寒旱环境黄土区草本与灌木植物护坡的水文效应研究

摘要

植物茎叶在护坡中具有降雨截留、削弱溅蚀和抑制地表径流作用，植物根系能吸收坡体中水分，并起到对水分的引流和分散作用，最终降低土体孔隙水压力，增强土体抗冲蚀能力。本项研究以试验区粉土质边坡为例，对种植在试验区的四种草本与四种灌木茎叶和根系的固土护坡水文效应，做了大量的室内外观测和试验，研究了草本与灌木植物茎叶对雨水的截留作用、茎叶水分蒸腾作用，以及草、灌植物根系对边坡土壤水分蒸发和土壤水分渗透的影响，得出以下结论：
　　试验区为粉土质组成的边坡，选择了适应性强、生长速度快，而且根系发达、茎叶生长茂盛、覆盖面积大的四种草本与四种灌木植物进行护坡。试验结果表明：四种草本和四种灌木的株高、分蘖、分枝、小区覆盖面积生长指标随植株生长时间的增加而增大，草本中偃麦草的株高、分蘖、小区覆盖面积生长指标随生长时间的增加其增大幅度最大，其次为披碱草、细茎冰草、赖草，灌木中四翅滨藜和霸王的株高、分枝、小区覆盖面积生长指标比柠条锦鸡儿和白刺大；生长5个月，四种草本的覆盖率可达28～49％，四种灌木的覆盖率可达32～45%。
　　采用浸泡法和模拟降雨条件法对试验区四种草本、四种灌木植物做了茎叶截留试验，结果得出四种草本茎叶截留量为0.34～0.99g，吸水率达10.0～33.6%，四种灌木茎叶截留量为0.35～0.53g，吸水率为12.6～28.7%。四种草本截留雨水的能力大小依次为偃麦草＞披碱草＞细茎冰草＞赖草，四种灌木茎叶截留量和吸水率大小依次为四翅滨藜>霸王>柠条锦鸡儿>白刺。
　　通过水分蒸发试验得出，四种草本茎叶的水分蒸腾速率可达43.9～64.0mg/m2·min，四种灌木茎叶的水分蒸腾速率可达27.4～44.5mg/m2·min。当蒸发30分钟后，偃麦草、披碱草、细茎冰草和赖草的根-土复合体水分蒸发率分别比素土水分蒸发率增大1.08%、0.67%、0.52%、0.37%；四翅滨藜、霸王、柠条锦鸡儿和白刺根-土复合体水分蒸发率分别比素土增加了0.35%、0.26%、0.22%、0.11%。四种草本蒸腾作用大小依次为偃麦草＞披碱草＞细茎冰草＞赖草，四种灌木蒸腾作用大小依次为四翅滨藜>霸王>柠条锦鸡儿>白刺。
　　试验区四种草本与四种灌木根-土复合体水分蒸发率随着蒸发时间的增加而逐渐增大，草本与灌木根-土复合体的含水量随蒸发时间的增加其减小幅度均大于素土，其中四种草本根-土复合体含水量随蒸发时间的增加其减小幅度大小依次为偃麦草＞披碱草＞细茎冰草＞赖草，四种灌木根-土复合体含水量随蒸发时间的增加其减小幅度大小依次为四翅滨藜>霸王>柠条锦鸡儿>白刺。以上说明试验区草、灌植物根系具有明显的吸收和散失坡体水分的能力，草、灌植物根系越发达，其对坡体水分的散失能力越强。
　　通过做四种草本和四种灌木根-土复合体渗透试验得出，四种草本和四种灌木根-土复合体水分渗透时间比素土短，且它们的渗透系数均比素土大，即偃麦草、披碱草、细茎冰草和赖草根-土复合体渗透系数分别比素土大0.39mm/s、0.27mm/s、0.23mm/s和0.02mm/s；四翅滨藜、霸王、柠条锦鸡儿和白刺根-土复合体渗透系数分别比素土大0.32 mm/s、0.16 mm/s、0.11mm/s和0.04mm/s，说明试验区草本与灌木根系越发达，其导水能力越强。
　　从试验区种植的草本与灌木植物的地上部分生长特征、茎叶截留量与蒸发率、根系导水能力等综合因素考虑，建立了寒旱环境黄土区草本与灌木植物护坡水文效应评价体系，有利于进一步研究植物护坡机理，为评价护坡植物的水文效应以及筛选具有较好水文效应的优势种提供科学依据，具有重要的理论价值和现实意义。按照水文效应评价体系，其中草本以偃麦草表现最强，灌木以四翅滨藜表现最好，以本项研究所代表的寒旱环境黄土试验区，选择地上部分生长茂盛、茎叶截留量与蒸发率、根系导水能力等综合能力强的草本与灌木植物进行护坡，如选用偃麦草和四翅滨藜进行护坡，其护坡效果比较理想。

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第一章绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.1.1 课题的来源

1.1.2 课题研究目的和意义

1.1.3 国内外在该方向的研究现状及分析

1.2 主要研究内容

1.3 研究技术路线

第二章 试验区基本概况及护坡植物筛选与种植

2.1 试验区基本概况

2.2 试验区护坡草本与灌木植物选择依据

2.3 护坡试验材料及种植方案

2.3.1 试验材料

2.3.2 种植方案

2.3.3 植物播种量

第三章 护坡植物生长特征及其生长区土体特征

3.1 护坡植物生长特征

3.1.1草本植物特征

3.1.2灌木植物特征

3.2试验区土体的基本特征

3.2.1试验区土体物理性化学质指标及测定方法

3.2.2试验区土体物理化学性质指标测定结果

第四章 植物茎叶护坡的水文效应

4.1 试验区植物茎叶对护坡水文效应的影响

4.1.1 植物茎叶的降雨截留作用

4.1.2 植物茎叶的削弱溅蚀作用

4.1.3植物茎叶的抑制地表径流作用

4.2 试验区草本与灌木植物茎叶生长特征

4.2.1草本植物生长特征

4.2.2 灌木植物生长特征

4.3试验区草本与灌木植物的降雨截留试验

4.3.1降雨截留试验方法

4.3.2草本与灌木植物截留试验结果

第五章 植物根系护坡的水文效应

5.1植物根系的水土保持功能

5.1.1植物根系提高土壤水分蒸发和渗透能力

5.1.2植物根系增强土壤抗冲性

5.2试验区草本与灌木植物的蒸腾排水作用

5.2.1草本与灌木茎叶水分蒸腾速率测定

5.2.2 草本与灌木植物根-土复合体水分蒸发率测定

5.2.3 草本与灌木植物根系作用下坡面土壤水分与蒸发时间关系

5.3 试验区植物根系的导水作用

5.3.1试验原理和方法[66]

5.3.2试验结果与分析

结论

参考文献

致谢

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