黄土区不同植被条件下的土壤抗冲性(EI收录)

Using in suit artificial eroding trial , sediment yield of surface runoff was set as a measurement index to investigate the erosion resistance of different land types in Loess Plateau area , including black locust ( Robinia pseudoacacia) forest stand , Chinese pine ( Pinus tabulaeformis) forest stand , farmland , grass land and road2 side slope. In the experiment , the effects of slope gradient , vegetation coverage and root system on erosion re2 sistance were examined. The relativity between flow rate of surface runoff and soil erosion resistances was also discussed. The results show that :1) the soil erosion resistances of different land types are ranked in decreasing trend as Chinese pine forest stand > black locust forest stand > grass land > roadside slope > farmland ; 2) the effect of forest andΠor grass on erosion control increases along with slope gradient decreasing ; 3) soil erosion resistance increases when the land is covered with vegetation ; 4) the vegetation root system has an obvious function on erosion resistance in the case of small flow. Results suggest that the key factor for erosion control in Loess Plateau area is to spread around surface runoffs. Key words erosion resistance , vegetation , surface runoff , sediment , Loess Plateau area
本次研究以黄土高原主要造林树种的油松林 地 、刺槐林地为对象 ,并以草地 、农地 、道路边坡为对 照 ,根据形态相似 、运动学相似和几何相似等准则 , 同时考虑坡度 、流量 、流速 、植物根系 、地被物等因 素 ,共进行了 22 次试验. 各试验区的基本状况见 表 1.
表 1 试验区基本情况 TABLE 1 The basic information of experimental field
Grosh[1] 研究了陡坡地的坡面流与泥沙搬运的 关系 ,Abrahams[2] 实验证实坡面流中细沙颗粒常以 跃移搬运为主 ,Covers 等[3 ,4] 研究了平面和不规则地 块在漫流条件下的输沙能力. Foster 等[5] 在对凹形坡 面泥沙的沉积进行过研究. Nearing 等[6] 根据大量室 内细沟侵蚀试验数据 ,提出了侵蚀产沙与溪流动力 间的关系表达式. 这一表达式被雷廷武等证实可以 作为水流输沙能力方程使用 ,但实际使用中仍然需
2 研究方法
比例Π%
1178
2114
2118
42119
100
为了保证土壤不被扰动 ,本试验采用野外实地 放水冲刷法. 该实验装置由供水系统 、冲刷系统 、测 定系统组成. 在研究地区选择好标准地后用两块长 2 m、宽 15 cm 的薄铁皮相距 30 cm 沿坡面插入土壤 中围成冲刷槽 ,冲刷区面积为 016 m2 . 实验时用容积 为 200 L 的敞口刻度桶作为供水装置 (图 1) . 利用溢 流装置保证供水桶水位恒定 ,由供水桶水位高低和 阀门控制流量大小. 冲刷水流流经坡面后通过冲刷 小区下方的集水槽采取水样 500 mL ,在室内用过滤 烘干法测定水样中的泥沙含量.
(北京林业大学水土保持学院 ,水土保持与荒漠化教育部重点实验室)
摘要 该文以晋西黄土区刺槐林地 、油松林地 、农地 、草地 、道路边坡为研究对象 ,用野外实地放水冲刷的方法 ,以 地表径流含沙量为指标 ,研究了不同植被条件下土壤的抗冲性 ,并就坡度 、地被物 、植物根系对土壤抗冲性的影响 , 以及流量和土壤抗冲性的相关性进行了探讨. 研究得出不同植被条件下土壤的抗冲性为 :油松林地 > 刺槐林地 > 草地 > 道路边坡 > 农地. 林草措施的抗冲效果与坡度密切相关 ,且随坡度的增大林草措施的防冲效果变小 ;地被物 对土壤抗冲性有显著影响 ,没有地被物的土壤抗冲性明显小于有地被物的土壤 ;植物根系对土壤抗冲性的影响与 冲刷水流的流量密切相关 ,冲刷水流的流量较小时根系对土壤抗冲性的改善效果更为突出. 黄土区水土保持的关 键是分散地表径流. 关键词 土壤抗冲性 , 植被 , 地表径流 , 泥沙 , 黄土区 中图分类号 S71417 ZHANGJianjun ; ZHANG Baoying ;BI Huaxing ; LI Xiaoyin. Soil erosion resistance of different land types
要根据不同土壤类型进行标定[7] . 孔亚平等[8] 利用 室内模拟降雨试验 ,研究了不同坡长和不同雨强条 件下黄土坡面的侵蚀产沙. 其结论与张晴雯等[9] 得 出的陡坡条件下地表径流泥沙含量达到最大需要的 坡长为 6 m 的结论比较接近.
土壤 抗 冲 性 研 究 多 采 用 原 状 土 冲 刷 法 为 主[102213] ,但是由于在采取土样时将会对土体产生扰 动 ,从而失去其原有结构 ,导致实验结果产生较大误
表 3 坡度与冲刷水流含沙量的关系
g·L - 1
TABLE 3 The relationship between slope and sediment
concentration in runoff of different land types
坡度
5°
10°
15°
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北 京 林 业 大 学 学 报
第 26 卷
差. 特别是在林地由于根系的影响 ,原状土的采取几 乎是不可能的[14] . 土壤抗冲性虽然可以利用坡面径 流小区的观测资料进行分析 ,但需要的观测时间较 长.目前 ,直接利用野外实地放水冲刷的试验很 少 . [152216 ]
1 研究地区概况
土地利用现状
坡度Π(°)
油松林
5
10
15
20
25
刺槐林
5
10
15
20
25
草地
5
10
15
20
25来自百度文库
农耕地
5
10
15
20
25
道路边坡
15
20
图 1 实验模式图 FIGURE 1 Sketch illustration of the experiment
次短历时 、高强度的大暴雨产生的地表径流汇集而 成的股流强烈冲刷地表形成的[17] ,因此用较大流量 进行冲刷试验更具有代表性. 据统计 ,研究地区 30 mmΠh 以上的高强度暴雨引起的侵蚀量占年总侵蚀 量的 60 %～90 %. 当发生这种高强度的暴雨时 ,农 地的产流系数可达 10 %以上 ,即产流强度 3 mmΠh. 以此为依据本次试验主要采用 015 LΠs 左右的流量 进行冲刷. 为此 ,选择坡度为 20°的刺槐林地 、油松林 地 、草地 、道路边坡 、农耕地 ,用 0163 LΠs 的流量进行 了冲刷试验 ,各地类的冲刷结果见表 2.
in Loess Plateau area . Journal of Beijing Forestry University (2004) 26 (6) 252229 [ Ch ,17 ref . ] College of Soil and Water Conservation , Beijing Forestry University , 100083 , P. R. China.
研究地区位于山西吉县红旗林场内东经110°45′ ～110°48′、北纬 38°～38°05′之间 ,属于晋西残塬沟壑 区 ,海拔 950～1 370 m ,年平均降雨量为 57519 mm , 年平均水面蒸发量为1 73219 mm ,年均气温 10 ℃. 土 壤为褐土 ,黄土母质. 森林覆盖率 3918 % ,主要造林 树 种 为 油 松 ( Pinus tabulaeformis ) 、刺 槐 ( Robinia pseudoacacia) ,灌木树种主要有沙棘 ( Hippophae rham2 noides ) 、虎榛子 ( Ostryopsis davidiana) 等.
3 研究结果
311 不同植被条件下土壤的抗冲性 在黄土高原 ,水土流失主要是由于一次或某几
从表 2 可以看出 ,在相同的流量条件下 ,冲刷水 流的泥沙含量差异明显. 其中以农耕地的含沙量最 大 ,可达 191124 gΠL ;道路边坡次之 ,为 80168 gΠL ;油松 林地最小 ,只有 3140 gΠL ;刺槐林地和草地分别为 4110 gΠL 和 4116 gΠL. 农耕地上冲刷水流的含沙量 M 是同 等条件下刺槐林地 、油松林地 、草地等的近 50 倍 ,而 刺槐林地 、油松林地 、草地的 M 值相差不大 ,说明油 松林地、刺槐林地、草地的土壤抗冲性比较接近. 这与 张建军等[15] 等用小流量冲刷所做的结果一致. 可见 林草措施具有极强的提高土壤抗冲性的能力. 因此 , 在辽阔的黄土区退耕还林还草 ,是保护土壤、涵养水 源 、减少黄河泥沙来源的一项根本性措施. 312 坡度对抗土壤冲性的影响
表 2 不同地类冲刷水流含沙量表 TABLE 2 Sediment concentration in surface runoff
of different land types
地类 油松林地 刺槐林地 草地 道路边坡 农耕地
含沙量Π(g·L - 1) 3140
4110
4116
80168 191124
200322122210 收稿 http :ΠΠwww. wanfangdata. com. cn 3“十五”国家科技攻关项目 (2001BA510B0101) 和霍英东青年教师基金项目 (81026) 共同资助. 第一作者 :张建军 ,博士 ,副教授. 主要研究方向 :水土保持效益及森林水文. 电话 :0102286608783 Email :zhjj818 @hotmail . com 地址 :100083 北京林业大学水土保持学院.
坡度可以反映坡面地表径流的水力坡降 ,是决
第6期
张建军等 :黄土区不同植被条件下的土壤抗冲性
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定地表径流流速和水流冲刷能力的关键因素 ,因此 , 坡度是影响侵蚀最重要的因素之一. 为此 ,以油松林 地 、草地 、农耕地为对象 ,以 0156 LΠs 的流量测定了 坡度对土壤抗冲性的影响 ,结果见表 3.
第 26 卷 第 6 期 2004 年 11 月
北 京 林 业 大 学 学 报 JOURNAL OF BEIJ ING FORESTRY UNIVERSITY
Vol. 26 , No. 6 Nov. , 2004
黄土区不同植被条件下的土壤抗冲性 3
张建军 张宝颖 毕华兴 李笑吟