构树林下枯落物对坡面流水动力学特性的影响

为研究构树及其枯落物对坡面径流水动力学参数特征的影响,采用人工模拟降雨的方法对不同坡度和降雨强度条件下有枯落物覆盖和无枯落物覆盖的构树坡面径流的水动力学参数特征进行试验。结果表明:构树林下枯落物能减小坡面土壤侵蚀64%~84%,并且随着坡度和降雨强度的增加,减沙效应逐渐变小;坡面径流雷诺数随降雨历时增加呈现先增大后稳定的趋势,雷诺数随坡度的增加显著增加,随降雨强度的增加显著增加,并且降雨强度对雷诺数的影响更加明显,构树林下枯落物对坡面径流雷诺数影响显著,能有效减小径流雷诺数;径流功率随降雨的进行呈现逐渐增大并最后稳定的趋势,坡度和降雨强度的增加均会导致径流功率增大,枯落物能够显著减小坡面径流功率,减弱径流的携沙能力。     

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。     

林地枯落物层水文特征研究进展

 林地枯落物层作为森林水文功能的第2作用层,在涵养水源和保持水土中发挥了重大作用。通过综述国内外林地枯落物层水文特征的研究内容、室内外研究方法以及水文过程模拟的研究现状,指出目前我国在林地枯落物层水文特征研究过程中存在的主要问题是,研究内容单一和研究方法落后;认为野外定位试验对于全面了解枯落物层水文特征乃至水文过程具有重要意义,是今后研究的重点;同时,认为室内模拟降雨和变雨强研究能够深入了解野外枯落物层的降雨截持能力和截持机理;枯落物层水分动态是多水文过程和多因素综合作用的结果,物理模型的建立与参数的确定对于深入了解枯落物层的水分变化状况,合理营林等具有重要作用。     

岷江上游中山区低效林改造对枯落物水文作用的影响

川西地区存在大面积的低效林,其生态功能极弱。通过萌蘖更新技术对岷江上游中山区低效灌丛林地进行改造,定位监测对枯落物水文作用的影响,结果显示:(1)低效林改造1年后,枯落物层厚度和贮量均有明显的改善,总贮量较改造前提高了32.68%,厚度从未分解层向半分解层或分解层转化的趋势加快;(2)改造低效林枯落物层最大持水量较改造前增加了39.60%,影响枯落物层最大持水量的主要因素是枯落物贮量和分解程度;(3)改造林地枯落物对降雨拦截能力有一定的提高;(4)岷江上游中山区枯落物持水量与浸水时间呈对数关系(S=klnt p),枯落物的吸水速率与浸泡时间呈反曲线关系(V=p k-t1)。今后应加强对改造林地枯落物的分解速率、土壤的生态功能等方面的研究,以系统综合地讨论这一地区低效林改造的生态效果。     

文献三峡库区森林植被林地枯落物现存量及其持水能力

 基于三峡库区森林资源2类清查数据,结合森林植被林地枯落物现存量样地调查及浸泡实验,建立关于浸泡时间的持水量和吸水速率系列预测模型,对库区主要森林植被类型林地枯落物现存量及持水特性进行研究。结果表明:1)三峡库区不同植被类型林地枯落物现存量在一些类型间存在显著差异——杉木林林地枯落物现存量最高,达到11.610 t/hm²;柏木林枯落物现存量最低,仅为3.948t/hm²。2)不同森林植被类型林地枯落物的含水率竹林最高,达到182.9%,柏木林枯落物含水率最低,仅为32.2%。3)所有森林植被类型林地枯落物持水量均随浸泡时间的延长而增大,24h后增加速度急剧下降,48h后基本达到饱和;竹林枯落物的饱和持水量最高,达到自身质量的3.367倍,灌木林最低,为2.089倍。4)不同森林植被类型林地枯落物在前2h内吸水速度最大,类型间差别也较大,之后急剧下降,20 h后类型间吸水速度趋向一致,48h后基本不再吸收水分。5)三峡库区不同森林植被林地枯落物现存量干质量总量为2 048万5 668 t,枯落物对单场次降水的潜在持水总量为4 695万3 451t,现实饱和持水总量为3 291万7 480t。单位面积林地枯落物潜在持水量和现实饱和持水量的空间分布体现"东高西低,南高北低"的特征。研究结果可为科学评价森林植被水源涵养功能奠定基础,也可为三峡库区林业生态工程规划与建设提供理论依据。     

三峡库区端坊溪小流域的森林水文效益

 三峡库区的森林水文作用,对于长江三峡水利枢纽工程的安全运行和效益发挥具有重要意义,对于改善和维持三峡库区的生态环境具有重要作用。根据1992— 2000年实测降雨、径流等观测资料,分析了三峡库区端坊溪小流域森林的林冠截留作用、林地枯落物的水文作用及森林覆盖率与土壤容重、土壤孔隙和小流域径流的关系。结果表明:三峡库区端坊溪小流域不同树种枝条基部直径与枝叶质量呈线性正相关,不同树种枝叶容水量与枝叶质量呈线性正相关,不同森林类型在场降雨中,林冠截留量为0.38～8.78mm,截留率为10.27%～49.48%,林冠截留量与降雨量呈幂函数关系;随着森林覆盖率的增加,林地的土壤容重减少,总孔隙度增加;主要森林类型中,针阔混交林林地枯落物的饱和持水量最大,端坊溪小流域枯落物层截留量可达到降水量的2.8%～6.3%;小流域径流量与同期降水量呈线性正相关。端坊溪小流域森林覆盖率每增加1%,小流域汛期径流深减少6.95mm。     

南方红壤区百喜草及其枯落物对降雨径流分配的影响

为了进一步研究百喜草(Palspalum notatum)及其枯落物覆盖对降雨径流空间垂直分配的影响,以江西水土保持生态科技园的径流小区为研究对象,对2005年观测的全年数据进行科学分析,得出主要结论如下:(1)百喜草及其枯落物覆盖能够有效改变降雨与地表径流、壤中流的关系,能够显著增强降雨量对地表径流和壤中流的影响;(2)百喜草及其枯落物覆盖能够有效改善降雨径流的垂直空间分配,使得地表径流减少,壤中流和基流显著增加.这为进一步加强百喜草在南方红壤区水土保持方面的应用提供了理论指导.     

荒漠草原4种主要植物群落枯落物层水土保持功能

枯落物层是草地除冠层外,大气与矿质土壤层、植物根系层进行物质与能量交换的重要介质,在生态学中起着不可替代的作用。通过研究荒漠草原4种主要植物群落(蒙古冰草群落、甘草群落、赖草群落和沙蒿群落)水土保持功能,结果表明:荒漠草原4种植物群落枯落物层年截留率在4.58%～5.61%,截留量为22.77～27.87mm,且枯落物对降雨的截留量随降雨量增加而增大,而截留率随降雨量增加而减小,当降雨等级在0～2mm时,截留率为100%,当降雨等级高于2mm时,截留率随1次降雨降雨量的增加而减少。枯落物层抑制土壤蒸发的效应与枯落物层厚度的增加呈正相关,有枯落物层比无枯落物层覆盖的土壤蒸发量减少了19.25%～76.82%,但当土壤含水量升高为田间持水量的3/4时,不同植物群落枯落物减少土壤水分蒸发的效应有所不同。围封内枯落物对土壤风蚀的抑制显著低于围封外,枯落物对风蚀的抑制作用与枯落物的蓄积量呈正相关。     

川西高山峡谷区6种森林枯落物的持水与失水特性

川西高山峡谷区森林较高的地表枯落物储量可能具有较好的水文生态效益,但缺乏研究关注。以川西高山峡谷区6种森林为对象,在雨季调查了不同森林地表枯落物的持水和失水特性。结果表明:(1)川西高山峡谷区林地枯落物蓄积量与最大持水量和有效拦蓄量呈显著正相关,林地枯落物蓄积量为6.90～17.49 t/hm~2,最大持水量为1.64～5.42 mm,最大持水率为138.18%～330.09%,有效拦蓄量为0.53～3.33 mm,有效拦蓄率为77.57%～203.02%。(2)相对其他森林,亮叶桦(Betula luminifera)-青麸杨(Rhus potaninii)林枯落物的持水性能最好,橿子栎(Quercus baronii)-白刺花(Sophora davidii)-黄栌(Cotinus coggygria)林枯落物的持水性能最差。(3)林地枯落物的累积持水量和累积失水量分别随浸泡时间和失水时间的增加呈对数形式变化,但枯落物吸水速率和失水速率分别与浸泡时间和失水时间呈显著的幂函数关系。川西高山峡谷区森林枯落物在雨季具有明显吸持拦蓄降雨的功能,且以亮叶桦-青麸杨林最好,研究结果为该区森林生态建设和生态效益评价提供了参考依据。     

重庆四面山林下典型植被对水分截留的影响

为探究西南地区林下植被与水分运移的定量关系,研究林下植被对水分截留的影响,在重庆四面山选取草珊瑚(Sarcandra glabra Nakai)、杜茎山(Maesa japonica Moritzi)、常山(Orixa japonica Thunb)3种典型常见灌木,采用人工模拟降雨方法分别研究了单株灌木、枯落物截留特征以及灌木和枯落物组合结构的截留特征。结果表明:(1)单株灌木、枯落物、灌木和枯落物组合结构对降雨的截留过程大致分为3个阶段,即快速截留阶段、饱和稳定阶段和降雨结束滞后冠滴雨阶段;(2)3种典型灌木草珊瑚、杜茎山、常山的截留量均随降雨强度的增大呈先增大后减小的规律;(3)枯落物最大截留量与降雨强度呈正相关关系,枯落物单位面积质量与枯落物平均最大、最小截留量间呈正相关关系;(4)与单株灌木和枯落物各自截留状况相比,灌木和枯落物组合结构最大截留量与降雨强度呈正相关关系,且快速截留阶段历时较长、最大截留量也较大。在雨强为35mm/h时,草珊瑚、杜茎山和其枯落物组合结构最大截留量大于灌木和枯落物各自最大截留量之和,常山和其枯落物组合结构最大截留量小于常山和其枯落物各自的最大截留量之和,在雨强为70,95mm/h时各组合结构最大截留量小于单株灌木和枯落物单独的最大截留量之和。林下灌木和枯落物在水分运移过程中均扮演了重要角色,其中枯落物对水分截留的贡献更大。因此,合理进行林下植被构建与配置能有效截留水分,对减少林地土壤侵蚀有一定的积极作用。     

不同植被下降雨类型对红壤坡地土壤侵蚀特征的影响

根据武汉市蔡甸区西湖流域径流小区记录的146场次降雨资料,研究了植被类型和降雨类型对红壤坡面产流量与土壤侵蚀量的影响。基于K均值分类,将当地降雨划分为A型降雨（中雨量、弱雨强、长历时和高频次）、B型降雨（极大雨量、极强雨强、短历时和低频次）、C型降雨（大雨量,强雨强、中等历时和低频次）和D型降雨（小雨量,弱雨强、短历时和高频次）四种雨型。发现裸地与果林地的产流输沙量大,水沙关系稳定,水土保持能力在各类侵蚀性降雨下均较弱,A雨型和C雨型是导致此类坡面土壤侵蚀的主要雨型。阔叶林、针叶林、牧草地和草坪地坡面的产流输沙量小,水沙关系不稳定,植被的水土保持能力总体较强,但是在B雨型下偏弱,B雨型和C雨型是导致此类坡面土壤侵蚀的主要雨型。     

次生马尾松林下植被恢复措施的水土保持效益

通过采集江西省赣县花岗岩区次生马尾松纯林地不同植被恢复措施坡面径流小区2010—2011年的降雨产流产沙资料,分析不同模式的水土保持功能及其植被恢复的水土保持效益。结果表明:1)次生马尾松稀疏纯林地水土流失严重,年产流系数为0.50～0.60,侵蚀模数在2 700～6 000 t/(km2.a)之间。2)植被恢复可以降低林地土壤侵蚀强度,但植被恢复的水土保持效益与林冠结构和地表覆盖度密切相关,当形成乔草或乔灌复合层时,可以起到50%～60%的年蓄水效益和65%～70%的年固土效益。3)植被恢复的水土保持效益亦受植被和降雨类型的影响,百喜草蓄水效益随降雨量先增后减,暴雨是蓄水效益变化的转折点,而胡枝子蓄水效益变化规律不一;植被恢复措施固土效益随降雨量的增加而降低,特别是在大暴雨情景时急剧下降。     

南方红壤区植被结构类型与降雨模式对林下水土流失的影响

植被和降雨是水土流失的关键因素,探究二者对水土流失的影响对开展水土保持具有重要意义。该研究基于鹰潭红壤生态试验站5种植被结构类型的径流小区2016-2018年93次降雨、径流、泥沙观测资料以及各小区植被结构参数,利用自组织映射(self-organizing maps,SOM)方法,根据雨量、历时、60 min最大雨强、平均雨强、降雨集中性等特征指标划分降雨模式,研究了不同降雨模式和植被结构类型的水土流失特征,并采用冗余分析(RDA)定量研究降雨与植被对林下水土流失的影响。结果表明,SOM方法能客观识别红壤区4种典型侵蚀降雨模式,R_Ⅲ模式(短历时、大雨强、雨量集中)是造成水土流失的主要降雨模式,R_Ⅳ模式(多雨量、大雨强、长历时)最具侵蚀性破坏力;植被结构类型显著影响水土流失,水土保持功能从大到小依次为:灌草混交林、草地、低灌林、乔木林、高灌林。RDA分析表明,降雨模式与植被结构类型能够改变降雨、植被对水土流失的影响,随着降雨模式由弱到强转变,植被的水土保持功能逐渐减小,降雨影响增强,水土流失由植被主控演变为平衡控制、降雨主控;随着植被结构类型由近地表植被向灌木、乔木的变化,植被的调节能力减小,降雨影响增强。     

太行山低山区刺槐人工林水土保持效应研究

利用小型径流观测场对比观测了不同林地降雨、径流过程以及全年的土壤侵蚀量。结果表明 ,与裸地相比刺槐林有很好的水土保持作用 ,能明显地减少地表径流和泥沙侵蚀。3 0 mm左右降雨量 ,有林地减少地表径流的能力是无林地的 3倍以上。2 0 0 0年径流观测场有林地土壤流失量为 179.4 2 g/ m2 ,无林地土壤流失量为 980 .1g/m2 。无林地土壤侵蚀量随降雨量的不同约是有林地的 3～ 5倍 ,有林地年度总侵蚀量较无林地减少 5倍以上。     

铁路工程大型弃土场水蚀特征天然降雨试验研究--以北同蒲增建二线原平至太原段河庄弃土场为例

以北同蒲增建二线改造工程河庄弃土场作为研究对象,在雨季进行了天然降雨试验研究,确定了项目建设产生的弃土场区域内产流过程及影响因素和土壤侵蚀特征。弃土场区域内产流受到降雨特征和水保措施功能发挥的影响。弃土场坡面地表土壤特性随着降雨击溅和径流冲刷的作用而发生变化,从而影响区域内径流和渗流途经,造成坡面产流的不一致性。弃土场内主要的产流区域为松散边坡和平台,坡面的侵蚀链是造成区域内产沙量增加的主要原因。     

植被叶面积指数与覆盖度定量表征红壤区土壤侵蚀关系的对比研究

选择较合理的植被指标,对提高植被水土保持效益评价精度具有重要理论与现实意义。本研究基于福建省长汀县河田镇12个土壤侵蚀试验小区2007年和2008年2 a的降雨、径流、泥沙数据及各小区的植被叶面积指数(LAI)、植被覆盖度(VFC)资料,利用对比与统计分析方法,研究了2种植被覆盖类型(纯马尾松林、马尾松林草)和不同覆盖度(80%、60%、45%、30%、15%和5%)的红壤水土流失特点,探讨了LAI与VFC定量表征水土流失关系的稳定性和可靠性。结果表明,与裸地小区比较,马尾松纯林覆盖一定程度上降低了土壤侵蚀模数,对径流的减少作用并不明显;而马尾松林草覆盖可显著减少25%左右的径流,土壤侵蚀模数减少也在90%以上,林草结合的植被覆盖结构具有更强的水土保持功能。以LAI表征2种植被覆盖类型的土壤侵蚀模数,均能达到显著水平(p0.05);而以VFC来表征土壤侵蚀模数,仅马尾松林草覆盖类型达到了显著水平。选择LAI表征土壤侵蚀模数来评价植被水土保持效益,将更为稳定和可靠。     

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

针对湘中低山丘陵区地形地貌条件多样、水土流失影响机制复杂的问题,选取湖南省中部井头(黄壤)、秋波(紫色土)以及莲荷(红壤)3个径流场不同水土保持措施径流小区,综合探究湘中丘陵区不同土壤类型、水土保持措施以及侵蚀性雨型等因子对坡面产流输沙规律的影响特征。结果表明:在年降水量相近的条件下,年径流深和年侵蚀量均为红壤紫色土黄壤;各水保措施小区的减流效益较差,但其减沙效益较好,以黄壤草地措施、紫色土水保林以及红壤经果林和草地措施减沙效益较为明显,年侵蚀减沙率分别达87.89%,55.88%,37.99%和41.07%;大雨强、短历时、低雨量、高频率的降雨占各小区侵蚀降雨场次的比例均在50%以上,该类降雨也是黄壤和红壤各小区坡面产流输沙以及紫色土各小区产流的主导雨型。中雨强、长历时、高雨量、低频率降雨是引起各小区单次降雨径流泥沙流失量最大的雨型。研究结果对完善水土流失的相关理论和规律具有重要的意义,对区域水土保持工作的开展提供了重要的指导作用和理论价值。     

川北紫色土小流域植被建设的水土保持效应

定量评价林草植被的水土保持功能对合理指导紫色土区的流域综合治理具有重要作用。该研究基于鹤鸣观流域Ⅱ号支沟1985-2001年逐日径流量和输沙量,结合实测日降雨量,采用Spearman秩相关统计法分析流域径流和输沙变化趋势,应用流量历时曲线和双累积曲线分析流域植被建设实施前后径流和输沙变化特征,并定量评估植被建设的水土保持效应。结果表明:结合防护林营造时间和双累积曲线分析,把水文序列分为基准期(1985-1990年)和评价期(1991-2001年),相比基准期,评价期小流域的年均降水量减少约8.1%,而年径流深和年输沙模数却分别减少34.6%和89.9%,说明以植被建设为主的人类活动起到重要作用。同时,植被建设的削洪增枯效果明显,评价期的丰水日径流深和平水日径流深较基准期分别减少了84.2%和76.3%,而枯水日径流深却增加了650.0%;结合双累积曲线和分离判别法可知,植被建设在径流和输沙变化中的贡献率分别达92.9%和94.3%,大规模的植被建设在减少土壤侵蚀的同时也减少了产流量,考虑到水安全问题,未来植被建设应合理规划。     

模拟降雨条件下林木裸露根系分布方式对坡面土壤侵蚀的影响

为探究喀斯特地区林木根系分布方式对坡面土壤侵蚀的影响,采用人工模拟降雨方法,研究林木根系3类分布方式：根系横坡方向局部裸露（横向）、根系顺坡方向局部裸露（顺向）、根系垂直坡面（垂直）的土壤侵蚀特征。降雨强度为75 mm/h,降雨历时为90 min,坡度为25°。结果表明：（1）降雨过程中,横向和垂直生长根系影响土壤入渗,壤中流和地下径流产流时间表现为顺向>横向>垂直;顺向坡面地表径流初始产流时间比横向和垂直坡面略有提前,但差异不显著（p>0.05）;（2）横向、顺向及垂直坡面地表径流总量大小表现为顺向>垂直>横向,壤中流与地下径流产流速率在降雨过程中缓慢增加,降雨停止后急剧减小;（3）林木根系3类分布方式坡面间的地表减沙效益表现为横向>垂直>顺向。综上所述,顺向坡面的汇流作用促使地表产流产沙增加,垂直坡面增加土壤降雨入渗并减少侵蚀,横向坡面对坡面径流泥沙的拦蓄作用最为明显。研究结果对认识喀斯特石漠化坡地土壤侵蚀机理和水土流失防治措施提供了参考。     

融雪与降雨侵蚀条件下水土保持措施因子值对比研究

东北地区融雪条件下水土保持措施因子缺乏针对性研究。选择吉林梅河口吉兴径流小区2015年、2016年春季融雪侵蚀观测结果和已有降雨侵蚀数据,对比融雪与降雨条件下水土保持措施因子值、产流产沙次数、径流深、侵蚀模数,探讨了不同水土保持措施对降雨侵蚀和融雪侵蚀的防控效果。结果表明:融雪条件下P值范围为0.001~0.46,其中生态修复措施对于融雪侵蚀的防控效果最好,在融雪时期表现出周期短,融水量少的特点;水平坑措施对融雪侵蚀的影响主要体现在对融水的拦控上;融雪条件下耕作措施中地埂植物带侵蚀模数及径流深大于横垄。融雪侵蚀地区（尤其是坡耕地）在进行水土保持措施规划设计时,应兼顾降雨和融雪两种侵蚀类型。