草本植被过滤带对径流中泥沙和除草剂的去除效果

除草剂阿特拉津的大量使用在提高农业生产效率、增加作物产量的同时,也导致了严重的环境污染。该研究通过在土槽上进行浑水冲刷试验,定量研究了禾本科草本植被过滤带（狼尾草Pennisetum alopecuroides (Linn.) Spreng和野古草Arundinella hirta (Thunb.) C. Tanaka）对径流、泥沙、以及阿特拉津的拦截效果。结果表明,禾本科草本植被过滤带能有效拦截径流,拦截率可达88%;并显著降低泥沙和阿特拉津流失量,但其作用效果受泥沙和阿特拉津的进水浓度影响较大。当进水泥沙浓度为20、40、60 g/L时,植被过滤带对泥沙的拦截率分别为95%、93%、85%;当进水阿特拉津浓度为0.3、0.6、0.9 mg/L时,植被过滤带对阿特拉津的拦截率分别为95%、92%、91%。另外,植被过滤带对泥沙和阿特拉津的拦截率随时间延长呈逐渐降低趋势,试验开始后第1、10、20、40、60分钟的泥沙拦截率分别为97%、95%、93%、91%、87%,阿特拉津拦截率分别为97%、93%、90%、86%、84%;同时,阿特拉津出流浓度与径流量有显著相关关系（r1=0.88,r2=0.93,r3=0.94）,表明径流量在一定程度上决定了阿特拉津出流浓度和出流量。研究证实,植被过滤带能有效降低阿特拉津随径流流失量,对阿特拉津引起的农业面源污染具有较好防治效果。     

不同植被过滤带对农田径流中泥沙和氮磷的拦截效果与途径

在我国农业面源污染已经成为水环境质量恶化和湖泊富营养化的重要原因,其中氮磷对地表水富营养化的贡献超过了50%。通过浑水冲刷试验,研究了3种禾本科植被过滤带((黑麦草Lolium perenne Linn.)、偃麦草((京草2号)Elytrigia repens(L.)Nevski)、无芒雀麦(Bromus inermis Leyss.)对径流、泥沙以及氮磷的拦截效果,同时分析了3种植被过滤带拦截氮磷的主要途径。结果表明:(1)与裸地相比,3种植被过滤带均能显著提高径流与氮磷的拦截率。3种植被过滤带之间对径流、氮磷拦截率没有显著差异。黑麦草过滤带泥沙流失量显著低于无芒雀麦过滤带;同时径流、泥沙与氮磷拦截率之间存在显著正相关关系,表明植被对径流和泥沙的拦截一定程度上决定对氮磷的拦截量;(2)径流过程中磷的流失量均低于氮的流失量。氮的流失主要以溶解态氮为主,占总氮流失量的90%以上;磷的流失则主要以颗粒态磷为主;(3)植被过滤带拦截氮磷的途径不同,氮主要通过增加土壤入渗的途径来拦截,磷则主要通过植物茎秆基部进行物理拦截;(4)京草2号对氮的拦截效果优于黑麦草和无芒雀麦,而黑麦草则在磷的拦截方面表现突出。因此在植被过滤带的优化设计方面可以考虑黑麦草与京草2号2者混播以达到最佳的拦截吸附效果。     

不同植被过滤带对农田径流泥沙和氮磷拦截效果与途径

在我国农业面源污染已经成为水环境质量恶化和湖泊富营养化的重要原因,其中氮磷对地表水富营养化的贡献超过了50%。通过浑水冲刷试验,研究了3种禾本科植被过滤带((黑麦草Lolium perenne Linn.)、偃麦草((京草2号)Elytrigia repens(L.)Nevski)、无芒雀麦(Bromus inermis Leyss.)对径流、泥沙以及氮磷的拦截效果,同时分析了3种植被过滤带拦截氮磷的主要途径。结果表明:(1)与裸地相比,3种植被过滤带均能显著提高径流与氮磷的拦截率。3种植被过滤带之间对径流、氮磷拦截率没有显著差异。黑麦草过滤带泥沙流失量显著低于无芒雀麦过滤带;同时径流、泥沙与氮磷拦截率之间存在显著正相关关系,表明植被对径流和泥沙的拦截一定程度上决定对氮磷的拦截量;(2)径流过程中磷的流失量均低于氮的流失量。氮的流失主要以溶解态氮为主,占总氮流失量的90%以上;磷的流失则主要以颗粒态磷为主;(3)植被过滤带拦截氮磷的途径不同,氮主要通过增加土壤入渗的途径来拦截,磷则主要通过植物茎秆基部进行物理拦截;(4)京草2号对氮的拦截效果优于黑麦草和无芒雀麦,而黑麦草则在磷的拦截方面表现突出。因此在植被过滤带的优化设计方面可以考虑黑麦草与京草2号2者混播以达到最佳的拦截吸附效果。     

不同立地柳枝稷生长响应的初步研究

对黄土丘陵区不同立地中柳枝稷生长响应的变化规律进行了研究。结果表明:柳枝稷在不同立地条件下土壤水分明显不同,坡地土壤平均含水量(13.39%)<梯田(14.78%)<川地(16.02%)。土壤水分含量,根系生物量和土层深度三者存在密切相关性。在梯田、坡地和川地三种立地条件下,柳枝稷的株高、覆盖度、生物量、杂草和枯落物等均存在明显差异,其中柳枝稷的株高和覆盖度表现为川地>坡地>梯田;伴生杂草和柳枝稷枯落物与地上部生物量表现一致,川地显著高于坡地和梯田。地下生物量在川地、坡地和梯田立地下均呈现相同规律,随深度变化根系量逐渐减少,三种立地条件下总地下生物量差异不明显。同时发现土壤有机质和N含量与柳枝稷生产力呈显著正相关,说明了黄土丘陵区柳枝稷的生长响应与立地水肥条件有关。这对加强优良禾本科牧草的生态适应性研究及促进我国黄土高原生态可持续发展以及退耕还草工程具有重要的现实意义。     

华南地区草被过滤带对菜地径流、泥沙和磷阻控效果及影响因素

通过人工模拟降雨试验,定量研究了香根草草本植被过滤带对径流、泥沙、以及全磷和溶解性磷的拦截效果。结果表明:在不同的雨强(210,120 mm/h)和不同坡度下(2°,5°),香根草过滤带能够有效拦截径流、泥沙、磷,拦截率分别可达到12.18%～43.11%,16.00%～70.38%,27.53%～49.35%。与120 mm/h雨强相比,210 mm/h雨强下,2种坡度下香根草过滤带小区内,径流、泥沙流失量都呈现出减少趋势,并均达到显著水平(p0.05)。在210 mm/h雨强下,与裸坡对照相比,不同坡度处理下香根草过滤带全磷、颗粒态磷流失量都呈现出减少趋势,且二者减少程度达到显著水平,不同坡度间的流失量,存在显著差异。在不同的宽度下,香根草表现出不同的拦截效率,当宽度达到2 m时,拦截效率显著,总体上随着宽度的增加而增加。利用最优尺度回归法,对不同处理间的水文条件、坡度、带宽等影响因素进行了分析,可以发现影响植被过滤带拦截效率的主要因素包括带宽、坡度、雨强,各因子对径流、泥沙、磷流失量贡献大小分别为雨强带宽坡度,这表明华南地区降雨是径流、泥沙、磷流失的主要控制因子,同时,带宽对径流、泥沙、全磷的流失量也可以起到一定的积极作用。     

坡面产流产沙过程对植被过滤带响应的试验研究

为探讨植被过滤带在坡面产流产沙过程中对水沙的拦截效果及其水动力学机理,通过在室内土槽上设置模拟植被过滤带并进行浑水冲刷试验,得到有无模拟植被过滤带情况下的产流产沙情况及相关水动力学参数,定量分析了植被过滤带对径流、泥沙的拦截效果并探讨了坡面产沙率与水动力学参数之间的关系。结果表明,植被过滤带在放水冲刷试验中能有效拦截径流和泥沙,且在较小流量下,径流和泥沙的拦截效果更好,在200L/h流量下,拦截率分别可达33.2%和96.9%;在冲刷过程中,有无模拟植被过滤带产沙率与水流剪切力、水流功率都具有显著的相关关系,分别呈指数函数(R2=0.67,R2=0.83)和幂函数(R2=0.70,R2=0.87)增大关系;采用含水流剪切力和水流功率的非线性回归方程Rs=1.184×10-6τ-4.114ω3.839(R2=0.73)预测产沙率效果较好。     

关于河岸缓冲带拦截泥沙和养分效果的研究

河岸缓冲带被广泛地应用于拦截农地中流失的非点源污染物质。美国学者K.H.Lee等人通过设置田间试验对复合缓冲带在天然降雨条件下从农地上拦截氮、磷和泥沙的能力进行了研究。实验结果表明,设置7.1m宽的柳枝稷缓冲带拦截了径流中95％的泥沙、80％的总氮、62％的硝基氮、78％的总磷和58％的PO4-P。设置16.3 m宽的柳枝稷/林木复合缓冲带拦截了径流中97％的泥沙、94％的总氮、85％的硝基氮、91％的总磷和80％的PO4-P。缓冲带的拦截能力与降雨强度和总降雨量呈显著的负相关关系。虽然7.1 m宽的柳枝稷缓冲带在拦截营养物质方面的效果较好,但若其加宽到16.3 m的柳枝稷/林木复合的缓冲带拦截可溶解营养物质的效力将增加20％。运用浓密的、本地的暖季草与木本植物相结合的缓冲带,拦截非点源污染物质的效力将更高。     

森林过滤带减沙作用研究

植被过滤带通常能够阻止80%以上的泥沙进入径流。美国佐治亚大学的研究生W.J.W h ite等在格鲁吉亚皮埃蒙特原状森林过滤带和搅动森林过滤带上对径流进行模拟试验。森林过滤带分为五个坡度级别,模拟径流中土壤颗粒包括黏粒、沙粒和团聚体。总泥沙拦截率为53%~96%,平均为72%。直径大于20μm的沙粒大部分被2m长的过滤带所截获,直径小于2μm的沙粒质量浓度未受到过滤带的影响,但是渗透过程中部分被拦截。过滤带中2~20μm粒径的拦截量与水流距离呈相关性。原状森林覆被地区,森林覆被深度和泥沙拦截量呈现相关性。去除森林覆被会降低泥沙的拦截量,但在去除森林覆被的地区试验中所添加的泥沙大部分被拦截。试验研究表明:窄的过滤带能有效地转移直径大于20μm的粗质泥沙,16 m长的过滤带能转移径流中大部分直径为2~20μm的泥沙。     

植物过滤带对水质保护作用的研究

植物过滤带通常被用于减缓径流、过滤泥沙和固持径流中的化学物质,达到保护河流水质的作用。美国学者W.Mersie等人对柳枝稷、高羊茅过滤带在固持径流中可溶解性含铜农药方面的作用进行了比较。试验在铝制的耕床上进行,耕床调节坡度为3％,试验采用的土壤为Bojac沙质壤土,并分别种有柳枝稷和高羊茅。模拟径流流量分别为2.7 L/min(平缓地段)和6.0 L/min(陡地地段)。试验结果表明:陡地地段流量为6.0L/min时,两种植物过滤带均能固持径流中56％～62％的Cu;平缓地段当流量为2.7 L/min,两种植物处理过滤带均能固持88％-100％的Cu。因此,在田间设置植物过滤带是减缓径流、过滤泥沙和固持径流中可溶性农业化学物质方面的有效措施。     

农牧业交错区禾本植被过滤带过滤效果模拟

为探究内蒙古岱海流域农牧业交错区禾本植被过滤带截流减沙效果对入流强度和泥沙含量的响应。在内蒙古中部农牧业交错区的巨宝庄镇试验区设置不同来水流量(0.77,0.9,1.08,1.26 L/s)和泥沙含量(0.04,0.06,0.08,0.1 g/cm³),共计16个处理,研究不同来水条件下植被过滤带的截流减沙效果。基于VFSMOD模型模拟,并优化该地区植被过滤带参数。结果表明:VFSMOD模型可以较好地对冰草、羊草混播植被过滤带泥沙和径流出流量进行模拟。植被过滤带前期对径流拦蓄主要依靠入渗,入流强度增加缩短了径流出流时间,0.77 L/s入流强度水流经过过滤带后出流时间分别为0.9,1.08,1.26 L/s入流强度下出流时间的1.3,1.6,1.6倍。0.77,0.9 L/s入流强度下泥沙出流量趋于稳定,而1.08,1.26 L/s入流强度下泥沙出流量随时间推移而增加。入流泥沙含量和入流强度对出流泥沙量影响显著(p＜0.05)。     

桂林青狮潭水库消落带植物物种及其特性

通过野外调查,筛选出适合桂林青狮潭水库消落带植被重建的植物物种钝叶草和硬骨草,并对这两种植物进行了室内培育,重点研究了所选植物根系的力学特性和水污染吸附特性等,结果表明:钝叶草和硬骨草在恶劣的生态环境中都具有很强的生态适应性,但钝叶草对水质的净化作用优于硬骨草,因此桂林青狮潭水库消落带植被重建的植物物种应以钝叶草为主。     

植被空间配置对凸型坡侵蚀及泥沙颗粒分选的影响

针对黄土高原水土流失严重的问题,结合该地区缺水的现状,在有限的植被措施条件下,以凸型坡为研究对象,将草带布设在上坡面5种不同位置,利用室内放水冲刷试验对不同植被空间配置下坡面侵蚀过程和泥沙颗粒分选特征进行了研究,阐明了植被能够有效发挥水土保持功效的作用,并初步提出在低植被覆盖度下植被发挥水土保持功效的最优植被空间配置。结果表明:(1)不同植被空间配置的产流强度Cv值为10.26%～15.50%,产流强度的波动程度较小,其中配置A的产流强度与配置B和配置F的产流强度表现为显著性差异(p0.05),不同植被空间配置的产沙强度Cv值均在26.00%以上,配置A的产沙强度与其他配置的产沙强度均表现为显著性差异(p0.05),在坡面布设草带对产沙过程的影响大于对产流过程的影响;(2)在凸型坡的上坡面种植植被后,总产流产沙量与裸坡(配置A)相比均有不同程度的降低,其中配置F的减水效益达到19.65%,配置B的减沙效益高达70%以上;(3)不同植被空间配置下泥沙颗粒平均重量直径(MWD)的平均值表现为配置A配置F配置D配置E配置C本底物配置B,MWD的平均值随着产流时间的延长逐渐稳定并接近于本底物,在有植被覆盖坡面的水力侵蚀条件下,侵蚀颗粒以细颗粒为主,粉粒含量较高,砂粒含量相对较小,并且植被布设位置距离坡顶越远更容易侵蚀0.002～0.05 mm的粉粒。研究结果有助于加深植被空间配置对坡面侵蚀产沙作用机理的理解。     

Decoupling effects of driving factors on sediment yield in the Chinese Loess Plateau

Investigations of runoff and sediment yield changes and their relationships with potential driving factors provide good insights for understanding the mechanisms of hydrological processes. This study attempted to present a comprehensive investigation on the spatiotemporal variations of sediment yield in the Loess Plateau using continuous observed data at 46 hydrological stations during 1961–2016, and its responses to changes of precipitation, land use/cover and vegetation cover were analyzed by using the Partial Least Squares-Structural Equation Model (PLS-SEM). The results indicated that sediment yield reduced pronouncedly during 1961–2016 in the Loess Plateau, and 77.9% of this variation was explained by the combined effects of precipitation, land-use change, vegetation dynamics and runoff reduction. Indirect effects of precipitation, land-use change, and vegetation cover on sediment yield were 0.242, ?0.528 and ?0.630 (P < 0.05), respectively, and direct effect of runoff on sediment yield was 0.833 (P < 0.05). According to the Pearson Correlation Coefficient, the strongest positive correlation existed between annual sediment yield and runoff (r = 0.88, P < 0.05), followed by vegetation cover (r = ?0.47, P < 0.05) and land-use change (i.e. forest land and grassland) suggesting their significant trapping effects on soil erosion. However, lower correlations were examined between sediment yield and precipitation indices (?0.14<r < 0.34), and a relatively higher relationship was examined between sediment yield and heavy rainfall (P₂₅) (r = 0.34). Overall, changes in runoff and land-use/vegetation cover well explained variations in sediment yield in the Loess Plateau. The findings are expected to provide scientific and technical support for future soil and water conservation planning in the Loess Plateau, and are valuable for sustainable water resources and sediment load management in the Yellow River Basin.     

黄土高原半干旱区水土保持植被恢复限度——以人工柠条林为例

为了确定水资源不足地区植被恢复潜力和水土保持林建设目标,在黄土丘陵半干旱区宁夏固原上黄试区,对相同立地条件的16年生人工柠条林进行疏伐,建立不同密度林地,进行林分密度、森林植被水土保持效益和土壤水分关系的定位实验。结果表明：平均基径随密度的增加而减少,二者为线性关系;盖度随密度的增加而增大,盖度与密度为对数关系;林冠截留随密度的增加而增大,二者为指数关系;地表径流随密度的增加而减少,二者为对数关系;泥沙含量随密度的减少而增加,二者关系可用倒S形曲线描述。虽然密度增加,盖度增加,森林植被水土保持效益增强,但是受土壤水资源的限制,柠条林有一个最大恢复限度。当超过限度时,势必会引发或加剧土壤旱化。     

黄土高原地区植被生态修复策略与对策

根据近年来黄土高原地区实施植被生态修复的经验和黄土高原生态安全考察成果,论述植被生态修复的特点和功能,提出植被生态修复的核心内涵是将人为促进群落演替的人力与天然群落演替的自然力结合起来,实现区域生态系统整体恢复与局部快速恢复相结合的有效途径。黄土高原植被生态修复的目标是：区域内植物群落物种多样性平均增加10％-15％;地带性植被的代表种盖度在群落中占到20％-25％;植被总覆盖度75％-85％;水土流失强度有显著性减少。目前植被生态修复的关键问题是有关基础理论研究和技术措施积累不足,方法简单,效益不高。未来应采取正确生态修复思路,尽快解决生态修复中关键技术理论;科学规划,在典型地区黄龙森林区和安塞森林草原区建立示范点,实施综合的植被生态修复措施,建立法律保障体系,为黄土高原植被生态修复奠定基础。     

黄土高原玉米坡耕地C因子的估算研究

C因子作为土壤侵蚀预报模型中人为可控制的一个重要的因子,对减少土壤侵蚀和控制水土流失有很大的影响。因此以黄土高原坡耕地典型作物玉米为研究对象,通过进行人工降雨模拟试验,研究了玉米5个不同生育期近地表状况的变化特征,根据玉米不同生育期产沙量计算C值。结果表明,植被覆盖度、株高和结皮厚度均随着玉米生育期的延长而逐渐增加,地表粗糙度随着生育期延长呈现先减小后增加的趋势。产沙量随着玉米的生长逐渐减小,减沙效益随着玉米生育期的延长不断增加。在前人以植被覆盖度计算C值模型的基础上,以植被覆盖度作为关键因子,将株高、土壤结皮、地表粗糙度作为调节因子建立当地C值模型,得到较好的玉米坡耕地的C值模型(模型R²=0.94,RMSE=0.017,MAE=0.014,NSE=0.992)。研究结果根据近地表状况变化特征建立C值计算公式,提高了C值估算的准确性和其在黄土高原的适用性,为提高黄土高原土壤侵蚀预报模型精度提供科学依据。     

黄土高原自然植被恢复过程中土壤温度和水分的相关性

土壤水热因子是影响作物生长发育的重要因子,尤其是在黄土高原自然植被恢复过程中.通过对黄土高原不同自然植被恢复阶段的土壤水分和温度的长期监测,研究植被恢复过程中土壤温度和水分的动态变化及其相关性.结果表明:8-10月草地群落的土壤温度显著高于其他群落,11月辽东栎林群落的土壤温度显著高于其他群落,随着植被恢复,土壤温度变...     

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。     

基于GIS的黄土高原不同植被区土壤侵蚀研究

在对黄土高原植被进行分区的基础上,利用地理信息系统技术和景观生态学方法对黄土高原植被区空间数据和土壤侵蚀空间数据进行了空间叠加分析。结果表明,黄土高原被划分为森林植被区、森林草原植被区、温性草原植被区和荒漠半荒漠植被区。在森林植被区,黄土高原土壤侵蚀主要以水蚀为主,轻度以上的侵蚀百分比为41.92%,水蚀土壤侵蚀指数比温性草原植被区和荒漠半荒漠植被区的水蚀土壤侵蚀指数大,为346.90。在森林草原植被区,黄土高原土壤侵蚀主要以水蚀为主,轻度以上的侵蚀百分比为70.45%,水蚀土壤侵蚀指数均比其他植被区的水蚀土壤侵蚀指数大,为449.40,水蚀最为严重。在温性草原植被区,黄土高原土壤侵蚀主要以水-风混合侵蚀为主,风蚀微度-水蚀剧烈的百分比最大,为33.01%,水-风混合侵蚀土壤侵蚀指数均比其他植被区的水-风混合侵蚀土壤侵蚀指数大,为633.45,水-风混合侵蚀最为严重。在荒漠半荒漠植被区,黄土高原土壤侵蚀主要以风蚀为主,轻度以上的侵蚀百分比为99.65%,风蚀土壤侵蚀指数均比其他植被区的风蚀土壤侵蚀指数大,为589.78,风蚀最为严重。黄土高原的土壤侵蚀表现出明显的地带性分异规律。