范文一:6域植被对减缓土壤侵蚀作用的实验研究
第25卷第3期
2009年5月
水资源保护
WAⅡ承尉咯OURCESPRa厄CHON
v01.25No.3Mav2009
流域植被对减缓土壤侵蚀作用的实验研究
乔光建,檀领革,陈峨印
(河北省邢台水文水资源勘测局,河北邢台晒4000)
摘要:根据河北省邢台市西部山区两个小流域实验站的水文泥沙监测资料,对不同流域在不同植被情况下,流域植被对减缓土壤侵蚀的作用进行分析,阐明流域植被对年输沙模数、地表径流含沙量以及次暴雨对输沙模数的影响等,结果表明,较好的流域植被对涵养水源、控制土壤侵蚀起重要作用。关键词:流域植被;降水量;土壤侵蚀模数;含沙量;小流域实验站中图分类号:S156
文献标识码:B
文章编号:1004—6933(2009)03—0052—05
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流域植被较好的区域,土壤疏松,物理结构好,孔隙度高,具有较强的透水性。植被在汛期可以截留大量的水分,渗入地下补充地下水,同时也减少地表径流对土壤的冲刷力【l】。
笔者以河北省南部2个相邻小面积实验站的观测资料为基础,探讨流域植被对土壤侵蚀的控制作用。
被较好。土壤主要以黄土、黑土为主。流域内无大型水利工程,只有几处塘坝等小型水土保持工程。
西台峪小流域实验站位于临城县石城乡。该站上游河网密度大,都是小支沟,源短流急,洪枯期流量
悬殊,流量暴涨暴落。流域集水面积127“,流域内
设有8个雨量观测站,雨量站网密度为15.9姘/站。
流域平均比降2.79%,流域平均宽度5.29如。由于近
年来基本消灭了荒山,水土流失现象大为减少,但植被度不高。土壤主要以红土和沙土为主。1.2流域植被与土地利用状况
对不同小流域土壤土质情况的调查【3j表明,坡底流域内土壤类型以褐土、草甸土为主,土体结构为片状团粒,土壤中有机质含量为2.36%。西台峪流域内土壤类型为褐土,土壤结构为单粒、屑粒,土壤
1基本概况
1.1实验站地理位置与基本概况
坡底小流域实验站位于邢台县西部山区城计头
乡。流域面积283l玉,流域内设有11个雨量观测
站,雨量站网密度为25.7km2/站[2J。流域平均比降3.45%,流域平均宽度lO.6kIIl。该流域农垦面积较小,山林面积大,连年封山造林基本消灭了荒山,植
作者简介:乔光建(1956一),男.河北沙河人,高级工程师,主要从事水文分析计算和水资源保护工作。BrIlail:hb斑四@163.咖
?52?
万方数据
中有机质含量为1.30%。
流域内生产结构和生产条件等,包括农田面积、林地面积、天然草地、荒坡地、果园面积等所占比例的多少,均对流域的产流、汇流有直接影响,2个流域土地生产类型与利用情况见表l。
表l实验区植被及土地利用情况调查
通过对2个小流域土地利用情况调查可看出,西台峪流域内农田面积占流域总面积的23.12%,而坡底流域的农田面积占总面积的7.67%,可见西台峪流域内农业开发程度较高。坡底流域内林地面积占流域总面积的24.04%,而西台峪流域内林地面积仅占流域总面积的7.50%。流域植被覆被率按林地面积、天然草场、荒坡地和果园面积统计,则坡底流域植被覆盖率占流域总面积的86.30%,西台峪的植被覆盖率占流域总面积的68.58%。1.3流域降水特性
利用1956~2000年山区降雨量资料系列分析
计算,邢台市西部山区多年平均降水量594.5咖。
对年降雨量系列进行频率计算,频率曲线采用皮尔逊Ⅲ型曲线,频率计算采用适线法。对于变差系数C,值的确定,在适线中,对系列中出现的特大特小值一般不做处理。由于年降水量相对稳定,偏差系数C。的取值一般用CY/C。值来反映。邢台市西部山区不同频率年降水量计算成果见表2。
表2邢台市西部山区年降水量频率计算成果
邢台市西部山区降水量年际变化很大,且常有连续几年降水量偏多或连续几年降水量偏少的现象。以历年年降水量最大值与最小值之间的比值K来表示年际变化,对西部山区各雨量站监测的年降雨量资料进行分析,各站极值比大多在4.O以上,其中,獐貘、侯家庄2个雨量站变幅最大,极值比分别为9.4和9.2。
邢台市西部山区降水量具有年内非常集中的特点,全年降水量的80%左右集中在汛期(6。9月),
万方数据
而汛期降水又集中在在7.8月份,按多年平均计算,7—8月份降水量占全年降水量的60%,6。9月份降水量占全年降水量的78.3%。特别是一些大水年份,降雨更加集中。非汛期的8个月的降水量仅占全年降水量的21.7%。1.4泥沙监测情况
坡底小流域实验站1973年设立,西台峪站1960年设立。两站均设单样含沙量和悬移质输沙率检测项目。单沙测次的年内分布及要求,应能控制沙量变化的过程。在洪水期,每次较大洪水取样不得小于3次,洪峰重叠,水沙峰不一致或含沙量变化剧烈时,应增加测次。汛期的平水期,在水位定时观测时取样1次。非汛期含沙量变化平缓时,每5一10d取样1次。年内悬移质输沙率的测次及要求,应主要分布在洪水期,每次较大洪水取样不得小于3次,平水期每月测3—5次,以控制年内含沙量的变化过程。本次分析计算采用199l一2005年泥沙监测资料。
2土壤侵蚀形式分析
根据外营力的种类,可将土壤侵蚀划分为水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀、重力侵蚀、淋溶侵蚀、山洪侵蚀、泥石流侵蚀及土壤塌陷等【4J。侵蚀的对象也并不限于土壤及其母质,还包括土壤下面的土体、岩屑及松软岩层等。在现在侵蚀条件下,人类活动对土壤侵蚀的影响日益加剧,它对土壤和地表物质的剥离和破坏,已成为十分重要的外营力。
土壤侵蚀以降水和地表径流作为侵蚀的直接动力,即以水力侵蚀为主,其主要侵蚀形态有面蚀和沟蚀。水力侵蚀的强度决定于土壤或土体的特性、地面坡度、植被情况、降水特征及水流冲刷力的大小等,其中降水是最重要的动力因素。暴雨对土壤的分散、破坏作用最大,增强了地面径流的冲刷力和搬运能力,加大土壤侵蚀量,少数几次大暴雨引起的侵蚀量,往往占年侵蚀量的主要部分。植被对地面的覆盖是减少水力侵蚀的关键因素,严重的水力侵蚀一般发生在植被遭到严重破坏的地区。坡度与坡长
既影响径流速度,也影响渗透量和径流量。人为不合理的经营活动是引起水力侵蚀的主导因素,滥垦、滥伐、滥牧和不合理的耕作方法均能加剧水力侵蚀。侵蚀因素的不同组合决定着水蚀的形式、强度、时空分布以及潜在危险的大小。2.1面蚀情况
面蚀分布面积广泛,危害较大。面蚀主要发生在坡耕地以及植被稀疏的荒坡上,可分为耕地面蚀和非耕地面蚀。根据邢台市水土保持规划调查情
?
53
?
况,上述2个小流域在次暴雨面雨量小于50mm时,土壤侵蚀以面蚀为主。在西台峪流域的土石山区,由于土层浅薄,土壤含沙砾较多,在面蚀过程中,细土粒被地表径流带走,使土壤表层的细土粒不断减少,沙砾逐渐增多,最后导致弃耕,这种沙砾化面蚀是造成该流域水土流失的一个重要因素。2.2沟蚀情况
根据沟蚀发生的形态和演变过程,可分为浅沟侵蚀、切沟侵蚀、冲沟侵蚀、干沟侵蚀、河沟侵蚀等。沟蚀所形成的各种沟道,从上至下互相连接,形成自然排水系统的组成部分。浅沟侵蚀是沟蚀的开始阶段,进一步发展则形成切沟侵蚀和冲沟侵蚀。沟蚀上部与面蚀地段呈犬牙状交错连接,其下部与河道相通。河道是地表径流的自然通路,主要由凹地、旱溪和河川3个环节组成。当地面径流集中于相对狭长的河道后,水流逐渐变大,对土壤的侵蚀作用以下切河道
底部和冲淘河道边岸为主。面雨量在5D一150姗时,
面蚀、沟蚀均对土壤产生侵蚀作用,以沟蚀侵蚀为主。在山区、丘陵区富含泥沙的地表径流,经过侵蚀沟网的集中,形成突发洪水,冲出沟道向河道汇集,山区河流洪水对沟道堤岸的冲淘、对河床的冲刷或淤积过程称之为山洪侵蚀。如1996年8月份的一
场暴雨,坡底流域次暴雨面雨量为326.1姗,土壤侵
蚀模数为5830∥k舒,该次降水过程对土壤侵蚀量
为165万t;西台峪流域次暴雨面雨量为468.9姗,
土壤侵蚀模数为5140∥km2,对土壤侵蚀量为65.3当降水强度大、雨滴大时,多层次、高密度的植植被的根系可以固结土壤,改善土壤结构,增强?54?
万方数据
体系,其作用更强;主根型的草本植物,对于雨水向下移动有良好的作用;须根系的草本植物可以牢固地固结土壤,死亡后为土壤增加有机质。
枯枝落叶层对于拦截坡面径流,减缓径流速度和径流强度,增加土壤入渗的作用显著。良好而深厚的枯枝落叶层,在植物保护土壤免遭侵蚀中可起到60%~70%的作用【5l。没有枯枝落叶层和灌丛的林地,尽管郁闭度高,仍然产生强烈的坡面径流,并导致严重的沟蚀。如坡底流域内有24.04%森林植被,坡面的枯枝落叶和灌草的覆盖层很厚,它们具有很大的容水量,能吸收比自身干重2—5倍的水分,对减少地表径流量和径流强度起重要作用。3.1流域植被对土壤年侵蚀模数的影响
土壤侵蚀量是指土壤侵蚀作用的数量结果。通常把土壤、母质及地表散松物质在外营力的破坏、剥蚀作用下产生分离和位移的物质量,称为土壤侵蚀量。单位时间、单位面积内产生的土壤侵蚀量,称为土壤侵蚀模数。
土壤侵蚀物质以一定的方式搬运,并被输移出特定地段,这些被输移出的泥沙量称为流域产沙量。相应的,单位时间内通过河川某断面的泥沙总量称为流域输沙量。在本研究区内土壤组成多以褐土、草甸土为主,且粒径组成范围较小,可以近似地将输沙量看作流域的产沙量,因而常用流域的输沙量和流域土壤侵蚀面积来计算平均侵蚀模数。
水流挟沙力应该包括推移质和悬移质的全部沙量。由于推移质运动要比悬移质运动复杂得多,当前的测验工作仅限于悬移质方面,对于推移质测验还有不少困难,并且在天然河流中,悬移质一般成了全部运动泥沙的主体,因此,对于一般河流来说,常以悬移质输沙率代替水流的全部挟沙力。根据199l。2005年泥沙监测资料,分析比较坡底、西台峪沙率统计结果见表3。
通过对坡底、西台峪2个小流域实验站年输沙模数与年平均输沙率进行分析计算,坡底站流域输沙模数为504.4∥(k舒?a),西台峪站为850
L/(姘?a)。西
台峪站输沙模数比坡地站多345.6L/(km2?a)。通过计算还可以看出,流域植被对土壤侵蚀的影响主要与植被有关,但也和降雨强度和降雨历时及降水量峪年输沙模数为5250L/(k矗?a),而且坡底流域大于份的几百倍,甚至上千倍。
2个流域输沙模数等情况。流域输沙模数、平均输2.3山洪侵蚀
万t。该研究区分别在1996年、2000年发生特大暴雨洪水,流域内均发生山洪侵蚀,对农田、河流、道路等损毁严重,给当地生产生活造成很大损失。
3流域植被对土壤侵蚀作用的实验分析
被可以保护土壤免遭大雨滴直接击溅,并削弱其降雨动能。同时,可以使大雨滴经过枝叶撞击而变小,然后再落到地面,其强度也大为减弱。如果是郁闭度高的天然混交林,林下灌木、草类丛生,枯枝落叶层遍布地表层,其减少地表径流量减缓和流速以及径流强度的作用显著,很少造成水土流失。另外,良好的天然草坡和茎叶交织如密网的多年生人工草地可非常严密地遮盖坡面,几乎看不到裸土,这样就能防止雨滴直击地面,同时增强拦阻坡面径流和增加土壤入渗能力,极大地降低径流的冲刷强度。
团粒的黏结性,可以增加土壤孔隙度,增强土壤渗透力。根系发达的木本植物,具有强大的主根和支根
有关。如1996年,发生较大洪水,两站输沙模数相
差很小,坡底站年输沙模数为5870t/(I甜?a),西台
西台峪,说明流域植被对土壤侵蚀的影响也是有一定限度的。一旦发生山洪侵蚀,侵蚀模数是正常年
表3实验站输沙模数、平均输沙率统计(1991一加惦年)
坡底站
西台峪站
年份输沙模数/最大日平
平均输沙模数/最大日平平均(1?km一2?均输沙串/输沙率/(t?km-2?均输沙率/输沙率/
!:12
1虹:!::2
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O.721992O.5O.9O.004盯
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5250
6840
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1.56199BO.84.47O.06
0O019992.1
4.64O.眈
175139O.70200012印.O
203011.302830323011.40
200l22.843.4O.215191922.∞
200218.O13.80.1600020∞19.820.O
0.176424O.262004
91.2
%.7
O.82
2451601.7l20∞125.0
204
1.12
2317
0.09
平均504.44.52
850
3.榴
3.2流域植被对径流含沙量影响分析
在上述2个小流域的植被覆盖率中,坡底流域森林面积比例明显高于西台峪流域。当降暴雨时,坡面径流量随之增大,但是,坡面径流经过植物的层层拦截,极大地削弱了冲刷动能,分散的坡面径流不再具有大的破坏力。
土壤既是侵蚀的对象又是影响径流的因素,因此土壤的各种性质都会对面蚀产生影响。影响土壤性质的因素有土壤质地、土壤结构、土壤孔隙、剖面构造、土层厚度、土壤湿度以及土地利用方式等蚓。在上述因素基本相似的情况下,流域植被因素对径流含沙量的影响十分重要。表4为199l一20Q5年2个不同流域径流含沙量监测结果。
表4不同流域径流含沙量监测结果
年份平均流量厂'F均蔷面i/最大含谚量/平均流量而含抄量痧i夫含抄量/
坡底西台峪
(一?B一1)
(kg?m。3)
(kg?m‘3)(一?s一1)
(kg?m。3)
(kg?m一3)
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1.27
1.刀
O.67
3.69
万方数据
由表4可知,坡底实验站径流平均含沙量为1.27kg/矗,而西台峪站平均含沙量为3.69k∥矗,后者是前者的2.9倍。在流域内,作物植被和森林植被保土的作用是不同的。在坡底小流域内,农田面积占7.67%,林地面积占24.04%;而西台峪小流域,农田面积占23.12%,林地面积占7.5%。在发生土壤侵蚀的地区,坡地上种植各类农作物,形成一定的植被覆盖,能保护土壤,阻抗侵蚀。在其他因素基本相似的情况下,流域植被是影响径流含沙量的重要因素。
3.3降水量对土壤侵蚀量的影响
坡面水流形成初期,水层很薄,速度较慢,但水质点由于地表凸起物的阻挡,形成绕流,流线相互不平行,在缓坡地上,薄层水流的速度通常不会超过O.5In/s。因此,能量不大,冲刷力微弱,只能较均匀地带走土壤表层中细小的呈悬浮状态的物质和一些松散物质,即形成层状侵蚀。但当地表径流沿坡面漫流时,径流汇集的面积不断增大,同时又继续接纳沿途降雨,因而流量和流速不断增加。到一定距离后,坡面水流的冲刷能力便大大增加,产生强烈的坡面冲刷,引起地面凹陷,随之径流相对集中,侵蚀力变强,在地表上会逐渐形成细小而密集的沟,称细沟侵蚀。最初出现的是斑状侵蚀或不连续的侵蚀点,以后互相串通成为连续细沟。细沟的出现,标志着面蚀的结束和沟道水流侵蚀的开始。因此,降水量和降水强度是影响土壤侵蚀的主要因素之一。根据199l一2005年泥沙监测资料,选择有代表性的降水过程和泥沙过程资料,对面雨量在不同范围的次降水产沙资料进行分析,分析结果见表5。
表5不同流域次暴雨产沙调查
由表5可以看出,在流域面雨量为10一50瑚1
范围时,西台峪比坡底平均产沙模数增大了10倍;
在流域面雨量为50—100I砌范围时,西台峪比坡底
平均产沙模数增大了12倍;在流域面雨量为100一
150姗范围时,西台峪比坡底平均产沙模数增大了
14倍,侵蚀模数随降水量和雨强的增加而增加。
流域植被较好的坡底站,在降水量和降水强度基本相同的情况下,产沙模数比植被较差的西台峪站相差10倍以上。随着流域面雨量的增大,产沙模
?55
?
数也逐渐增大,而且两流域产沙模数的倍数也逐渐增大。分析结果说明,流域植被对控制土壤侵蚀影响比较明显。植被较好的坡底站土壤侵蚀量明显低于西台峪站。
土流失的控制作用愈加明显。通过对不同时段降水量分析,2个流域次暴雨产沙模数相差很大,西台峪流域比坡底高10倍以上。说明流域植被不仅在减少洪峰流量、延缓洪峰时间、增大对地下水的人渗量和人渗时间方面起重要作用,而且在减少地表径流对土壤的侵蚀方面也发挥重要作用。参考文献:
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(收稿日期:2008-02—26编辑:高滑文)
4结语
通过对坡底、西台峪2个小面积实验站年输沙模数进行分析计算,得出坡底站流域输沙模数为
504.4L/(k舒?a),西台峪站为850∥(姘?a)。流域
植被覆盖率高的流域,土壤侵蚀量就少。根据实验站15a监测资料分析,流域植被覆盖率高17.72%,植被对土壤侵蚀量控制减少345.6∥(km2?a)。
根据15a泥沙系列资料计算,坡底站径流平均含沙量1.27kg/一,西台峪则为3.69kg/m3,坡底站多年径流平均含沙量低于西台峪站,流域植被对径流含沙量的控制作用比较明显。在流域植被高17.72%的情况下,含沙量减少了2.42kg/矗。
通过对不同降水范围情况调查分析,在不同流域内,随着次降水的流域面雨量增加,流域植被对水
斗-¨-+_+-■—-叶叶—+-?卜-+-+-+-+-+斗?+-■叫_+—■呻-+_+—..叫—+—_卜-_.—?■呻呻呻?+-+-■—扣+—■—?■——f帽—卜-’叫-+啃_.一-—卜-’一-+-+—和
?简讯?
第二届中国环境社会学学术研讨会在河海大学举行
由河海大学社会学系、河海大学中国移民研究中心、中国人民大学社会学理论与方法研究中心、中央民
族大学社会学系和中国社会学学会人口与环境社会学专业委员会联合主办的第二届中国环境社会学研讨会于2009年4月25—26日在河海大学举行。本届研讨会上,来自中国社会科学院、中国人民大学、中央民族大学和中国海洋大学等科研机构和高校的70多位学者,围绕“水?环境与和谐社会建设”的主题,对涉水等环境
问题进行了探讨。
中国人民大学洪大用教授、河海大学施国庆教授、南京大学张玉林教授和河海大学陈阿江教授分别以“中国水污染的社会学分析:若干议题与研究进展”、“环境移民研究”、“‘天地异变’与中国农村研究”、“论人
水和谐”为题作了主题报告。
洪大用总结了当前中国水污染的基本特点,概括了水污染分析的三种社会学视角——功能论、建构论和
冲突论。不过,这些分析视角中的任何一个不可能单独用于解释中国的环境问题,水污染社会学分析必须要考虑到中国的社会情境。施国庆提出“环境移民”概念并对其进行了详细阐述,对环境移民的产生、安置方式
进行了探讨,且从跨学科视角提出了环境移民应该进行研究的若干问题。张玉林指出了传统中国乡村研究
中“环境”视角的缺位:学界对当代中国的“大转变”中的“环境”一维远远没有足够、充分的理解。他建议,环境社会学研究者当以文明史的眼光、求真的精神、超然的态度和匠人的气质,实现对环境问题的全面、系统、
深入、细致的刻画和分析。陈阿江从两种理想类型——“人水不谐”型和“人水和谐”型入手探讨人水关系。他构建了从“人水不谐”的“D”点到“人水和谐”的“E”点之转变的理想型机制,并论证其可能性。他认为,人
类可以通过技术进步、制度创新和重塑理念来实现这种转变,但该理想型拐点的实现受制于非常复杂的因
素,人水和谐状态的实现道路是复杂多样的。
各分论坛上的讨论同样精彩。其中,环境社会学理论与经验研究的关系、环境正义、文化分析、环境行
动、项目社会评价等议题对环境社会学研究的扩展和深化具有启发意义。
(王毅杰刘海健供稿)
?56?
万方数据
流域植被对减缓土壤侵蚀作用的实验研究
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
乔光建, 檀领革, 陈峨印, QIAO Guang-jian, TAN Ling-ge, CHEN E-yin河北省邢台水文水资源勘测局,河北,邢台,054000水资源保护
WATER RESOURCES PROTECTION2009,25(3)0次
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1.学位论文 陈月红 黄土高原丘陵沟壑区典型流域植被-侵蚀动力学过程研究 2008
土壤侵蚀产沙,尤其是降雨径流引发的水力侵蚀产沙,是目前全球面临的最大环境问题之一。在中国,仅水力侵蚀面积一项就超过国土总面积的1/6。本论文以黄土高原为研究对象,旨在构建一个能模拟自然因素和人为因素共同作用下植被覆盖度和侵蚀动态变化情况的模型,为黄土高原水土保持、泥沙治理及生态环境建设提供科学决策依据,并能丰富和完善水土保持的定量化研究。论文的主要研究成果如下:
本论文采用3S技术,运用统计理论及非线性科学的相关方法,以黄土高原具有长期实验基础的吕二沟、罗玉沟、桥子东沟及桥子西沟等流域的降雨、径流和泥沙20多年的实测资料为数据背景,进行系统分析,研究了流域降水、径流和泥沙在不同土地利用下的尺度分异规律,利用植被覆盖度与侵蚀模数之间的动态变化关系,在植被一侵蚀动力学模型的基础上,把尺度分析规律与植被一侵蚀动力学模型相结合,首次把降雨和径流等自然因素引入植被一侵蚀动力学模型,进一步完善和丰富了模型的应用范围。综合分析了自然因素和人为因素共同作用下,植被覆盖度和侵蚀的动态变化情况,提高植被一侵蚀动力学模型的模拟精度达76%。 本论文研究结果表明:
1.流域水土保持措施实施后,通过合理调整土地利用类型的空间分布格局,改变原来的土地利用类型,流域植被条件改善,林草面积增加,植被覆盖率增加对产流产沙具有一定的抑制作用,有利于防治流域严重水土流失。多年降水资料分析结果表明,三个流域降水的年内分布以5~10月份最多,占全年总降水量的81%左右,其中7、8两个月的降水量最大,11月至翌年2月的降水量最少。产沙量在5~10月份最大,占全年总量的90%以上。 2.月产沙量与月降雨量和径流量之间具有较好的二元一次线性关系;月产输沙量与月降雨量和月径流量单因子之间,具有较好的幂函数关系。 3.同一土地利用时期下,同一雨强范围内对场降雨的结果是:产沙量与径流量之间以及平均降雨强度较大的情况下,场径流量与产沙量之间呈幂函数关系;产沙量与降雨量、径流量三者之间存在二元一次线性关系。
4.同雨强下不同土地利用时期的产流和产沙有如下规律:无论大雨强还是小雨强下,土地利用方式调整后其产流量比调整初期的要小;同雨强、同样的径流量下,土地利用方式调整后的产沙量较调整初期的要小。
5.引入降雨、径流等自然因素的改进后的植被一侵蚀动力学模型,可以更好的模拟黄土高原植被覆盖度及侵蚀模数演变过程,改进后的植被一侵蚀动力学模型的应用,使得模型的计算值,尤其是侵蚀模数的计算值更接近实测值,从而为改进后的植被-侵蚀动力学模型应用于实际流域模拟提供了理论基础。
6.通过研究空间尺度、植被、降雨、工程措施和土地利用结构变化下三个典型小流域的植被一侵蚀动力学过程,可以看出,随着流域面积增大,影响径流和输沙的因子在增多,其影响程度的贡献率也在增大。
2.学位论文 胡振宇 雅砻江流域植被恢复与重建技术研究 2009
论文以雅砻江流域高原丘陵区植被恢复与重建为目标,结合流域特殊环境资源特征,以乡土植物为基础筛选出适合区域植被恢复与重建的优良材料,集成优化出不同类型山地植被快速恢复与重建技术,并采用野外长期定位观测对恢复与重建植被进行生态效益评估。主要研究结果如下:
(1)高原丘陵区植被恢复与重建秋季更新的生理生态学基础分析表明:①土壤温度和水分是影响雅砻江流域这一特殊生态环境下植被恢复的主要因子,5~8月为高原失水期,9月以后为聚水期,水分的盈亏直接影响植被恢复阶段的保存率,秋更可以缩短缓苗期,增强幼苗对不利环境抵抗。6月下旬至七月底是高山林区苗木新陈代谢旺盛,8月上旬生长基本停止逐步形成顶芽,代谢减弱蒸腾降低,8月至9月,苗木冬芽饱满但根系活动仍然较强,继续吸收水分和养分有利于次年生长发育;8月下旬苗木定植到10月初须根数量增多长度增加,根系与土壤结合密切发育良好,逐步适应新的环境条件;次年春季土壤解冻气温回升,苗木即萌动生长无明显的缓苗现象。②秋更苗木无需假植,起苗后随即更新,且苗圃土壤湿润,起苗过程中苗木根系损伤明显减少;秋更必须在顶芽基本形成,根系尚有活力,生长未完全停止以前进行,否则秋更就成了单株假植失去更新意义,10月雨季结束土壤结冻后不宜秋更作业;③此外,秋更可降低成本约6%,延长更新时间1个月,有利于营林生产作业程序调整,秋更便于圃地轮作保证苗木质量。
(2)筛选出多类乡土树种作为植被恢复材料,并集成了相应的快速繁殖技术:①云杉扦插快繁选取幼龄母树的1年生枝条,扦插基质选择“泥炭1/2+炭化稻壳1/2+4‰复合肥”,基质温度控制在20~25℃,外源生根激素选择ABT生根粉,效果最佳;②光果西南杨插条采用15cm长的1~3年生枝条中下段进行扦插效果良好,扦插时间3月中旬为佳;⑨北京杨插条长度为18~24cm为宜,影响苗高和成活率的因素:枝条年龄>>浸水处理>地膜覆盖;④海棠种子育苗用福尔马林(浓度0.15%)溶液浸种15~30min,出苗率高,苗木质量好。
(3)提出了云、冷杉秋季更新技术。5个试验地(海拔3600m—4000m)造林后逐年定株观测数据分析表明:①川西云杉、鳞皮冷杉和鳞皮云杉苗木生长与气温和降水量密切相关,秋季更新定植3年后未经补植的保存率平均为46.8%,略低于春季更新,影响保存率的主要因素为:更新季节、树种、单穴植苗数、整地、苗木处理等;定株9年后树高和冠幅均以道孚>炉霍>翁达;②光果西南杨是高原丘陵区宽谷平地造林优良树种,整地50×50×50cm每穴另加客土10kg,4月上中旬土壤解冻后造林,用2年生根系完整、地径≥1.0cm、高≥1.0m的合格苗穴植,密度1110株/h㎡;③花叶海棠抗逆性强、生长快,适合山地中下造林,造林前一年雨季前整地,规格与技术光果西南杨相同,初植密度2505株/h㎡。
(4)植被恢复与重建生态效益明显:①川西云杉7年生与17年生重建林比较,总植物多样性指数和丰富度分别提高15%和70%;土壤有机质、氮、磷、钾分别提高41%、40%、41%、33%;林地枯落物层拦蓄量增加1倍,林地土壤蓄水量提高5.09%。②火烧迹地重建林地与未造林地比较,林地地表及近地面层0~20cm内年均温下降1.2℃~1.3℃,1.5m高处平均相对湿度提高5.0%;林冠截留降水的45.2%;年蒸发量减少494mm;③9年生光果西南杨重建林生物量61.4 t.hm-2,林分生产力6.5 t.hm-2.a—1,生产力比5年生林分提高约7倍。
本研究所建立的较为系统的苗木筛选培育方案和相应山地更新技术,适合于雅砻江流域高原丘陵区这一特殊生态环境下的植被恢复与重建,成效显著,可为高海拔地区困难立地的植被恢复与重建提供参考。
3.期刊论文 **. 姜成平. 时海燕. 马钦彦. LI De-sheng. JIANG Cheng-ping. SHI Hai-yan. MA Qin-yan 库区流域雨水资源分配及利用研究 -天津理工大学学报2006,22(3)
通过对黄前库区流域植被在自然降雨后对雨水资源的利用情况研究,探讨了库区雨水资源可利用的几种形式及其在特定环境条件下的分配比例.研究表明,在较小的降雨量下,植物直接利用的雨水资源占了绝大多数,但一次性降水量达到46.5 mm时,植物直接利用的雨水资源在40%以下,而土壤储存以备植物根系吸收利用的雨水资源达到了50%以上,人类可利用的雨水资源所占比例极少,一般在5%以下.
4.学位论文 曾爽 基于热成像的小流域蒸散发研究——以密云水库上游的东台沟小流域为例 2008
蒸散发是液体水以水汽的形式返回大气的过程,它是流域水分循环过程和能量平衡中十分重要的环节。随着气候变化和人类活动的增强,蒸散发在水资源管理和利用方面的作用越来越大。东台沟流域位于密云水库上游白河的一级支流的庄户沟流域内,自上世纪80年代对密云水库开展水源涵养恢复工程,东台沟流域植被也得到了很好的保护和恢复。然而近些年来,随着植被的恢复,该地区的地表径流量却逐渐减少直至完全消失,最近多年来流域内未见产流。虽然植被恢复后蒸散发量的增加被假定为是径流消失的主要原因,但是由于缺乏观测数据的支持,这个假定一直没有被证实。
由于流域蒸散发受大气和下垫面许多因素的制约,是水分循环中最难测算的一部分。到目前为止,虽然已经有多种方法可以用来估算蒸散发量,但是对下挚面复杂的小流域尺度上蒸散发观测,仍然缺乏精度较高的方法。本研究尝试利用热成像技术对小流域的蒸散发量进行观测,并用Penman-Montieth方法对结果进行验证。实验结果表明,基于热成型技术的三温模型参数少,使用方便,有较高的精确度,可以用来观测小流域尺度上的蒸散发量,并且能分别计算植被不完全覆盖条件下的土壤蒸发量和植被蒸腾量,有较高的实际应用价值。观测结果还表明,在一年中,土壤蒸发量的变化幅度不大,但是植被蒸腾量随季节有较大的变动。同时,利用水分平衡方法对2006年全年东台沟流域蒸散发量和降水量进行比较的结果表明,该年的总蒸散发量几乎和总降水量相等,说明植被消耗了全部降水,证明了植被恢复后的蒸散发量增加是径流消失的主要原因。
5.期刊论文 杨劼. 宋炳煜. 朴顺姬. 仝川. 高清竹 皇甫川丘陵沟壑区小流域生态用水实验研究 -自然资源学报2003,18(5)
一个强烈水土流失小流域(准格尔五分地沟),经过20多年水土保持植被建设,乔灌草人工植被镶嵌分布,覆盖率达80%,在有效遏制水土流失的同时,也消耗相当量的水资源--生态用水.2002年生长季节,采用实验研究方法,测定了该小流域各不同类型植被蒸散量、各不同类型土壤贮水量及降水量等,计算出该小流域四大类型植被生态用水(按大小顺序):①农田为5 321.3m3/hm2;②乔木林为4 654.8 m3/hm2;③灌木林为4 047.8 m3/hm2;④草原为32.44.3m3/hm2.估算出全小流域生态用水量:①各类植被生态用水量约150×104m3;②水库湿地生态用水量约26×104m3;③居民点生态用水量约4000 m3.三项合计,即五分地沟小流域总生态用水量约176×104m3.值得重视的问题是:该小流域植被生态用水量和总生态用水量均超出同期降水量(130×104m3)达
20×104~40×104m3.这意味着土壤贮水量耗减20~30 mm.因此,在生态环境建设中,构建适宜的植被模式,调控生态用水量,将对维持生态系统稳定及其环境改善起重要作用.
6.学位论文 尹婧 气候变化和土地利用/覆被变化对泾河流域生态水文过程的影响研究 2008
由于气候变化和人类活动引起的土地利用/覆盖变化(LUCC)对陆地生态水文过程的影响日益深刻,要求我们及时把握变化环境下的水资源形成与演化规律,保障水资源安全,实现水资源的可持续利用。近几十年来,在气候变化和人类活动的双重影响下,原本脆弱的生态环境进一步恶化,需要迫切地研究气候变化和LUCC对流域水循环和水资源的影响。
本研究采用实验、调查、遥感和模型(SWAT模型)相结合的方法,探讨了气候变化和LUCC对泾河流域生态水文过程的影响。在年和月的时间尺度上量化了1970~2006年泾河流域气候变化和LUCC对径流和蒸散发的影响及其贡献率.在此基础上,进一步分析了“退耕还林(草)”对流域生态水文过程的影响,取得了以下主要结果:
(1)SWAT模型能够在年和月时间尺度上较准确地模拟泾河流域的径流量,可以做为流域水资源评价的重要手段和工具。
(2)过去几十年来,泾河流域的多年平均气温、最高温度和最低温度呈逐年上升趋势,流域多年平均降雨量总体呈减少趋势.上世纪70年代
(1970~1979)~80(1980~1989)年代,气温呈微弱上升趋势;80年代(1980~1989)~90(1990~1999)年代,气温呈现明显增温趋势,流域多年平均最高气温升温最明显;1990~2005年,流域气温仍保持明显增温趋势,多年平均最低气温升温最明显。上世纪70~80年代,降雨量年际变化不大,月际变化较大,5-6月份降雨量增加较明显;上世纪80~90年代,流域总降水量减少,下游减少较明显;1990~2005年,总降水量有所增加,中、下游增加显著。综合分析,上世纪80~90年代,流域气候呈暖干化特征,1990~2005年,流域气候呈现暖湿化特征。
(3)对比1979、1989、1999和2006年泾河流域4期土地利用分类结果,可以看出耕地和低覆盖草地始终是流域最主要的土地利用类型。几十年来,林地面积持续减少,城镇用地的面积持续增加,未利用地的面积增减变化比较剧烈。与1979年相比,1989年时流域植被覆盖度整体上呈降低趋势:林地和高覆盖草地面积分别减少了4.55%和2.44%,未利用地和低覆盖草地面积分别增加了3.61%和4.17%,耕地面积减少较小;到1999年,与1989年相比,流域植被覆盖度仍呈降低趋势:耕地面积增加了2.57%,未利用地面积增加了5.70%,高、低覆盖草地面积减少共减少了7.32%,林地面积减少了0.93%;到了2006年,与1999年相比,流域植被覆盖情况有所改善:高覆盖草地、未利用地、耕地面积变化最显著,高覆盖草地增加了4.60%,未利用地减少了9.78%,耕地增加了5.11%,林地增加面积和低覆盖草地减少面积非常小。
(4)上世纪70~80年代,在气候变化和LUCC共同作用下,流域年和月径流都呈现增加趋势,年径流量共增加了29.75m3s-1。其中气候变化使得年均径流增加了26.07m3s-1;对径流影响的贡献率为87.62%;LUCC使得年径流增加了2.30m3s-1,对径流影响的贡献率为7.73%。其它因素的贡献率为4.64%。在气候变化和LUCC共同作用下,流域年、月蒸散量都呈现出减少趋势,年蒸散量共减少了78.39mm,其中气候变化使得年均蒸散量减少了30.03mm,对蒸散量影响的贡献率为-38.31%;LUCC使得年蒸散量减少了37.93mm,对蒸散量影响的贡献率为-48.39%。其它因素的影响为-13.31%。 上世纪80~90年代,在气候和LUCC共同作用下,流域年、月径流量都呈现出减少趋势,年径流量减少了12.59m3s-1。其中气候变化使得年均径流减少了7.04m3s-1,对径流减少的贡献率为55.92%;LUCC使得年径流减少了6.83m3s-1,对径流影响的贡献率为54.25%。其它因素的影响为10.17%。在气候变化和LUCC共同作用下,流域年、月蒸散量都是增加的,年蒸散量共增加了72.53mm,其中气候变化使得年均蒸散量增加了47.19mm,对蒸散量影响的贡献率为65.06%;LUCC使得年蒸散量增加了33.46mm,对蒸散量影响的贡献率为46.13%。其它因素的影响为-11.21%。
上世纪90年代到现在,在气候变化和LUCC共同作用下,流域年、月径流量都在减少。年径流量共减少了15.65m3s-1,其中气候变化使得年均径流减少了6.59m3s-1;对径流影响的贡献率为42.11%;LUCC使得年径流减少了11.06m3s-1,对径流影响的贡献率为70.67%。其它因素的影响为12.18%。同期,在气候和LUCC共同作用下,流域年、月蒸散量都是增加的,年蒸散量共增加了34.15mm,其中气候变化使得年均蒸散量增加了37.01mm,对蒸散量影响的贡献率为108.37%;LUCC使得年蒸散量减少了10.09mm,对蒸散量影响的贡献率为-29.55%。其它因素影响21.18%。
(5)泾河流域自90年代末“退耕还草”措施实施以来,流域部分坡耕地逐渐退耕恢复为草地。流域上游坡耕地主要恢复为低密度草地,流域中、下游由于气候条件较为优越,坡耕地主要恢复为高覆盖草地。研究结果表明,退耕还草后流域上游的径流总量和土壤含水量增加,而蒸散发量和地表径流量减少。主要原因可能是流域坡耕地恢复为低、高覆盖草地后,减少了坡面地表径流和土壤侵蚀,增加了土壤下渗量,起到了涵养水源、保持水土的作用。
7.学位论文 董晓红 祁连山排露沟小流域森林植被水文影响的模拟研究 2007
山地是我国温带干旱缺水地区的重要水源地,需恢复和维持较好的森林植被以保护山地土壤和充分利用森林的水文效益,但不合理的恢复森林植被可能会减少径流水资源,因此,需根据自然环境条件和人类发展要求合理调控森林植被与水的关系。
为了深入认识森林植被对水文过程的作用机理,分析森林植被、土壤、地形等水文要素的空间异质性对流域水文过程的影响,揭示植被变化对流域水分平衡的影响和流域产流对植被变化的响应,本文将以热带地区生态水文特点为基础设计的小流域分布式生态水文模型TOPOG 应用于祁连山排露沟小流域,利用2001年、2002年的气象数据和水文数据对TOPOG模型进行率定和检验,并用2002年的气象数据模拟该流域生长季的截留、蒸散、径流等生态水文过程,分析海拔高度、坡度、坡向、植被类型等流域水文要素对流域水分平衡的影响,并根据植被对水分条件的要求和生态环境建设与水资源保护对植被建设的要求,制定7种流域植被分布情景,其青海云杉林覆盖率分别为0.41%、9.19%、12.31.%、36.00%、36.15%、45.65%、46.33%,模拟植被变化对流域水分平衡的影响,特别是对径流的影响。 主要研究结果如下:
(1) TOPOG模型的适用性TOPOG模型能准确地模拟生长季(5~9月)降雨量为5~25mm的次降雨截留量;也能较准确地模拟海拔2730~3100m的青海云杉林总蒸散量及其组成,及海拔2700~2800m的阳坡草地总蒸散量;模拟的小流域生长季径流量与实测值相一致。但不能模拟非生长季的水分循环过程,因祁连山存在的积雪与融化、季节性冻融等过程对流域非生长季的生态水文过程影响较大,而TOPOG模型未考虑这些过程。
(2)地形因子对冠层截留、蒸腾、土壤蒸发和产流的影响青海云杉林的冠层截留系数平均为0.38,随海拔的升高而减小,随坡向、坡度的变化没有明显变化;蒸腾系数随海拔的变化没有明显变化,在各个坡向差异较大,西坡最高,达1.0,东坡最低,为0.38;土壤蒸发系数在0.01左右,随海拔、坡向、坡度没有明显变化;产流系数随海拔的变化没有明显变化,在各个坡向差异较大,北坡(15~30°)最高,达0.26,西坡产流系数最低,为-0.44。 灌丛的冠层截留系数在0.2左右,随海拔的升高而增加;蒸腾系数在0.4~0.8之间,且随海拔的升高而增加,西北坡(0.6)略高于东北坡(0.57),随坡度的增加逐渐减小;土壤蒸发系数在0.012~0.03之间,随海拔的升高而增加,产流系数在-0.06~0.415之间,且随海拔的升高而降低,东北坡
(0.3)高于西北坡(0.18),随坡度的增大而增加。草地的冠层截留系数为0.1,随海拔、坡向、坡度的变化没有明显变化;蒸腾系数在0.4~0.6之间,随海拔升高略微下降,西北坡高于东北坡,随坡度变化没有明显变化;土壤蒸发系数在0.07~0.12之间,随海拔、坡度、坡向没有明显的变化;产流系数在0.15~0.42之间,西坡最高(0.3),随海拔、坡度的变化没有明显的变化。
(3) 流域产流的空间分布海拔2650~2900m的阴坡青海云杉林为水分消耗区,5~9月潜在产流量为-77.5mm~-19.5mm;海拔2900~3200m的阴坡青海云杉林为水分平衡区,5~9月蒸散消耗的水量与同期降水量基本相当;海拔3200~3300m的阴坡青海云杉林为可能产流区,蒸散消耗的水量小于同期降水量,5~9月潜在产流量为51.0mm。
海拔3000m以下的草地为可能产流区,5~9月的潜在产流量为104.2~152.0mm。
海拔3300~3700m的灌丛为可能产流区,5~9月潜在产流量为57.9~157.3mm,海拔3700~3770m的灌丛为水分消耗区,5~9月的潜在产流量为-15.3mm。
(4) 植被对流域水分平衡分量的影响不同植被截留量不同,其中5~9月截留量从大到小的顺序为:青海云杉林(176.8mm)>灌丛(95.8mm)>草地
(50.8mm),如在海拔2700m处青海云杉林截留量为171.2mm,比同一海拔高度的草地平均多截留120.5mm,海拔3300m处青海云杉截留量为183.2mm,比同一海拔高度的灌丛多截留86.5mm。
不同植被蒸腾耗水亦不同,祁连山主要植被的5~9月蒸腾量从大到小依次为:灌丛(304.7mm)>青海云杉林(298.7mm)>草地(242.5mm),如海拔2700m的青海云杉林5~9月的蒸腾耗水为252.3mm,比草地多42.6mm。
不同植被5~9月的土壤蒸发量从大到小依次为:草地(38.4mm)>灌丛(10.4mm)>青海云杉林(5.1mm),其中海拔2700m处青海云杉林的土壤蒸发量为4.9mm,比草地少蒸发29.4mm,在3300m处青海云杉林土壤蒸发量为5.5mm,比灌丛少蒸发4.4mm。
不同植被的产流能力从大到小依次为:草地(112.7mm)>灌丛(77.2mm)>青海云杉林(-7.5mm),如海拔2700m的青海云杉林5~9月潜在产流量为-19.5mm,比草地少134.7mm,在3300m处青海云杉林产流量为51.1mm,比灌丛少101.3mm。
(5) 植被变化对流域产流的影响根据青海云杉林在祁连山只能分布在海拔2650m~3300m阴坡的特点,计算出排露沟小流域青海云杉林覆盖率将在0.41%~46.33%之间变动,青海云杉林面积每增加1%,草地面积减少1%,流域截留量增加1.3mm,流域蒸腾量增加3.2mm,流域土壤蒸发量减小0.3mm,流域径流量减小4.2mm,洪峰流量减小0.004 m<'3>/s。
8.期刊论文 莫兴国. 刘苏峡. 林忠辉. 陈丹. 赵卫民 无定河流域水量平衡变化的模拟 -地理学报2004,59(3)
利用黄土高原无定河流域1982~1991年的水文气象、土地利用、土壤质地、数字高程和NOAA-AVHRR遥感信息,建立基于土壤-植被-大气传输机理的分布式生态水文模型,模拟流域水量平衡的时空分布.研究结果发现,该流域的年平均植被指数(NDVI)的年际变化不明显,但NDVI最大值的年际变化显著.该流域年累计NDVI与降水年总量关系不明显,说明该流域植被的生长并不完全受控于降水总量.模拟的实际蒸散量用无定河及其岔巴沟子流域实测降水与实测径流的差值进行验证,误差小于5%.整个流域模拟时段的平均降水量为372±53 mm yr-1,实际蒸散量为334±33 mm yr-1,其中蒸腾为130±21 mm yr-1,有明显的年际波动.地表径流的年际变化相对较小.蒸散发的季节变化特征与降雨基本一致,即7、8、9月雨季高,其他月份低.降水量和实际蒸散量呈现显著的空间分异性,表现出由东南(高NDVI)向西北(低NDVI)递减的梯度差异.地表径流的空间分异亦沿东南-西北梯度变化,但高值分散在中部.以岔巴沟子流域1991年的地表覆被度为基准,发现在全流域都覆盖上某一种植被的情况下,蒸腾和土壤蒸发的变化非常明显,地表径流和实际总蒸散的变化并不显著.只有在全流域都变成荒漠情景下,实际总蒸散才显示出较明显变化(17%),表明在西北干旱半干旱区,土地利用/覆被变化对水量平衡的影响非常复杂.
9.学位论文 叶长青 红河流域主要水文特性及LUCC关联研究 2008
土地覆被在流域到全球的多种尺度上都发生了显著变化,并由此不断改变着水文过程,分析流域土地利用变化对水文过程的影响对于流域管理十分重要。本文根据土地利用资料、NDVI数据、基流、径流量数据和气象数据,运用数理统计分析、地理信息系统和遥感技术等方法,首先分析了基流量、径流量及气象数据的分布规律和突变特性,然后建立显著性回归方程,定量分析气候和土地利用变化对基流量和径流量的影响作用。得出以下结论: (1)在红河流域及其主要三个子流域中,红河流域、李仙江和盘龙河的年径流量都呈现下降趋势,元江则缓慢上升。年降水量、年基流量和流域年蒸发量变化趋势相同,即除了盘龙河外,红河流域、元江和李仙江流域都有上升趋势。各流域年均气温都呈上升趋势;而各流域水面蒸发量都呈现下降趋势。1956~2000年45年,各流域年径流量、年基流量和年降水量总体上有相同的变化过程,可分为如下几个时段(持续期至少5年以上):两个显著的枯水段,即1956~1964年、1974~1983年;一个平水段即1984~1993年;两个显著的丰水段即1965~1974年和1994~2000年。年气温、流域年蒸发量和水面蒸发量则与年径流量的变化过程不同。
(2)1956~2000年45年,各流域年径流量和径流系数均在相应年份发生了突变;除了李仙江外,年降水量和流域年蒸发量均没有发生突变;各流域气温等其他气象要素发生突变的年份与年径流量和年径流系数发生突变的年份不同。年径流量的变化过程比年降水量更加剧烈,各流域年径流量在
1974~1983年时间段都比多年平均年径流量下降了20%左右,而年降水量下降幅度较小,仅下降10%左右。初步定性分析可得出,各流域年径流量突变的成因与趋势的成因不一致,变化趋势与降水有关,年径流量和基流量的突变主要是由人类活动对下垫面的改变造成的,特别是1965和1974年耕地和林地面积的变化是径流量改变的重要因素。
(3)从1980~2000年,红河流域主要的三个子流域土地覆被类型变化主要表现为耕地、林地和草地三者之间的相互转化,其中以耕地和林地之间的转换最为突出,耕地变化的面积最大。另外,1982~2003年NDVI数据分析表明,红河流域和元江下垫面在1993年NDVI值显著下降,李仙江流域则在1995和2001年两年植被覆盖NDVI值也显著下降,而盘龙河流域平均年最大NDVI值比较稳定,没有明显的变化。在1982~2003年间,红河流域植被整体上呈不显著增加趋势,但存在明显的区域差异性和较大的空间异质性。NDVI增加的区域主要位于元江的上游和中游,还有李仙江流域的中下游;NDVI减少的区域则主要位于盘龙河流域,红河流域其他占72.70%的地区则植被几乎没有变化。
(4)通过建立年基流量与NDVI、NPP、年降水P、年气温T和年流域蒸发量E1之间的多元回归方程,结果表明:红河流域、元江和李仙江流域的NDVI与年基流量的关系最密切,居第一位,且为正相关,气象要素对这些流域年基流量的影响相对较小;盘龙河植被变化与年基流量关系较小,为负相关,气温对盘龙河年基流量影响最大;另外,建立的经验方程复相关系数都不大,说明除了植被和降水因子外,流域蓄水量和土壤水含量变化对流域年基流量的影响不可忽视。
(5)通过建立年径流量与NDVI、NPP、年降水P和年流域蒸发量E1之间的多元回归方程,结果表明:各流域植被因子对年径流量影响相对较小,降水因子是年径流量的主要控制因子;除了盘龙河流域外,植被变化对红河流域及其各子流域的年径流量变化均有一年左右的时滞;与其他流域对比,盘龙河流域复相关系数最低,这可能是由于盘龙河特殊的喀斯特地貌环境所致。
(6)通过土地利用变化对径流过程的影响程度分析与模拟,得出:1974年以来,红河及各主要子流域的LUCC对年径流量增加的贡献率有所不同,其中红河流域和李仙江流域LUCC对年径流量影响贡献率为21%,较为显著,其次是元江流域,贡献率为17%;降水对各流域年径流量的影响较大,贡献率均在70%以上,其中元江流域的影响量最大,贡献率为80%,红河整个流域的影响量最小,贡献率为70%。
10.期刊论文 刘绿柳. 肖风劲. LIU Lüliu. XIAO Fengjin 黄河流域植被NDVI与温度、降水关系的时空变化 -生态学杂志2006,25(5)
归一化差值植被指数(NDVI)是植被生长状态和空间分布的指示因子,区域气候对植被生长起着重要作用,两者具有密切的相互关系.通过对黄河流域NDVI与降水、温度的年际变化趋势及相互关系的时空变化规律分析,发现该流域NDVI与降水、温度相关显著的植被类型以草地、灌木为主,但相关区域的空间位置随时间变化.流域尺度上,NDVI年较差、年均温度、月均温度在1982~1999年呈升高趋势,年降水量呈减少趋势;NDVI年较差与年降水、年均温度相关不明显(P>0.05);7月NDVI与同期降水、温度相关显著,相关系数分别达0.855、0.943.栅格尺度上,流域内大部分地区NDVI年较差与年均温度相关不
显著;与年降水相关显著的区域以正相关为主,分布于上游的草地、灌木区;与夏季降水相关显著的区域面积最大,占13.74×104 km2,分布于上游的灌木和部分草地,其中7月NDVI与同期降水相关性较好,相关区域的面积有9.91×104 km2,分布于中上游干流河道附近的草地、灌木;NDVI年较差与春、夏、秋季的平均温度以正相关为主;4月NDVI与同期温度以正相关为主,分布于兰州上游的草原和灌木,而10月以负相关为主,分布于兰州与宁夏北部石嘴山之间的草地、灌木区.
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_szybh200903014.aspx
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7月2日
范文二:植被破坏对黄土高原加速侵蚀及土壤退化过程的影响
植被破坏对黄土高原加速侵蚀及
土壤退化过程的影响
查 轩 , 黄少燕
( ) 福建师范大学 地理研究所 , 福建 福州 350007
摘 要 :如何评价黄土高原自然侵蚀与人为加速侵蚀作用 ,恢复与重建植被的可能性和必要性等是近年来治理黄河 的热点问题 。通过定位试验和野外调查 ,研究了黄土高原子午岭林区植被破坏对土壤理化特性以及土壤侵蚀过程 演变的影响 ;分析了人为破坏植被耕垦后坡面土壤侵蚀特征与土壤退化过程 。表明 :植被是影响土壤侵蚀最敏感的 因子 ;人为破坏植被造成的加速侵蚀 ,是导致土壤退化和生态环境恶化的主要原因 ;恢复和重建植被 ,应为黄土高原 加速治理和减少入黄泥沙的根本措施 。
关键词 : 植被破坏 ;耕垦 ;加速侵蚀 ;土壤退化
中图分类号 : S157 ; S15811 ; P941174 文献标识码 :A
由于人类活动的介入 ,使黄土高原地区的土壤 ,逐渐演变成目前的自然景观 。 植被又得以恢复
研究区位于黄土高原子午岭林区的瓦窑沟流域侵蚀经历了一个由自然侵蚀向加速侵蚀的发展演化
() 属北洛河的三级支流。地理位置为 109?11′E ,36? 过程 。如何评价自然侵蚀与人为加速侵蚀 ,以及黄
05′N 。区内地貌特征为黄土覆盖的低山丘陵 ,海拔土高原植被恢复与重建的可能性和必要性等问题 ,
1 ,4 930 m,1 683 m ,相对高差100 m,150 m , 沟壑密度近年来引起了众多学者的关注 ,而且争论较大。 2 4 . 5 km/ km; 年均气温7 ?, 8 ?, 无霜期 120 d ,为此 ,我们在黄土高原子午岭林区 ,通过典型区调查
160 d 。年 降 雨 量 在 500 mm , 600 mm 之 间 , 平 均和径流小区定位观测 ,对比研究了林区 、无林区 、草
564 mm ,7 , 9 月的汛期雨量占 年 雨 量 的 60 % ,() 地及人为耕垦后 农耕地不同地形部位土壤剖面发
70 % 。 该区是黄土高原目前保存较完整的成片天育特征和土壤内在特性的时空变化与土壤侵蚀的演
然次 变 ,以期为黄土高原植被恢复与重建及综合治理方
生林之一 ,其林木郁闭度 > 0 . 7 ,林下草被覆盖度达 略提供依据 。
( 90 %以上 。乔木主要为辽东栎 Quercus liaotungen2
研究区概况1 ) ( ) ( sis、山杨 Populus davidiana 、白桦 Betula platyphyl2 ( ) ) 5 lum等混交 ; 灌木有 :狼牙刺 Sophora viciif olia、虎榛 据考证,历史上子午岭林区曾经是山青水秀 , ( ) ( ) 子Ostryopsis davidiana 、酸枣刺 Ziziphus guguba 、 ( ) 森林繁茂的景观 。自秦汉 前 211 年以来 ,曾有过
( ( ( ) 耕垦与恢复的反复过程 。在明清年间 1368 ,1861 绣线菊 Spiraca sp . 等 ; 草本有大披针苔草 Carex ) 年因人口增长 ,奖励垦殖 ,森林破坏严重 ,土壤侵蚀 ) ( ) lenceolata 、黄 菅 草 Themeda japonica 、铁 杆 蒿
十分剧烈 。根据对坡面浅沟深度与古窑洞调查 ,估 ( ) Artemisia gmelinii 等 。林下草灌多为虎榛子 、绣线 算当时该区的侵蚀强度与安塞的丘陵沟壑区相当 , 菊和大披针苔草 。土壤主要为森林灰褐土和黑垆 严重的水土流失 ,使该区绝大部分土壤剖面被侵蚀 土 。 () 殆尽 。清同治年间 1862,1874 年,由于民族矛盾
之战及地方病多发 ,致使人口外移 ,土地荒芜 ,森林
2 研究方法 以野外调查与小区定位监测相结合 , ?在流域 收稿日期 :2000 - 08 - 14 ;改回日期 :2000 - 09 - 04 。 基金项目 :国家自然科学基金项目(49725103) 和福建省自然科学基金项目(D9910013) 资助。 作者简介 :查轩(1961 - ) ,男( 汉族) ,陕西乾县人 ,副研究员 ,中国科学院黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室客座研究员《, 水 土保持通报》编委。主要从事土壤侵蚀与水土保持、生态建设等方面的研究。曾在美国、日本等国进行访问和合作研究。先后 承担和参加了国家科技攻关、国家自然科学基金重大项目、中科院留学回国人员择优支持基金及国际合作项目等 10 项。发表 论文 30 余篇 ,参加了《中国农业百科全书》—《土壤卷》等 3 部专著的编写。获科技成果及奖励 5 项 ,获国家专利 2 项。地址 :福 () 建省福州市仓山上三路 8 号 福建师范大学地理研究所 ;电话 :0591 - 3441543 O; E - mail :xuancha @pub5 . fz. fj . cn 。
110 山 地 学 报 19 卷
中布设了不同地形部位林地 、开垦地和农地等 8 组 ,开垦时人为造成表层土体侵蚀 值得注意的是
2 处理 的 径 流 小 区 共 15 个 , 其 面 积 为 240 m,性移位 ,即将浅沟坡面较肥沃的表土 ,均匀的向浅沟
2 1 665 m。?全面调查流域植被与侵蚀特征的同 沟槽处堆移 ,这样当遇暴雨时将这些物质冲走 ,形成
时 ,在流域中部选定控制断面 ,从沟谷至梁顶按不同 新的下切沟槽 。调查表明 ,新开垦地中的浅沟当年 地形部位及微地形挖取土壤剖面 ,观察描述土壤发 下切深度在10 cm,43 cm ,宽度达20 cm,80 cm ,生特征与性状 。同时对新开垦及开垦耕种10 a的这
耕 地做同样调查 。测定其团聚体 、孔度 、容重 、渗不仅降低了侵蚀基准面 ,而且使土壤剖面薄层化 ,加 透 、有 机质 、崩解 、抗冲等土壤内在特性和水力学性剧了土壤肥力退化和土地生产力下降 。根据10 a
5 ( ) 质 。土 壤渗透采用双环法 ; 抗冲采用 1 . 103 ×10Pa 定 位观测 图 2, 林地开垦后平均每年侵蚀深下1 mm 孔径水流 、1 min冲刷的土体量表示 。 度达
8 mm,12 mm ,以此推算 ,开垦十几年即可将林地 A
结果分析与讨论3 层全部侵蚀掉 。
3 . 1 植被破坏和开垦过程对土壤剖面及土壤侵蚀
的影响
为追溯自然侵蚀转化演变为人为加速侵蚀的过
程 ,我们重演了人为破坏植被和开垦过程试验 。经
试验观察 , 林草地的开垦 , 首先是砍树刨根和挖草
皮 ,开垦深度一般在20 cm,35 cm左右 , 深者可
达
50 cm以上 ,同时将树根与草根去掉 。这一过程 ,破
坏了土壤剖面层次和土体结构 ,削弱了根系与团聚 图 2 不同开垦年限土壤侵蚀深度变化 体紧密结合的能力 ,也使地被物失去了作用 。当遇 Fig. 2 Chang of soil erosion depth in 到暴雨 ,雨滴直接打击土壤 ,土粒分散 ,堵塞孔隙 ,形 different reclamation years 成结皮 ,降低了土壤入渗能力 ,致使土壤抗冲抗蚀性
降低 ,土壤特征发生了质的变化 。开垦使黄土质土 3 . 2 植被破坏与土壤理化特性演变 壤的一切脆弱因素都表现出来 ,土壤侵蚀由轻微突 土壤的水稳性团聚体、容重 、孔隙度及土壤渗透
( ) 转为强烈 。野外试验表明 图 1,经开垦后的农耕 性等 ,都是反映土壤抗侵蚀性能的重要参数 ,同时也 地其冲刷模数随着坡度的增大侵蚀速率增加很快 , 是决 定 其 降 雨 、入 渗 与 径 流 分 配 关 系 的 主 导 因地形因素表现极为突出 。林地当年开垦后的侵蚀量 10 素。林草地开垦耕种10 a后 ,土壤抗侵蚀的一是开垦前的2 000,3 000系 ( ) 列内在特性发生了强烈变化 表 1, 其耕层土壤有 倍 。机质含量由开垦前的53 . 8 g/ kg , 下降到8 . 42 g/
kg ,
降幅达84 . 3 % ; 土壤有效磷减少了85 . 4 % ; 土壤
容 重增加了69 . 3 % ;非毛管孔隙度减少了44 .
0 % 。
( 从开垦前后土壤水稳性团聚体含量变化看 表
) 2,开垦地中各发生层的水稳性团聚体含量均低于
林地的发生层 , 耕层土壤中 > 0 . 25 mm水稳性团聚
体含量较林草地约降低了56 . 8 %,54 . 0 % , 其中
> 5 . 0 mm和 > 1 . 0 mm的大团聚体减少最为明显 ,分
图 1 不同利用下侵蚀模数与坡度关系 别较开垦前降低了73 . 0 %和74 . 4 % 。土壤水稳
Fig. 1 Relationship between erosive modulus and 性 团聚体的降低 ,使土壤的抗冲抗蚀性能减弱 ,进slope at different landuse 而影 响到土壤的渗透性能 。
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2 期 查 轩 ,黄少燕 :植被破坏对黄土高原加速侵蚀及土壤退化过程的影响 111
表 1 植被破坏前后的土壤剖面理化特征变化
Table 1 Change of physi- chemical characteristic of soil profile before and after forest land being destroyed
前 30min 深度 有机质 有效磷 非毛管 毛管 稳渗速率 入渗率 利用 容重 总孔度( %) ()()()()cm g/ kg mg/ kg 孔度( %) 孔度( %) mm/ min ()mm/ min
0,15 53 . 80 36. 63 0. 62 20 . 6 56 . 0 76. 6 17. 37 12 . 50 林 18 . 08 6 . 40 1. 08 8 . 3 50 . 9 59. 2 7. 7 5. 91 15,45
地 45,758. 01 4 . 05 1. 08 9 . 3 49 . 9 59. 2 3 . 28 0. 87 75,150 3 . 90 3 . 85 1 . 28 3 . 2 48 . 5 51 . 7 1 . 64 0 . 86
0,20 20 . 34 12. 65 0. 89 16 . 3 49 . 7 66. 0 12. 37 10 . 45 草 20,405. 18 4 . 30 1. 15 7 . 2 49 . 3 56. 5 5 . 55 3. 71 地 40,1003. 29 2 . 30 1. 29 2 . 6 48 . 7 51. 3 1 . 64 0. 85 耕 0,20 8. 42 5 . 35 1. 05 11 . 8 48 . 6 60. 4 6 . 63 2. 28 垦 20,355. 67 4 . 23 1. 32 4 . 0 46 . 2 50. 2 5 . 40 1. 85 υ λ年 45,655. 02 2 . 73 1. 28 4 . 4 47 . 3 51. 7 2 . 24 1. 24 农 65,150地 3. 92 2 . 28 1. 23 5 . 7 47 . 8 53. 6 0 . 88 0. 48
植被破坏前后土壤剖面水稳性团聚体含量 表 2
Table 2 The water- stable aggregate content of soil profile before and after forest land being destroyed
各级(mm) 水稳性团聚体含量( %) 深度 利用 ()cm > 5 . 0 5 . 0,2 . 0 2 . 0,1 . 0 1 . 0,0 . 5 0 . 5,0 . 25 > 0 . 25
0,13 14 . 80 16 . 04 18 . 12 14 . 29 10 . 59 73 . 84 林 13,7230 . 26 15 . 61 8. 26 9. 88 10 . 19 74 . 20
地 72,10518 . 22 6. 59 8. 37 9. 36 10 . 18 52 . 72 105,150 0 . 33 0 . 16 1 . 98 3 . 63 8 . 18 14 . 78
0,25 9. 94 17 . 34 16 . 01 15 . 40 10 . 86 69 . 55 草 25,506. 64 7. 74 8. 20 8. 39 9. 39 40 . 36 地 50,1000. 37 1. 69 1. 47 2. 97 7. 40 13 . 90 耕 0,20 3. 99 3. 68 4. 64 8. 09 11 . 57 31 . 97 垦 20,351. 10 3. 16 5. 20 9. 02 11 . 35 30 . 43 υ λ年 35,620. 72 2. 30 2. 78 7. 29 10 . 63 23 . 72 农 地 62,1500. 46 1. 21 1. 02 2. 74 9. 34 14 . 77
土壤理化特性的恶化使土壤入渗性能明显降
低 ,用双环法测定林草地及开垦耕种后土壤入渗过
() 程表明 图 3, 林地和草地土壤表层由于根系及枯
落物 的 作 用 , 其 稳 渗 速 率 分 别 达 12 . 5 mm/ min 和
10 . 45 mm/ min , 而 耕 地 表 层 的 稳 渗 速 率 仅 为
2 . 28 mm/ min ,较开垦前土壤入渗速率降低81 .
8 %
,78 . 2 % 。所以 ,在同等条件下开垦地的径流量约
增加 5 ,10 倍 。根据野外人工降雨试验 , 在雨强
1 . 38 cm/ min时 ,在林地土壤上 ,30 min降雨全部入
渗
() 38 . 6 mm,而开垦地仅入渗816 mm ,其入渗深度林
地 > 30 cm ,而开垦地仅10 cm左右 ,其降雨前后土
壤 水分在剖面中的入渗变化见图 4 。 图 3 植被破坏前后土壤水分入渗过程曲线
3 . 3 土壤抗冲抗蚀性特征变化Fig. 3 The curve of permeating process of soil moisture
表 3 说明 ,土壤崩解及抗冲抗蚀性与植被的关 before and after vegetation being destroyed 系密切 。林草地表层具有良好的土壤结构和密集的
根系固结 ,崩解率最小 ,抗冲性最强 ; 林地经人为耕
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112 山 地 学 报 19 卷
3 . 4 植被破坏对土壤微生物区系的影响
土壤微生物在土壤物质代谢和循环过程中起着
重要作用 ,是土壤中各种生物化学过程的主要调解
者 ,微生物类群与数量的变化是反映土壤质量的重要
13 生物学指标。植被破坏前后土壤剖面微生物数量
及分布见表 4 ,从表 4 可以看出 ,土壤中三大微生物的
数量以表层最多 ,随着土层加深而减少。但在同一土
层中 ,植被破坏后土壤微生物三大类群的数量明显减
少 ,较开垦前土壤表层中的细菌、放线菌、真菌数量分
别下降了60. 27 %、23. 91 %和45. 78 % ,其下降幅
度
以细菌最大。说明人为开垦破坏植被 ,植物群落生物
多样性消失 ,水土流失加剧 ,适于微生物活动的环境 图 4 降雨前后土壤剖面水分变化 条件随之变劣 ,影响到土壤微生物区系的组成。土壤 Fig. 4 Change of moisture content of soil 微生物三类群数量的减少 ,将使土壤生态系统稳定性 profile before and after rainfall 功能下降 ,土壤退化速度加剧。 差 ,土壤抗冲抗蚀性明显减弱 。崩解过程显示 ,耕地 3 . 5 土壤侵蚀与土壤退化过程土壤一般0 . 5 min,1 min全部崩解 , 而林地经1 h
地面林草植被人为破坏耕垦后 ,土壤侵蚀急剧 也 未崩解 。开垦10 a的耕地土壤崩解率和冲刷量
分别 为林地的 21 . 5 倍和 25 倍 , 其抗冲抗蚀性较发展 ,强烈的土壤侵蚀使土壤剖面遭到破坏 ,土壤退
林地约 降低93 . 8 %,95 . 4 % 。人工径流冲刷试验化 ,土壤性状恶化 ,反过来又加剧土壤侵蚀的发展 , 表明 :土 壤抗冲性能随林地开垦年限的增加而降形成恶性循环 。 低 ,林地开 垦1 a 、5 a 、10 a 、20 a后的农耕地 ,其抗() 试验场观测表明 图 5,无论何种地形部位 ,一 冲性比值分别 为 1?1 . 5?2?3 。
但地面林草植被遭到人为破坏和不合理的耕垦后 ,
22 当年的侵蚀模数就可达13 800 t/ km,20 100 t/ km,
表 3 有无植被条件下不同深度土层土壤崩解与抗冲性
Table 3 Breakdown rate and anti - scourability of soil profile before and after vegetation being destroyed
林草地各土层(cm) 开垦地各土层(cm) 项目 备 注 0,15 15,45 45,75 75,150 0,15 15,45 45,75 75,150 3 ?崩 解 率 为 64 cm土 块 在 静 水 中 ( %) 崩解率4 . 5 7 . 4 8. 9 93 . 1 97. 2 94 . 0 100 100 ( ) 10 min的崩解量占总量百分比 %。 ()冲刷量g/ min ?冲刷量为用 CC 索波列夫抗冲仪 1 . 8 3 . 1 4. 0 12 . 4 45. 0 5 . 7 7. 5 13. 4 51 . 103 ×10Pa , 孔径 1mm , 冲 1min 后 ()根量g 7. 69 2 . 66 2 . 30 0 . 47 0. 42 0 . 14 0 0 的冲刷量。
土壤剖面微生物区变化 表 4
Table 4 Change of soil microbial population distribution of soil profile
细菌数 放线菌数 真菌数 微生物总数 土层 较林地 较林地 较林地 较林地 6666处理 深度 ( ×10/ g ( ×10/ g ( ×10/ g ( ×10/ g 减少( %) 减少( %) 减少( %) 减少( %) () cm 干土) 干土) 干土) 干土) 0,10 124. 40 3. 42 68 . 74 127 . 89 梁 坡 10,2073 . 46 3. 26 68 . 39 76. 78 林 20,304. 55 1. 03 13 . 90 5 . 59 地 30,60 0 . 67 0 . 78 1 . 27 1 . 45 0,10 梁 59 . 17 52. 43 2. 79 18. 42 56 . 51 17 . 79 62. 02 51 . 51 坡 10,2037 . 11 49. 48 2. 44 25. 15 34 . 44 49 . 64 39. 58 48 . 43 开 垦 20,300. 96 78. 90 0. 74 28. 16 4 . 18 69 . 92 1 . 74 69 . 51 地 30,600. 39 41. 79 0. 47 39. 74 1 . 21 4 . 72 0 . 76 50 . 00
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2 期 查 轩 ,黄少燕 :植被破坏对黄土高原加速侵蚀及土壤退化过程的影响 113
后 ,土壤抗冲抗蚀性能明显减弱 ,使黄土的脆弱性都
表现出来 ,降雨和地形因子对侵蚀的作用相对突出 ,
土壤侵蚀由轻微突转为强烈 ,无论何种地形部位均有
严重土壤侵蚀发生 ,而且细沟与浅沟侵蚀迅速发展 ,
其开垦后的侵蚀模数起码是同等条件下自然林地的
2 000,3 000倍。使大量肥沃表土流失 ,土壤肥力下
降 ,土壤生态系统恶化。
21 林地耕垦10 a后 ,其耕层土壤有机质、非毛
管 孔隙度、> 0. 25 mm的水稳性团聚体及土壤稳渗
速率 较开 垦 前 分 别 降 低 了 84. 3 %、44. 0 %、56. 图 5 不同处理小区的侵蚀模数 8 % 和
Fig. 5 Erosive modulus of soil at 76. 9 % ;土壤崩解率和冲刷量分别为林地的 21. 5 倍 different treatment plots 和 25 倍 ; 每 年 随 泥 沙 流 失 的 土 壤 有 机 质 量 达
22 398. 4 t/ km,443. 9 t/ km,土壤肥力严重退化。22 而林地只有0. 804 t/ km,6. 570 t/ km;其开垦地泥沙 2 2 31 人为不合理的开垦活动 ,是加剧黄土高原土 中带走的有机质量每年达398. 4 t/ km,443. 9 t/ km,
壤侵蚀 ,导致土壤退化和生态环境恶化的主要原因。 是林地的5 078倍 ,加速了土壤退化。 定位监测资料
根据现代生物气候带的时空分布规律 ,恢复和重建植 表明 ,不同地形部位养分下降程度
被 ,增加地面覆盖 ,改善生态环境 ,应为加速黄土高原 不同 ,林地开垦1 a后 ,0 cm,20 cm土层的有机质含综合治理的基本内容和减少入黄泥沙的重要对策。 量 在沟间浅沟沟槽处下降了22. 2 % ,在浅沟脊部
参考文献 : 下降 了37. 1 %。从表 5 可以看出 ,随着开垦年限的朱士光. 水土流失与历史时期之环境变迁J . 地理学与国土研 1 增加土 壤退化逐年加剧 ,林地开垦2 a后 ,耕层土壤() 究 ,1987. 3 1:46,51.
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() 壤侵蚀与水土保持学报 ,1996 ,2 4:77,83. 11 Bissonnais , Y. L , D. Acrouays. Aggregate stability and assessment of 结语4
12 11 子午岭林区植被破坏前后的土壤特性和土壤
侵蚀的急剧变化 ,说明了土壤侵蚀与生态环境演变的 13
密切关系。通过林区内瓦窑沟流域的试验和典型调 soil crustability and erodibilityJ . European Journal of Soil Science .
1997. 48 :39,49. 查 ,一旦地面林草植被遭到人为破坏和不合理的耕垦
? 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
114 山 地 学 报 19 卷
14 15 Lal , R. Soil Erosion Research MethodsM. Soil and Water Conserva 2 Huang , C. H. Analyses of slope and runoff factors based on the WEPP
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Effects of Vegetation Destruction on Accelecated Erosion and
Soil Degra dation Processes on Loess Platea u
ZHA Xuan and HUANG Shao- yan
( )Institute of Geography , Fujian Normal University , Fuzhou , Fujian 350007 China
Abstract :There have been many arguments on how to evaluate the natural erosion and man- made accelerated erosion , the possibility to recover and rebuild vegetation on loess plateau. Using the methods of typical region investigation , experimen2 tal study in site , and chemical analysis of samples , impact of forest vegetation destruction on the processes of man- made ac2 celerated erosion and soil degradation in Zhiwuling area have been analysed and discussed. The results have shown that the factors of vegetation and soil are highly sensitive factors of affection soil erosion. Man- made accelerated erosion caused by forest vegetation destruction is soil degradation and eco- environmental deterioration. The recover and rebuild vegetation are principal countermeasures to reduce sediment of Yellow river and accelerated comprehensive controlling on loess plateau. Key words : vegetation destruction ; cultivated reclamation ; accelerated erosion ; soil degradation.
? 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
范文三:金沙江干热河谷侵蚀陡坡植被恢复对土壤质量的影响doc
生态环境 2008, 17(4): 1636-1640 http://www.jeesci.com
Ecology and Environment E-mail: editor@jeesci.com
金沙江干热河谷侵蚀陡坡植被恢复对土壤质量的影响
*1, 2111, 21, 2聂小军,张建辉,刘刚才,南岭, 苏正安
1. 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所,四川 成都 610041,2. 中国科学院研究生院,北京 100049
摘要,植被恢复关系到金沙江干热河谷陡坡冲沟侵蚀的发育,土壤质量的演化。文章以元谋干热河谷侵蚀陡坡为例,通过测定植被恢复地与侵蚀裸地的土壤质量,探讨了植被恢复对侵蚀陡坡土壤质量的影响。结果表明,侵蚀陡坡植被恢复有效地防止了土壤侵蚀的发生。与侵蚀裸地相比,植被恢复地土壤剖面层次保持完整,母质层以上有明显的A、B层,土壤厚度变异小且厚度大,物理性粘粒含量高,基本保持着母质为粘土层的变性燥红土质地粘重特征。植被恢复在3年多时间内对土壤紧实度尚没有起到明显改善作用,土壤容重依然偏大。植被恢复对雨季陡坡土壤水分的改善效果好,而在旱季改善效果不好。雨季,植被恢复地水分含量高,不同坡位土壤水分差异不明显。旱季,植被恢复地与侵蚀裸地土壤水分状况相似。两种类型的坡地土壤水分含量都很低,不同坡位土壤水分差异明显,而且土壤水分含量沿向下坡方向降低。植被恢复减弱了陡坡土壤侵蚀带来的有机质流失,促进了有机质的积累。因此,针对目前植被恢复的不足,采取有效的土壤改良措施,保土保水,提高土壤水分储量,减小土壤水分的时空差异,同时降低土壤紧实度,是今后侵蚀陡坡植被恢复值得考虑的一项工作。 关键词,元谋干热河谷,土壤侵蚀,植被恢复,土壤质量
中图分类号,S157 文献标识码,A 文章编号,1672-2175,2008,04-1636-05
[18]金沙江干热河谷地区是我国植被环境脆弱地区。研究区地形切割度4.4 (以Penman 公式计算)之一,土壤侵蚀极其严重。侵蚀引起的土壤质量退强烈,70,为落差0.5~1.8 m的改造台地,5,为化一直困扰着当地的社会可持续发展。围绕该区自15?~35?坡地,25%为严重侵蚀冲沟。土壤因发育母然环境特征、土壤质量退化现状以及土壤质量退化质类型的多样性,主要有普通燥红土、表蚀燥红土、[1-8]过程与机理的研究成果已经很多,在此基础上开变性燥红土。植被类型为干旱稀树草丛。区内草本展的水土保持措施也出现了很多,有效防止了侵蚀土植物超过30种,总盖度为72.08%,优势种以扭黄壤的进一步退化,并取得了一定的社会经济效应。茅,Heteropogon,和孔颖草(Botnrochola portusa)目前该区水土保持措施大多倾向于工程措施(主要指居多,灌木和乔木主要有车桑子,Dodoneae vis-坡改梯、隔坡水平沟、隔坡水平阶、鱼鳞坑等)与植cosa,,小桐子,Jatropha curcas,、余甘子
[9-14]被恢复措施对侵蚀土壤水分的改善,但很少关于,Phyllanthus emblica,、合欢,Albizia julibrissm,。 它们在不同土壤景观位置的行为特征研究报道1.2 研究方法
[15-17]。尤其,关于这些措施对冲沟侵蚀强烈的陡坡在研究区选择土壤类型为变性燥红土土壤质量影响的研究更少。据此,我们以云南元谋,pH>7.0,,坡度为10?的两块相邻陡坡地作为土样干热河谷苴林植被恢复技术示范基地为研究区,探采集、测定区。两块陡坡地在2004年前背景情况讨植被恢复对侵蚀陡坡土壤质量变化的影响。 一样,都为严重侵蚀的荒地,植被覆盖度很低1 材料与方法 ,<5%,。其中一块未经植被恢复,现已演变为侵蚀1.1 研究区概况="">5%,。其中一块未经植被恢复,现已演变为侵蚀1.1>
本研究区地属金沙江下游干热亚区,位于东径取植被恢复的坡地。被修复的坡地植被是新银合欢101?48′48″~101?49′54″北纬25?50′30″~25?51′18″,,Leucaena leucocephala,树,扭黄茅、孔颖草等土海拔1067~1138 m,气候干旱,年均温21.9 ?,极著先锋草种。新银合欢树株、行矩都为3 m,株、端最高气温42 ?,极端最低气温-2 ?,?12 ?的持行矩种草。现在,新银合欢树已经有3年多栽种历续天数349 d,?10 ?积温7786 ?,年降雨量630 史,树高2米多,树径5 cm左右。两块坡地坡脚mm左右,集中在5—9月份,其他月份少雨或无雨,接临侵蚀强烈的冲沟,现只有20 m左右完整的坡年蒸发量3911. 2 mm,蒸发量是降雨量的6倍, 全长。土样采集方法为分别在这两块坡地上坡,0~5 -2年太阳总辐射量641.8 KJ?cm,日照率62 %,干燥m,、中坡(5~15 m)、下坡(15~20 m)3个位置采集混
基金项目,国家支撑计划课题,2006BAC01A11,,国家自然科学基金项目,40771027,,国家973项目,2007CB407206,
作者简介,聂小军,1977,,,男,博士研究生,主要从事土壤侵蚀与水土保持。E-mail: niexj2005@126.com
*通讯作者,张建辉,研究员,博士生导师,主要从事土壤侵蚀、土壤物理研究。E-mail: zjh@imde.ac.cn 收稿日期,2008-03-13
聂小军等,金沙江干热河谷侵蚀陡坡植被恢复对土壤质量的影响 1637 合土样2个,待测土壤质地、有机质,容重样用100 蚀对中坡、下坡的影响不大,土壤厚度分别为为25 3cm环刀取原状土。同时,分别在这3个位置用cm、22 cm左右。两块坡地土壤层次、厚度的明显TRIME-EZ便携式土壤水分速测仪,重复测量精度差异表明:经过植被恢复的坡地在2004年后3年多?0.3,,德国,测定土壤体积含水量。土样采集、的时间内有效地防止了土壤侵蚀的发生。 水分测定深度为母质层以上的土壤厚度。土样采集植被恢复对土壤剖面的影响还表现在土壤粒时间为2007年9月,水分测定时间分两期,一期级组成、容重方面,表1、图2,。物理性粘粒是易为2007年9月测定研究区雨季水分,一期为2007被水分散悬移的主要土粒组分,它的含量高低能反年12月测定研究区旱季水分。 映土壤的侵蚀强度。不同坡位母质层以上土壤的物
待测土样分析测定方法为,吸管法测定土壤颗理粘粒含量方面,植被恢复地均高于侵蚀裸地上坡粒组成,环刀法测定土壤容重,重铬酸钾容量法测位置,分别高出1,,上坡,、10,,中坡,、22,定有机质。数据分析采用SPASS统计分析软件。 ,下坡,。因此,从两块坡地的物理性粘粒含量来看,2 结果与讨论 植被恢复地受土壤侵蚀影响小。上坡,植被恢复有2.1 土壤剖面,层次、厚度、质地、容重, 效防止了溅蚀,中下坡,其有效防止了面蚀。两块
两块坡地土壤剖面相比较具有明显的差别坡地土壤受侵蚀程度的不同也表现出了不同的质(p=0.033,n=6)。植被恢复地,经过植被恢复的陡地。植被恢复地土壤主要以粘质为主,基本保持着坡地,母质层以上有明显的土壤A、B层,土壤厚母质为粘土层的变性燥红土质地粘重特征,而侵蚀度,母质层以上厚度,在22~30 cm范围内,图1,,裸地土壤以粉质、砂质为主。土壤容重方面,植被变异系数CV=11%。侵蚀裸地,未经治理的陡坡地,恢复地稍小于侵蚀裸地,但总体上两块坡地不存在-3母质层以上土壤A、B层不完整,除上坡位有完整n=6,,容重均大于1.50 g?cm显著差异,p>0.1,。的土壤A、B层外,中坡、下坡位母质层以上土壤而且,从不同坡位来看,两块坡地土壤容重的CVA层缺失,仅有B层。而且,侵蚀裸地的土壤厚度都很小。植被恢复地、侵蚀裸地的CV分别为4.2%、变薄,厚度范围在8~20 cm间,CV=29%。从不同4.6,。因此,土壤容重的这种变化说明植被恢复目坡位来看,上坡土壤侵蚀最小,中下坡土壤侵蚀明前还没有对变性燥红土土壤紧实化起到明显改善显,这符合标准水蚀模型。植被恢复地的上坡可以的作用。
被认为没有发生侵蚀,水蚀对这个坡位的影响只可
表1 侵蚀陡坡的土壤颗粒组成及质地 能为溅蚀,但是由于地表植被与栽植树木叶子对雨Table 1 Soil particle composition and soil texture on an eroded hillslope 滴的阻挡、缓冲,表层土壤受到的侵蚀影响微乎其砂粒 粉粒 粘粒 物理性 微,土壤厚度保持在30 cm左右。侵蚀裸地的上坡坡地 坡位 2~0.05 0.05~0.002 <0.002 粘粒="" 质地="" 类型="" 位则不然,由于光秃的下垫面无法阻挡雨滴的击mm="" mm="" mm="">0.002><0.02 mm="" 溅,使之这个坡位表层土壤的细颗粒溅离原位,土侵蚀="" 上坡(0~5="" m)="" 6%="" 47%="" 44%="" 78%="" 粉粘土="">0.02>
裸地 中坡(5~15 m) 70% 12% 17% 23% 砂壤土 壤厚度变薄,厚度仅有20 cm左右。由于地表径流
下坡(15~20 m) 57% 19% 23% 34% 砂粘壤 的汇集,中下坡土壤受水蚀的影响表现为面蚀。侵植被上坡,0~5 m, 12% 37% 50% 79% 粘土 蚀裸地受面蚀的影响很大,中坡、下坡位置的土壤恢复中坡(5~15 m) 56% 21% 21% 33% 砂粘壤 A层被侵蚀掉,土壤厚度仅15 cm、8 cm左右。相地 下坡(15~20 m) 28% 36% 33% 56% 粘壤
对于侵蚀裸地,植被恢复地由于植被覆盖度好,面
上坡中坡下坡 1.80
0 1.75侵蚀裸地生态恢复地 51.70 )1.65-310 1.6015 1.5520 容重/(g?cm1.50 25土壤厚度/cm1.45 侵蚀裸地生态恢复地301.40 35上坡中坡下坡
图2 侵蚀陡坡的土壤容重分布 图1 侵蚀陡坡的土壤厚度分布
Fig.2 The distribution of soil bulk density across an eroded hillslope Fig.1 The distribution of soil depth across an eroded hillslope
1638 生态环境 第17卷第4期,2008年7月, 2.2 土壤水分 素等各种养分的主要来源,而且它还能通过影响土
土壤水分是干热河谷土壤质量的限制性因子,壤物理、化学和生物学特性来改善土壤肥力。尤其,它的好坏直接衡量着该研究区植被恢复的效果。图土壤有机质能改变粘土的坚韧大块结构,使土壤的3是两块陡坡地雨季、旱季的土壤水分状况。雨季,透水性、蓄水性、通气性以及根系的生长环境有所植被恢复地与侵蚀裸地土壤水分差异明显改善,同时由于土壤孔隙结构得到改善,导致水的,p=0.007,n=15,,植被恢复地上的平均土壤含水量入渗速率加快,从而可以减少水土流失。这一点对明显高于侵蚀裸地。植被恢复地的含水量变化幅度于本研究区极低肥力的变性燥红土土壤质量改良是44.0,?3.15,,而侵蚀裸地地上的含水量变化幅有着关键的意义。
度是34.7,?8.33,。旱季,两块陡坡地的土壤水分如图4可知,植被恢复地的土壤有机质含量
-1差异不明显,p>0.1,n=9,,平均含水量在14.5,左,总体上要高于侵蚀裸地,平均4.7 ,平均6.5 g?kg-1右。从不同坡位来看,雨季,与侵蚀裸地不同坡位g?kg,,这个结果表明植被恢复促进了该陡坡地的极其明显的土壤水分差异,p<0.0001,n=15,相比,有机质的积累。另外,从图4也可以看出,侵蚀裸植被恢复地不同坡位土壤水分差异不明显,p>0.05,地有机质侵蚀特征明显,而植被恢复地有机质侵蚀n=15,,旱季,两块坡地的土壤水分差异都很明显特征不明显。上坡位置,侵蚀裸地因雨滴打击土壤,p<>
-1被恢复对土壤水分的改善主要表现在雨季,而在旱失,含量为3.7 g?kg,植被恢复地因溅蚀作用微-1季其改善效果不佳。另外,对比旱季不同坡位土壤乎其微,土壤有机质含量为8.2 g?kg。中坡位置,水分含量,植被恢复地土壤水分含量沿下坡方向降两块坡地都受面蚀影响。该坡位侵蚀裸地面蚀强[19-26]-1低,这与许多研究结果不一致。一般来说,下烈,有机质流失严重,含量低至2.0 g?kg,而植坡可能接受到上坡土壤水分的表面径流和壤中流被恢复地受面蚀影响小,有机质流失少,含量为-1的补充而表现出比上坡高的含水量。我们得出的这5.1 g?kg。下坡位置,侵蚀裸地因沉积一部分来自种不一致的结果归因于不同坡位土壤剖面厚度差上、中坡的侵蚀土壤细颗粒,使之有机质含量达-1异。在我们的研究结果中,植被恢复地中、下坡土8.3 g?kg,远高于上、中坡,而植被恢复地下坡因壤厚度虽然仅比上坡分别小5 cm、10 cm,但正是上、中坡侵蚀小,有机质积累不明显,含量与其它这5 cm、10 cm的差异使得中、下坡土壤A层变薄,坡位相差不大。两块坡地不同坡位侵蚀状况的不同储水能力大幅降低,蒸发增强,因此经过相同干旱导致其有机质空间变异的不同,其中植被恢复地有时间这些坡位的水分含量相对上坡小的多。可见,机质CV为16.9,,侵蚀裸地有机质,CV高达侵蚀土壤流失造成的土壤厚度差异是干热河谷土51.7%。以上结果表明,植被恢复能明显地减弱了壤水分特性好坏的关键因子。综上,我们应在现有陡坡土壤侵蚀带来的有机质流失,减小有机质的空植被恢复的基础上通过采取科学保土措施才能保间变异性,保持坡面较均衡的土壤肥力。可以推测,水,减小侵蚀土壤水分时空差异,提高其抗旱力。 随着植被恢复地植被状况的不断好转,枯枝落叶层
的补给,有机质含量将逐渐增高,这不仅能很好地侵蚀裸地(雨季)生态恢复地(雨季)改善变性燥红土养分贫瘠、保水性差的特点,而且侵蚀裸地(旱季)生态恢复地(旱季)也能改善该坡地中、下坡因土壤容重大而导致的土50
45壤紧实。
40
35930侵蚀裸地825生态恢复地720)土壤水分φ()/%-161551045有机质()/(g?kg3,上坡中坡下坡2 图3 侵蚀陡坡的土壤体积含水量分布 1
Fig.3 The distribution of soil volumetric water 0上坡中坡下坡content across an eroded hillslope 图4 侵蚀陡坡的土壤有机质分布 2.3 土壤有机质 Fig.4 The distribution of soil organic matter across an eroded hillslope
土壤有机质是作物所需的氮、磷、硫、微量元
聂小军等,金沙江干热河谷侵蚀陡坡植被恢复对土壤质量的影响 1639
River, Yunnan Province-Effeet of disparity in features of parent mate-3 结论
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Effects of vegetation restoration on soil quality of eroded hillslopes
in dry-hot valley of Jinsha River
1, 2111, 21, 2Nie Xiaojun, Zhang Jianhui, Liu Gangcai, Nan Ling, Su Zheng’an
1. Institute of Mountain and Environment, Chinese Academy of Sciences & Ministry of Water Conservation, Chengdu 610041, China;
2. The Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: Vegetation restoration is related to the development of gully erosion and soil succession of the eroded hillslopes in dry-hot
valley of Jinsha River. Taking Yuanmou dry-hot valley as a study area, this paper discussed effects of vegetation restoration on soil
quality of the eroded hillslopes by measuring soil quality indicators across a vegetation restoration slopeland and an eroded bare land.
The results showed that (1) vegetation restoration could effectively prevent soil erosion from destroying soil profile. More complete
soil A and B layer, thicker soil depth with smaller variations among different slope positions, higher physical clay content and heavy
soil texture were found in the slopeland for vegetation restoration compared to that on the erode bare land. However, soil packing
degree was insignificantly improved and thus soil bulk density was still high after short-term vegetation restoration; (2) effects of
vegetation restoration were different in soil water from different seasons and slope positions. During rainy season, vegetation restora-
tion significantly improved the spatial distribution of soil water. Soil water content in the slopeland for vegetation restoration was
higher than that in the eroded bare land and its spatial distribution was even with insignificant difference among different slope posi-
tions. However, within arid season, there is no significant improvement of vegetation restoration on the spatial distribution of soil
water, with low soil moisture content in the slopeland for vegetation restoration and the eroded bare land, Meanwhile, soil moisture
content declined along the downslope transaction; (3) vegetation restoration decreased the loss of soil organic matter, resulting in the
accumulation of organic matter. Therefore, reasonable measures on soil and water conservation should be taken to reduce soil pack-ing degree, increase soil water storage and decline the variation in soil water on the eroded hillslopes in future.
Key words: Yuanmou dry-hot valley; soil erosion; vegetation restoration; soil quality
范文四:好论文之---不同植被对土壤侵蚀和氮素流失的影响
第 20卷第 6期 2000年 11月
生 态 学 报 V o l. 20, N o. 6N ov. , 2000
不同植被对土壤侵蚀和氮素流失的影响
张兴昌 , 邵明安 , 黄占斌 , 卢宗凡
(黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 , 陕西杨陵 712100)
基 金 项目 :中国 科 学院 知识 创新 工程 项目 (KZCX2-411) 、“ 973” 项 目 (G1999011709) 和 国家 自 然科 学 基金 资助 项 目 (49871049)
收稿日期 :1999-10-28; 修订日期 :2000-06-15
作者简介 :张兴昌 (1965~) , 山西省武功县人 , 博士 , 副研究员 。 主要从事土壤矿质营养研究 。
摘要 :利用 5~6a 野外径流小区试验资料 , 研究 17种植被覆盖对土壤侵蚀和氮素流失的影响 , 结果表明 :① 9种作物 、 4种 草 地和 4种 草 灌间 作 小区 年 平均 径 流 量为 27773、 18028和 13149m 3/k m 2·a , 比相 应 裸 地减 少 27. 5%、 51. 1%和 64. 3%; 侵蚀模数为 1716、 1021和 812t /km 2·a , 减少 73. 0%、 92. 8%和 94. 3%; 全氮富集率为 1. 65、 2. 48和 2. 59, 比裸 地增加 13. 8%~114%; 年平均土壤氮素流失量为 1458、 1252、 3829和 966k g /km2·a 。 ② 植被通过调节径流流速来间接 影响泥沙 全氮富集 , 土壤侵蚀模数愈大 , 泥沙全氮富集率 愈小 。 ③ 土壤氮素 流失方程 SN =(55. 56-4. 87ln SL ) ·S L ·TN , 可定量预测土壤氮素的流失 。 关键词 :植被类型 ; 土壤侵蚀 ; 氮素流失
An experimental research on soil erosion and nitrogen loss under different vegetation cover
ZHANG Xing-Chang , SHAO Ming-An, HU ANG Zhan-Bin, LU Zo ng-Fan
(State Key Labora -
tory of Soil Eros ion and Dryfarm ing on Loes s Plateau , Yang ling , Sh aanxi 712100, China )
Abstract :T he soil er osio n and N lo ss by ero sio n as a ffec ted by v eg etatio n w as co nducted in field r uno ff plo ts fo r 5~6yea rs . The results sho w ed tha t the mean r uno ff amo unts of 9cro ps , 4g rasses , 4g r ass -shrubs fields w ere o f 27773, 18028a nd 13149m 3/km 2·a respectiv ely , w hich w ere 27. 5
%, 51. 1%a nd 64. 3%lo wer than bar e la nd. Their er osio n modules w ere 1716, 1021a nd 812t /km2·a, which wer e 73. 0%, 92. 8%a nd 94. 3%lo w er respectiv ely than th e bar e la nd respec tiv ely. Th eir mean lo ss a mounts o f nit rog en by sediment wer e 1458, 1252and 966kg /km 2·a . V egeta tio n a ffected indir ec tly the nitr og en en-richme nt in sediment by w ay o f reg ulating runoff v elo city o n th e slope sur face . A model o f soil N loss , w as dev eloped to predict the soil nitrog en loss by sediment. Key words :v eg etation ty pe; soil ero sio n; nitro g en loss
文章编号 :1000-0933(2000) 06-1038-07 中图分类号 :S143. 1; S157. 1 文献标识码 :A
植被减蚀作用 表现为 3个方面 , 植被茎叶对降 雨雨滴动能的消减作 用 [1], 植 物茎及枯枝落叶对 径流流 速的减缓作用 [2~
5]
, 植物根系对提高土壤抗冲抗蚀的作用 [6,7]。 土壤侵蚀是土壤氮素流失的主体 , 植 被通过
减少侵蚀而对氮素流失产生影响 。 目前 , 许多学者多侧重 于草地带对泥沙养 分过滤作用的研究 [8~10]
, 植被
与土壤 侵蚀 、 氮素 富集及流失 关系如何 , 迄今为 止 , 尚 未见报道 。 本 项研究以长 期径流观测 定位试验 为基 础 , 通过分析 17种植被对径流 、 侵蚀 、 泥沙氮素富集及流 失的影响 , 旨在建立泥沙氮素富 集和流失模型 , 揭 示植被过滤径流泥沙氮素的效应 。 1 试验设计与方法 1. 1 试验设计
试验研究由 3部分内容组成 。
1. 1. 1 作物对 土壤氮素流失的影响 试验布设在安塞县纸坊沟流域内 , 小区面积 100m 2, 宽 5m , 坡向北偏 东 15°, 坡度 23°, 分上下两层水平排列 , 每排 5个小区 。 小区四周用 水泥板围埂 , 每小区下方连接 两个 1级 分流桶 , 收集和测定径流泥水样 。 土 壤为黄绵土 。 供试作 物有谷子 (Millet ) 、 糜子 (Bro om co r n) 、 春 播荞麦 (Spring buckw heat ) 、 夏播荞 麦 (Summer buckw heat) 、 黄 豆 (So ybean) 、 黑 豆 (Bla ck so ybean) 、 黄 豆 +黄 芥 (M usta rd ) 、 洋芋 (Po tato ) 、 小 麦 (W heat ) , 并 设立裸 地对照 (Ba re land ) , 共 10个处 理 。 1985年小 区建成 , 1986年匀地种谷子 。 试验于 1987年开始 , 1991年结束 , 共进行 5a 观测 。 每年于播种前施尿素 225kg /hm2, 过磷酸钙 450kg /h m 2, 圈粪 7. 5t /hm 2。 作物在 5a 内进行必 要的轮作 , 试验管理同一般大田 。
1. 1. 2 不 同牧 草对 土壤 氮素 流失 的影 响 试 验布 设在 安塞 县沿 河湾 镇茶 坊村 后山 坡地 上 , 小 区面 积 169. 6m 2, 宽 5m , 坡向 北偏东 11°, 坡度 32°, 种 植沙打旺 (Astragalus adsurgens Pall ) 、 紫花 苜蓿 (Medicago sativ a L. ) 、 草木樨 (Melilotus albus Desr. ) 和红豆草 (Onobrychis v icifolia Scop. ) 4种牧草 , 并设立 1个裸地 对照小区 。 每小区下修建蓄水池一个 , 收集径流和泥沙 , 体积为 2m ×2m ×1. 5m, 水池用铁皮覆盖遮雨 。 土 壤为黄绵土 。 1982年建成小区 , 当年播种牧草 。 试验于 1983年开始 , 1988年结束 , 不施肥 , 共进行 6a 观测 。 1. 1. 3 草灌间作对土壤 氮素流失的影响 试验地点 “ 1. 1. 2”。 小区面积 169. 6m 2, 宽 5m , 坡向北偏东 11°,
坡度 32°。 处理为 :柠条 (Campy lotropis macrocarpa Rehd . )+沙打旺 、 柠条 +紫花苜蓿 、 柠条 +草木 樨和柠 条 +红豆草 , 并设立裸地对照 。 1. 2 取样与分析
降雨产流后 , 自记雨量器记录整个降雨过程 , 测定径流泥水量 。 测定作物播前 、 牧草返青期土壤养分含 量 。 土壤和泥沙全氮分析采用半微量开氏法 。 2 结果与分析
2. 1 植被对土壤径流的影响
2. 1. 1 不 同作物对 径流的 影响 黄土高 原丘陵 沟壑区 , 年产 流主要 由几次 大暴雨引 起 , 集中在 7~9月 份 , 正值农作物生长旺盛季节 , 作物对径流的拦蓄 作用较强 (表 1) 。 与裸地相比 , 对降雨径流的减缓 作用在 1. 5%~56. 5%之间 。 作物生长发育状况不同 , 减缓径流 作用亦有差异 。 冬小麦生长期一般为 10月份至翌 年 6月份 , 休闲期正逢暴 雨期 , 径流量几乎与裸地相同 。 在雨季 , 洋芋块茎发育 膨大对土壤的扰动作用加剧 了产流 , 与裸地相比 , 径流量仅减少 16. 0%。 覆盖度差异也会直接影响作物地的径流 。 据 1989年 9月测定 , 夏播和春播荞麦覆盖 度分别为 23%和 17%, 5a 平均径流量相差 19. 2%。 作物中以黑豆地的径流量最少 , 仅 为裸地的 43. 6%。
表 1 不同作物对径流量的影响
Table 1
The eff ects of crops on runoff on s lope land 作物 Crops 谷子 1) 糜子 2) 春播荞 麦 3) 夏播荞 麦 4) 黄豆 5) 黑豆 6) 黄豆 +黄芥 7) 洋芋 8) 小麦 9) 裸地对 照 10) 平均 Av er. (m 3/km2. a) 26802298152415829886313971666921339321713771838283比裸地减少 Reducing(%)
30. 0
22. 1
36. 9
21. 9
17. 8
56. 5
44. 3
16. 0
1. 5
-1) M illet , 2) Bloom co rn , 3) Sp ring buck wh eat , 4) Su mmer b uckw h eat , 5) Soybean , 6) Black s oybean , 7) Soybean +mus-
tard, 8) Potato, 9) Wh eat, 10) Bare land.
2. 1. 2 牧草 对径流的影 响 牧草 一般为多年 生植物 , 在 6a 的生 育期内 , 很少进行 耕作 , 径 流量相对 较少 (表 2) , 与裸地相比 , 径流减少量均超过 45%。 沙打旺草地可拦截径流 53. 9%, 拦截径流 作用最明显 , 这与 前人的研究结果一致 [11]。
2. 1. 3 草灌间作对 径流的影响 已有研究 [12]表 明 , 在黄 土丘陵沟 壑区 , 土 壤干层限 制了灌木的 生长 , 人们 设 法寻 求一种 优化 的配 置模式 , 改 善灌木 土壤 水分 条件 , 防止 降雨径 流流 失 , 提高 灌木 的生 产力 。 卢 宗 凡 [13,14]。 表 , , 可达到 60%10396期 张兴昌等 :不同植被对土壤侵蚀和氮素流失的影 响
右 。 而作物和草地 小区平均能减少 27. 4%和 51. 1%。 由于土壤紧实 , 水分入渗能力下降 , 草粮间作径流平 均仅能减少 11. 6%。 尽管试验布设在不同地 方 , 降雨和土壤条件亦存在差异 , 裸地径流量随坡度的 增大而 增加 (表 1~表 3) 。
表 2 不同草地对径流量的影响
Table 2 The effects of grass lands on runoff in slope land
牧草 Grass land 沙打旺 1) 紫花苜蓿 2)
草木樨 3) 红豆草 4) 裸地 5) 6a 平均 Averag e (m 3/km2. a) 1697017763194281794936833比裸地减少 Reducing(%)
53. 9
51. 8
47. 3
51. 3
-
1) Astragalus a dsurgens Pall(AS T) , 2) Med icago sativa L. (M ED) , 3) Melilotus albus Desr. (MEL) , 4) Onobr yc h is vici -folia Scop . (ONO ) , 5) Bare land .
表 3 草灌间作对径流量的影响
Table 3 T he impact of interplanting grass with shrub on runoff on slope land
草灌间作 1) 柠条 +沙打旺 2) 柠条 +紫花苜蓿 3) 柠条 +草木樨 4)
柠条 +红豆草 5)
裸地 6) 6a 平均 Av erage (m 3/km 2. a )
1108211544143121565736833比裸地减少 Reducing %
69. 9
68. 7
61. 1
57. 5
-
1) Th e interplan ting sh rub with g rass , 2) CAM+AS T, 3) C AM+M ED, 4) C AM+M EL, 5) CAM+ONO, 6) Bare land.
2. 2 植被对土壤侵蚀的影响
植被减蚀作用 报道不少 [12,15, 16], 取得共性 的结论认为 , 植被可提高土壤 的抗冲蚀能力 。 在黄土 高原地 区 , 研究者 [1,6, 11]先后对不 同作物 、 林草植被 减蚀作用 进行了研究 , 但尚 未对作物 、 牧草 和灌木 减蚀进行 综 合分析 ; 所建立的土壤侵蚀模型比较单一 , 未将植 被因素列入其中 。 本研究拟从这两个方面进行研究 , 以期 揭示植被对土壤流失的影响 。
2. 2. 1 作物对 土壤侵蚀的影响 表 4表明 , 黑豆地减沙效益最 显著 , 平均 侵蚀量仅为 619t /km 2. a , 减少侵 蚀 90. 2%; 春播荞麦侵 蚀量为 1230t /km 2·a , 比夏播荞麦 减少侵蚀 30%; 黄 豆与黄芥间 作侵蚀量 为 1361t /km2·a , 比黄豆单作减少侵蚀 44%; 谷子侵蚀量为 1859t /km2·a, 比糜子减少侵蚀 16%; 小麦休闲期 , 土 壤 尚未耕 作 , 加上茬 根径 流泥 沙的过 滤作 用 , 土 壤侵 蚀量 为 1983t /km2·a, 与 裸地 相比 , 减 少土 壤侵 蚀 68. 7%。
表 4 不同作物对侵蚀量的影响
Table 4
The effects of crops on sediment loss in slope land 作物 Crops 谷子 1) 糜子 2) 春播 荞麦 3) 夏播 荞麦 4) 黄豆 5) 黑豆 6) 黄豆 +黄 芥 7) 洋芋 8) 小麦 9) 裸地 对照 10) 5a 平均 Aver . (t /km2. a) 185922191230176824316191361197819836344比裸地减少 Reducing(%)
70. 7
65. 0
80. 6
72. 1
62. 0
90. 2
78. 5
68. 8
68. 7
-1) M illet, 2) Bloom co rn , 3) Sp ring buck wh eat, 4) Su mmer b uckw h eat, 5) Soybean , 6) Black s oybean, 7) Soybean +mus-
tard , 8) Potato , 9) Wh eat , 10) Bare land .
在 试 验 年 度 内 , 1989年 7月 16日 发 生 了一 次 50a 一遇 的 特 大 暴 雨 , 历 时 15. 4h , 日 降 雨 量 高 达 135m m, 平 均雨强 8. 8mm /h, 30min 最大降雨 量 45mm, 谷子 、 糜子 、 春播荞 麦 、 黄豆 、 黑豆 、 黄豆 +黄芥 、 洋 芋 、 4090、 1089、 、 、 、 1867和 6502t /2, 1040 生 态 学 报 20卷
降雨侵蚀量大小顺序与 5a 平均基本一致 。
2. 2. 2 牧草对 土壤侵蚀的影响 与 作物地相比 , 人工草地减蚀作用 较强 (表 5) , 减少 土壤侵蚀 90%以上 。 利用 1983a 至 1988a 不同人工草地 22次 测定土壤侵蚀资料 , 采用幂函数进行统计得下列模式 :
S L =A P b 1I b 2C b 3
(1)
式中 , Sl 为次暴雨侵蚀量 (t /km2) , P 为 产流降雨 量 (mm) , I 为产流 降雨强 度 (mm /h), C 为人工草 地
覆盖度 (%) , A , b 1, b 2, b 3为 模型参数 。
经相关分析 , 不同人工草地土壤侵蚀方程待求参数见表 6。 可看出 5个方程的决定系数 R 2在 37. 5%~49. 1%之间 , 平均 43. 8%。 因此 , 选用降雨量 、 降雨强度和植被覆盖度 3个因子 可以给出土壤侵蚀量较满意 的解释 。 根据参数取值来看 , 很难判断不同草地对土壤侵蚀的影响 。 若将 (1) 模型参数 A 与植被覆盖 度 b 3乘积作为一个固定参数 A ' , 不难看出 , 不同草地 A ' 值可反映土壤侵蚀特征 (表 7) 。
表 5 不同草地对侵蚀量的影响
Table 5 The eff ects of grasslands on sediment los s in s lope land
牧草 Gras s land 沙打旺 ASD
紫花苜蓿 M ED
草木樨 M EL
红豆草 ONO
裸地 Bare land
6a 平均 Av erage (t /k m 2. a )
869876141292714205比裸地减少 Reducing(%)
93. 9
93. 8
90. 1
93. 5
-
表 6 不同人工草地土壤侵蚀方程待求系数 *
Table 6
The model coefficient of different artif icial grass land 人工草地 Grass land
A b 1b 2B 3F R 沙打旺 AS T 34. 671. 36051. 7531-1. 77185. 780. 7006紫花苜蓿 M ED 0. 15221. 50361. 6222-0. 67515. 640. 6961草木樨 M EL 0. 32491. 27551. 57770. 68313. 500. 6123红豆草 ONO 0. 04681. 61931. 3686-0. 0563
5. 280. 6831裸地 Bare land
0. 4255
1. 3549
1. 3339
5. 74
0. 6127
*
F 0. 01=4. 31, R 0. 01=0. 5368
表 7 不同草地植被 A ' 值 *
Table 7
The value A ' of different artif icial grass land 植被 Vegetation 草木樨 M EL
苜蓿 M ED 沙打旺 AS T
红豆草 ONO
裸地 Bare land
平均被覆度 (%) A v er. of coverag e
36. 8621. 8270. 9527. 180平均侵蚀量 Aver. of erosive mod ule
141287686992714205A ' 值 *Value A '
0. 0532
0. 0190
0. 0189
0. 0389
0. 4255
*
A ' =AC b3
2. 2. 3 草灌间作对土 壤侵蚀的影响 在 试验所涉及的所有植 被中 , 草 灌间作的减 沙效益最 高 , 达到 90%以上 (表 8) 。 不同牧草与柠条间作减沙效益 的大小顺序与牧草 单作 (表 5) 相同 , 反映了不同植被减 沙效益 的内在 本质 。 柠条为灌木 , 与牧 草相比 , 地上和地 下生物产量 较高 , 可有效地减 少雨滴动能 和增加土 壤容 重 , 带 0~55g 3, 14. 8%10416期 张兴昌等 :不同植被对土壤侵蚀和氮素流失的影 响
数平均减少 20. 2%。
表 8 草灌间作对侵蚀量的影响
Table 8 The impact of interplanting grass with shrub on soil loss on slope land
草灌间作 1)
柠条 +沙打旺 2) 柠条 +紫花苜蓿 3) 柠条 +草木樨 4)
柠条 +红豆草 5)
裸地 6) 6a 平均 A v erage of six years (t /k m 2·a )
501802107986714205
比裸地减少 Reducing (%)
96. 5
94. 4
92. 4
93. 9
1) Th e interplan ting sh rub with g rass , 2) CAM+AS T, 3) C AM+M ED, 4) C AM+M EL, 5) CAM+ONO, 6) Bare land.
2. 3 植被对泥沙氮素富集和流失的影响
土 壤侵蚀往往趋于泥 沙粘粒所吸附 化学元素的 富集 [8,9, 17]。 不同 植被下 (表 9) , 泥沙全 氮富集率 均在 1. 5以上 , 其中作物 9个处理泥 沙全氮富集率平均为 1. 65, 比裸 地泥沙富集率 1. 45提高了 13. 8%; 草地 4个处理全 氮富集率平 均为 2. 48, 是裸地 泥沙全氮 的 2倍 ; 草灌间作 4个小区泥沙 全氮平均 富集率高达 2. 59, 是 裸地的 2. 1倍 。 植被覆盖 (作物 、 牧草 、 草灌 ) 小 区的泥沙全氮富集率平均为 2. 07±0. 19, 比裸 地富集 率 1. 33提高了 55. 6%。
表 9 植被对泥沙氮素富集及流失的影响
Table 9 T he enrichments and losses of nitrogen in sediment as affected by dif ferent vegetation cover in slope land
处理 Treatmem t
植被 Veg etation
坡度
Slope gradient (°)
泥沙 N 素富集和流失 Erosiv e m od ule 2原地土全 N TN in soil (g /kg) TN in s edim ent (/) 泥沙全 N
ER 全 N 流失 Loss of TN (kg /km 2·a)
不同作物 Crops
谷子 M illet
糜子 Broom corn
春播荞麦 Spring buck wh eat
夏播荞麦 Su mmer buckw heat
黄豆 Soyb ean 黑豆 Black s oyb ean
黄豆 +黄芥 Soybean +mus tard 洋芋 Potato 小麦 Wh eat 裸地 Bare land 23°
1859
0. 530. 891. 67165522190. 490. 761. 56168612300. 550. 991. 7912181768
0. 540. 911. 68160924310. 590. 901. 5221886190. 631. 181. 8773013610. 580. 961. 65130719780. 430. 671. 55132519830. 450. 711. 58140863440. 440. 641. 454060人工草地 Gras s Land
沙打旺 AST
紫花苜蓿 M ED 草木樨 M EL 红豆草 ONO 裸地 Bare land
32°
8690. 441. 082. 459398760. 511. 302. 54113914120. 481. 132. 3615969270. 561. 442. 581335142050. 410. 501. 217103草灌间作 Shru b +Gras s
柠条 +沙打旺 C AM+AS T
柠条 +紫花苜蓿 C AM +M ED 柠条 +草木樨 C AM +M EL
柠条 +红豆草 C AM +ONO 裸地 Bare land
32°501
0. 471. 242. 646218020. 481. 262. 62101110790. 451. 162. 5812528670. 501. 272. 53110114205
0. 41
0. 50
1. 21
7103
不难 看出 , 草灌 间作小区对 泥沙全氮富 集率影响最 大 , 作 物地影响最 小 , 植 被覆盖均能 增加泥沙 全氮 的富集 。 每一组植被处理 , 侵蚀量愈大 , 泥沙全氮富集率 愈小 , 作物 、 牧草和草灌 间作土壤侵蚀量与 泥沙全
-07464**、 **和 9986**
。 1042
生 态 学 报 20卷
与侵蚀量的负相关关系原因在于 :在相同降雨 下 , 植被的 减蚀作用愈强 , 坡面径流流速愈 小 , 与表土 颗粒作 用时间相对延长 , 导致径流悬浮泥沙中粗颗粒 的沉积 , 径 流与表土颗粒相互 作用更加充分 。 一方面 增加泥 沙细颗粒含量 , 另一方面加速了吸附于表土颗粒 氮素向径流中释放 , 共同作用的 结果造成泥沙土壤 氮素富 集率增加 , 方程 (2) 对此作了定量描述 。
用 19个小区泥沙全氮富集率 (ER ) 与土壤侵蚀量 (SL ) 建立关系如下 :
ER =5. 556-0. 487ln(SL ) R =0. 7658(n =19, R 0. 01=0. 5751)
(2)
式中 , E R (Enrichment ra tio ) 为泥沙全氮富集率 , SL (Soil lo ss amo unt) 为泥沙量 (t /km2) 。
土壤侵 蚀与泥沙全 氮富集决 定土壤全氮 的流失 , 作物 9个 处理泥沙全 氮流失平 均 1458t /km2·a, 比 裸地全氮 流失 4060t /km 2·a 减少了 64%; 草地 4个处理全氮平均流 失 1252t /km 2·a , 不及 裸地 7103t /km 2·a 的 1/6; 草 灌间作 4个小区全氮流失平均仅为 966t /km 2·a , 仅占裸地的 14
%。 基于 (2) 式 , 土壤氮素流失与土壤侵蚀的关系方程就变 为 :
SN =(55. 56-4. 87ln SL ) SL T N
(3)
式中 , SN 为土壤氮素流失量 (kg /km2·a ) , SL 为土壤侵蚀 量 (t /km2·a) , T N 为产流前土壤全 氮含量
(%) 。
则土壤氮素流失随土壤侵蚀变化率 的偏微分方程为 :
SN / SL =50. 73-4. 87ln SL
偏微 分方程表明 , 土壤氮素流失速 率随侵蚀量增大而减 小 , 当土 壤侵蚀量达 到 33417t /km2·a 时 , 土 壤氮素流失随土壤侵 蚀变化的速率为 0。 一般情况下 , 黄 土高原土壤侵蚀模数不可能超过 30000t /km2·a, 土壤氮素流失速率也不可能达到极限 。 3 结果与讨论
5~6a 的研究资料表明 , 不同植被覆 盖下 , 泥沙 氮素富集率存 在明显差异 , 总的 来看 , 作 物 <牧草>牧草><草 灌间作="" ,="" 而侵蚀量大="" 小顺序与此="" 基本一致="" ,="" 相关分="" 析又表明侵="" 蚀量与氮素="" 富集呈负="" 相关关系="" ,="" 由此推="" 断泥="" 沙氮素富率集与侵蚀量有关="" ,="" 并建立了泥沙氮="" 素富集模型="" 。="" 尽管此="" 模型能很好地反映泥="" 沙氮素富集规律="" ,="" 但不能揭示不同植被类型下泥沙氮素富="" 集本质="" 。="" 通过研究发现="" ,="" 不同="" 植被类型植被覆盖度不一="" ,="" 作物="" 、="" 牧草="" 和草="" 灌年平均覆="" 盖度分别="" 为="" 22.="" 3%、="" 39.="" 2%和="" 52.="" 4%,="" 其覆盖="" 度的大小顺="" 序与泥沙="" 氮素富集="" 率顺序完="" 全="" 一致="" ,="" 也不受土壤质地不均一的干扰="" 。="" 据此推断="" ,="" 泥沙氮素富集与植被覆盖度有关="" ,="" 为了判断其结论是否可="" 靠="" ,="" 尚需从土壤氮素与径流相互作用机理方面进行探讨="" 。="" 土壤氮素特别是有机="" 态氮流失实际上是坡面径流="" 与土壤氮素相互作用结果="" ,="" 当植被覆盖度增大="" 时="" ,="" 土壤颗="" 粒与坡面水流充分="" 作用="" ,="" 并使水="" 流速度减慢="" ,="" 其结="" 果有助于径流携带粗颗粒沉淀="" ,="" 相反="" ,="" 泥沙中细颗="" 粒含量增加="" 。="" 已有研究="" [10,18,="" 19]表明="" ,="" 与细颗粒结合的有机="" 态氮占土壤全氮绝大部分="" 。="" 因此="" ,="" 植被覆盖度的="" 增加有利于径流泥="" 沙中细颗粒的富集="" ,="" 从而使泥沙="" 中全氮="" 含量增加="" 。="" 不同植被类型="" 对泥沙全氮富集的影响="" ,="" 实际上是通过调节径流的流="" 速而间接影响泥沙全氮的富="" 集="" 。="">草>
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1044 生 态 学 报 20卷
范文五:减少对土壤的侵蚀
《减少对土壤的侵蚀》学科法制渗透教育满意课教案
王智萍
【教学目标】
1、各种自然力量在重塑地表形态的过程中,也会影响人类的生产生活。
2、人类自身的活动也在改变着地表的形态,我们要尽量减少土地遭受侵蚀。
过程与方法:
通过模拟实验,检验自己的家园能否经住暴雨的侵袭。
对实验结果进行反思,并寻求改进的方法。
情感、态度、价值观:
1、认识到各种力量在重塑和改变地表的地形地貌时,也给人们的生产和生活带来正面或 负面的影响。
2、认同人类活动要尊重自然规律,减少因自身活动带来负面影响的观点。
【教学重点】通过模拟实验,检验自己的家园能否经住暴雨的侵袭。
【教学难点】对实验结果进行反思,并寻求改进的方法。
【教学准备】
分组器材:长方形塑料水槽(或大盘子) 、土、报纸、塑料薄膜、小铲子、降雨器、水、 接水容器、建造房屋的材料等。
教师演示:防治水土流失的图片、录象或课件。
【教学过程】
一、引入
1、流水、风、冰川、波浪和重力等都会侵蚀土地。侵蚀使某些地方的土壤流失,改变了 地形地貌,同时对人类的生产生活也产生了极大的影响。为了保护自己的家园,人们想办法 尽可能地减少侵蚀。出示预防水土流失的图片、录象或课件。
2、今天我们就运用我们在这个单元所学的知识,在一个大水槽里建造一个有山地有平原 的地形,然后选择地形中的一个地方建造房屋。如果暴雨即将来临,我们的家园能经得住风 雨的袭击而不被破坏吗?我们就以小组为单位来比一比吧。
二、设计和建造我们的家园
1、我们建造什么样的地形,用什么材料?选择什么位置建筑房屋?小组讨论并画出设计 图。
2、 全班交流展示设计图, 并描述为什么这样建造地形, 解释为什么这样选择家园的位置, 以及选择建造地形及房屋所需要的材料的理由。
3、评价、小结。
4、预测暴雨过后,我们的家园会怎样?
三、暴雨对我们的家园有什么影响
1、思考:在比赛实验中,每组的什么条件应该保持相同,为什么?
2、学生进行比赛实验:用喷水器装水模拟暴雨降临,观察自己的家园能否经得住暴雨的 袭击。
3、交流讨论并评价比赛实验结果。
4、反思:如果重新设计建造自己的家园,我们会对地形做哪些改进?我们仍将房子建造 在最初选择的地方吗?为什么?我们将房子建造在哪里?
四、为了减少土地的侵蚀,投影出示《中华人民共和国土地管理法》第三十六条明确规 定:“ 禁止占用耕地建窑、建坟或者在耕地上建房、挖砂、采石、采矿、取土等 ” 。如果你确定 他们的耕地是基本农田,那就更有利,因为国家对基本农田保护的措施更加严厉。第七十四
条规定了处罚措施:违反本规定,占用耕地建窑、建坟或者擅自在耕地上建房、挖砂、采石、 取土等,破坏种植条件的,或者因开发土地造成土地荒漠化、盐渍化的,由县级以上人民政 府土地行政主管部门责令限期改正或者治理,可以并处罚款;构成犯罪的,依法追究刑事责 任。
五、总结、拓展延伸
1、我们已经知道了哪些力量会改变地球表面的地形地貌?
2、地球的各种力量包括人类自身在改变地表的地形地貌时,会对我们造成哪些灾害?
3、调查一下,人们采取了哪些措施来防止这些灾害的发生,以及尽量减少灾害造成的危 害
转载请注明出处范文大全网 » 6域植被对减缓土壤侵蚀作用的
0.0001,n=15,相比,有机质的积累。另外,从图4也可以看出,侵蚀裸植被恢复地不同坡位土壤水分差异不明显,p>