董志塬沟头溯源侵蚀过程及崩塌中孔隙水压力变化

为研究董志塬沟头溯源侵蚀过程及孔隙水压力变化规律,采用模拟降雨+放水冲刷的方法,研究集水区坡度(1°、3°、5°、7°)和放水流量(3.0、3.6、4.8、6.0、7.2m3/h)对董志塬沟头溯源侵蚀过程和孔隙水压力特征值的影响。结果表明:1)崩塌发生频率由试验初期0～30 min时的6.29%增加到150～180 min时的27.48%。2)放水流量为3.0～7.2 m3/h时,产沙率随试验时间呈对数函数减小。产沙量随坡度和放水流量的增加而加大,建立了产沙量与二者间的多元线性回归方程。3)坡度为1°～7°时,崩塌会增加22.75%～324.59%的产沙率,产沙率突变点出现时间相较于崩塌而言存在"滞后"现象。4)孔隙水压力随试验时间呈显著线性或对数函数关系,孔隙水压力的上升是影响溯源侵蚀崩塌发生的关键因素。研究结果可为黄土高塬沟壑区生态治理提供参考。     

根系密度对黄土塬沟头溯源侵蚀产沙和形态演化过程的影响

为明确根系密度对黄土塬沟壑区沟头溯源侵蚀产沙和形态演化过程的影响,采用野外"人工模拟降雨+放水冲刷"试验方法,以裸地试验小区(CK)为对照,研究冰草根系密度试验小区(株行距:20 cm×20 cm,C1;15 cm×15 cm,C2;10 cm×10 cm,C3)的沟头溯源侵蚀产沙过程、沟头溯源距离、沟道下切深度及发育面积等特征。结果表明:1)与对照小区相比,草被小区(C1~C3)产沙量分别降低64.32%、70.31%、69.92%;冰草株行距为15 cm×15 cm时,减沙效益最大。2)对照小区沟头溯源侵蚀过程主要包括沟口形成、贴壁流侵蚀、跌水侵蚀和沟岸崩塌等;而草被小区沟头溯源侵蚀则由贴壁流侵蚀、跌水侵蚀和根土复合体崩塌导致,崩塌是草地沟头溯源的主要原因;各根系密度下沟头溯源距离与时间均呈极显著幂函数关系;与对照相比,草被小区沟头溯源距离缩短75.61%~78.87%。3)对照小区侵蚀沟纵断面呈阶梯形,存在缓冲平台,沟头近似矩形;草被小区则呈梯形和圆弧状。与对照相比,草被小区沟道平均下切深度加深1.64~1.92倍;沟道面积随根系密度增加而缩小,草被小区沟道面积较裸地缩小68.0%~74.0%。结果可为该区"固沟保塬"工作的实施提供科学参考。     

白草塬植被恢复后沟头草本植物多样性与土壤因子的关系

[目的] 探究黄土塬沟头在植被恢复后的草本植物多样性变化与土壤因子间的关系,为该区沟头水土保持效益评估提供科学依据。[方法] 以农地沟头为对照,选择不同植被恢复年限(5,13,18,22 a)的白草塬草地沟头,调查和测定了各植被恢复年限沟头的草本植物多样性和表层土壤(0—10 cm和10—25 cm)的土壤性质因子。[结果] 随植被恢复年限的增长,Patrick丰富度指数呈现先增大后稳定的变化趋势;Shannon-Wiener指数呈现持续上升的趋势,植被恢复18 a和22 a时的Shannon-Wiener指数高于恢复13 a,但没有显著性差异;Pielou均匀度指数呈现增加—降低—再增加的波动趋势,且在恢复22 a时达到最大值(0.89)。白草塬沟头0—10 cm和10—25 cm的土壤容重均在恢复22 a时达到最小值,较农地分别显著降低13.1%和17.8%(p＜0.05);0—10 cm和10—25 cm的土壤有机质含量、水稳性团聚体含量、团聚体平均重量直径和饱和导水率均随植被恢复年限的增加而显著增加,两土层的土壤因子在各植被恢复年限上呈现出显著性差异。相关性分析显示草本植物多样性指标与容重间呈负相关关系,与土壤有机质、水稳性团聚体、团聚体平均重量直径以及饱和导水率呈显著正相关(p＜0.05)。冗余分析表明土壤团聚体含量与草本植物多样性变化密切相关。[结论] 植被恢复显著提高了沟头草本植物多样性,可改善表层土壤性质,在稳固沟头过程发挥重要作用。     

黄土高原沟壑区沟头植被根系垂直分布及其对土壤抗侵蚀性的影响

【目的】探明沟头植被根系垂直分布及其对土壤抗侵蚀性的影响,为沟蚀防治中植被措施优化配置提供理论依据。【方法】以不同植被覆盖(杂草(农地)、冰草、铁杆蒿、苜蓿)沟头为研究对象,通过原状土冲刷试验明确沟头土壤抗冲性特征。采用扫描分析法、ZJ型应变控制式直剪仪等分析和测定根系特征及根-土复合体力学、理化性质。【结果】(1)各植被沟头根系在土壤中分布特征差异明显,根系特征指标(根重密度、根长密度、根表面积密度、根体积密度)总体上呈现冰草地最大,其次为苜蓿地、铁杆蒿地,农地最小;垂直深度上,农地沟头土壤中根系各指标均随土层加深而减小,冰草、铁杆蒿和苜蓿地沟头土壤中根系各指标整体上则表现为先减小后增大的变化趋势。各植被根系以<0.5 mm径级根系为主。(2)各植被沟头土壤容重变异性较小,在1.17—1.37 g·cm^-3之间变化。>0.25 mm水稳性团聚体含量呈现出农地和冰草地大于铁杆蒿地和苜蓿地。(3)各植被沟头土壤黏聚力平均值苜蓿地为12.75 kPa、冰草地9.05 kPa、铁杆蒿地8.60 kPa、农地7.25 kPa;在垂直深度上,农地、冰草地和苜蓿地...