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《北京林业大学》 2012年 博士论文
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赣北红壤坡面水土保持措施保水减沙作用研究

郑海金  
【摘要】:坡面水土流失一直是国内外的研究重点和热点,目前国内对于其调控机制等进行了很多的研究工作,但现有研究成果多集中于黄土地区,其它水蚀地区(如南方红壤区)该力一面的研究成果还不多。本研究在典型南方红壤区——江西水土保持生态科技园设置16个径流小区,对2001~2009年次降雨条件下的降雨、地表径流、侵蚀泥沙进行了长期定位观测和土壤理化性质测定,以探讨典型红壤坡面水蚀特征,系统研究几种水土保持措施(林草覆盖、农林间作、清耕和林果梯田等措施)对红壤坡面减流减沙、理水调洪和土壤抗侵蚀性的影响及作用,为红壤坡面水土流失防治提供技术支撑。主要研究成果如下: (1)在南方红壤区,受降雨年内分配的影响,裸露坡面汛期(4-9月)径流深占年均径流深的86.3%,汛期泥沙流失量占年均泥沙流失量的96.5%,汛期是防治水土流失的重点时段。受天然降雨强度非均匀性的影响,实际产流产沙过程是不稳定和不连续的,呈现出一峰或多峰的特性;同一场降雨裸露坡面产流、产沙过程基本一致,累积产沙量和累积径流量随时间延长呈现出先小幅增长后快速增加最后趋于平稳的变化。同降雨强度相比,降雨量的变化对裸露坡面径流量的影响更为显著,这与当地以蓄满产流为主有关。与平均雨强相比,I30能更好地反映降雨强度与土壤流失量的关系。裸露坡面径流量与降雨量、降雨动能呈直线回归关系,与I30为幂函数回归关系;侵蚀泥沙量与降雨量、降雨动能、I30和径流损失量均呈幂函数回归关系。 (2)在南方红壤区,所研究的几种水土保持措施均能有效降低地表径流量,减少土壤侵蚀量。其中:林草覆盖措施的年均减流率在90%以上、年均减沙率在99%以上,农林间作措施的年均减流率在65%以上、减沙率在75%以上,柑橘清耕的年均减流率在33%以上、年均减沙率在58%以上,林果梯田措施的年均减流率在70%以上、年均减沙率在89%以上。在林草覆盖措施中,全园覆盖、带状覆盖、带状覆盖+间作作物的减水效益都在95%以上、减沙效益都在99%以上,差别不大,因此考虑降低成本,避免物种竞争,采取等高水平草带(作物)措施更优;百喜草=、阔叶雀稗、狗牙根三种牧草的减水减沙效益都很好,且无明显差别,因此这三种草均可推广于条带种草。在农林间作措施中,横坡农林间作的累积减流减沙效应优于顺坡农林间作,且在大暴雨、特大暴雨的特殊情况下优势表现得史为突出。因此,横坡套种作物增加覆盖可作为防治坡耕地水土流失的有效措施。但由于每年的4~9月是研究区水土流失较严重季节,故应注意选择那些收获和栽种时间不在强降雨多发期的作物。柑橘清耕在某些特殊情况下,其减流减沙效应大大降低甚至出现减流减沙效果还不如裸露对照的现象,这也很好地解释了我国南方林下水土流失的现象。在林果梯田措施中,前埂后沟技术、梯壁植草技术和梯面内斜技术的减流减沙优势明显,在特大暴雨的特殊情况下表现得更为突出。因此,可集成这三项单项技术,增强对暴雨侵蚀的抵抗力。 (3)在南方红壤区,通过几种水土保持措施(柑橘+百喜草全园覆盖、柑橘+作物(横坡间作)、柑橘清耕、柑橘+水平梯田(梯壁植草))的滞流削峰效应分析,发现与裸露对照相比,这些水土保持措施具有一定的削减地表径流洪峰和减少地表径流总量的效益,其中以柑橘+百喜草全园覆盖最优,其削峰效益均值为93.7%、减流效益均值为99.1%;柑橘清耕最差,其削峰效i益均值为53.8%、减流效益均值为49.8%;柑橘+作物(横坡间作)和柑橘+水平梯田(梯壁植草)居二者之间。除柑橘清耕外,其余3种水土保持措施还具有一定的产流滞后和峰值滞后效益,其中以以柑橘+百喜草全全园覆盖最优,其产流滞后效益均值为93.3%、洪峰滞后效益均值为57.5%。柑橘清耕因幼龄林下无灌草覆盖,其产流对降雨较为敏感,产流与峰现滞后时间要短得多,甚至出现产流滞后、峰值滞后效应不如裸露对照的现象。同一种水土保持的削峰减流效应较稳定,变幅不大;但产流与峰现滞后效应变化幅度较大,这与径流滞后效应受当场降雨、前期降雨和下垫面等多因素影响有关。 (4)赣北红壤荒坡地土壤抗蚀性差,不同水土保持措施治理后土壤抗蚀性有所提高。灰色关联法计算结果表明:土壤最佳抗蚀性指标依次为团聚度和受蚀性指数(Eva);土壤最差抗蚀性指标分别是湿筛水稳性团聚体平均重量直径(EMWD)和干湿筛团聚体平均重量直径差值(MWDC);土壤颗粒分散特性对土壤侵蚀量影响较大,而土壤稳定性参数对土壤侵蚀量影响较小,它们的均关联度依次为0.618和0.599。以田间实测K值为依据,对多种K值估算方法(诺谟图法、修正诺谟图法、EPIC模型法、平均几何粒径模型法和Torri模型法)进行了评价,发观这些估算方法的不确定性都较大,具体应用时需进行优化。建立了试验区修正诺谟图法的优化模型。


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