水蚀风蚀交错带不同植被覆盖条件坡面土壤水分循环的实验研究

摘要

水蚀风蚀交错带是黄土高原水土流失最为严重的地区之一，该地区生态环境十分脆弱，成为黄河中下游河道泥沙输入的主要来源。坡耕地面积占该地区耕地总面积的60％左右，其土壤侵蚀占总侵蚀量的50～60％。因此，坡耕地退耕还林还草是减少水土流失、实现该区生态系统良性循环的有效途径。但坡地退耕还林还草必须了解各种退耕林草对土壤水分循环与转化的影响以及土壤水分的演变过程，并依据土壤水分的数量以及坡面上的分布进行相应的林草配置。因此，本试验通过野外监测四种典型的不同土地利用方式的人工坡地小区降水入渗、蒸散、再分布、动态变化及土壤侵蚀几个方面的特征和放水冲刷试验，系统地研究了不同退耕林草对土壤水分循环过程的影响和坡地土壤侵蚀特征，得到了以下几点结论： (1)苜蓿地降水补偿量最多，柠条地和荒草地降水补偿量和转化率较苜蓿地少，但柠条地要好于荒草地。裸地的累积入渗量和降水转化率最小。在水分再分布过程中，不同植被坡面湿润峰入渗深度随时间推移的规律可用幂函数关系描述。 (2)三种2年生有植被的小区相比，苜蓿地的盖度最大，荒草地其次，柠条地最小。三种植被地上生物的含水量相比，紫花苜蓿含水量最高，柠条含水量最低，荒草地居中。三个小区亩产量相比，柠条地最高，苜蓿地其次，荒草地最少。三个小区地上生物量年增长速度相比，柠条地最快，荒草地其次，苜蓿地最低。2005年观测期内，蒸散作用的强度从大到小，依次是苜蓿地、柠条地、荒草地和裸地。 (3)微型蒸散计法、水量平衡法和管式TDR法所测结果的趋势一致，能够反映不同植被小区蒸散量的大小关系。在大面积计算蒸散量时选用水量平衡法较好，在地面植物覆盖较少的地区可选用微型蒸散计法，而在小型区域需要精确测量蒸散量时可以使用管式TDR法。 (4)柠条蒸腾强度日变化曲线在两种天气下明显不同：晴天时曲线为双峰型，有午休现象；阴天时曲线为单峰型。柠条日蒸散变化动态与地表温度的变化密切相关。 (5)种植当年，苜蓿地土壤侵蚀量最大，其次是柠条地，高于荒草地和裸地。而栽种第二年，柠条地和苜蓿地有效的减少了侵蚀量，当年侵蚀模数从大到小为裸地、荒草地、苜蓿地和柠条地。种植初期的柠条减沙减流效应要优于苜蓿，而在初期天然荒草地的水土保持效应还比较弱。 (6)土壤侵蚀量与最大雨强之间存在明显的幂函数的关系。坡面径流流速随流量增大呈波动性增大。同一流量径流流速沿坡面呈波动性增加趋势。放水流量与产流时间之间呈指数函数关系，与平均径流强度之间呈线性关系。随着流量的增大，产流时间趋于稳定值。平均径流强度随放水流量的增加而增加。径流平均含沙率随着流量的增加呈抛物线的形式，但泥沙的绝对量随流量的增大而增大。径流含沙量在冲刷过程中呈波动性变化。在低流量下，径流的剥蚀和冲刷主要以粘粒和粉粒为主，在高流量下，径流对土壤中粉砂粒的搬运能力增强。 (7)2004年降水补给量从大到小分别为苜蓿地、荒草地、柠条地、裸地，而同期植物耗水量从大到小分别为苜蓿地、柠条地、荒草地、裸地。在种植初期，苜蓿地土壤水分循环深度和强度最大，其次是柠条地、荒草地，裸地最小。 (8)不同利用方式土壤剖面储水量始终表现为从上坡位到下坡位逐渐增加的趋势，土壤的补给表现为从坡顶向下逐渐增大的趋势，但是土壤的消耗也表现出从坡顶向下逐渐增大的趋势。所有小区土壤储水量与时间和坡面位置的关系可用二元三次多项式表达并进行预测。 (9)在人工种植牧草初期，以紫花苜蓿为代表的草本植物水分循环深度和强度最大，但是由于其高耗水性导致在干旱年土壤水分严重亏空，土壤表层出现干旱层。以柠条为代表的灌木植物在种植初期水分循环深度和强度较大，其土壤表层也出现干旱层，且随着柠条的生长，其根系开始向深层土壤吸水。虽然人工种植牧草的小区会导致土壤出现干旱，但是它们能够有效地减少土壤产流与侵蚀。而以荒草地为代表的自然荒草地在初期水分循环深度和强度与裸地为代表的农地相近，均较小，荒草地土壤水分条件较好，在干旱年，其土壤水分和裸地一样，并没有出现明显的干旱层，但荒草地在恢复初期时的水土保持效应还较弱。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章试验区概况及试验布设与方法

第三章不同利用方式坡地水分入渗与再分布

第四章不同利用方式坡地植被生长与蒸散特征

第五章天然降雨径流与放水冲刷试验

第六章不同利用方式坡地水分动态的时空变化

第七章不同植被坡地土壤水分消耗及干燥化

第八章主要结论及存在问题

参考文献

致谢

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