植物篱措施下工程堆积体坡面减流减沙效益研究

为探讨植物篱措施下工程堆积体坡面不同坡段的减流减沙效益,选取了35,45,55L/min放水流量,模拟0.3,0.4,0.5mm/min的雨强条件,对24°坡度的堆积体边坡进行模拟径流冲刷试验。结果表明:植物篱可以很好地阻延坡面径流,且产流时间随着放水流量的增加呈线性递减趋势;对照坡面的平均产流量沿着水流方向呈先增后减的趋势,而植物篱坡面呈相反趋势;根据产流产沙量在不同坡段上的对比情况可知,植物篱措施的合理配置应着重加强中间坡段的防治;55L/min流量下的累计减沙量显著大于另外两个流量的累计减沙量,累计减沙量与时间呈三次函数关系;时段产沙量随着时段产流量的增大而增大,二者呈幂函数关系;累计产沙量与累计径流量呈二次函数关系,累计产沙量存在最大值,且二者的函数关系存在定义域。该研究可为工程堆积体坡面防治措施的优化配置提供一定的理论支持。     

东北黑土区水土保持措施减沙效益初步分析

东北黑土区是我国重要的商品粮基地。由于百余年的开垦,导致水土流失十分严重。为保护黑土资源,2003~2005年国家实施了东北黑土区水土流失综合防治试点工程,同时开展了水土保持监测。通过对项目区5条重点小流域内的径流小区径流泥沙监测,对比分析各种措施的减沙保土效益。2004年监测数据分析表明:“试点工程”坡面治理中的几种主要措施保土效益十分明显。与裸地相比,减沙保土效益最好的是水平台田,可减少土壤流失量高达99.8%,其次是地梗植物带为93.0%,荒山荒坡灌木梗为87.6%,等高耕作为78%。若与顺坡垄相比,等高耕作比顺坡耕作的保土效益高,达93.2%。     

布设植物篱条件下工程堆积体坡面产流产沙过程研究

为了探究植物篱措施对工程堆积体坡面产流产沙过程和减流减沙效益的影响,采用35,45,55L/min 3个流量,对24°,28°,32°3个坡度的堆积体边坡(20m×5m标准小区)进行模拟放水冲刷试验。结果表明:植物篱坡面的初始产流时间和产流强度较对照坡面(裸坡)均有不同程度减小,产流强度在时间尺度上表现为间歇性波动上升;植物篱坡面产沙率先增大后减小,产沙率整体低于对照坡面,且二者差值随时间逐渐缩小;小流量条件下产沙较稳定,大流量条件下产沙率变化较大;产沙量与产流量之间有良好的线性关系;植物篱措施的平均减沙效益随坡度增大而减弱,平均减流效益随坡度增加而增大,减沙效益仅与坡度有显著相关性。减流效益与减沙效益的关系较复杂,但降低工程堆积体坡面坡度仍是防治水土流失的关键,对于植物篱措施减流减沙的局限性,应通过提升植物篱的布设参数来改善。     

香根草植物篱对三峡库区坡地紫色土侵蚀的影响

紫色土坡地是三峡库区水土流失的主要来源,严重影响着三峡工程的运行安全。植物篱是三峡库区坡地的重要水土保持措施之一,具有明显的减流减沙效益,然而植物篱地上及地下部分对坡面侵蚀的影响尚不明确。为此,该研究通过设置2个坡度（15°和25°）、2个降雨强度（60和120 mm/h）和3个坡面条件（裸坡对照、植物篱和仅有植物篱根系）,开展人工降雨试验,分析各试验条件下初始产流时间、径流量和侵蚀量的变化特征。结果表明：植物篱、地下部分和地上部分的平均减沙效益分别为75.59%、29.45%、46.13%,是对应的平均减流效益的4.79、4.60、4.92倍;地上部分和地下部分延缓初始产流时间、减流和减沙平均贡献率分别为48.28%和51.72%、62.25%和37.75%、60.44%和39.56%,表明植物篱对减沙作用更明显,且地上部分对产流产沙的影响大于其地下部分。以上结果加深了香根草植物篱对坡地侵蚀过程影响的理解,可为三峡库区紫色土坡地水土流失防治提供科学依据。     

植被覆盖对砒砂岩地区边坡侵蚀的减流减沙效益

为研究植被覆盖对砒砂岩地区自然边坡坡面侵蚀产流产沙规律的影响,阐明植被覆盖的减流减沙效益,在内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗的西召沟内选取坡度在10°左右的裸地、草地、柠条、沙棘和油松5种植被覆盖类型的砒砂岩自然边坡,在冲刷流量为200L/h时分别对各植被覆盖边坡进行野外实地放水冲刷试验,对不同植被覆盖类型的砒砂岩自然边坡坡面侵蚀的减流减沙效益进行了研究。结果表明:植被覆盖可明显增加砒砂岩自然边坡水流冲刷的稳定性。不同植被覆盖类型的砒砂岩自然边坡坡面径流强度大小排序为裸地油松草地柠条沙棘;产沙强度大小排序为裸地草地柠条油松沙棘。相对于草地、柠条和油松覆盖的坡面,沙棘覆盖的砒砂岩自然边坡减流和减沙效益均最大。     

矿区排土场边坡不同植被配置模式的控蚀效益研究

为研究不同植被配置模式对露天煤矿排土场边坡径流产沙的影响。以内蒙古永利煤矿恢复4 a的排土场边坡为研究对象,采用原位放水冲刷试验方法。以裸坡(BS)为对照,研究了递增型放水流量(5-10-15-20 L·min~(–1))条件下内蒙古永利煤矿排土场边坡不同植被配置模式(上坡冰草(面积占比30%)+下坡沙蒿(70%),C3H7;上坡冰草(70%)+下坡沙蒿(30%),C7H3;冰草,QC;冰草和沙棘混合配置,CG)的减水减沙效益。结果表明:(1)流量递增初期(0～9 min),径流率与侵蚀速率急剧增大,后波动减小。随着放水流量的递增,坡面径流率随产流历时的延长呈阶梯式增长,相对于首次放水流量(5 L·min~(–1))冲刷时,流量增大至10、15、20 L·min~(–1)防护坡面与未防护径流率差异缩小。侵蚀速率随放水流量的变化较径流率的变化趋势减小,且后期较大流量下,坡面侵蚀速率有下降趋势;(2)C3H7、C7H3、QC、CG配置模式坡面的减水和减沙效益分别为31.99%、18.72%、15.29%、34.36%和81.28%、87.29%、84.80%、58.73%。"冰草-沙棘(CG)"配置坡面和"冰草-沙蒿(C7H3)"配置坡面分别具有最优的减水效益和减沙效益;(3)坡面不同根系植被混合搭配时的减水减沙效益高于单一根系植被防护坡面,直根系与须根系植被合理配置具有更好的防护效果;(4)各坡面侵蚀速率和径流率呈极显著的幂函数(BS、C3H7、QC、CG)和线性(C7H3)关系。(5)坡面各植被配置模式在该区能较好地抵御持续暴雨径流的冲刷袭击。研究结果可为矿区合理进行生态恢复提供依据。     

不同坡度下反坡水平阶的蓄水减沙效益

在昆明松华坝迤者小流域,在自然降雨条件下定点观测不同坡度下径流和泥沙的流失特征,研究反坡水平阶对不同坡度下坡耕地的蓄水减沙效益。结果表明：反坡水平阶总体上对坡耕地为5°和15°的减水效益分别达到75.98%和74.55%,减沙效益总体上分别达到了85.91%和80.52%;坡耕地为25°的减水效益总体上达到了43.48%,减沙效益总体上达到了69.15%。不同坡度下反坡水平阶坡面对照自然坡面得出的用水减沙比表现为坡度越小用水减沙比越大,坡度越大用水减沙比越小。说明坡度越小,反坡水平阶对径流和泥沙的拦截效果越明显,反坡水平阶有直接蓄水减沙的水土保持功效。     

黔西北乡土植物篱对典型石漠化区石灰土侵蚀动力学过程的调控

在自然降水条件下,定量研究黔西北喀斯特石漠化区典型乡土植物刺梨在坡耕地产流产沙的变化规律,分析该植物篱控制侵蚀产沙的水动力学机理。结果表明,刺梨植物篱截流、分流作用延缓径流产生及汇流时间,增加喀斯特坡面径流入渗量,减小坡面侵蚀动力。在不同降雨强度条件下,喀斯特坡面入渗率与径流量和产沙量呈负线性相关。植物根系缠绕串连黏结根土,改变土壤的入渗特性,增强土壤抗冲性与抗蚀能力。根系密度随土层深度增加而减少,减沙效应亦变小。土壤抗侵蚀能力与d<1mm的须根密度呈极显著正相关关系,与d≤2mm须根的根量、根长与土壤抗冲指数存在线性回归关系。当I30雨强为2.41mm时,植物篱小区几乎无流水侵蚀,而对照样地侵蚀产生较多泥沙;当I30为4.72,8.35mm时,研究小区皆已侵蚀产沙,并在对照样地侵蚀产生细沟,显示雨强加大,坡面产流动力加强,冲沙携沙能力加大。说明植物篱起到保水固土减沙和对土壤侵蚀水动力过程的调控。喀斯特坡面流侵蚀产沙水动力主要受降雨强度和雨滴动能影响,雨滴侵蚀力的大小取决于雨量、雨强、雨滴大小。侵蚀产沙量与雨强、降雨历时呈显著的幂函数关系。揭示了植物根系固土减沙和提高土壤抗侵蚀水动力的调控机理。     

不同尺度下冻融作用对东北黑土区产流产沙的影响

通过对东北黑土区坡面8年和小流域7年的降雨产流产沙过程观测,对比每年受冻融作用影响的降雨和其余不受冻融作用影响的降雨产流产沙的特征,研究冻融作用在坡面和小流域尺度上对东北黑土区产流产沙的影响,为东北黑土区在冻融作用下多尺度土壤侵蚀定量评价及其转换模型的建立提供科学依据。结果表明:冻融作用减小了坡面和小流域的产流,径流系数分别减小0.07和0.03,坡面产流延迟71.7%,而小流域无明显延迟。坡面和小流域土壤流失量、土壤可蚀性K值及含沙量均显著增加,更易在较小降雨侵蚀力下产生较大流失量;与不受冻融的降雨事件相比,受冻融影响的降雨事件因径流减弱,在相同降雨量下的侵蚀量低,而在相同径流深下的侵蚀量高。冻融作用在径流较小时对坡面细沟的发育及产沙影响明显,在径流较大时对小流域切沟中松散堆积物的搬运及产沙影响明显。     

香根草植物篱对三峡库区坡耕地侵蚀分布的影响

为探究植物篱对坡耕地侵蚀分布的影响,设置1个坡度(15°)、3个降雨强度(60,90,120 mm/h)和3种坡面条件(裸坡对照CK、植物篱P和仅有植物篱根系R),采用稀土元素氧化物将坡面分成5段(自上而下),开展室内人工模拟降雨试验。结果表明:随着降雨强度的增加,各坡面条件示踪坡段的侵蚀速率和侵蚀量均有所增加,整体上均表现为CK>R>P的趋势,植物篱可以显著降低坡面各部位的侵蚀速率及其侵蚀量,且使得侵蚀产沙主要集中在坡中部的Ce、La和Yb 3个示踪区。与CK坡面条件相比,R与P坡面条件下Sm和Ce示踪坡段对总侵蚀量的平均贡献率分别减少77.15%,90.38%和30.01%,28.35%,而Yb、La和Eu示踪坡段对总侵蚀量的平均贡献率分别增加54.34%,35.39%和12.39%,40.58%以及101.45%,91.31%。研究结果表明,植物篱造成坡面下部侵蚀贡献减小而中上部侵蚀贡献增加,坡面侵蚀部位整体上移,对坡地侵蚀的空间分布有显著影响。     

工程堆积体坡面植物篱的控蚀效果及其机制研究

工程堆积体极易产生水土流失,是生产建设项目水土流失防治的重点。为探明工程堆积体植物篱控蚀效果和机理,通过野外模拟径流冲刷试验,该文采用35、45、55 L/min 3种放水流量,对24°、28°、32°三种坡度的植物篱(H)及裸露对照小区(C)堆积体边坡(20 m×5 m标准监测小区)进行模拟放水冲刷试验,选取产沙率、径流含沙量、减沙量、径流挟沙力、剪切力、剥蚀率和径流功率等因子对堆积体坡面植物篱的控蚀效果及其机理进行分析。结果表明:堆积体侵蚀时间段集中在产流中后期(10~32 min),侵蚀位置主要在坡面中上段(0~10 m),植物篱具有10%~45%的减沙效益,其控蚀能力与冲刷历时之间存在二次函数的关系,临界时间随坡度和流量的增加而提前;植物篱坡面产流后期径流含沙量超过裸坡,这与其在侵蚀过程中的"源-汇"转变有关;植物篱可降低坡面土壤剥蚀率,提高坡面的临界剪切力和临界径流功率,能抑制细沟向坡面下部的发育,基于径流功率,其可蚀性参数(3.58 g/(N·m))大于对照坡面的可蚀性参数(2.83 g/(N·m))。研究结果可为坡面植物篱的合理利用提供一定的理论支撑,也能为工程堆积体措施条件下土壤侵蚀预报模型的建立提供部分参数支持。     

天然降雨下川中丘陵区不同年限植物篱水土保持效用

通过对遂宁水土保持试验站内不同坡度(10°和15°)植物篱小区及对应对照小区为期7年的水土流失定位观测,探究了天然降雨条件下香根草植物篱和新银合欢植物篱在其生长年限增长过程中对紫色土坡耕地水土流失的影响。结果表明:(1)当植物篱开始发挥其水土保持作用时,减流率(年均)达10.5%～20.0%,减沙率(年均)达53.5%～54.5%,减流作用随年限增长波动较大,减沙作用逐渐趋稳;(2)10°香根草植物篱水土保持效果最优,其减流和减沙作用均在生长年限为1年时开始发挥,10°新银合欢植物篱次之,其减沙作用较减流作用提前约1年凸显,15°香根草植物篱最弱,其布设小区多数次降雨减流率均明显低于10°植物篱小区;(3)总体上植物篱能够降低坡度对坡耕地水土流失的加剧作用,其中径流流失减少28.9%,泥沙流失减少11.3%,并削弱降雨量与径流泥沙的相关程度;(4)平均径流系数和降雨引发泥沙量随植物篱年限增长逐渐趋稳,其中10°小区香根草植物篱和新银合欢植物篱对特大暴雨(12 h降水总量140.0 mm)和大暴雨(12 h降水总量为70～140 mm)下产生的径流系数消减明显,达15.0%～34.4%,各植物篱对所有降雨等级平均单位降雨所产生泥沙量均有明显消减作用,达34.1%～48.5%。     

东北黑土区不同垄作坡面产流产沙过程

起垄种植是东北黑土区普遍的耕作模式,不同垄作坡面产流产沙规律尚不明晰、亟需研究。为此,基于野外放水冲刷试验,设计3个冲刷流量(30 L/min,60 L/min,90 L/min)和4种处理坡面(横坡垄作、斜坡垄作、无垄作、顺坡垄作),探究东北黑土区不同垄作坡面的土壤侵蚀差异。结果表明:(1)3种冲刷流量产流率和含沙量均随垄作措施改变呈持续波动趋势,但受冲刷流量影响二者变化规律不同。(2)4种垄作措施状况下,产流时间与冲刷流量均不相关,含沙量与产流时间均呈负相关; 其他试验条件下,因冲刷流量和垄作措施的差异出现不同相关性。(3)30 L/min,60 L/min两种冲刷流量下,侵蚀强弱表现为:顺坡垄作>无垄作>斜坡垄作>横坡垄作。冲刷流量90 L/min时,侵蚀规律变为:横坡垄作>顺坡垄作>斜坡垄作>无垄作,且横坡垄作与斜坡垄作的累积产沙量较30 L/min冲刷流量比分别增加了12.78倍和10.11倍。综上,小流量冲刷条件下横垄和斜垄可有效控制径流和水土流失,当冲刷强度增大后二者发生断垄恰是径流和泥沙发生变异的最主要因素。     

植物篱防蚀措施对三峡库区坡耕地微地形的影响

三峡库区是我国重要的水蚀区之一，过度农业利用引发水土流失和生态退化。采用保护性管理对坡耕地水土和营养盐流失的影响已经开展了很多研究，而基于长期试验的保护性管理措施对坡面微地形的影响，鲜有涉及。本文对位于三峡库区域地区陡坡地四种管理模式长期试验径流小区坡面地形相关参数进行了观测、分析。结果显示，与对照小麦—花生种植模式相比，采用套种紫花苜蓿植物篱、香椿植物篱能够极显著降低水土流失，坡面地形沿篱基梯级化显著。而黑麦草-籽粒苋替代模式对水土流失控制效果不稳定，且坡面地形与对照无差异。小麦-花生套种紫花苜蓿、香椿植物篱处理的坡面均形成基于篱带部的篱坎，篱坎下部侵蚀较强，篱带上淤下蚀现象明显。其中小麦-花生套种香椿植物篱小区坡面形成2级植物篱淤积坎，坎宽幅平均达到420.8 cm，淤积坎相对高差为40.4 cm，平均坡度下降1.4度。小麦-花生套种紫花苜蓿植物篱坡面形成4级篱坎平均坎宽幅为210.3 cm，平均相对高度为110.6 cm，平均坡长为238.1 cm，平均坡度下降0.3度。说明坡耕地采用植物篱技术能够减蚀截淤，显著改变微地形。针对微地形的变化，套作植物篱的坡耕地在后期宜实行坡改梯或梯级坡地配套完善灌排设施，利用已优选的植物品种设计木本与草本套种的复合植物篱，有望进一步改善土体根系分布，从而稳固篱坎，控制水土流失。该研究为植物篱技术后续管理措施优化提供了参考依据。     

草篱对坡耕地水土流失的影响

在华北地区采用人工模拟降雨的方法研究了狼尾草和野古草两种人工草篱在不同雨强(22,36,63 mm/h)和不同坡度(5%,10%,15%,20%)条件下对坡耕地水土流失的影响。结果表明:野古草草篱可减少7%~37%的地表径流和49%~63%土壤侵蚀,狼尾草草篱可减少30%~72%的地表径流和69%~89%的土壤侵蚀,数据显示两种草篱均能减少坡耕地地表径流和土壤侵蚀,且狼尾草草篱的水土保持作用明显好于野古草草篱;多元回归分析结果表明,地表径流量和土壤侵蚀量与草篱、坡度和降雨强度均呈显著相关,其中草篱带是影响坡耕地水土流失的主要因子。     

香根草植物篱带宽对紫色土坡地产流产沙的影响

为研究植物篱篱带宽度对紫色土坡地产流产沙过程的影响,寻求有效控制水土流失的最优植物篱带宽度,采用人工模拟降雨试验对3种篱带宽度(20,30,40cm)、不同雨强(30,60,90mm/h)下的紫色土坡地产流产沙过程进行研究。结果表明:(1)植物篱能有效延缓紫色土坡面产流时间,坡面产流量与篱带宽度能拟合为二次方程(R2=0.99)。随篱带宽度的增大,流速减小,且篱带内部的流速下降最明显,流速变化曲线波动幅度变小。(2)植物篱在产沙过程前期有效抑制坡面产沙量的增长,坡面产沙量随篱带宽度的增大而减少,且当雨强为30,90mm/h时,二者拟合的二次方程R2达到0.99。(3)篱带宽度对产流、产沙量的影响均为极显著。30mm/h雨强下、宽度为30cm的篱带可达到显著的减流减沙效益,是能有效控制水土流失的最优植物篱带宽度。     

等高植物篱控制紫色土坡耕地侵蚀的特点

应用等高植物篱能在较低投入下有效控制坡地土壤侵蚀和养分流失。三峡库区紫色土 2 5°坡地的大雨强模拟降雨实验表明 ,香根草等高植物篱能减少相当于对照坡耕地的 82 .2 %的侵蚀量 ( 1 997年 1 1月 ) ,通过施肥促进植物篱生长密闭能进一步提高对流失土壤的拦截效率 ,效果不逊于带间覆盖。经过 31个月的侵蚀过程 ,各植物篱小区最明显的坡形变化是篱带处及其前部堆淤成接近水平的淤积带。由于植物篱的阻滞和坡形的变缓 ,径流和表土作用的时间延长 ,由径流携带的养分损失成为坡面养分流失的重要途径 ,控制径流损失是控制养分流失的重要方式之一 ,同时也有助于减少坡面侵蚀     

等高耕作对不同坡度坡面土壤侵蚀过程的影响

等高耕作是一种典型的农业耕作措施,通过影响坡面填洼、入渗等进而影响坡耕地坡面土壤侵蚀过程。通过人工模拟降雨试验,设计降雨强度(90 mm/h)、5个地表坡度(3°,5°,10°,15°,20°)以及2种坡面处理(等高耕作和平整坡面),对径流强度、侵蚀率、径流含沙量、减流减沙效益等指标进行综合对比分析,与平整坡面进行比较,探究了黄土高原坡耕地等高耕作措施对坡面土壤侵蚀过程的影响。结果表明：(1)与平整坡面相比,等高耕作明显延缓坡面初始产流时间,使初始产流时间延迟11.58～31.91 min,随着坡度增大,等高耕作初始产流时间延长效应逐渐减弱。(2)等高耕作具有削弱径流强度和侵蚀率的作用,与平整坡面相比,等高耕作的坡面径流强度、侵蚀率和径流含沙量分别减少11.77%～94.92%,20.69%～99.27%和2.46%～88.40%。但等高耕作减少产流产沙能力有限,若坡面发生断垄,等高耕作坡面的径流强度、侵蚀率、径流含沙量都可能接近或大于平整坡面。(3)在降雨过程中,累计产沙量与累计径流量之间满足线性正相关关系,等高耕作累计产沙量随累计径流量的增大幅度始终小于平整坡面。(4)等高耕作在不...