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红壤坡地植物篱笆生态系统水土保持效应及机理研究

李新平  
【摘要】: 国内外研究均认为植物篱笆可有效地防治水土流失,但对植物篱笆的水土保持效应和机理尚缺乏研究。为此,本研究以南方红壤坡地为研究对象,在定点试验和调查研究的基础上,采用田间试验和室内分析相结合的研究方法,对坡耕地和严重侵蚀坡地植物篱笆生态系统的水土保持效应和机理进行了研究,以便为改善和创建植物篱笆生态系统模式提供科学依据。研究取得了以下结果: 1.植物篱笆生态系统减水减沙效应及机理 (1)自然降雨和人工降雨条件下,坡耕地植物篱笆均具有明显的水土保持效应,而且这种效应在植物篱笆的生长后期更为突出。2001年研究区降雨量和降雨侵蚀力均为6、8月较大,其中6、8月降雨量为全年的37.70%;降雨侵蚀力与可产生侵蚀雨量为极显著正相关,可侵蚀降雨量比降雨量能更好地表示降雨的侵蚀能力。与大豆(Soybean)单作相比,黄花菜(Hemercoallis Citrina Baroni)和百喜草(P.Rotatum Flligg)植物篱笆生态系统年径流量、年侵蚀量分别减少10.14~11.56倍和135.34~165.84倍;植物篱笆生态系统和大豆单作处理的径流量、侵蚀量、可产生侵蚀的降雨量之间呈极显著正相关,建立了相应的降雨产流、降雨产沙、径流侵蚀模型,通过侵蚀雨量可以了解水土流失的发生特征;6月和8月份(多短时暴雨)水土保持能力较明显。在人工模拟降雨条件下,百喜草、黄花菜植物篱笆生态系统水土保持效应在植物篱笆的生长后期更为突出,而且与雨强有显著的正相关关系。同时植物篱笆生态系统的减沙效应比减水效应更明显;始流时间(从开始降雨到产生径流所经历时间)可以很好地表征植物篱笆生态系统的水土保持效果,植物篱笆生态系统和大豆单作处理的径流量、侵蚀量与开始形成径流所经历的时间之间呈显著负相关,而径流量与侵蚀量之间为显著正相关关系;建立了径流量、侵蚀量与始流时间以及径流量与侵蚀量的回归模型;雨强越大,产流或产沙过程中各阶段间差异越明显,各处理间阶段产沙量比阶段产流量差异更明显,但各处理产流和产沙总体变化趋势相似。 (2)2001年台风雨期降雨量和降雨侵蚀力(Rv)分别占全年的24.50%、73.35%;次降雨量与次降雨侵蚀力呈显著相关关系,30min最大雨强(I_(30))与降雨侵蚀力为极显著相关关系;降雨量与I_(30)无显著相关性。与裸坡相比,严重侵蚀地上植物篱笆的保土效果比保水效果更明显,其中画眉草(Eragrostis curvula)水土保持能力最强,鸡眼草(Kummerowia atriata)次之,苦荬菜(Ixeris denticulata)只具有保土作用;同时每次降雨产生径流量与侵蚀量之间为极显著相关关系。各处理径流量均与降雨量呈显著正相关关系;裸坡和苦荬菜处理侵蚀量与I_(30)呈极显著正相关关系;鸡眼草和画眉草处理侵蚀量则与Rv呈极显著正相关关系;径流量预测值均小于实测值,而侵蚀量预测值偏高,但预测值和实测值均为极显著相关关系,说明预测值偏高或偏低的趋势比较一致。 摘 要-11-l (3)植物篱笆根系可显著提高土壤的抗冲性,但上壤本身性质(土壤容重)依然是决 定土壤抗小咕的重要因素之一.在 0~3 ocm土层,不同雨强下坡耕地植物篱笆带下各土层 土壤抗小性变化较小,而且均极显著高于无根上壤抗小性;在30~50cm土层,各处理之 间的土壤抗小注差异较小;这与根干重、根表面和根系密度的分布特点相一致.在 60ffiffi·h’、120 iffi·h“’冲刷雨强下,植物篱笆根系密度、土壤容重与土壤抗冲性极显著 相关,而在雨强为180m。·h”’时植物篱笆处理各土层抗冲性与土壤客重极显著相关。 (4)耕层上壤入渗能力的增强是植物篱笆生态系统水土保持的关键原因.植物篱笆带 下在较长的时间内维持高的上壤入渗量和较大的稳定入渗速率;植物篱笆带初始渗透速 率、稳定渗透速率均显著高于大豆单作,二者均与土壤客重、总孔隙度、毛管孔隙度显著 相关,坡耕地耕层土壤物理性状的改善使土壤的入渗能力明显增强.同时,建立了降雨入 渗、入渗产流、入渗侵蚀模型,通过实际降雨量可以了解水分入渗量、径流量和侵蚀量. (5)坡耕地植物篱笆地上部(贴地茎叶和匍匐茎)的挡水能力反应在缓流和分流两方 面,可有效地降低径流的携沙能力,从而减小细沟侵蚀;挡土作用表现在对土壤大颗粒阻 挡和小颗粒的过滤作用,这是植物篱笆生态系统减少水土流失的重要原困之一。自然降雨 条件下植物篱笆生态系统一般不形成地表径流,也没有使明显减少产流次数,但产流时间 显著减少Z 在高强度暴雨条件下形成细沟侵蚀后,径流深度和宽度均小于无植物篱笆处5 理,而且径流速度明显变小。 2.植物篱笆生态系统的生态效应、对土壤改良效应及产全效应效益 门)在坡耕地植物篱笆生态系统中,光照强度、土壤温度、土壤含水量、上壤储水量I 等生态困子变化较合理,对植物篱笆和作物(大豆)生长有利.在各生态指标中,各生态 系统中变化较为剧烈的为光照条件,其次为上壤温度,而土壤含水量和储水量与降雨量、d 径流量、植物篱笆本身生长进程等有关,变化规律性较强.植物篱笆生态系统中植物篱笆 与大豆的生态位


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