石质边坡枯枝落叶层的水土保持功能研究

为了解石质边坡枯枝落叶层的水土保持功能,对广东省顺德区大睡牛岗石质边坡枯枝落叶的蓄积量,枯枝落叶持水性能,枯枝落叶减少土壤侵蚀量,枯枝落叶层下土壤理化性质等内容进行了研究。结果表明:大睡牛岗枯枝落叶蓄积量为219.18 g/m²。枯枝落叶层最大持水率为64%～75%。枯枝落叶层厚度及径流深度影响径流流出时间,随着枯枝落叶厚度的增加,径流流出时间延长,随径流深度增大,径流时间缩短。覆盖枯枝落叶层能极显著地提高土壤抗冲性,与未覆盖枯枝落叶的模拟边坡相比,坡度30°,枯枝落叶2 cm,径流深度1 cm条件下,下坡、中坡、上坡枯枝落叶可减少87.80%以上的土壤侵蚀量。大睡牛岗豆科植被较多的坡位（下坡与上坡）其枯枝落叶层下土壤理化性质优于豆科植被较少的坡位（平台与中坡）。     

太行山低山丘陵区不同地表类型降雨入渗产流规律研究

通过人工降雨来研究太行山低山丘陵区典型地表类型下的降雨入渗产流规律.结果表明:(1)不同地表类型,地表产流特征不同.主要表现在:降低坡度主要推迟产流开始时间,而植被能够推迟整个径流过程;增加植被覆盖度和降低坡度能够明显降低产流量,延缓产流时间、降低径流速率;不同地表类型的地表径流速度与径流稳定前降雨历时具有明显的对数函数关系.在以0.64 mm/min左右的降水强度持续80 min后,斜坡径流小区不同地表类型径流系数大小顺序为:斜坡裸地>没有枯枝落叶的斜坡灌木>斜坡草地>有枯枝落叶的斜坡灌木.与裸地相比,后面3种地表类型的地表径流量分别减少了33.7%(8.3 mm),49.2%(12.1 mm)和75.2%(18.5 mm).(2)不同植被、枯枝落叶在降低地表产流量的同时也增加了深层土壤中的人渗量.斜坡裸地下渗到20 cm以下的水量仅为降雨的6.0%,明显小于有植被条件下的23.3%～32.5%.灌木下的枯枝落叶能够增加土壤入渗量20%左右,土层20 cm以下入渗量增加8%.     

黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持效应研究进展

枯枝落叶层是林地垂直结构中参与水文循环过程的重要作用层,在涵养水源和保持水土中发挥着重要作用。黄土高原经过20年植被快速恢复,枯落物覆盖使近地表植被特征和生态过程变化明显,这必将影响地表土壤水分入渗、产汇流等水文和土壤侵蚀过程。为全面掌握黄土高原地区林地枯枝落叶层的水土保持效应研究动态,系统回顾了林地枯枝落叶层在凋落动态、蓄积量变化、截留降雨、阻延地表径流、提高土壤抗蚀抗冲能力和增加土壤入渗等方面的研究历史。分析了目前林地枯枝落叶层研究中存在的若干问题,提出未来黄土高原地区应加强野外坡面枯落物原位长期监测和降雨试验研究,开展多地貌、多尺度研究,关注天然林和人工林枯枝落叶层水土保持功能的对比研究,以及水文物理过程模型建立和参数确定,并重视林地枯枝落叶层的保护和监管。     

辽西林分枯枝落叶层涵养水源作用的研究

采用模拟法对辽西地区11种植被类型不同枯枝落叶层组合,对地表径流、截持水量和水分蒸发强度等方面的作用进行了研究。结果表明:在不同L、F层组合的涵养水源作用中,以厚L、F最佳,其次为厚F层;不同树种间以毛榛最佳,其次为油松、沙棘,阔叶树种较差。枯枝落叶层持水后的水分蒸发过程,可用指数函数模型表示,中雨时枯枝落叶层的截持量很大。     

黑龙江省东部山地樟子松人工林生态系统水化学特征

对黑龙江省东部山地樟子松人工林(P inus sy lvestr is var.m ongolica)生态系统的大气降水、穿透水、树干径流和枯透水中的pH值、溶解氧、浊度、电导率、氧化还原电位、钾、钠、钙、镁、铜、锌、锰、铁等水质指标进行了观测,结果表明:大气降水经过林冠层后,水化学特征发生了明显变化,pH逐层降低,经过枯枝落叶层后,水质的酸化得到了缓解,说明樟子松人工林的枯枝落叶层对水质酸化有很好的缓冲作用。穿透水、树干径流和枯透水的COND变化趋势相同,且各月树干径流和枯透水的COND平均值均高于穿透水和大气降水。枯透水各月ORP的平均值明显低于大气降水和树干径流,可见樟子松人工林的枯枝落叶层对ORP值的降低有很好的作用。樟子松人工林对于增强水中微量元素F e和M n含量也有很好的作用。     

亚热带喀斯特森林的水土保持效益研究 ——以贵州茂兰国家级自然保护区为例

茂兰喀斯特森林是亚热带地区幸存下来的一片面积最大,分布最集中,原生性最强的喀斯特森林.通过一年多时间的连续观测发现在1 593.2 mm的年总降雨量中,有207.4 mm被林冠截流,占13%;有119.1 mm为树干径流,占7.5%;森林穿透雨为1 266.7 mm,占79.5%.枯枝落叶的最大持水率可达235.67%,岩面苔藓的最大吸水率可达650.35%,腐殖土的最大持水率为64.43%,而钙质土的最大持水率仅为45.25%,腐殖土比钙质土的持水性高12%～22%.在自然失水过程中,失水速度为岩面苔藓＜钙质土＜腐殖土＜枯枝落叶.同一场降雨非森林喀斯特地区比森林区更易形成地表径流,且无森林覆盖区的地表径流的含沙量很大,森林区的含沙量只有非森林区的5.57‰～13.74‰,为此喀斯特森林具有很强的保护水土能力.     

陡坡林地加速侵蚀的水动力学及能耗机制研究

利用野外原位模拟降雨试验,对陡坡林地加速侵蚀下的薄层水流水力学参数和能耗特征进行了研究。结果表明,林地原状延缓径流作用显著,流速维持在0.05～0.09m/s,加速侵蚀后流速均增加,且自上坡面至下坡面有增大的趋势。原状林地处理的雷诺数(Re)为160.8,属于层流;加速侵蚀后坡面Re显著增加,处于层流与紊流之间的过渡流状态。与原状相比,去除枯枝落叶层和除地上部分处理的Re分别增加了114.9%～245.1%和322.2%～1 012.9%,阻力系数(f)分别减少了5.2%～90.6%和42.6%～270.3%;除枯枝落叶层处理的中下段和下段弗汝德数(Fr)均大于1,为急流,坡上和中上段Fr均小于1,为缓流。翻耕处理的径流流速减缓,Re减小;Fr在坡中上、中下段、下段增加了181.6%～72.3%,f减少了41.3%～66.8%,坡上Fr减少了67.3%,但f表现为增加。在降雨初期动能较低,随降雨历时增加呈缓慢上升,最后趋于稳定,且径流势能远大于径流动能。坡面除枯枝落叶层、除地上部分和翻耕加速侵蚀后,坡面能耗增大,侵蚀量与能耗相关性较好。     

森林植被防止地表侵蚀机制研究

森林等植被具有涵养水源、防风固沙和防止地表侵蚀等机能。引起地表侵蚀的主要原因是降雨 ,其次是冻融。然而在有植被特别是森林植被的情况下 ,能够减免地表因降雨和冻融作用而发生的侵蚀。植被防止地表侵蚀最明显的机能有 :植被的地上部和枯枝落叶削减雨滴能量的机能 ;茎和枯落物削减地表径流流速及改善土壤渗透性减少径流量的机能 ;根系固结土壤颗粒的机能 ;枯枝落叶层保温的机能     

亚热带喀斯特森林的水土保持效益研究——以贵州茂兰国家级自然保护区为例

茂兰喀斯特森林是亚热带地区幸存下来的一片面积最大 ,分布最集中 ,原生性最强的喀斯特森林。通过一年多时间的连续观测发现 :在 15 93.2 m m的年总降雨量中 ,有 2 0 7.4 mm被林冠截流 ,占 13% ;有 119.1m m为树干径流 ,占 7.5 % ;森林穿透雨为 12 6 6 .7m m,占 79.5 %。枯枝落叶的最大持水率可达 2 35 .6 7% ,岩面苔藓的最大吸水率可达 6 5 0 .35 % ,腐殖土的最大持水率为 6 4 .4 3% ,而钙质土的最大持水率仅为 4 5 .2 5 % ,腐殖土比钙质土的持水性高 12 %～ 2 2 %。在自然失水过程中 ,失水速度为岩面苔藓 <钙质土 <腐殖土 <枯枝落叶。同一场降雨非森林喀斯特地区比森林区更易形成地表径流 ,且无森林覆盖区的地表径流的含沙量很大 ,森林区的含沙量只有非森林区的 5 .5 7‰～ 13.74‰ ,为此喀斯特森林具有很强的保护水土能力。     

影响水土流失主要因子的研究

利用主分量分析的方法对人工油松林地影响水土流失的主要因子进行了分析。研究结果表明：径流势能、根量、郁闭度对水土流失起决定作用而尤认径流势能量为突出。在９个影响水土流失的因子中，影响水土流失大小的顺序依次是：径流热能、根量、郁闭度、Ｉ３０枯枝落叶厚度、降水量、降水历时、Ｉ１０。     

不同处理下油松枯落物减流减沙效应试验研究

森林枯落物对坡面土壤侵蚀过程发挥着重要的调控作用,但其控制效应仍待明确。采用室内大型土槽及人工模拟降雨试验探讨油松枯落物的不同铺设方式对坡面产流产沙的影响,试验在4种雨强(30,60,90,120mm/h)和油松枯落物的3种铺设方式(裸坡对照、枯落物直接铺设和枯落物隔网铺设)下进行,设置枯落物隔网铺设方式来研究枯落物降低雨滴动能减少击溅侵蚀作用,设置枯落物直接铺设方式来研究枯落物增大地表粗糙率阻滞拦截作用。结果表明:(1)枯落物存在使坡面初始产流时间延长2.3～5.5倍,且枯落物隔网铺设较直接铺设初始产流时间更长。(2)2种枯落物覆盖坡面与裸土坡面相比,枯落物减小坡面径流流速47.9%～62.3%,雨强越小,枯落物减弱径流流速作用越明显。(3)枯落物显著增加入渗并减小径流,在雨强较小时作用更加明显。(4)枯落物可减少径流泥沙75%以上,直接铺设减沙更加明显,这主要是由于枯落物增大地表糙度减小流速。研究结果为植被坡面土壤侵蚀模型建立提供一定理论基础,为面向水土流失防控的植被构建提供一定科学依据。     

林地枯落物抗冲试验研究

通过对枯落物抗冲性测定资料分析,得出枯落物自身抗冲能力与其增强土壤的抗冲效应相一致,抗冲能力大小顺序为油松>山杨>沙棘>刺槐。枯落物的抗冲力还随其厚度增加而提高,与单位面积中的活植物茎数量成正相关。具有枯落物的林地土壤冲失量主要取决于冲刷的前1～3min,而与更长的冲刷历时关系不大,但与冲刷径流强度关系紧密,每当径流出现增值都会引起土壤冲失量新的峰值。     

模拟降雨条件下侧柏林地枯落物对坡面产流产沙的影响

以北京山区人工侧柏林地坡面为研究对象,基于2个2m×5m径流小区,设枯落物覆盖自然坡面与裸露坡面2种处理、大小2种雨强(126,70mm/h),通过对比分析2种处理下坡面产流产沙过程,揭示林下枯落层覆盖对北京山区坡面产流产沙的影响。结果表明:(1)与裸坡相比,枯落物覆盖自然坡面产流产沙分别减少了67.0%和90.6%,其中,减沙效益大于减水效益。(2)无论是枯落物覆盖自然坡面还是裸坡,坡面产流过程均表现为先增大后趋于稳定的变化规律,但枯落物覆盖坡面产流趋于稳定的时间较裸坡有所提前。(3)枯落物覆盖坡面70,126mm/h降雨平均产沙速率分别为2.8,80.8g/min,裸坡分别为51.4,872.7g/min,枯落物覆盖坡面产沙率显著小于裸坡(p0.05)。当地表有枯落物覆盖时,产沙速率与含沙量随产流历时均波动变化不大,坡面产沙是一个基本稳定的过程;于裸坡而言,产沙速率与含沙量在小雨强条件下呈现先增加后趋于稳定的变化规律,而大雨强条件下,两者随产流历时先急剧增加后波动降低。(4)枯落物覆盖坡面产沙量与产流量为线性关系,而裸坡产沙量随产流量的增加呈幂函数急剧上升。研究结果可为评价北京山区人工林恢复水土保持效益提供理论依据,同时增进了对北京山区林地坡面产流产沙机制的认识。     

不同植被格局下凸型坡径流流速时空变化及产沙研究

以凸型坡为研究对象,利用室内径流冲刷试验,研究了不同植被配置下凸型坡水蚀动力的变化过程以及侵蚀产沙的差异。结果表明:裸坡条件下径流流速呈现出极强的空间波动状态,随水力断面与坡顶距离的逐渐增加表现出先减小后增大的空间变化态势,导致侵蚀最为严重的部位出现在上坡上部和下坡上部。将草带布设于与坡顶距离60%～80%位置处对径流流速影响较大,降幅为22%,蓄水效益和减沙效益分别为12%和69%,能够较好地发挥直接拦沙的水土保持功效。不同植被空间配置下的径流量和产沙量均表现出与径流流速相一致的空间变化特征,随着草带距坡顶距离的逐渐增加,径流量和产沙量呈现出先增加后减小的趋势,植被通过调控水蚀动力过程实现了对径流和侵蚀产沙的调控。在此过程中,植被的空间配置方式改变了径流流速时空变化特征,从而对水蚀动力过程起到了很大程度的调控。研究结果有助于加深对植被、冲刷与水蚀动力过程之间耦合关系的理解。     

林火前后坡面覆盖类型对产流产沙影响的模拟试验

通过室内模拟降雨试验,设置3种降雨强度(30,60,90 mm/h)和3种地表覆盖类型(裸土坡面、1 cm马尾松枯落物覆盖、1 cm马尾松灰烬覆盖),研究林火发生前后不同地表覆盖下的坡面产流产沙过程,明确枯落物和植物灰烬覆盖的减流减沙效益。结果表明:(1)相比裸坡,枯落物和灰烬覆盖下的坡面初始产流时间分别延长33%~80%和51%~200%,灰烬覆盖对延缓产流的效果更为明显;(2)相比裸坡,枯落物覆盖的减流效果稳定在12%~36%,而灰烬覆盖在中小雨强的减流效果高于70%,在90 mm/h雨强时减流效果降低至7%;(3)裸土坡面产流呈现先快速升高后稳定的趋势,而枯落物和灰烬覆盖坡面产流效果呈现"阶梯"形上升趋势;(4)枯落物覆盖能够减小径流携沙量和总产沙量,在3种雨强下减沙效益均高于85%,且高于同雨强下灰烬覆盖的减沙效益。枯落物覆盖的减流减沙效果在不同雨强下表现较为稳定,而灰烬覆盖的减流减沙效果受降雨强度的影响显著,且枯落物覆盖的减沙效益在3种雨强下均优于灰烬覆盖,说明在林火发生后地表覆盖改变是引起土壤侵蚀增加的重要因素之一。     

不同宽度硬头黄竹林河岸缓冲带对地表径流的拦截效应

利用2008年河岸缓冲带硬头黄竹人工林的降雨量、穿透降雨量和树干径流量来计算林冠层截留量,并在冬、夏两季分别对林内枯落物和取样土壤测定最大持水能力,建立5m至40m不同缓冲带宽度的简易径流场观测地表径流量.结果表明:全年林冠截留总量为315.6 mm,占全年降水量的32.4%,林冠截留量随着降雨量的增加而增加,但林冠截留率反而减小,选取24组不同雨量级的降雨量(P)与林冠截留量(I)数据进行拟合,方程为:I=0.7791P~(0.78).硬头黄竹林内枯落物生物量为2.87 t/hm~2,其最大持水量为9.13 t/hm~2,是枯落物自身干质量的3.2倍,但由于>10 mm的降雨在时间分布上具有连续性,枯落物对降雨的截留效应明显被削弱.实际截留量只占全年降水量的9.2%.硬头黄竹林对林内土壤物理性质起到了明显的改善作用,土壤容重随着土壤深度的变浅而减小,加快了地表径流的人渗速率,土壤的最大截留能力为497.36 t/hm~2.地表径流量随河岸缓冲带宽度增加而减小,20m宽的河岸缓冲带就可截留40.7%,而当缓冲带宽度继续增加,截留效率并没有明显变化.     

林下地被物保水保土作用研究进展

 较为系统地总结了部分前人关于林下枯落物和苔藓对水土保持、环境保护等方面作用的研究成果,林下枯落物和苔藓均具有较强的吸持降水、涵养地表径流、增加地表糙率、改良土壤特性等作用。部分学者的研究成果还表明,苔藓对环境变化具有指示和监测作用。     

植被退化对典型草原地表径流的影响

通过野外径流测定、野外径流模拟实验与实验室径流模拟实验,对内蒙古锡林郭勒盟典型草原地表水分生态过程及其影响因子进行了系统分析,初步得出以下结论:(1)植被退化对典型草原地表径流有重要影响,地表径流与退化强度呈正相关,植被退化显著增加了地表径流系数和地表径流量。(2)植被层的植株高度、密度是影响地表径流的重要因子。地表径流均随着植被高度、密度的增加而降低。但在一定条件下,植被高度作用大于密度作用。(3)枯落物对径流的影响也非常明显,主要表现在直接截留作用和间接阻挡作用,在一定条件下,枯落物作用大于植被作用。