil and Water Conservation， 2025，32（2）：43-51.

[22] 黄凯，李瑞，李勇，等.贵州省黔南区不同侵蚀性雨型条件下生物措施对坡面产流产沙的响应［J］.水土保持学报，2020，34（6）：14-21.

[23] Huang K， Li R， Li Y， et al. Response of runoff and sediment yield to biological measures on slopes under different erosive rain patterns in southern Guizhou［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2020，34（6）：14-21.

[24] 张青青，陈志强，陈志彪，等.南方典型红壤区不同水保措施下坡面产流产沙及稀土迁移特征［J］.水土保持学报，2018，32（1）：46-53，58.

[25] Zhang Q Q， Chen Z Q， Chen Z B， et al. Characteristics of slope runoff and sediment yield and REEs migrations under different soil and water conservation measures in a typical red soil region of Southern China［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2018，32（1）：46-53，58.

[26] Yang Q， Meng F R， Zhao Z Y， et al. Assessing the impacts of flow diversion terraces on stream water and sediment yields at a watershed level using SWAT model［J］. Agriculture， Ecosystems & Environment， 2009，132（1/2）：23-31.

[27] 赵妍，周珊珊，高云飞，等.特大暴雨下残垣丘陵沟壑区水土流失与梯田措施效益评价［J］.水土保持通报，2024，44（5）：92-99.

[28] Zhao Y， Zhou S S， Gao Y F， et al. Benefits evaluation of soil and water loss and terrace measures in hilly and gully areas of torrential rainfall［J］. Bulletin of Soil and Water Conservation， 2024，44（5）：92-99.

[29] 王玲莉，张富，胡彦婷，等.侵蚀性降雨分类及植被类型对产流产沙的影响［J］.人民黄河，2021，43（10）：109-113.

[30] Wang L L， Zhang F， Hu Y T， et al. Effects of erosive rainfall classification and vegetation types on runoff and sediment load generation［J］. Yellow River， 2021，43（10）：109-113.

[31] 谢云，刘宝元，章文波.侵蚀性降雨标准研究［J］.水土保持学报，2000，14（4）：6-11.

[32] Xie Y， Liu B Y， Zhang W B. Study on standard of erosive rainfall［J］. Journal of Soil Water Conservation， 2000，14（4）：6-11.

[33] 袁和第，信忠保，蒋秋玲，等.连续降雨作用下褐土坡面侵蚀及其水动力学特征［J］.水土保持学报，2020，34（4）：14-20，30.

[34] Yuan H D， Xin Z B， Jiang Q L， et al. Slope erosion and its hydrodynamic characteristic of cinnamon soil under continuous rainfall［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2020，34（4）：14-20，30.

[35] 杨润泽，冯天骄，肖辉杰，等.京郊强降雨条件下不同水土保持治理措施配置模式效益评价［J］.水土保持学报，2022，36（1）：8-17.

[36] Yang R Z， Feng T J， Xiao H J， et al. Evaluating the benefits of different soil and water conservation measures under heavy rainfall conditions in the suburban areas of Beijing［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2022，36（1）：8-17.

[37] 张嘉懿，汪军红，程先富，等.降雨对江子河小流域不同农作物措施坡面产流产沙的影响［J］.水土保持学报，2021，35（2）：8-14.

[38] Zhang J Y， Wang J H， Cheng X F， et al. Effects of rainfall on slope runoff and sediment yield under different crop measures in the Jiangzi River minor watershed［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2021，35（2）：8-14.

[39] 陈昱，刘方平，吴彩云，等.雨型和种植模式对鄱阳湖平原区农田水土流失的影响［J］.水土保持研究，2024，31（5）：18-25.

[40] Chen Y， Liu F P， Wu C Y， et al. Effects of rain patterns and planting patterns on soil and water losses in farmland in the Poyang Lake Plain area［J］. Research of Soil and Water Conservation， 2024，31（5）：18-25.

[41] 张萌，关红杰，王若水，等.水土保持措施对密云板栗林坡面产流产沙的影响［J］.水土保持学报，2023，37（5）：130-136.

[42] Zhang M， Guan H J， Wang R S， et al. Effects of soil and water conservation measures on runoff and sediment yield on slopes of Miyun chestnut forest［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2023，37（5）：130-136.

[43] Wu J L， Zha R B， Zha X， et al. Regulatory mechanism of soil and water conservation measures on understorey erosion in a subtropical hilly region［J］. Catena， 2024，246：108427.

[44] 王识然，张琪，崔佳慧，等.自然降雨条件下不同水土保持措施对坡耕地土壤侵蚀的影响［J］.吉林农业大学学报，2023，45（3）：359-364.

[45] Wang S R， Zhang Q， Cui J H， et al. Effects of different soil and water conservation measures on soil erosion of farmland under natural rainfall condition［J］. Journal of Jilin Agricultural University， 2023，45（3）：359-364.

[46] 周杰，田培，吴宜进，等.大别山区不同水土保持措施配置模式的效益评价［J］.水土保持学报，2024，38（6）：61-69，78.

[47] Zhou J， Tian P， Wu Y J， et al. Benefit evaluation of different allocation modes of soil and water conservation measures in Ta-pieh Mountains area［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2024，38（6）：61-69，78.

[48] 谌芸，何丙辉，向明辉，等.紫色土坡耕地植物篱的水土保持效应研究［J］.水土保持学报，2013，27（2）：47-52.

[49] Chen Y， He B H， Xiang M H， et al. Effects of hedgerow on soil and water conservation in sloping cropland of the purple soil［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2013，27（2）：47-52.

[50] 刘凌佳，陶静，夏立忠，等.植物篱防蚀措施对三峡库区坡耕地微地形的影响［J］.土壤，2023，55（6）：1329-1335.

[51] Liu L J， Tao J， Xia L Z， et al. Effects of hedgerow anti-erosion measures on microtopography of slope farmland in the Three Gorge Reservoir［J］. Soils， 2023，55（6）：1329-1335.

[52] 杨吉华，胡建朋，罗明达，等.鲁中南砂石山区不同林分类型保土功能及其效益［J］.水土保持学报，2011，25（4）：63-68.

[53] Yang J H， Hu J P， Luo M D， et al. Functions and benefits of soil conservation of different forest types in sand mountain of central south Shandong［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2011，25（4）：63-68.

[54] 李亦然，张兴刚，李泽东，等.基于TOPSIS法的鲁中南山区不同混交林水土保持效益评价［J］.中国水土保持科学，2018，16（6）：108-117.

[55] Li Y R， Zhang X G， Li Z D， et al. Evaluation of soil and water conservation benefits of different mixed forests in hilly area of middle southern of Shandong Province by TOPSIS［J］. Science of Soil and Water Conservation， 2018，16（6）：108-117.

[56] Buhlmann E， Wolfgramm B， Maselli D， et al. Geographic information system-based decision support for soil conservation planning in Tajikistan［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2010，65（3）：151-159.

基金资助

安徽省自然科学基金水科学联合资助项目(2308085US14)

水利水资源安徽省重点实验室开放研究资助项目(2023SKJ03)