3种草本植物根系特征及与径流泥沙关系

以无芒雀麦、紫花苜蓿和早熟禾为研究对象,通过野外径流小区天然降雨产流产沙观测和室内根系扫描试验,分析了3种草本植物在1∶1.5和1∶1.2坡比边坡上的根系生长特征、固土保水效益,以及根系特征与径流小区产流产沙量的关系,结果表明:(1)1∶1.2与1∶1.5坡比边坡相比,早熟禾根系根长密度、平均直径、表面积密度和根尖数密度等根系特征值降低了51%～75%,径流小区产流产沙量分别增加了33%和37%;无芒雀麦和紫花苜蓿根系特征值变化幅度为1%～40%,产流产沙量增加比例在6%以内。(2)3种草本植物径流小区与裸地小区相比,产流量减少了27%～41%,产沙量减少了60%～70%。(3)3种草本植物根系根长密度、平均直径、表面积密度和根尖数密度与径流量、泥沙量均表现为负相关线性函数关系,草本植物根系对径流小区产沙量影响比产流量大。(4)早熟禾在1∶1.5坡比边坡和紫花苜蓿在1∶1.2坡比边坡保持水土效果最好,为侵蚀沟治理植被选择提供了参考依据。     

北京北部褐土区2种典型植物措施减流减沙效应

为了对比沙打旺和紫花苜蓿的减流减沙效果,设置3种流量(1,2,3m~3/h),5种植被覆盖度(100%,75%,50%,25%和0),利用潜水泵进行径流冲刷试验。结果表明:(1)种植沙打旺和紫花苜蓿的坡面入渗系数大于对照组,径流量及产沙量小于对照组,说明沙打旺和紫花苜蓿均具有减流减沙效果。(2)沙打旺的减流减沙效果优于紫花苜蓿,以流量为3m~3/h时为例,种植紫花苜蓿、沙打旺的坡面入渗系数分别比对照组增加了5.8%和45.3%;径流总量分别比对照组减少了3.7%和11.2%;对照组产沙量分别是种植紫花苜蓿和沙打旺的坡面产沙量的6.40倍和9.19倍;沙打旺组坡面入渗效果、减沙效益均优于紫花苜蓿组,而紫花苜蓿组的径流量稳定值、径流总量优于沙打旺组。(3)植被的减流减沙效益存在临界现象,50%~75%是本地区草本植物减沙效益的临界盖度。     

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。     

模拟降雨条件下不同覆被减流减沙效益与侵蚀影响因子

[目的]研究不同坡度和降雨强度条件下,不同覆被的减流减沙效果,定量分析各侵蚀影响因子的权重。[方法]采用室内人工模拟降雨的方法。[结果](1)与裸地相比,枯落物、砾石和黑麦草均具有良好的减流减沙效果,枯落物的减流效果最好,减流效益最大为79.7%,平均减流效益46.1%。其次为黑麦草,最大减流效益68.9%。第三为砾石,最大减流效益68.0%。(2)黑麦草的减流效果存在临界盖度,其值在60%左右,当盖度大于60%后其减流效益不再增加。(3)减沙效益随着盖度的增加而增加,枯落物、砾石和草地最大减沙效益分别为98.8%,64.6%和88.1%。(4)经过灰色关联定量分析得出选取的8个影响因子与径流均有较高的关联性,关联度都在0.622 3以上。[结论]不同试验条件和不同覆被对坡面产流产沙具有明显影响,降雨强度和降雨量是对泥沙量影响较大的因素,降雨强度、降雨量、覆被盖度和坡度是对径流量影响较大的4个因子,影响因子与径流和泥沙的关联度和关联序因土壤种类不同而存在差异。     

植被毯对内蒙古清水河县黄土丘陵沟壑区黄土边坡产流产沙量的影响

黄土丘陵沟壑区地形复杂,坡陡沟深,水土流失严重,为缓解黄土丘陵沟壑区边坡水土流失严重的问题,以内蒙古清水河县段兰窑流域黄土边坡为研究区,采用3种植被毯措施:豆科植物和禾本科植物混播(以下简称豆禾混播)比例为1∶1+椰丝毯(L_1G_1)、豆禾混播比例为1∶2+椰丝毯(L_1G_2)和豆禾混播比例为2∶1+椰丝毯(L_2G_1)在30°,35°,40°和45°边坡设置径流小区,分析该区域不同自然降雨条件和坡度对边坡产流与产沙量的影响。结果表明:(1)铺设植被毯可以有效的减少黄土边坡产流产沙量。(2)当降雨强度为1～5 mm/h时,各植被毯措施的产流量和产沙量随着坡度的增加呈上升趋势;当降雨强度为30～50 mm/h时,各植被毯措施的产流量和产沙量随着坡度的增加呈先增加后减小的趋势,坡度为40°时出现峰值。(3)3种植被毯措施的减流效益大小依次为L_1G_1(75.11%)L_1G_2(49.3%)L_2G_1(48.11%);3种植被毯措施减沙效益大小依次为L_1G_1(87.96%)L_1G_2(60.96%)L_2G_1(58.95%)。说明在黄土丘陵沟壑区L_1G_1是一种有效的边坡水土流失治理措施。     

黄土丘陵沟壑区不同草本植物生长期植物纤维毯对沟道边坡产流产沙的影响

为探究植物纤维毯在黄土丘陵沟壑区的适用性以及不同植物生长期植物纤维毯的水土保持效益,以内蒙古呼和浩特市清水河县为研究区,采用野外人工模拟降雨试验方法,对植物生长期为58,81,132天的直播草本边坡和植物纤维毯边坡径流产沙进行模拟试验。结果表明:(1)植物纤维毯护坡措施可显著延长边坡产流时间,并且产流时间随着植物生长期的增加而增加。在植物生长期为58,81,132天时,植物纤维毯边坡产流时间分别为86,110,243 s,明显大于裸坡(50,70,111 s)和直播草本边坡(73,83,123 s)。(2)随着植物生长期的增加,植物纤维毯边坡径流量从13 125 mL降至5 478 mL,产沙量从73 g降至22 g;直播草本边坡径流量从25 573 mL降至14 340 mL,产沙量从201 g降至82 g。(3)植物纤维毯护坡措施减流效益为55%～78%,减沙效益为71%～89%。(4)坡面植被高度、盖度是植被生长状况中影响径流产沙的主要因子,径流量、产沙量与植被高度和盖度呈多元线性函数关系。植物纤维毯能够有效降低黄土丘陵沟壑区沟道边坡土壤侵蚀,减少产流。     

不同植被空间配置下的坡面产沙及泥沙连通性变化特征

植被是影响土壤侵蚀的重要因子，探讨坡面产沙和泥沙连通性对植被分布的响应对揭示土壤侵蚀过程机理及预测坡面侵蚀具有重要意义。通过室内人工放水冲刷试验，分析3种植被布设位置(坡上、坡中、坡下)在不同冲刷流量(3.2,5.2 L/min)和不同覆盖度(0,30%,50%,70%)下的减沙效益，结合坡面产沙潜力指数探究植被覆盖影响下的泥沙连通性变化特征。结果表明：(1)从不同盖度下的平均减沙效益及其稳定性来看，植被布局的减沙效益随盖度变化，且坡下植被空间分布最优。随冲刷流量增加，不同植被布局间的减沙效益差距缩小；(2)当植被盖度≤30%时，冲刷流量对坡面产沙的影响贡献较大；随盖度增加，植被的影响贡献程度大于冲刷流量，成为影响坡面侵蚀的主要因素；(3)坡面产沙潜力指数在不同植被盖度和分布位置下表现出明显差异。随盖度增加，产沙潜力指数减小，泥沙连通性减弱；坡下布设植被相比坡上和坡中产沙潜力指数最小，泥沙连通性最弱。该指数与产沙量之间存在显著的正相关关系，即产沙潜力越大，泥沙连通性越强，产沙量越大。研究结果可为深入探索土壤侵蚀机理及植被的生态效益提供科学依据，为黄土高原地区的生态建设提供参考。     

河岸生态护坡措施水土保持效益的模拟试验研究

[目的]研究不同河岸生态护坡措施的减流、减沙和抑制养分流失的效果,并筛选出较优配置的河流生态护坡模式,为华北地区生态治河实践提供参考。[方法]采用人工降雨试验,测定模拟河流岸坡不同植被护坡措施的径流量、产沙量、养分流失量,分析不同雨强、不同坡度、不同植被措施条件下的减流、减沙和减少养分流失效果;通过主成分分析对9个不同措施试验槽的减流、减沙和减少养分流失效果进行评价。[结果]高羊茅减流减沙效果最优,小冠花减少养分流失效果最优。河岸坡30o、堤顶坡度小于0o的岸坡宜采用高羊茅进行防护;河岸坡45o、堤顶坡度18o的岸坡宜采用小冠花进行防护;河岸坡45o、堤顶坡度0o的岸坡宜采用高羊茅进行防护。[结论]综合来看高羊茅减流减沙效果最好,小冠花次之;小冠花减少养分流失效果最好,紫穗槐次之。     

桂东北坡地果园生草栽培减流减沙效应

[目的]对桂东北坡地果园生草栽培的减流减沙效应进行研究,为该区坡地果园的水土保持工作的顺利开展提供科学参考。[方法]野外自然降雨条件下对比分析不同坡度(即坡度为12°,23°,42°)金桔园分别间套雀稗和白花藿香蓟的减流减沙数据。[结果]①当坡度为12°时,降雨量对雀稗及白花藿香蓟的坡面产流产沙有显著影响(p0.05);②同一生草栽培下,坡面产流产沙量随着坡度增大而增大,相对于清耕,雀稗减少坡面产流产沙量分别为33.06%～50.35%和67.09%～77%,白花藿香蓟减少坡面产流产沙量分别为21.89%～28.85%及41.65%～47%,雀稗减流减沙效果优于白花藿香蓟;③生草栽培、坡度及两者的交互作用对坡面产流产沙均有极显著的影响(p0.001)。随着坡度的升高,生草栽培对坡面产流产沙的作用逐渐减弱,而坡度的作用逐渐增强,但雀稗对坡面产沙的作用始终大于坡度。[结论]研究区内同一坡度下雀稗减流减沙效果优于白花藿香蓟,生草栽培对坡面产流产沙的作用随着坡度增加逐渐减小,而坡度的作用逐渐增强,雀稗对坡面产沙的作用始终大于坡度。     

不同放牧条件下坡面初始产流时间和径流流速变化特征

[目的]研究不同降雨强度下植被覆盖度和坡度对我国北方典型草地坡面产流的影响,以期进一步丰富我国有关北方典型干旱半干旱草原的水土保持研究理论,为合理配置草原资源提供理论及实际参考依据。[方法]研究基于野外人工模拟降雨试验的方法,分析了不同雨强下初始产流时间与植被盖度和坡度的相关规律,以及不同放牧条件下坡面径流流速的变化规律,建立了初始产流时间与植被盖度和坡度以及坡面流速与植被盖度和坡度的多元回归模型。[结果]雨强为1.5 mm/min时,3个坡度4°,9°,14°坡面的初始产流时间相比裸地,放牧条件下分别增加了1.23,1.39,1.30倍,围封条件下分别增加了2.02,2.03,1.38倍。整个模拟降雨的坡面径流流速变化范围0.05～0.3 m/s,围封状态下,坡面流速仅是放牧条件下的63%～68%。[结论]植被盖度和坡度对初始产流时间的影响较为显著,在其他条件相同的情况下,初始产流时间随着雨强或坡度的增大均减短,随着植被盖度的增加而明显延长。在其他条件相同的情况下,雨强或坡度越大,坡面流速越大;植被盖度越大,坡面流速越小,产流总量与之规律相同。     

植被对含碎石土壤坡面降雨入渗和径流侵蚀的影响

[目的]研究植被对含碎石土壤坡面入渗和径流侵蚀的影响,为合理配置三峡地区含碎石土壤坡面植被提供科学依据。[方法]在建立的径流小区内铺设含碎石土壤,并配置不同种类、不同覆盖度的植被,进行人工降雨试验。[结果]各类小区径流量排序为:裸坡灌木坡面草本坡面草灌混合坡面,入渗量与径流量排序相反,有植被覆盖坡面的壤中流大于裸坡;入渗率服从对数函数规律,产流强度呈幂函数变化;草地对水沙的调控机制更多的是直接拦沙;累计径流量和累计侵蚀量的关系均满足幂函数形式。[结论]植被措施可有效地减少含碎石土壤坡面的水土流失,不同的植被措施减少的效益不同。     

降雨和植被覆盖对铁路路基边坡土壤侵蚀的影响

[目的] 探究不同植被覆盖对边坡径流泥沙的削减作用,为改善道路路基边坡的植被配置,减少公路边坡的水土流失量提供科学参考。[方法] 选取江苏省南通市境内在建的南京市—启东市铁路路基为研究对象。利用坡面观测小区,选取观测期内不同降雨强度（15,28,40,63,82 mm/h）的自然降雨条件,对3种植被覆盖（灌草坡面、植草坡面和裸坡坡面）的坡面产流与产沙进行分析,揭示植被覆盖对径流和泥沙的拦蓄作用。[结果] 降雨强度对初始产流时间影响显著（p<0.05）,3种植被覆盖的初始产流时间随降雨强度的增加逐渐减少,植草坡面和草灌结合坡面相比裸坡坡面对初始产流时间的延缓作用显著。随着降雨强度的增加,3种下垫面坡面径流量均呈增大的趋势,植草和草灌结合坡面相比裸坡坡面有较好的削减坡面径流作用。试验条件下,草灌结合坡面削减率在54.20%～63.68%,植草坡面削减率在38.59%～55.37%。随着降雨强度的增加,裸露坡面所产生的泥沙量呈指数型递增,在降雨强度大于63 mm后尤为明显,由662.66 g （15 mm/h）陡增至2 002.95（82 mm/h）。植草和草灌结合坡面随降雨强度的增大产沙量增加不明显,泥沙产生量在0.9～4.9 g。[结论] 路基边坡产流产沙随着降雨强度的增大而增加,降雨对坡面产流产沙影响显著;植草坡面和草灌结合坡面相比裸坡坡面有非常明显的减少土壤侵蚀的效果。     

降雨和汇流条件下浅沟侵蚀过程试验研究

[目的]探究含沙水流汇入对含有浅沟微地形的裸土和草地坡面的侵蚀产沙过程的影响,为该地区浅沟侵蚀治理提供理论依据,并为坡沟系统的土壤侵蚀模型建立奠定基础。[方法]通过降雨和放水相结合的野外模拟试验和人工建筑的浅沟模型开展研究。[结果]含沙水流汇入裸土浅沟坡面的侵蚀量增加了15%～58%,而对草地浅沟坡面的侵蚀影响不显著,说明草地恢复对于减少由汇流作用的侵蚀具有显著效益。试验条件下裸坡和草地坡面泥沙浓度都在产流开始时达到最大然后逐渐降低,最后达到稳定,然而含沙水流汇入使得泥沙浓度达到稳定所需的时间延长。含沙水流汇入能够显著增加浅沟发育速度,特别是浅沟沟宽和下切深度增加明显,草地恢复可以显著减缓浅沟的下切侵蚀,进而减缓浅沟的发育速度。对于裸土和草地浅沟坡面,含沙水流汇入显著增加了浅沟部位流速,尤其是草地浅沟部位各坡段流速平均增幅达到了55%。[结论]增加含沙水流汇入会显著增加裸坡坡面上的浅沟侵蚀量和浅沟的发育速度,而对草地坡面上浅沟的侵蚀和发育影响不显著。     

不同治理措施对坡地芒果园水土流失的治理效果

[目的]针对四川省攀枝花市坡地芒果园水土流失严重的现状,筛选适宜坡地果园的水土流失治理措施.[方法]通过工程措施(D1和D2处理)和生物措施对坡地果园水土流失治理成效的野外试验比较研究,评价不同治理措施对芒果园地表径流、产沙量、径流液中养分含量和果园地表土壤养分的影响.[结果]两年试验期芒果园林下行间种植紫花苜蓿处理(...     

工程堆积体坡面不同植被格局的控蚀效果研究

为探明不同植被格局对工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀的影响,采用10,20,30 L/min 3种放水流量,对黄土区不同格局（裸坡、坡顶、坡中、坡底、条带）下的高陡边坡（32°,20 m×1 m）进行模拟放水试验,选取径流率、产沙率、减流效益、减沙效益等因子对堆积体坡面植被的控蚀效果进行分析。结果表明：3种放水流量下,条带、坡顶、坡中、坡底的平均径流率较裸坡分别减小57.33%,61.17%,41.62%,24.78%,平均产沙率较裸坡分别减小74.99%,61.10%,55.01%,46.43%,且径流率与产沙率的线性关系（R²=0.57~0.80,p<0.01）整体上弱于裸坡（R²=0.71,p<0.01）。不同植被格局中,条带及坡顶格局的减流效益分别是65.97%,60.52%,减沙效益分别为71.44%,57.22%,二者的控蚀效果远高于其他格局。产沙率与径流功率的线性相关性（R²=0.61~0.83,p<0.01）高于径流剪切力（R²=0.29~0.76,p<0.01）,径流功率能更好地反映堆积体坡面土壤侵蚀机制。     

雨强和植被覆盖度对红壤坡面产流产沙的影响

为探究雨强和植被覆盖度对花岗岩红壤坡面产流产沙的影响,通过室内人工模拟降雨试验,分析了不同雨强(0.5,1.0,1.5 mm/min)和植被覆盖度(0,20%,40%,60%)下坡面侵蚀的产流、产沙规律及相关关系。结果表明:(1)同一雨强下,初始产流时间随植被覆盖度增加而延迟,并随雨强增大而提前,雨强越大,产流时间提前越明显;(2)各坡面径流率、侵蚀率随植被覆盖度增加而减小,且植被覆盖度越高,径流率和侵蚀率波动范围越小,侵蚀过程越稳定;(3)有植被覆盖的坡面,产沙主要以0.25 mm的水稳性团聚体为主,侵蚀泥沙中0.25 mm水稳性团聚体比重随雨强增大而增加,且增加的幅度随覆盖度的提高而减小;(4)雨强、植被覆盖度均与产流时间、径流率、侵蚀率呈现极显著相关关系(P0.01),且坡面产流过程与雨强变化的相关性大于其与植被覆盖度变化的相关性,坡面产沙过程与植被覆盖度变化的相关性大于其与雨强变化的相关性,不同雨强下植被覆盖坡面累积径流量和累积产沙量关系符合幂函数模型(R~20.98)。研究结果可为南方红壤丘陵区水土流失治理与生态恢复提供科学参考。     

Effect of vegetation changes on soil erosion on the loess plateau

Vegetation is one of the key factors affecting soil erosion on the Loess Plateau. The effects of vegetation destruction and vegetation restoration on soil erosion were quantified using data from long-term field runoff plots established on the eastern slope of the Ziwuling secondary forest region, China and a field survey. The results showed that before the secondary vegetation restoration period （before about 1866-1872）, soil erosion in the Ziwuling region of the Loess Plateau was similar to the current erosion conditions in neighboring regions, where the soil erosion rate now is 8 000 to 10 000 t km^-2 year^-1. After the secondary vegetation restoration, soil erosion was very low; influences of rainfall and slope gradient on soil erosion were small; the vegetation effect on soil erosion was predominant; shallow gully and gully erosion ceased; and sediment deposition occurred in shallow gully and gully channels. In modern times when human activities destroyed secondary forests, soil erosion increased markedly, and erosion rates in the deforested lands reached 10 000 to 24000 t km^-2 year^-1, which was 797 to 1682 times greater than those in the forested land prior to deforestation. Rainfall intensity and landform greatly affected the soil erosion process after deforestation. These results showed that accelerated erosion caused by vegetation destruction played a key role in soil degradation and eco-environmental deterioration in deforested regions.     

植被毯措施对黑土农田浅沟侵蚀的防护效果研究

为了探究植被毯在植被恢复早期的浅沟侵蚀防护效果,并为黑土农田浅沟治理提供科学依据。以黑土耕作层土壤为研究对象,通过室内模拟汇流冲刷试验,定量分析了植被毯在不同汇流强度下对农田浅沟侵蚀产流产沙的影响。实验结果显示:在小于30 L/min汇流强度时,植被毯措施可减少16.23%的径流和80%以上的产沙。当汇流强度增大到40 L/min时,植被毯措施减沙效益由82.19%下降到26.63%,而减流效益由15.74%减少到1.63%,基本无减流效果。继续增加汇流强度达到50 L/min时,植被毯措施的减沙效果进一步下降,并最终失去防护作用。研究表明植被毯措施在一定汇流强度下能够有较好的减流减沙作用,且其减沙作用明显高于减流作用。因此,一定条件下,可以有效防治浅沟的进一步侵蚀,且对于改善草被前期生长及生态环境有一定帮助。     

不同植被措施下红壤坡面径流变化特征

[目的]研究不同植被措施对坡面径流的影响,为南方红壤水土保持与生态恢复实践提供科学依据。[方法]以福建省长汀县2001—2010年香根草、胡枝子、类芦、百喜草等植被措施下的径流小区逐月径流量和降雨数据为基础进行分析研究。[结果]植被能很好地调控坡面地表径流,但由于植被的结构、根系以及地表枯落物的差异,各种植被的保水效益存在差异,观测期,各小区年均径流量的大小趋势表现为:空白对照区百喜草类芦香根草胡枝子,胡枝子的保水效益最佳。[结论]香根草、胡枝子、类芦、百喜草等植被均能有效地抑制坡面径流,减少水土流失,均可以作为水土保持措施的优良灌草在南方红壤区进行推广应用,尤其是要加大胡枝子的推广力度。