2025届高三地理一轮复习课件专题等高线

不同高陡边坡植被配置的水土保持效益研究∗
昝玉亭１ꎬ２㊀奚同行１ꎬ２㊀张华明１ꎬ２
(１.江西省水土保持科学研究院ꎬ江西南昌３３００２９ꎻ２.江西省土壤侵蚀与防治重点实验室ꎬ江西南昌３３００２９)
中图分类号:Ｓ１５７.１㊀文献标志码:Ａ㊀ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７３－５３６６.２０２０.０２.０２
摘要:以高陡边坡为研究对象ꎬ研究不同植被配置模式对水土保持效益的影响ꎬ以期为高陡边坡水土流失的治理及恢复提供参考ꎮ通过定点径流小区观测的方法ꎬ设置４种植被配置模式ꎬ每种模式设置３次重复ꎬ研究自然降雨条件下各模式的产流产沙差异ꎬ对比分析各模式的水土保持效益ꎮ结果表明:１)观测期总降雨量为９５５.６ｍｍꎬ总降雨历时为１０３７.８ｈꎬ观测期内降雨量较大ꎬ历时较长ꎬ但月际分布不均ꎻ２)草本㊁花草㊁灌草及乔草模式的产流量分别为１６.３２ʃ１.２７ｍ３㊁２５.６７ʃ３.３２ｍ３㊁２１.８ʃ５.７６ｍ３㊁１５.１ʃ２.４７ｍ３ꎬ花草模式产流量最大ꎬ乔草产流量最小ꎻ３)草本㊁花草㊁灌草及乔草模式的产沙量分别为４８.９５ʃ６.５８ｋｇ㊁６３.３３ʃ１５.００ｋｇ㊁６９.９５ʃ２０.００ｋｇ㊁３０.３７ʃ３.０９ｋｇꎬ灌草模式产沙量最大ꎬ乔草产沙量最小ꎻ４)草本㊁花草㊁灌草及乔草模式的产流量分别为９７８.９１ʃ１３１.６８ｔ/ｋｍ２㊁１２６６.６７ʃ３０１.４ｔ/ｋｍ２㊁１３９９.０３ʃ３６４.９ｔ/ｋｍ２㊁６０７.４９ʃ２６１.８ｔ/ｋｍ２ꎬ灌草模式的土壤侵蚀量最大ꎬ乔草模式的最小ꎮ乔草模式㊁草本模式的产流量㊁产沙量㊁土壤侵蚀量小于花草模式㊁灌草模式ꎬ说明乔草模式和草本混合模式的水土保持效益更优ꎬ尤以乔草模式最优ꎮ
关键词:植物配置ꎻ高陡边坡ꎻ水土保持ꎻ效益
㊀㊀随着人口增长和经济快速的发展ꎬ工业化和城市化进程的加快ꎬ生产建设活动和资源开发活动急剧增加ꎬ尤其高速公路㊁风电场等建设ꎬ形成大量高陡边坡[１]ꎬ造成诸如诱发滑坡㊁坍塌㊁泥石流现象ꎬ土壤淤积河道ꎬ降低泄洪能力ꎬ弱化土壤肥力ꎬ土地资源流失ꎬ景观破坏和生态退化等问题ꎬ其植被恢复成为公众关注的热点ꎬ也成为生态恢复工作中的难点ꎬ属于世界性难题[２－３]ꎮ而边坡防护工程中ꎬ基于乡土植物的生态优势ꎬ在裸露边坡上重建边坡植被的生态固坡技术在改善路域景观㊁减少水土流失等方面的应用日益普及[４]ꎮ
植被从地上冠层到地下根系ꎬ都对水土流失有着直接或间接的作用[５]ꎮ随着植被覆盖度的增加ꎬ可拦截降雨ꎬ削弱雨滴击溅动能ꎬ减少降雨侵蚀力ꎬ覆盖保护地表ꎬ增大坡面糙率和延阻径流ꎬ径流量随之减少[６]ꎻ植被类型㊁层次结构和形态特征也是水土保持的关键因素[７]ꎮ一定的植被覆盖度ꎬ有良好的结构ꎬ一定数量的枯枝落叶层ꎬ这是植被保持水土的关键[８]ꎮ
植被对生态系统的良性发展具有十分重要的意义ꎬ植被恢复作为防治水土流失的主要技术措施ꎬ能够保护和改良水土资源ꎬ恢复生态环境和生态平衡ꎬ促进人与自然和谐发展ꎬ维护和提高土地生产力ꎬ兼
顾水土资源的生态㊁经济和社会效益ꎬ促进水土资源
可持续利用[９]ꎮ但是在有关植物措施配置的研究还存在着一些较为突出的问题:植物种的适生性㊁种
类选择ꎬ乔灌草藤的搭配ꎬ草本植物的混合比例等都
有待于进一步研究[１０]ꎮ因此ꎬ本文在已有研究的基础上ꎬ选择优势乡土植物种类ꎬ确定混合比例ꎬ构建草本㊁花草㊁灌草和乔草模式ꎬ对比分析４种模式的水土保持效益ꎬ以期为高陡边坡水土流失的防治及恢复提供参考ꎮ
１㊀项目区概况
径流小区布设于江西水土保持生态科技园内ꎬ
该园位于江西省北部㊁鄱阳湖水系博阳河西岸的德
安县工业园区内ꎮ地貌类型以构造剥蚀低丘为主ꎬ
海拔高度为３０~９０ｍꎬ坡度为５ʎ~２５ʎꎮ地处亚热
带季风气候区ꎬ多年平均降雨量为１３５０.９ｍｍꎬ最
大年降雨量为１８０７.７ｍｍꎬ最小年降雨量为８６５.６ｍｍꎬ多年平均蒸发量为１５５８ｍｍꎮ区内多年平均气温１６.７ħꎬ极端最低气温－１１.９ħꎬ极端最高气温３８ħꎬ多年平均日照时数为１８８２.５ｈꎬ多年平均
４水土保持应用技术㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年第２期㊀∗资助项目:江西省科学技术厅项目(２０１６１ＢＢＧ７００８６)ꎮ
无霜期为２４９ｄꎮ２㊀材料与方法
考虑乔灌草及冷暖季搭配筛选植物ꎬ选择刺槐㊁马棘㊁波斯菊㊁狗牙根㊁黑麦草㊁高羊茅等进行组合配置ꎬ设置草本㊁花草㊁灌草及乔草等４种模式ꎬ每种模式设３次重复ꎬ共１２个径流小区ꎬ每个径流小区的面积为１０ｍˑ５ｍ(投影长度)ꎬ按２０ｇ/ｍ２ꎮ各小区按照１ʒ１.５的坡度进行设置ꎬ径流小区下设３个径流桶ꎬ采用七孔分流法收集次降雨的产流产沙[１１－１２]ꎮ
各植物配置模式径流小区布置如表１所示ꎮ
表１㊀各径流小区配置表
模式名称用量/(ｇ/ｍ２
)
总量/ｇ草本模式
花草模式
灌草模式
乔草模式
狗牙根６.６７１１００高羊茅６.６７１１００黑麦草６.６７１１００波斯菊
４６６０狗牙根５.３３８８０高羊茅５.３３８８０黑麦草５.３３８８０马棘
８１３２０狗牙根４６６０高羊茅４６６０黑麦草４
６６０刺槐
１ｍˑ１ｍ５０株狗牙根６.６７１１００高羊茅６.６７１１００黑麦草
６.６７
１１００
㊀㊀对示范水土保持植物配置模式小区进行降雨观测ꎬ观测期为２０１８年７月 ２０１９年５月ꎬ对观测期内的降雨进行观测ꎬ研究４种模式的产流产沙及土壤侵蚀特征ꎬ以此分析４种植物配置模式的水土保持效益差异并进行评价ꎮ本研究选择产流量㊁产沙量及土壤侵蚀量分析研究不同模式的水土保持效益ꎬ计算方法采用观测区常规方法
[１３－１４]
ꎮ
３㊀结果与分析
３.１㊀降雨特征
降雨是坡面水蚀的源动力ꎬ与坡面产汇流㊁产输
沙关系密切ꎮ了解降雨基本特征ꎬ对于研究降雨条件下坡面水蚀特征有着重要作用ꎮ对观测期降雨分析统计ꎬ剔除不满足条件降雨后ꎬ统计分析降雨因子
特征ꎬ为研究不同处理措施产流产沙的特征㊁规律及对比分析不同治理措施的水土保持效益奠定基础ꎮ
观测期内ꎬ总降雨量为９５５.６ｍｍꎬ各月份降雨量依次为１６.９ｍｍ㊁５８.５ｍｍ㊁１９ｍｍ㊁３７.６ｍｍ㊁７５.９ｍｍ㊁７７.６ｍｍ㊁９０ｍｍ㊁１９６.３ｍｍ㊁１４３.３ｍｍ㊁１５９.２ｍｍ㊁８１.３ｍｍꎬ总降雨历时为１０３７.８ｈꎬ各月份降雨
历时分别为０.８ｈ㊁１３.７ｈ㊁２.５ｈ㊁６３.２ｈ㊁１０１.３ｈ㊁１４８.８ｈ㊁２１３.９ｈ㊁２８４.８ｈ㊁６７.３ｈ㊁７７.０ｈ㊁６４.７ｈꎬ平均雨强分别为２２.５３ｍｍ/ｈ㊁４.２８ｍｍ/ｈ㊁７.６０ｍｍ/ｈ㊁０.６０ｍｍ/ｈ㊁０.７５ｍｍ/ｈ㊁０.５２ｍｍ/ｈ㊁０.４２ｍｍ/ｈ㊁０.６９ｍｍ/ｈ㊁２.１３ｍｍ/ｈ㊁２.０７ｍｍ/ｈ㊁１.２６ｍｍ/ｈꎮ观测期内降雨量较大ꎬ历时较长ꎬ平均雨强也比较大ꎬ但月际分布不均ꎮ
３.２㊀不同植被配置模式产流特征不同植被配置模式的产流量总体差异较大ꎬ草本㊁
花草㊁灌草及乔草模式的产流量分别为１６.３２ʃ１.２７ｍ３㊁２５.６７ʃ３.３２ｍ３㊁２１.８ʃ５.７６ｍ３㊁１５.１ʃ２.４７ｍ３ꎬ以均值对比不同模式的产流量ꎬ可以看出观测期内各配置模式产流顺序为花草模式>灌草模式>草本模式>乔草模式ꎬ花草㊁灌草与草本㊁乔草之间差异明显(ｐ<０.０５)ꎬ彼此之间差异不明显(ｐ>
０.０５)ꎬ草本㊁乔草之间差异也不明显(ｐ>０.０５)ꎮ花草模式产流量最大ꎬ是最小乔草模式的１.７倍ꎬ是草本模式的１.５７倍ꎬ灌草模式其次ꎬ是最小乔草模式的１.４４倍ꎬ是草本模式的１.３３倍ꎮ在相同的降雨条件下ꎬ草本模式㊁乔草模式的产流量小ꎬ更多的降雨被两模式植被吸收ꎬ说明草本和乔草模式具有更好的水源涵养功能ꎬ主要是花草㊁灌草两种模式种子成活率不高ꎬ导致后期植被覆盖率不高ꎬ对降雨的拦截㊁含蓄水分能力降低ꎬ受降雨的影响较大ꎮ
３.３㊀不同植被配置模式产沙特征
不同植被配置模式的产沙量总体差异较大ꎬ草本㊁花草㊁灌草及乔草模式的产沙量分别为４８.９５ʃ
６.５８ｋｇ㊁６３.３３ʃ１５.００ｋｇ㊁６９.９５ʃ２０.００ｋｇ㊁３０.３７ʃ３.０９ｋｇꎬ以均值对比不同模式的产流量ꎬ可以看出ꎬ观测期内各模式产沙顺序为灌草模式>花草模式>
草本模式>乔草模式ꎬ花草㊁灌草与草本㊁乔草之间差异明显(ｐ<０.０５)ꎬ彼此之间差异不明显(ｐ>
０.０５)ꎬ草本㊁乔草之间也具有明显差异(ｐ<０.０５)ꎬ灌草模式产沙量最大ꎬ是最小乔草模式的２.３倍ꎬ是草本模式的１.４３倍ꎬ花草模式次之ꎬ是最小乔草模式的２.０９倍ꎬ是草本模式的１.２９倍ꎬ说明观测期内乔草㊁草本两种模式的固土能力更强ꎮ在相同的降雨条件下ꎬ草本模式㊁乔草模式的产沙量小ꎬ主要是因５
㊀２０２０年第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀昝玉亭等:不同高陡边坡植被配置的水土保持效益研究
为两模式形成的坡面径流小ꎬ对坡面土壤的冲刷能力较花草㊁灌草模式低ꎬ其次两种模式的种子成活率较高ꎬ植被覆盖度较好ꎬ尤其乔草模式ꎬ拦截了部分降雨ꎬ避免降雨直接锤击坡面ꎬ大大降低了坡面溅蚀的发生ꎬ坚持保持土壤的抗冲刷能力ꎮ相同植物模式之间变动幅度比较大ꎬ花草模式达到１５ｋｇ㊁灌草模式达到２０ｋｇꎬ这主要是由于不同重复之间植被率引起的ꎮ
３.４㊀不同植被配置模式土壤侵蚀量研究
不同植被配置模式的土壤侵蚀量总体差异较大ꎬ草本㊁花草㊁灌草及乔草模式的土壤侵蚀量分别为９７８.９１ʃ１３１.６８ｔ/ｋｍ２㊁１２６６.６７ʃ３０１.４ｔ/ｋｍ２㊁１３９９.０３ʃ３６４.９ｔ/ｋｍ２㊁６０７.４９ʃ２６１.８ｔ/ｋｍ２ꎬ以均值对比不同模式的土壤侵蚀量ꎬ可以看出观测期内各配置模式土壤侵蚀顺序为灌草模式>花草模式>草本模式>乔草模式ꎬ花草㊁灌草与草本㊁乔草之间差异明显(ｐ<０.０５)ꎬ彼此之间差异不明显(ｐ>０.０５)ꎬ草本㊁乔草之间也有明显差异(ｐ<０.０５)ꎮ灌草模式产沙量最大ꎬ是最小乔草模式的２.３倍ꎬ是草本模式的１.４３倍ꎬ花草模式次之ꎬ是最小乔草模式的２.０９倍ꎬ是草本模式的１.２９倍ꎬ说明观测期内乔草㊁草本两种模式的抗侵蚀能力更强ꎮ这与各模式产沙原因一样ꎬ主要受种子成活率㊁植被覆盖度的影响ꎮ
４㊀结论与建议
不同植被配置模式之间的产流㊁产沙㊁土壤侵蚀量差异各不相同ꎬ观测期内各配置模式产流顺序为花草模式>灌草模式>草本模式>乔草模式ꎬ产沙顺序为灌草模式>花草模式>草本模式>乔草模式ꎬ土壤侵蚀顺序为灌草模式>花草模式>草本模式>乔草模式ꎬ可以看出乔草模式的产流㊁产沙量㊁土壤侵蚀量都是最小ꎬ其次是草本模式ꎬ花草模式的产流量大于灌草模式ꎬ而灌草模式的产沙量与土壤侵蚀量都大于花草模式ꎮ可以看出ꎬ观测期内ꎬ乔草和草本模式保水固土能力更强ꎬ具有更好的水土保持效益ꎮ
(１)不同植被配置模式之间㊁各模式重复之间由于种子成活率的不同ꎬ引起植被覆盖度的差异ꎬ进而导致各模式之间产流㊁产沙㊁土壤侵蚀量的差异ꎬ总体来看ꎬ乔草模式的产流量㊁产沙量及土壤侵蚀量都最小ꎬ草本模式其次ꎬ花草模式的产流量大于灌草模式ꎬ而灌草模式的产沙量与土壤侵蚀量都最大ꎮ说明ꎬ乔草模式㊁草本模式的保水固土能力更强ꎬ具有更好的水土保持效益ꎮ
(２)本研究选择草本㊁花草㊁灌草㊁乔草等４种模式来研究不同植被配置模式的恢复效果ꎬ且观测时间较短ꎬ波斯菊㊁马棘等还没有形成相当的规模ꎬ刺槐的覆盖率最高ꎬ但林下草本成活率也不理想ꎬ且本研究以产流量㊁产沙量㊁土壤侵蚀量来反映不同植被配置模式的水土保持基础效益ꎬ而不同乔灌草合理搭配下长时间序列下的水土保持效益包括经济㊁社会㊁生态等效益还需进一步研究ꎮ
[参考文献]
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收稿日期:２０１９－１１－２７
作者简介:昝玉亭(１９８６ )ꎬ男ꎬ山东枣庄人ꎬ硕士ꎬ工程师ꎬ主要从事水土保持及生态恢复研究ꎮＥｍａｉｌ:５４５８９４９４２＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ
(责任编辑㊀郑娟㊀责任校对㊀赵旭珍)
６水土保持应用技术㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年第２期㊀。