模擬降雨下草被坡面水沙調(diào)控效應(yīng)及水分轉(zhuǎn)化研究

宋亞倩,趙西寧,,潘岱立,高曉東

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院,陜西 楊凌 712100; 2.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所,陜西 楊凌 712100; 3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所,陜西 楊凌 712100)

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模擬降雨下草被坡面水沙調(diào)控效應(yīng)及水分轉(zhuǎn)化研究

宋亞倩1,趙西寧1,2,潘岱立3,高曉東2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院,陜西 楊凌 712100; 2.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所,陜西 楊凌 712100; 3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所,陜西 楊凌 712100)

以黃土丘陵區(qū)四種多年生牧草(雞腳草、白三葉、小冠花、百脈根)為研究對象，采用人工模擬降雨試驗(yàn)方法，定量研究不同草被措施不同生長階段(5月上旬、6月上旬、7月中旬和8月下旬)的坡面水沙調(diào)控效應(yīng)及土壤水分轉(zhuǎn)化特征。結(jié)果表明：在整個生長周期內(nèi)，四種草被措施坡面產(chǎn)沙率和含沙量均表現(xiàn)為雞腳草坡面<白三葉坡面<小冠花坡面<百脈根坡面<裸地坡面。隨著生長時間延長，四種草被措施坡面減流效益、減沙效益、土壤穩(wěn)定入滲速率和土壤平均含水量增量均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。其中，雞腳草坡面和白三葉坡面在結(jié)實(shí)期達(dá)到最大，小冠花坡面和百脈根坡面在孕蕾期達(dá)到最大。在不同生長階段，雞腳草坡面和白三葉坡面減流效益、減沙效益、土壤穩(wěn)定入滲速率和土壤平均含水量增量均大于小冠花坡面和百脈根坡面，其中以雞腳草坡面最為顯著。四種草被措施在不同生長階段坡面減沙效益都遠(yuǎn)大于減流效益。黃土丘陵區(qū)坡面水土流失主要來自7—9月份頻率較高的降雨所產(chǎn)生的坡面徑流，雞腳草和白三葉生長旺盛期與水土流失頻發(fā)階段吻合，使其調(diào)控坡面水沙能力得以充分體現(xiàn)。

模擬降雨; 草被措施; 生長階段; 水沙調(diào)控; 土壤含水量增量

國家退耕還林(草)工程實(shí)施以來，草地控制水土流失和恢復(fù)生態(tài)作用被提高到和林地相同高度，大力發(fā)展草地建設(shè)是實(shí)現(xiàn)黃土丘陵區(qū)土地合理利用的一個重要環(huán)節(jié)[1]。國內(nèi)眾多學(xué)者對坡面草被措施減水減沙效應(yīng)及機(jī)理進(jìn)行了研究[2-8]。韓玉峰等[2]以六種多年生牧草為對象，得出紫花苜蓿、沙打旺、鷹咀紫云英水土保持效益要高于紅豆草、紅三葉和小冠花；潘成忠等通過室內(nèi)模擬降雨試驗(yàn)，研究了不同植被蓋度黑麥草坡面與裸地坡面的產(chǎn)流產(chǎn)沙過程及坡面流水動力學(xué)特性，與裸地坡面相比，黑麥草坡面含沙量、平均輸沙率、徑流量及坡面流速均有不同程度降低[3]；朱冰冰等通過野外人工模擬降雨試驗(yàn)，從徑流侵蝕功率和降雨侵蝕力兩個方面對比分析了草本植被對坡面侵蝕動力的調(diào)控效果，表明草本植被覆蓋深刻影響降雨侵蝕動力，并最終對坡面侵蝕量產(chǎn)生較大影響[4]；在黃土高原水蝕風(fēng)蝕區(qū)，趙春紅等采用人工模擬降雨方法，對沙打旺草地調(diào)控綿沙土坡面侵蝕機(jī)理進(jìn)行研究，表明覆蓋度約為40%的牧草沙打旺能夠有效控制坡面土壤侵蝕，減沙效益達(dá)70%以上，且牧草根系和冠層均能顯著減小流速，增加阻力，根系減沙效益大于草冠[5]。大量研究結(jié)果表明，不同草被措施均具有顯著減流減沙效應(yīng)，但是現(xiàn)有研究結(jié)果多以觀測單次試驗(yàn)結(jié)果為主[6-7]，對草被措施不同生長階段的水沙調(diào)控效應(yīng)研究涉及較少[8]。不同草被措施對坡面水沙調(diào)控能力不同，即使同一草被措施在整個生長周期的不同生長階段由于冠層形態(tài)、葉面積指數(shù)和根系分布狀況等不同，對坡面水沙調(diào)控和增加土壤水分入滲等作用也有所不同。

本試驗(yàn)以豆科牧草為主，并兼顧禾本科牧草，選擇成活率高，生存能力強(qiáng)，生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益較好的四種人工牧草雞腳草(Dactylis glomerata L.)、白三葉(Trifolium repens L.)、小冠花(Coronilla varia L.)、百脈根(Lotus corniculatus L.)為研究對象。采用人工模擬降雨試驗(yàn)方法，在分析其產(chǎn)流產(chǎn)沙特征基礎(chǔ)上，探討不同草被措施在不同生長階段對坡面水沙的調(diào)控效應(yīng)，揭示土壤水分入滲轉(zhuǎn)化特征，以期在實(shí)踐上為黃土丘陵區(qū)人工草地品種的適宜性選擇和穩(wěn)定發(fā)展提供參考依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計

本試驗(yàn)在陜西省楊凌區(qū)西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院進(jìn)行，使用的人工模擬降雨裝置為一套全自動電腦程序控制的針頭式人工模擬降雨器[9](圖1A)，降雨高度約為4 m，總降雨面積為6 m×3 m=18 m2，分12個降雨小區(qū)(1 m×1.5 m)，通過中央控制臺可控制任一降雨小區(qū)，18 m2降雨板共計4 800個內(nèi)徑為0.45 mm醫(yī)用針頭組成，針頭長度為32 mm，針頭間距約為4 mm。該人工模擬降雨裝置附有水質(zhì)凈化與軟化裝置，以降低針頭堵塞概率，保證儀器設(shè)備較長時間正常運(yùn)轉(zhuǎn)和降雨參數(shù)準(zhǔn)確可靠。此外，為防止雨滴位置固定帶來不利影響，降雨器托架對角加裝了一對低速電動機(jī)帶動整個人工模擬降雨裝置進(jìn)行小距離(小于針頭間距)往復(fù)運(yùn)動，降雨強(qiáng)度范圍為0.3～2.8 mm/min，降雨均勻度大于85%。

試驗(yàn)土槽尺寸為：長×寬×高=2 m×0.8 m×0.8 m(圖1B)，一端裝有集流槽，用于坡面徑流、泥沙收集。土槽坡度通過坡度調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為0°～25°。供試土壤為黃綿土，來源于陜西省榆林市清澗縣的坡耕地，土壤自然風(fēng)干(土壤含水率約為3%)，過直徑8 mm篩，將植物根系、石塊等雜物去除。裝土?xí)r，先在槽底鋪上一層紗布，使土壤水分能均勻下滲，按容重為1.35～1.40 g/cm3分7層(每層10 cm)填裝，邊填裝邊均勻壓實(shí)，裝土完成后，將土槽置于遮雨棚內(nèi)。為了使播種前土壤水分條件一致,裝土后每個土槽均灌水至飽和(土槽底部有水分溢出)。牧草品種為雞腳草、白三葉、小冠花、百脈根四種多年生牧草，其中雞腳草為禾本科牧草，其余為豆科牧草。播種時間為2014年5月，播種方式為撒播，播種密度為0.1 kg/m2，于出苗后2周左右，通過間苗、移栽，使四種草被在苗期蓋度基本相同，草被生長過程中次灌水或降雨量相同。草被開始返青時間為2015年4月中旬，模擬降雨時間為2015年5月上旬、6月上旬、7月中旬、8月下旬。整個試驗(yàn)階段，草被覆蓋度較高，均在90%以上(除百脈根在試驗(yàn)?zāi)┢?，因此本試驗(yàn)用葉面積指數(shù)反映草被的形態(tài)指標(biāo)。

圖1　人工模擬降雨試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)土槽

試驗(yàn)設(shè)計雞腳草、白三葉、小冠花、百脈根和裸地土槽各3個，坡度選取黃土丘陵區(qū)退耕還林還草常見坡度15°，選擇出現(xiàn)頻率較高的1.50 mm/min為模擬降雨試驗(yàn)雨強(qiáng)。每次降雨前進(jìn)行土壤水分測量和草被葉面積指數(shù)、草被覆蓋度的測定，土壤水分測量采用中子儀(測定10—70 cm土層含水量)和土壤水分傳感器Hydra-Probe(測定0—10 cm土層含水量)相結(jié)合，每次降雨前后分別測定土槽不同坡位(坡上、坡中、坡下)不同土層土壤水分含量，并按照坡上、坡中和坡下三個水分?jǐn)?shù)據(jù)平均值進(jìn)行土壤水分入滲轉(zhuǎn)化的分析。葉面積指數(shù)在每次降雨前采用(AccuPAR LP-80 Decagon DevicesInc.Pullman WA)測定，草被覆蓋度利用照相法測定[10]。降雨歷時60 min，坡面開始產(chǎn)流時記錄坡面產(chǎn)流時間，產(chǎn)流開始后每隔4 min收集一次徑流，用量筒測量徑流體積后采用烘干稱重法測定泥沙量。

1.2分析方法

利用徑流泥沙和土壤水分等測定數(shù)據(jù)分別計算坡面產(chǎn)流率、產(chǎn)沙率、減流效益、減沙效益、土壤水分入滲速率和土壤水分增量[10-12]，計算方法如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

式中：Vd表示坡面產(chǎn)流率(mm/min)；Sd為坡面產(chǎn)沙率[g/(min·m2)]；ER為坡面減流效益(%)；ES為坡面減沙效益(%)；id為土壤入滲速率(mm/min)，試驗(yàn)過程中的蒸散、填洼和植物截留水量較小，計算中忽略不計；Δq為土壤儲水增量(mm)；Rb為裸地坡面徑流量(ml)；Rv表示不同草被措施坡面徑流量(ml)；Sb為裸地坡面產(chǎn)沙量(g)；Sv為不同草被措施坡面產(chǎn)沙量(g)；i為降雨強(qiáng)度(mm/min)；r為草被坡面對應(yīng)時間段t內(nèi)的徑流量(ml)；s為草被坡面對應(yīng)時間段t內(nèi)的產(chǎn)沙量(g)；c為坡面受雨面積(m2)；t為降雨歷時(min)；α為坡面坡度；θj0和θj1分別為第層土層降雨前后土壤平均含水量(%)；hj為第j層土層厚度(cm)；γj為第j層土層干密度(g/cm3)。

數(shù)據(jù)整理和分析在Excel 2010和SPSS 16.0中進(jìn)行，采用LSD(least-significant difference)法比較分析顯著性，相關(guān)制圖在Origin 8.0中完成。

2　結(jié)果與分析

2.1坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征

將不同草被措施不同生長階段坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙相關(guān)參數(shù)列成表1，可以看出，草被措施均具有顯著降低坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙作用。相同生長階段，由于草被種類不同，導(dǎo)致其葉面積指數(shù)有所差異，產(chǎn)流率、產(chǎn)沙率及含沙量值也均不同。5月上旬和6月上旬，坡面產(chǎn)流率表現(xiàn)為雞腳草坡面<白三葉坡面<百脈根坡面<小冠花坡面<裸地坡面；7月中旬和8月下旬，坡面產(chǎn)流率則表現(xiàn)為雞腳草坡面<白三葉坡面<小冠花坡面<百脈根坡面<裸地坡面。在草被整個生長周期內(nèi)，坡面產(chǎn)沙率和含沙量均表現(xiàn)為雞腳草坡面<白三葉坡面<小冠花坡面<百脈根坡面<裸地坡面。隨生長時間延長，相同草被措施不同生長階段坡面產(chǎn)流率、產(chǎn)沙率、含沙量呈先減少后增加趨勢，雞腳草和白三葉在結(jié)實(shí)期最小，小冠花和百脈根在孕蕾期最小。同種草被措施坡面產(chǎn)流率、產(chǎn)沙率及含沙量變化趨勢與草被葉面積指數(shù)變化趨勢相反，葉面積指數(shù)大時，坡面產(chǎn)流率、產(chǎn)沙率及含沙量小。

2.2坡面減流效益和減沙效益

圖2A，圖2B分別反映不同草被措施不同生長階段的坡面減流效益和減沙效益，在整個生長周期內(nèi)，除百脈根以外，其余三種草被在各生長階段的減沙效益均大于90%，四種草被措施減沙效益遠(yuǎn)大于減流效益。不同草被措施同一生長階段進(jìn)行比較，雞腳草坡面減流效益和減沙效益在整個生長階段最高，分別在50.1%和95.7%以上，白三葉次之，百脈根除5月上旬(分枝期)和6月上旬(孕蕾期)減流效益大于小冠花外，其他生長階段減流效益和減沙效益均低于小冠花。同一草被措施不同生長階段進(jìn)行比較，隨草被生長時間延長，四種草被措施減流效益和減沙效益均呈先增加后減小的趨勢，但達(dá)到最大減流減沙效益時間不同，雞腳草和白三葉在結(jié)實(shí)期達(dá)到最大，減流效益和減沙效益分別為76.0%，99.1%和63.9%，98.4%；小冠花和百脈根在孕蕾期達(dá)到最大，減流效益和減沙效益分別為58.8%，98.0%和50.0%，90.2%。四種草被措施地上部分冠層和地下部分根系都在不斷生長發(fā)育，雞腳草和白三葉葉面積指數(shù)在結(jié)實(shí)期達(dá)到最大，小冠花和百脈根在孕蕾期達(dá)到最大，之后四種草被葉片開始逐漸枯黃凋落，葉面積指數(shù)下降，根系逐漸老化，攔截降雨能力受到限制，土壤抗沖性能減弱。

表1　四種草被措施坡面產(chǎn)流率、產(chǎn)沙率及含沙量指標(biāo)

注：數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，n=3；表中同一列數(shù)據(jù)標(biāo)有不同大寫字母表示同一草被不同生長階段各指標(biāo)間差異顯著，標(biāo)有不同小寫字母表示同一生長階段不同草被各指標(biāo)間差異顯著(p<0.05)。

注：同一草被不同生長階段標(biāo)有不同大寫字母表示各指標(biāo)間的差異顯著，同一生長階段不同草被標(biāo)有不同小寫字母表示各指標(biāo)間差異顯著(p<0.05)，以下字母意義同上。

圖2不同生長階段不同草被措施坡面減流效益和減沙效益變化

2.3土壤水分入滲速率與含水量增量

將不同草被措施不同生長階段坡面土壤入滲速率隨降雨時間動態(tài)變化數(shù)據(jù)列成圖3，從圖中可以看出，有草被措施坡面土壤入滲速率明顯高于裸地坡面。根據(jù)圖3入滲過程曲線并通過Horton公式id=io+(ic-io)e-kt擬合得到不同草被措施在不同生長階段的土壤穩(wěn)定入滲速率[11]，式中：id為土壤入滲速率(mm/min)；io為土壤穩(wěn)定入滲速率(mm/min)；ic為土壤初始入滲速率(mm/min)；k為擬合參數(shù)；e為自然對數(shù)底。5月上旬，雞腳草坡面、白三葉坡面、小冠花坡面、百脈根坡面和裸地坡面土壤穩(wěn)定入滲速率分別為0.82，0.72，0.60，0.71，0.27 mm/min；6月上旬，土壤穩(wěn)定入滲速率分別為0.90，0.89，0.71，0.82，0.33 mm/min；7月中旬土壤穩(wěn)定入滲速率分別為1.0，0.98，0.96，0.77，0.43 mm/min；8月下旬，土壤穩(wěn)定入滲速率分別為0.81，0.78，0.75，0.60，0.23 mm/min；可以看出，不同草被措施在相同生長階段土壤穩(wěn)定入滲速率仍具有一定趨勢：在5月上旬和6月上旬，土壤穩(wěn)定入滲速率表現(xiàn)出雞腳草坡面>白三葉坡面>百脈根坡面>小冠花坡面>裸地坡面，7月中旬和8月下旬，表現(xiàn)出雞腳草坡面>白三葉坡面>小冠花坡面>百脈根坡面>裸地坡面。四種草被坡面隨著生長時間延長，土壤穩(wěn)定入滲速率呈現(xiàn)先增加后減小趨勢，雞腳草和白三葉坡面土壤穩(wěn)定入滲速率在結(jié)實(shí)期達(dá)到最大，小冠花和百脈根坡面在孕蕾期達(dá)到最大。

圖3　不同生長時期不同處理措施坡面土壤水分入滲速率

不同生長時期降雨后0 h草被坡面與裸地坡面土壤含水量增量沿剖面垂直分布狀況見表2，可以看出，不同草被坡面與裸地坡面相比較，土壤水分入滲深度和土壤含水量增量均有一定差異。降雨后不同草被坡面土壤入滲深度為40～60 cm，裸地坡面僅為30 cm。隨著生長時間延長，草被坡面土壤水分入滲深度呈先增加后穩(wěn)定趨勢。5月上旬和6月上旬，草被坡面土壤水分入滲深度分別為40 cm和50 cm，7月中旬和8月下旬，四種草被坡面土壤水分入滲深度均為60 cm。不同草被措施在同一生長階段，土壤水分入滲深度相同，平均土壤含水量增量變化與坡面土壤水分穩(wěn)定入滲變化特征一致。5月上旬和6月上旬，平均土壤含水量增量表現(xiàn)為雞腳草坡面>白三葉坡面>百脈根坡面>小冠花坡面>裸地坡面；7月中旬和8月下旬，表現(xiàn)為雞腳草坡面>白三葉坡面>小冠花坡面>百脈根坡面>裸地坡面。

3　討 論

試驗(yàn)中四種草被措施在不同生長階段，雞腳草坡面減流效益和減沙效益均表現(xiàn)為最好。這是由于雞腳草為簇生狀葉片，生長速度快，具有很厚冠層，在整個生長周期內(nèi)，葉面積指數(shù)均在2.5以上，可以較好攔蓄坡面徑流，降低雨滴對土壤表面擊濺侵蝕能力。其次是白三葉，雖然白三葉與小冠花均為匍匐生長，冠層結(jié)構(gòu)和葉片形狀相似，但是白三葉減流效益和減沙效益高于小冠花，這可能與二者地下部分根系在土層中的分布以及每層土壤中根系密度關(guān)系密切。四種草被措施中，百脈根減沙效益在各個生長階段都最差，原因是由于百脈根莖稈粗壯，直立生長，分枝在莖稈上，根部對土壤固結(jié)作用較小，土壤抗沖性能差導(dǎo)致。黃土丘陵區(qū)7—9月份降雨量占到全年降雨量的60%～80%，且多為頻率相當(dāng)集中的大到暴雨，坡面徑流泥沙也多在此時段產(chǎn)生，造成嚴(yán)重水土流失。如何控制和消除產(chǎn)生水土流失的坡面徑流，實(shí)現(xiàn)“全部降水就地入滲攔蓄利用”是黃土丘陵區(qū)水土流失綜合治理的關(guān)鍵[13-15]。試驗(yàn)過程中，雞腳草與白三葉在整個生長周期內(nèi)減流效益和減沙效益均大于小冠花和百脈根，且生長旺盛期恰好與侵蝕性降雨頻發(fā)階段吻合，使坡面減流效益和減沙效益也能得以充分體現(xiàn)。

不同草被措施坡面平均土壤含水量增量和土壤水分入滲深度均顯著大于裸地，這主要是由于草被冠層和根系對水流攔截和阻擋作用使坡面阻力系數(shù)變大，流速減慢，水分在坡面上滯留時間延長，不利于坡面徑流形成與發(fā)展，使得更多降水入滲進(jìn)入土壤[16-17]。此外，地下部分根系提高了土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量，增強(qiáng)了土壤的滲透性，有利于土壤水分入滲[18-19]。不同草被措施之間土壤水分入滲量也有一定的差異，雞腳草根系分蘗較多，增加了水分入滲的非毛管孔隙通道，對土壤水分入滲有利。白三葉和小冠花較雞腳草根系少且分布較深[20]，不利于土壤水分入滲，入滲率小于雞腳草。但是白三葉與小冠花相比，白三葉在表層土壤有大量的匍匐根，在土壤表面通過穿插、網(wǎng)絡(luò)及固結(jié)將土壤粘結(jié)起來，改善了土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和孔隙性，使其入滲能力大于小冠花。隨生長時期延長，百脈根到枯黃期，根系逐漸老化，葉片大部分枯黃凋落，葉面積指數(shù)僅為0.68，但深層土壤含水量增量仍高于分枝期和孕蕾期，入滲深度仍達(dá)到60 cm土層，原因是由于百脈根根系較粗，根系不斷生長的過程中在土壤中擠出通道，在其衰老或死亡后收縮留出孔隙。在土壤中產(chǎn)生較多孔隙，使地表徑流能夠順著根土接觸面和通道孔隙滲入土壤，有助于保持土壤的孔隙系統(tǒng)，使土壤水分入滲性能提高[7]。

表2　四種草被措施典型降雨后坡面土壤體積含水量增量　%

注：“-”表示土壤含水量沒有增加或含水量增加量小于0.5%。表中同一列數(shù)據(jù)標(biāo)有不同大寫字母表示同一草被不同生長階段各指標(biāo)間差異顯著(p<0.05)，標(biāo)有不同小寫字母表示同一生長階段不同草被各指標(biāo)間差異顯著(p<0.05)。

黃土丘陵區(qū)大量研究表明，高生長量的人工牧草，根系發(fā)達(dá)，耗水量大，淺層土壤水分不能滿足植物生長需要時，只用通過發(fā)達(dá)的根系耗用深層土壤水，一旦根系分布深度內(nèi)的土壤水被大量耗用，形成土壤干層，植物勢必衰亡[21-23]。Huang Jun等研究表明雖然白三葉生草坡面降雨后土壤水分增量大于裸地對照，但由于自身平均日耗水量值顯著大于對照，使白三葉全園生草平均土壤含水量顯著低于裸地[9]。因此，黃土丘陵區(qū)人工草被建設(shè)過程中，在重視不同草被措施在不同生長階段水沙調(diào)控效應(yīng)的同時，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)不同草被措施的土壤水分入滲、消耗、持續(xù)利用和水分供求的研究，才能從根本上有效緩解土壤干層和水土流失嚴(yán)重等問題。草被措施與坡面水沙關(guān)系復(fù)雜，從研究尺度考慮，可以分為斑塊、坡面和流域/區(qū)域三個層次，本試驗(yàn)采用人工模擬降雨手段，試驗(yàn)土槽尺度較小，主要考慮了斑塊尺度草被措施在不同生長階段的坡面水沙調(diào)控效應(yīng)與土壤水分轉(zhuǎn)化特征，由于試驗(yàn)條件限制，暫未考慮地下部分根系深度和密度及其空間分布等對坡面水沙的影響，對于不同草被措施在不同生長時期的耗水規(guī)律研究也尚未涉及，有待進(jìn)一步深入。

4　結(jié) 論

(1)在試驗(yàn)條件下，不同草被措施不同生長階段坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征參數(shù)均表現(xiàn)出一定規(guī)律性。5月上旬和6月上旬，坡面產(chǎn)流率表現(xiàn)為雞腳草坡面<白三葉坡面<百脈根坡面<小冠花坡面<裸地坡面；7月中旬和8月下旬，表現(xiàn)為雞腳草坡面<白三葉坡面<小冠花坡面<百脈根坡面<裸地坡面。在整個生長周期，坡面產(chǎn)沙率和含沙量均表現(xiàn)為雞腳草坡面<白三葉坡面<小冠花坡面<百脈根坡面<裸地坡面。

(2)隨生長時間延長，四種草被措施坡面減流效益和減沙效益呈先增加后減小的趨勢。雞腳草和白三葉在結(jié)實(shí)期減流效益和減沙效益達(dá)到最大，分別為76.0%，99.1%和63.9%，98.4%。小冠花和百脈根在孕蕾期達(dá)到最大，減流效益和減沙效益分別為58.8%，98.0%和50.0%，90.2%。不同草被措施在不同生長階段坡面減沙效益都遠(yuǎn)大于減流效益。雞腳草和白三葉的生長旺盛期與黃土高原水土流失頻發(fā)階段吻合，使其坡面減流效益和減沙效益也能得以充分體現(xiàn)。

(3)在整個生長周期內(nèi)，四種草被措施坡面土壤穩(wěn)定入滲速率、土壤水分入滲深度和土壤平均含水量增量與裸地坡面差異顯著，土壤穩(wěn)定入滲速率和土壤平均含水量增量均呈先增大后減少的趨勢，土壤水分入滲深度則呈先增加后穩(wěn)定的趨勢。雞腳草坡面和白三葉坡面在不同生長階段的土壤穩(wěn)定入滲速率和土壤平均含水量增量均大于小冠花坡面和百脈根坡面。

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Effects of Grasses on Runoff and Sediment Reduction and Water Transformation on the Slope Under Simulated Rainfall

SONG Yaqian1,ZHAO Xining1,2,PAN Daili3,GAO Xiaodong2

(1.College of Water Resources and Architectural Engineering,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi 712100, China; 2.Institute of Soil and Water Conservation,Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources,Yangling, Shaanxi 712100,China ; 3.Institute of Soil and Water Conservation,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi 712100,China)

Four kinds of perennial grasses (Dactylis glomerata L.,Trifolium repens L.,Coronilla varia L.,Lotus corniculatus L.)growing in the hilly region of Loess Plateau were studied under the simulated rainfall.The runoff and sediment trapping effects and soil water transformation on sloping lands covered by grasses were detected at various growth periods.It was turned out that in the whole growth stages,the sediment ratio and sediment concentration all followed the order: Dactylis glomerata L.

simulated rainfall; grass; growth stages; runoff and sediment trapping; soil water content increment

2016-01-07

2016-03-07

中國科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目(KFZD-SW-306);陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計劃項(xiàng)目(2015KTCL02-25);中央高?；A(chǔ)科研業(yè)務(wù)費(fèi)(2452015056)

宋亞倩(1989—),女,河南周口人,碩士研究生,研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)水土資源利用與保護(hù)。E-mail:songyaqian@aliyun.com

趙西寧(1976—),男,陜西渭南人,博士,研究員,主要從事農(nóng)業(yè)水土資源高效利用研究。E-mail:xiningz@aliyun.com

S157.2

A

1005-3409(2016)05-0035-07