河岸植被對坡面徑流侵蝕產(chǎn)沙的阻控效果

趙清賀，冀曉玉，徐珊珊，吳長松

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河岸植被對坡面徑流侵蝕產(chǎn)沙的阻控效果

趙清賀，冀曉玉，徐珊珊，吳長松

（1. 河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，開封 475004； 2. 河南大學(xué)黃河中下游數(shù)字地理技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，開封 475004）

河岸植被在流域水土保持與非點(diǎn)源污染控制方面具有重要作用。為探究河岸植被阻控坡面徑流侵蝕產(chǎn)沙效果及其影響因素，該文通過野外模擬徑流沖刷試驗(yàn)，定量分析了北江干流河岸植被阻控坡面徑流和侵蝕產(chǎn)沙的特征，探討了河岸植被對徑流與泥沙相互關(guān)系的影響以及河岸植被阻控效果與坡度和放水強(qiáng)度的關(guān)系。結(jié)果表明，（1）植被的存在延遲了坡面初始產(chǎn)流時(shí)間、降低了坡面徑流系數(shù)、減弱了徑流侵蝕力，放水強(qiáng)度和坡度越大，坡面產(chǎn)流時(shí)間越早、徑流系數(shù)越大、植被對徑流的攔截效果越低，其中，植被對不同坡度上徑流系數(shù)的平均阻控效果分別為3.35%、3.36%、4.28%和3.17%，對不同放水強(qiáng)度下徑流系數(shù)的平均阻控效果分別21.69%、17.40%和10.01%，對坡面徑流侵蝕力的阻控效果分別為60.00%、32.23%、27.29%和22.76%；（2）植被坡對坡面累積泥沙量的阻控效果分別為60.14%、32.83%、24.19%和20.86%，植被的存在可以有效提高土壤的抗侵蝕能力并減少侵蝕產(chǎn)沙量和降低侵蝕泥沙中值粒徑，植被阻控泥沙的效果大于其阻控徑流的效果；（3）相關(guān)性分析表明，產(chǎn)流時(shí)間與累積泥沙量、粒徑均呈顯著負(fù)相關(guān)，植被的存在一定程度上改變了退流時(shí)間與兩者之間的關(guān)系；徑流系數(shù)、徑流侵蝕力與累積泥沙量、粒徑均呈顯著正相關(guān)；植被對累積泥沙量和徑流侵蝕力的阻控效果與隨坡度和放水強(qiáng)度的增加而降低。綜上，河岸植被對坡面徑流和泥沙具有不同的阻控效果，且受坡度和放水強(qiáng)度影響顯著，研究結(jié)果可為流域水土保持與河岸植被建設(shè)提供支持。

植被；侵蝕；徑流；坡面；河岸帶；北江

0 引 言

河岸帶位于河流與陸地交界處的兩邊，其范圍包括河流廊道的高低水位之間以及從河流高水位至被洪水影響的高地區(qū)域，是流域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能[1]。近年來，隨著自然和人為活動(dòng)干擾的加劇，河岸帶生態(tài)系統(tǒng)功能退化嚴(yán)重，河岸帶生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)和維持逐漸成為流域生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。針對河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的研究，國內(nèi)外研究主要集中于河岸帶的結(jié)構(gòu)特征[1-2]、河岸帶生物多樣性維持功能及其影響因素[3]、河岸帶在非點(diǎn)源氮素污染防治方面的作用（包括河岸帶截留轉(zhuǎn)化氮素污染物的主要機(jī)理和影響因素、河岸帶的模擬和設(shè)計(jì)等）[4-6]、河岸帶植被在維護(hù)河堤及防止土壤侵蝕方面的作用等[7-9]。但是，相比于對河岸帶生物多樣性和農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染控制機(jī)理方面的研究，對河岸帶阻控水土流失的研究還有待加強(qiáng)。

河岸帶植被是流域高地徑流和沉積物向河流傳輸?shù)淖詈笠坏榔琳?，其通過植物吸收、提高入滲、減少徑流與流速、提高土壤抗蝕性與抗沖性等，在攔截、過濾、沉積地表徑流中的土壤顆粒、穩(wěn)固河岸、防止河岸沖刷和坍塌等方面具有重要作用[9-10]。對此，國內(nèi)外研究人員主要從4個(gè)方面探討河岸植被與水土保持的關(guān)系：1）植被的存在與否、類型和覆蓋度[11-13]；2）植被的垂直結(jié)構(gòu)和形態(tài)結(jié)構(gòu)[14-15]；3）植被的種植格局、坡度和坡位[15-16]；4）植被格局與水土流失過程的耦合[17]。雖然各方面均取得了重要成果，但均有待深入。比如，針對河岸植被的存在與否對坡面侵蝕的影響，現(xiàn)有研究主要采用室內(nèi)外模擬降雨或徑流沖刷試驗(yàn)分析植被的存在對徑流量、泥沙量以及水動(dòng)力參數(shù)等的影響，以及各參數(shù)之間的相互關(guān)系[11,13,18]，如王志剛等[13]通過室內(nèi)水槽模擬沖刷試驗(yàn)分析了河岸邊坡草被減流減沙效應(yīng)及其對坡面流水動(dòng)力學(xué)特征的影響；郭二輝等[12]采用野外調(diào)查的方法分析了城區(qū)河岸帶植被類型對土壤保持的影響。但是，此類研究缺乏探討植被的存在對各參數(shù)之間的相互關(guān)系的影響，以及植被阻控坡面徑流侵蝕產(chǎn)沙特征對其他控制因子的響應(yīng)，如坡度、地表粗糙度、降雨或放水強(qiáng)度等。其中，坡度一直是坡面侵蝕研究的重要因素，因此有必要探討坡度對植被攔截徑流泥沙效果的影響。放水強(qiáng)度代表上坡來水條件對植被阻控徑流泥沙效果的影響，對其分析有助于我們在理解植被蓋度與坡度作用的前提下，針對上坡的可能來水條件，最大限度地發(fā)揮植被的作用，盡可能減少不同來水條件造成的水土流失，為河岸帶植被建設(shè)提供依據(jù)。因此，本研究針對坡地水土流失現(xiàn)象較為嚴(yán)重的北江上游，通過野外人工模擬徑流沖刷試驗(yàn)，研究北江干流河岸帶植被阻控坡面徑流侵蝕產(chǎn)沙特征，并在對比分析河岸植被對坡面徑流和泥沙影響的基礎(chǔ)上，探討河岸植被對坡面侵蝕過程中徑流與泥沙相互關(guān)系的影響，揭示河岸植被阻控效果與坡度、放水強(qiáng)度的響應(yīng)關(guān)系，以期為研究區(qū)水土保持工作提供支持。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究的試驗(yàn)小區(qū)位于廣東省韶關(guān)市仁化縣周田鎮(zhèn)平甫村（24°56′N，113°47′E）南側(cè)的北江上游河岸帶。研究區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，光熱資源豐富，全年平均氣溫22 ℃左右，無霜日330 d以上。研究區(qū)雨量充足，年平均降雨量為1 665 mm左右，年降雨時(shí)間為172 d，主要集中在雨季（4－9月），占全年降水量的70%，旱季（10－次年3月）降雨較少[19]。研究區(qū)地貌以山地和丘陵為主，巖石主要為花崗巖、石灰?guī)r、紫色砂頁巖等，土壤主要以地理發(fā)生分類的黃壤和紅壤為主，夾雜水稻土、紫色土和石灰土等[19-20]。研究區(qū)河岸帶屬于山地丘陵河岸帶，坡度范圍為0～20°，河流兩岸階地沉積物受地下水運(yùn)動(dòng)和耕作活動(dòng)影響顯著，表層土壤主要為潮土。研究區(qū)農(nóng)業(yè)資源豐富，是粵北地區(qū)主要的商品糧基地和農(nóng)產(chǎn)品集散地，同時(shí)也是植被破壞和水土流失比較嚴(yán)重的區(qū)域（2008年北江上游16.36%的土地處于水土流失狀態(tài)）[20]。研究區(qū)河岸帶及其上坡地利用類型主要為農(nóng)田、果園和人工林，植被類型主要為馬尾松次生林、桉樹林、竹林和稀樹草坡以及農(nóng)作物等。

1.2 試驗(yàn)小區(qū)布設(shè)

河岸帶的邊界有2個(gè)，即水域-陸地邊界和河岸帶-高地邊界。前者顯而易見，而后者的界定則有較大困難。目前比較常用的方法為橫斷面法，即在河岸兩側(cè)或一側(cè)垂直于河流方向上設(shè)立從河邊一直到高地的橫斷面，采用植被分析法和土壤分析法界定河岸帶邊界。但是，尺度不同、界定標(biāo)準(zhǔn)不同、方法不同，河岸帶的上邊界就會(huì)不同。另外，相比于平原河岸帶，山地丘陵地區(qū)的河岸帶上下邊界之間的高差相對較大，即便如此，為更好地反映河岸帶的特征，本研究所設(shè)置的4個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，均位于接近水域-陸地邊界的上側(cè)，果園和農(nóng)田的下坡方向，即岸邊至高地土地利用為農(nóng)田（西瓜地）-果園（橘園）。本研究采用徑流沖刷試驗(yàn)而沒有采用人工模擬降雨試驗(yàn)，主要出于以下考慮：首先，河岸帶是位于河流與高地之間的過渡帶，具有狹長的特點(diǎn)，因此與其本身受降雨濺蝕相比，受上坡來水沖刷的影響更為顯著，采用徑流沖刷試驗(yàn)更為合適；其次，試驗(yàn)條件限制，人工降雨試驗(yàn)受外界影響因素較多（風(fēng)、水、電等），對試驗(yàn)條件要求較高，而徑流沖刷試驗(yàn)則相對較低。

首先，根據(jù)河岸坡度的梯度變化，在河岸帶坡面選擇4個(gè)受人為干擾小、下墊面狀況基本一致的自然坡面（表1），采用反三角函數(shù)法對試驗(yàn)下墊面進(jìn)行坡度取量，分別為7°、9°、11°和15°，各小區(qū)下墊面情況見表1。其次，布設(shè)試驗(yàn)小區(qū)：每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)長3 m，寬1 m，兩側(cè)用6 塊長1 m、高0.3 m、厚1 mm的鋼板圍合，地下和地上部分各為0.15 m；緊靠小區(qū)頂端，為使放水經(jīng)緩沖能徐徐地、均勻地、以薄層水流的形式流入小區(qū)，放置1個(gè)與小區(qū)等寬、緊貼地面、與兩側(cè)密封連接的穩(wěn)流槽，通過水平儀確保穩(wěn)流槽水平；緊靠小區(qū)底端，放置與小區(qū)等寬、緊貼地面、與兩側(cè)密封連接的集流槽；在集流槽下方，挖1個(gè)與小區(qū)等寬的圓形土坑，用以放置收集泥沙樣品的集流桶[20]。最后，在小區(qū)1、2和3 m處設(shè)置觀測斷面，用于觀測流速、流寬和流深。

表1 坡面及土壤的特征

1.3 試驗(yàn)方案

按北江地區(qū)暴雨發(fā)生頻率在野外標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)上產(chǎn)生的單寬徑流[20]，本研究將放水強(qiáng)度設(shè)置為9、12和15 L/min。試驗(yàn)用水采用附近農(nóng)田機(jī)井用水泵抽取的地下水。為對比分析植被阻控坡面徑流侵蝕產(chǎn)沙特征，本研究設(shè)置1個(gè)植被蓋度（植被坡，25%蓋度）和1個(gè)對比坡（裸坡，0%蓋度）。各小區(qū)植被為自然植被。本研究選擇25%的植被蓋度主要基于兩點(diǎn)：首先，是研究區(qū)河岸帶植被概況。其次，是前人對植被蓋度減沙效果的分析，如朱冰冰等[21]表明當(dāng)植被蓋度達(dá)到20%時(shí)可通過機(jī)械阻擋和減緩徑流有效攔截坡面產(chǎn)生的泥沙，而許炯心等[22]、韓鵬等[23]以及其他相關(guān)研究對植被蓋度減沙效果臨界值的研究結(jié)果則不太一致，但不同地區(qū)、不同尺度的臨界蓋度基本上位于40%～60%之間[17]。因此，本研究根據(jù)研究區(qū)植被概況，在考慮植被既可以有效發(fā)揮阻控作用又不受臨界蓋度影響的前提下，選擇25%作為植被蓋度開展研究。蓋度的提取，為人工修剪自然植被至設(shè)定蓋度：首先，在不擾動(dòng)小區(qū)下墊面土壤的情況下，對小區(qū)植物進(jìn)行簡單修理，并盡量保證各小區(qū)植物種類相同；其次，借助相機(jī)（Canon SX60 HS）在小區(qū)正上方沿坡對小區(qū)進(jìn)行垂直拍照，利用Photoshop CS4軟件對照片進(jìn)行處理來獲取植被蓋度（為保證提取精準(zhǔn)，此過程重復(fù)多次直至獲取的蓋度與實(shí)際設(shè)定的蓋度（25%）相比誤差在0.5%之內(nèi)）；最后，裸坡為在不擾動(dòng)表層土壤和破壞微地形的前提下剪除坡面植被。本研究各處理未設(shè)置重復(fù)，主要原因：針對多因素（放水強(qiáng)度、坡度、植被蓋度）多水平（3個(gè)放水強(qiáng)度、4個(gè)坡度、2種植被蓋度）的情況，采用目前使用較多的正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法；野外原位試驗(yàn)不同于室內(nèi)控制試驗(yàn)，控制變量難以重復(fù)，找到滿足試驗(yàn)重復(fù)設(shè)計(jì)的自然坡岸十分困難。

試驗(yàn)前，為了保證每次試驗(yàn)下墊面水分初始條件基本一致，先用撒水器在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)均勻撒水，撒水量控制在土壤表面達(dá)到充分飽和但未產(chǎn)流的程度；率定放水強(qiáng)度，通過微調(diào)閥門調(diào)節(jié)放水強(qiáng)度至預(yù)設(shè)放水強(qiáng)度（誤差小于2%），保持水箱為滿載狀態(tài)以降低水箱水壓變化對放水強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)開始后，記錄初始產(chǎn)流時(shí)間，從產(chǎn)流開始計(jì)時(shí)，歷時(shí)30 min，前5 min每隔1 min取徑流泥沙樣，后25 min每隔5 min取徑流泥沙樣，共收集10次樣品，用以測定徑流量與泥沙量，試驗(yàn)過程中測量流速、流寬、流深，試驗(yàn)結(jié)束后用秒表記錄退流時(shí)間。另外，由于7°植被坡上15 L/min放水量下的泥沙樣品在室內(nèi)處理過程中未能完整保存，導(dǎo)致此處理的泥沙累積量數(shù)據(jù)缺失，為保持?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)一，在分析過程中15 L/min放水量下7°植被坡的結(jié)果未考慮在內(nèi)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

坡面流速測定采用高錳酸鉀染色劑法，每5 min測量1次（每次測量都包含3個(gè)斷面流速和全程流速），最后取平均值乘以修正系數(shù)0.67作為坡面平均流速[20]。流深用直尺法測定，用直尺在同一過水?dāng)嗝娌煌魑恢脺y定3次，取平均值。每個(gè)處理的10次樣品，經(jīng)烘干處理后混合為1個(gè)混合樣，采用四分法取出部分土樣，采用馬爾文粒徑分析儀（MALVERN 2000）測定每個(gè)混合樣的顆粒組成，并根據(jù)美國制土壤粒徑分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，輸出不同粒級(jí)顆粒百分含量（%）及中值粒徑（D50）大小。

徑流系數(shù)=累積徑流量/累積放水量 （1）

本文采用徑流動(dòng)能表示徑流侵蝕力，公式如下[24-25]：

式中為徑流動(dòng)能，J；為徑流容重，N/m3；為徑流量，m3；為流速，m/s；為重力加速度，9.8 m/s2。

植被對徑流/泥沙的阻控效果采用如公式計(jì)算：

式中為阻控效果；b和Y分別為裸坡和植被坡的徑流侵蝕力或累積泥沙量。

使用SPSS 17.0 和Origin 9.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 河岸植被阻控坡面徑流特征

2.1.1 初始產(chǎn)流時(shí)間與退流時(shí)間

植被可以增強(qiáng)土壤入滲性能，延緩地表產(chǎn)流時(shí)間和降低地表徑流的流速，進(jìn)而減少地表徑流量及其侵蝕產(chǎn)沙量[26]。本研究中，植被、坡度和放水強(qiáng)度對坡面產(chǎn)流時(shí)間和退流時(shí)間具有一定影響，放水沖刷試驗(yàn)條件下北江干流河岸坡面初始產(chǎn)流和退流時(shí)間存在明顯規(guī)律。如圖1所示，相同坡度和放水強(qiáng)度情況下，植被的存在明顯延遲了坡面初始產(chǎn)流時(shí)間，但受坡度與放水強(qiáng)度的共同作用，延遲幅度存在明顯差異，隨坡度增大延遲幅度呈先增大后減小的趨勢；相同放水強(qiáng)度條件下，坡度越大，坡面產(chǎn)流時(shí)間越早，這與徑流在坡面上的水平分力較大和徑流入滲的減少有關(guān)。相同坡度條件下，隨放水強(qiáng)度的增大，坡面初始產(chǎn)流時(shí)間大幅提前。研究表明，坡面土壤入滲能力與粒徑<0.002 mm的黏粒含量呈負(fù)相關(guān)[27]。本研究的試驗(yàn)地位于華南紅壤區(qū)，土壤質(zhì)地屬于紅壤黏土，因此產(chǎn)流時(shí)間遠(yuǎn)小于相同或近似試驗(yàn)條件下的黃土[27]，亦小于人工模擬降雨試驗(yàn)下南方典型黏土的產(chǎn)流時(shí)間[28]，但初始產(chǎn)流時(shí)間與坡度和放水量（或降雨強(qiáng)度）的關(guān)系是一致的。植被對退流時(shí)間的影響與初始產(chǎn)流時(shí)間不盡一致。相同放水強(qiáng)度條件下，植被對退流時(shí)間的影響隨坡度的增加呈先延遲后提前的趨勢：在較緩坡面上（7°和9°），植被的存在可以延遲退流時(shí)間；而在較陡的坡面（11°和15°）上，植被的存在可以減少退流時(shí)間。隨放水強(qiáng)度增加，坡面徑流退流時(shí)間呈增加趨勢。

2.1.2 徑流系數(shù)

本試驗(yàn)中，忽略蒸發(fā)量，上方來水流經(jīng)小區(qū)主要轉(zhuǎn)化為坡面徑流和入滲2部分。徑流系數(shù)可以反映小區(qū)植被和坡度對上方來水的影響。圖2為不同放水強(qiáng)度下河岸植被對坡面徑流系數(shù)的影響，由圖2可知，植被坡徑流系數(shù)明顯低于裸坡，這與植被坡通過降低坡面徑流流速和有效增加入滲量從而減少坡面徑流有關(guān)。植被對不同坡度徑流系數(shù)的平均阻控效果分別為3.35%、3.36%、4.28%和3.17%，表明植被對徑流系數(shù)的阻控效果隨坡度增加呈先增大后減小的趨勢。植被對不同放水強(qiáng)度徑流系數(shù)的平均阻控效果分別21.69%、17.40%和10.01%，表明放水強(qiáng)度越小植被的阻控效果越高。隨坡度和放水強(qiáng)度的增加，徑流系數(shù)雖均呈增加趨勢，但植被坡對徑流量的攔截作用則逐漸減弱，植被坡與裸坡之間的差異逐漸減小，說明植被的減流效果受坡度和放水強(qiáng)度的影響，在較小的放水強(qiáng)度和坡度下，植被的減流效果更為明顯，坡度或放水強(qiáng)度較大時(shí)則較弱，顯示了植被的減流效果可能是一個(gè)隨坡度或放水強(qiáng)度增加而降低的函數(shù)[29]。本研究結(jié)果與人工模擬降雨試驗(yàn)條件下的黃土坡面相比，規(guī)律基本一致，但沖刷試驗(yàn)的徑流系數(shù)高于降雨試驗(yàn)[21]。

圖1 不同放水強(qiáng)度下河岸植被對坡面初始產(chǎn)流時(shí)間和退流時(shí)間的影響

圖2 不同放水強(qiáng)度下河岸植被對坡面徑流系數(shù)的影響

2.1.3 徑流侵蝕力

由圖3可知，徑流侵蝕力隨放水強(qiáng)度和坡度的增加而增加，表明放水強(qiáng)度和坡度的增加可以增強(qiáng)徑流在垂向和水平方向上的動(dòng)能和勢能，進(jìn)而增加坡面徑流沖刷能力，導(dǎo)致坡面土粒被剝離和搬運(yùn)的趨勢加劇。但是，植被的存在降低了坡面徑流侵蝕力，進(jìn)而減弱上方來水對坡面的沖刷。裸坡平均徑流侵蝕力（不同放水強(qiáng)度的平均值）在4個(gè)坡面上分別為3.07、3.51、3.85和4.25 J，植被坡的平均徑流侵蝕力分別為1.23、2.38、2.80和3.29 J，植被坡對坡面徑流侵蝕力的阻控效果分別為60.00%、32.23%、27.29%和22.76%，說明隨放水強(qiáng)度和坡度的增加，植被減弱坡面徑流侵蝕力的效果越來越小，其原因與徑流侵蝕力隨放水強(qiáng)度和坡度增加的幅度遠(yuǎn)大于植被阻控坡面徑流侵蝕力的幅度有關(guān)。土壤侵蝕是一個(gè)做功消耗能量造成土壤顆粒分散的過程，進(jìn)而產(chǎn)生土壤顆粒的輸移。植被通過改變徑流的侵蝕動(dòng)力特性，進(jìn)而影響侵蝕過程和結(jié)果[21,30]，因此本文結(jié)合前人研究[24-25]，采用徑流動(dòng)能表示徑流侵蝕力，以反映植被對坡面徑流沖刷能力的影響。與本研究不同，亦有研究采用徑流剪切力[26,31]、坡面徑流功率[21,32]等表示徑流侵蝕力，并分別得出兩者與侵蝕泥沙量顯著相關(guān)。用徑流剪切力描述坡面土壤侵蝕過程時(shí)，由于坡面徑流水深的不均勻性，其缺乏考慮徑流侵蝕能力沿坡面的不均勻分布特征；相比之下，坡面徑流動(dòng)能和徑流功率只需考慮用于侵蝕所消耗的能量（出水口與進(jìn)水口的能量差值），能較好地消除坡面徑流水深的不均勻性帶來的誤差[25]。

圖3 不同放水強(qiáng)度下河岸植被對坡面侵蝕力的影響

2.2 河岸植被阻控坡面產(chǎn)沙

2.2.1 累積泥沙量

坡度增加，上方來水入滲量減小、坡面徑流增大（流速和侵蝕力增大），坡面土體受斜坡重力切向分力的影響隨之增加，導(dǎo)致坡面土體不穩(wěn)定性增加而更易被坡面徑流剝離；放水強(qiáng)度增加，坡面單位面積和時(shí)間內(nèi)的沖刷量隨之增加，導(dǎo)致徑流剝離和搬運(yùn)土壤顆粒的能力更強(qiáng)。因此，累積泥沙量隨坡度和放水強(qiáng)度的增加而增加（圖4）。同一試驗(yàn)條件下，累計(jì)泥沙量可以反映坡面植被的減沙作用的大小。由圖4可知，裸坡平均累積泥沙量（不同放水強(qiáng)度的平均值）在4個(gè)坡面上分別為177.56、227.83、381.13和638.63 g，而植被坡的平均累積泥沙量分別為70.77、153.03、288.93和505.40 g，植被坡對坡面累積泥沙量的阻控效果分別為60.14%、32.83%、24.19%和20.86%，表明植被的存在可以有效提高土壤的抗侵蝕能力并減少侵蝕產(chǎn)沙量，但植被阻控泥沙量的效果隨坡度和放水強(qiáng)度的增加而降低。植被阻控泥沙量效果與坡度的關(guān)系，與以往在黃土高原[27,30]和南方紅壤[28-29]的研究結(jié)果一致，但植被阻控泥沙量效果與放水強(qiáng)度的關(guān)系與張思毅等[29]模擬降雨情況下香附子阻控泥沙的結(jié)果不同，分析其原因，首先可能與試驗(yàn)方法不同有關(guān)，放水試驗(yàn)只考慮上坡來水條件下徑流對坡面土粒的剝離與搬運(yùn)過程，而降水試驗(yàn)則多考慮了降雨對土壤坡面的濺蝕作用；其次可能與土壤坡面性質(zhì)有關(guān)，本研究的試驗(yàn)坡面為原生坡面，土壤物理性質(zhì)受人為影響較小，而張思毅等[29]的試驗(yàn)坡面為容重與原狀土容重相同的人工土槽裝土坡面，雖土壤容重相同，但土壤的其他物理性質(zhì)尤其是土粒之間的關(guān)系受破壞嚴(yán)重，與原狀土差異較大；最后是植物類別與種植方式不同，本研究試驗(yàn)小區(qū)植被為自然植被，后者則為人工移栽。

圖4 不同放水強(qiáng)度下河岸植被對累積泥沙量的影響

2.2.2 侵蝕泥沙粒徑

在顆粒級(jí)配曲線上與縱坐標(biāo)50%相應(yīng)的粒徑稱為中值粒徑（D50），對于一個(gè)處理樣，粒徑大于或小于D50的泥沙在質(zhì)量上相等，因此，D50越大，則侵蝕泥沙顆粒越粗；反之則越細(xì)。由圖5可知，植被坡侵蝕泥沙中值粒徑明顯低于裸坡，表明植被的存在可以減緩徑流和地下根系固土等，有效阻控坡面徑流對土壤顆粒的剝離和搬運(yùn)。同時(shí)，隨放水強(qiáng)度和坡度的增加，侵蝕泥沙中值粒徑基本呈增大趨勢，表明坡面侵蝕過程中細(xì)小顆粒易受水流影響而脫離坡體，進(jìn)而被水流挾帶輸移，但隨放水強(qiáng)度和坡度的增加（徑流侵蝕力增加），粗顆粒逐漸被坡面徑流剝離和搬運(yùn)。這與吳鳳至等[33]研究的黃土的泥沙黏粒含量隨坡度的增加逐漸減小的結(jié)果相一致，亦與彭怡等[34]研究的紫色土和張怡等[35]研究的褐土在小于臨界坡度20°時(shí)細(xì)砂粒含量隨坡度增大而增加、粉粒和黏粒含量隨坡度增大而較少的結(jié)果相吻合。但是，在整個(gè)侵蝕過程（或沖刷過程）中，侵蝕泥沙顆粒的大小是不斷發(fā)生變化的[36-37]，隨沖刷時(shí)間的延長，各坡面侵蝕泥沙顆粒將繼續(xù)變粗并趨于穩(wěn)定[38]。

圖5 不同放水強(qiáng)度下河岸植被對侵蝕泥沙粒徑的影響

2.3 河岸植被對坡面徑流與侵蝕產(chǎn)沙相互關(guān)系的影響

坡面徑流與侵蝕產(chǎn)沙有密切的關(guān)系，通過相關(guān)性分析得知（表2），產(chǎn)流時(shí)間與累積泥沙量和粒徑顯著負(fù)相關(guān)（<0.05或<0.01），表明產(chǎn)流時(shí)間可以間接指示侵蝕產(chǎn)沙量的大小。退流時(shí)間與累積泥沙量相關(guān)性不顯著（>0.05），但是植被的存在一定程度上改變了兩者之間的關(guān)系，裸坡情況下兩者呈正相關(guān)，而有植被存在情況下兩者呈微弱的負(fù)相關(guān)；相似地，裸坡的退流時(shí)間與粒徑呈顯著正相關(guān)（<0.01），而在植被坡上雖不顯著但卻呈負(fù)相關(guān)。這可能與植被在較緩坡面上可以延遲退流時(shí)間而在較陡的坡面上可以縮短退流時(shí)間有關(guān)：在特定試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)（30 min），所設(shè)定的放水強(qiáng)度高于下滲強(qiáng)度而發(fā)生超滲產(chǎn)流，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，緩坡和陡坡的下滲完成情況不同，緩坡可能屬于蓄滿產(chǎn)流而陡坡仍處于超滲產(chǎn)流或者混合產(chǎn)流階段[26]。

徑流系數(shù)與累積泥沙量和粒徑呈顯著正相關(guān)（<0.01），隨徑流系數(shù)增加，增加的徑流量和流速提高了徑流剝離能力和挾沙能力，在表層細(xì)顆粒含量減少的前提下，侵蝕泥沙呈逐漸粗?；厔?。植被的存在，雖在一定程度上降低了徑流系數(shù)，但并未改變徑流系數(shù)與累積泥沙量和粒徑的關(guān)系。

徑流侵蝕力與累積泥沙量和粒徑呈顯著正相關(guān)（裸坡<0.05；植被坡<0.01），這與徑流在受地形、植被和土壤等因素影響的同時(shí)其本身又影響侵蝕產(chǎn)沙有關(guān)，其所具有的能力大小或者動(dòng)能在很大程度上決定坡面侵蝕產(chǎn)沙的多少，流量越大或者坡度越大，水流動(dòng)能或勢能轉(zhuǎn)化為的動(dòng)能就越大，侵蝕產(chǎn)沙率亦越大，能夠剝離和輸移的土壤顆粒越大[36]。植被的存在，促使徑流侵蝕力與累積泥沙量和粒徑之間的相關(guān)性更加顯著。本研究中徑流侵蝕力與侵蝕產(chǎn)沙量顯著線性正相關(guān)的結(jié)果，與張樂濤等[24]、吳淑芳等[25]的結(jié)果一致。而與朱冰冰等[21]相同蓋度下降雨侵蝕力與侵蝕產(chǎn)沙量相關(guān)性不顯著的結(jié)果不一致，主要原因?yàn)榻涤昵治g力僅反映了降雨引起土壤侵蝕的潛在能力，無法準(zhǔn)確表達(dá)下墊面狀況對產(chǎn)匯流以及侵蝕產(chǎn)沙過程的影響，而徑流侵蝕力則由徑流量和流速直接計(jì)算而來，更能直接反應(yīng)徑流對下墊面的作用強(qiáng)度。

表2 河岸植被對坡面徑流與侵蝕產(chǎn)沙相互關(guān)系的影響

注：*. 在 0.05 水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)；**. 在0.01水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)。

Note: *, significant correlation at 0.05 level (bilateral); **, significant correlation at 0.01 level (bilateral).

2.4 坡度與放水強(qiáng)度對河岸植被阻控坡面侵蝕產(chǎn)沙效果的影響

關(guān)于植被阻控坡面侵蝕產(chǎn)沙的研究成果頗多，但對其影響因素，主要從植被自身差異（植被類型、位置或者格局）著手[17,26]，缺少考慮外部因素的影響，如地形、坡度、放水量或者降雨量等?；诖?，本研究分析坡度與放水強(qiáng)度對河岸植被阻控坡面侵蝕產(chǎn)沙效果的影響。

如圖6所示，植被對累積泥沙量和徑流侵蝕力的阻控效果均隨坡度和放水強(qiáng)度的增加而降低。對比發(fā)現(xiàn)，植被的阻控效果隨坡度增加而降低的幅度大于隨放水強(qiáng)度增加而降低的幅度，說明坡度對植被阻控效果的影響強(qiáng)于放水強(qiáng)度。隨坡度的增大，植被攔截效果降低，說明要有效發(fā)揮水土保持作用，河岸植被措施在不同坡度下需要有不同的有效蓋度[29]。根據(jù)研究結(jié)果，坡度越大，如果要達(dá)到與緩坡相同的阻控效果，需要更大的有效植被蓋度。但是，植被蓋度對徑流泥沙的阻控效果具有臨界值，當(dāng)大于臨界蓋度時(shí)，植被蓋度的增加并不會(huì)提升阻控效果[17,21-23]。因此植被的阻控效果受各種下墊面狀況的綜合影響，如，植被（類型、結(jié)構(gòu)、格局，等）、地形（地表粗糙度、坡度）、土壤結(jié)構(gòu)與質(zhì)地、降雨和徑流特征等，要有效提升河岸帶水土保持功能需加強(qiáng)對植被阻控坡面侵蝕產(chǎn)沙效果影響因素的深入研究。

圖6 坡度與放水強(qiáng)度對河岸植被阻控坡面侵蝕產(chǎn)沙效果的影響

3 結(jié) 論

1）放水沖刷試驗(yàn)條件下北江干流河岸坡面初始產(chǎn)流和退流時(shí)間存在明顯的規(guī)律，相同坡度和放水強(qiáng)度情況下，植被的存在延遲了坡面初始產(chǎn)流時(shí)間，而放水強(qiáng)度和坡度越大，坡面產(chǎn)流時(shí)間越早；植被的存在降低了坡面徑流系數(shù)，隨坡度和放水強(qiáng)度的增加，徑流系數(shù)雖均呈增加趨勢，但植被坡對徑流量的攔截作用則逐漸減弱，植被對不同坡度徑流系數(shù)的平均阻控效果分別為3.35%、3.36%、4.28%和3.17%，對不同放水強(qiáng)度徑流系數(shù)的平均阻控效果分別21.69%、17.40%和10.01%，表明在較小的放水強(qiáng)度和坡度下，植被的減流效果更為明顯，植被的存在降低了坡面徑流侵蝕力。

2）植被的存在可以有效提高土壤的抗侵蝕能力并減少侵蝕產(chǎn)沙量和降低侵蝕泥沙中值粒徑，但植被阻控泥沙量的效果隨坡度和放水強(qiáng)度的增加而降低，侵蝕泥沙中值粒徑基本呈增大趨勢；通過對比分析發(fā)現(xiàn)，植被的減沙效果大于其減流效果。

3）相關(guān)分析表明，產(chǎn)流時(shí)間與累積泥沙量和粒徑均呈顯著負(fù)相關(guān)（<0.05或<0.01），植被的存在一定程度上改變了退流時(shí)間與兩者之間的關(guān)系；徑流系數(shù)與累積泥沙量和粒徑呈顯著正相關(guān)（<0.01），徑流侵蝕力與累積泥沙量和粒徑呈顯著正相關(guān)（裸坡<0.05；植被坡<0.01），表明放水強(qiáng)度或者坡度越大，侵蝕產(chǎn)沙量及其粒徑越大；植被對累積泥沙量和徑流侵蝕力的阻控效果均隨坡度和放水強(qiáng)度的增加而降低。

[1] Whigham D F, Walker C M, Maurer J, et al. Watershed influences on the structure and function of riparian wetlands associated with headwater streams - Kenai Peninsula, Alaska[J]. Science of the Total Environment, 2017, 599－600: 124－134.

[2] Nagy R C, Porder S, Neill C, et al. Structure and composition of altered riparian forests in an agricultural Amazonian landscape[J]. Ecological Applications, 2015, 25(6): 1725－1738.

[3] Tabacchi E, Planty‐Tabacchi A M, Salinas M J, et al. Landscape structure and diversity in riparian plant communities: A longitudinal comparative study[J]. River Research & Applications, 2015, 12(4/5): 367－390.

[4] Gorsevski P V, Boll J, Gomezdelcampo E, et al. Dynamic riparian buffer widths from potential non-point source pollution areas in forested watersheds[J]. Forest Ecology & Management, 2008, 256(4): 664－673.

[5] Zhao T, Huashan X U, Yuxiao H E, et al. Agricultural non-point nitrogen pollution control function of dierent vegetation types in riparian wetlands: A case study in the Yellow River wetland in China[J]. Journal of Environmental Sciences, 2009, 21(7): 933－939.

[6] Zhang C, Li S, Qi J, et al. Assessing impacts of riparian buffer zones on sediment and nutrients loading into streams at watershed scale using an integrated REMM-SWAT model[J]. Hydrological Processes, 2017,31(4):916-924.

[7] Schoonover J E, Crim J F, Williard K W J, et al. Sediment dynamics within buffer zone and sinkhole splay areas under extreme soil disturbance conditions[J]. Environmental Management, 2015, 56(3): 618－629.

[8] Emilio P, Walter B, Angela G, et al. Feedbacks between the riparian Salicaceae and hydrogeomorphic processes: A quantitative review[J]. Earth-Science Reviews, 2017: 176. doi: 10.1016/j.earscirev.2017.07.018.

[9] Hubble T C T, Docker B B, Rutherfurd I D, et al. The role of riparian trees in maintaining riverbank stability: a review of Australian experience and practice[J]. Ecological Engineering, 2010, 36(3): 292－304.

[10] 曹梓豪，趙清賀，丁圣彥，等. 坡度和植被蓋度對河岸坡面侵蝕產(chǎn)沙特征的影響[J]. 自然資源學(xué)報(bào)，2017，32(11)：1892－1904.

Cao Zihao, Zhao Qinghe, Ding Shengyan, et al. Effect of slope gradient and vegetation cover on sediment yielding characteristics of the riparian slope[J]. Journal of Natural Resources, 2017, 32(11): 1892－1904. (in Chinese with English abstract)

[11] Srivastava N K, Ram L C, Masto R E. Role of selected riparian herbs in reducing soil erosion and nutrient loss under simulated rainfall[J]. Environmental Earth Sciences, 2010, 61(2): 405－417.

[12] 郭二輝，方曉，胡嬋娟，等. 城區(qū)河岸帶植被類型對土壤保持的影響研究[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，32(5)：18－22.

Guo Erhui, Fang Xiao, Hu Chanjuan, et al. Effects of urban riparian vegetation types on the retention of soil nutrients[J]. Journal of Northwest Forestry University, 2017, 32(5): 18－22. (in Chinese with English abstract)

[13] 王志剛，楊海龍，劉慧博，等. 河岸邊坡草被減流減沙效應(yīng)及其坡面流水動(dòng)力學(xué)特征[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2016，30(2)：8－13.

Wang Zhigang, Yang Hailong, Liu Huibo, et al. Effects of grass coverage on runoff and sediment reduction and the hydrodynamic characteristics of slope runoff on river bank slope[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2016, 30(2): 8－13. (in Chinese with English abstract)

[14] Wynn, T. Mostaghimi S. The effects of vegetation and soil type on streambank erosion, Southwestern Virginai, USA[J]. Journal of the American Water Resources Association, 2006, 42(1): 69－82.

[15] 鄭慶鐘，劉世增，劉虎俊，等. 石羊河中游河岸植被及其護(hù)岸能力研究[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2012，26(12)：142－146.

Zheng Qingzhong, Liu Shizeng, Liu Hujun, et al. Types and soil conservation capacity of riparian vegetation at middle reach of Shiyang river[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2012, 26(12): 142－146. (in Chinese with English abstract)

[16] 孟鋮鋮，張會(huì)蘭，楊坪坪. 模擬植被類型及空間配置對坡面流水動(dòng)力學(xué)特性的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2017，31(2)：50－56.

Meng Chengcheng, Zhang Huilan, Yang Pingping. Effects of simulated vegetation types and spatial patterns on hydrodynamics of overland flow[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2017, 31(2): 50－56. (in Chinese with English abstract)

[17] 秦偉，曹文洪，郭乾坤，等. 植被格局對侵蝕產(chǎn)沙影響的研究評述[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2017，37(14)：4905－4912.

Qin Wei, Cao Wenhong, Guo Qiankun, et al. Review of the effects of vegetation patterns on soil erosion and sediment yield[J]. Acta Ecologica Sinica, 2017, 37(14): 4905－4912. (in Chinese with English abstract)

[18] 張祎帆，趙清賀，丁圣彥，等. 坡度和植被蓋度對粉砂質(zhì)河岸帶坡面流侵蝕水動(dòng)力特征的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2017，28(8)：2488－2498.

Zhang Yifan, Zhao Qinghe, Ding Shengyan, et al. Effects of slope gradient and vegetation coverage on hydrodynamic characteristics of overland flow on silty riparian slope[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2017, 28(8): 2488－2498. (in Chinese with English abstract)

[19] 高傳友，趙清賀，劉倩. 北江干流河岸帶不同植被類型土壤粒徑分形特征[J]. 水土保持研究，2016，23(3)：37－42.

Gao Chuanyou, Zhao Qinghe, Liu Qian. Fractal characteristic of soil particle size under different vegetation types in riparian zone of the main stream of Beijiang River[J]. Research of Soil & Water Conservation, 2016, 23(3): 37－42. (in Chinese with English abstract)

[20] 吳長松，趙清賀，劉璞，等. 北江紅壤河岸坡面侵蝕水動(dòng)力特征[J]. 中國水土保持科學(xué)，2017，15(5)：1－7.

Wu Changsong, Zhao Qinghe, Liu Pu, et al. Hydrodynamic characteristics of surface runoff on red soil slope in the riparian zone of the Beijiang River[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2017, 15(5): 1－7. (in Chinese with English abstract)

[21] 朱冰冰，李占斌，李鵬，等. 草本植被覆蓋對坡面降雨徑流侵蝕影響的試驗(yàn)研究[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2010，47(3)：401－407.

Zhu Bingbing, Li Zhanbinm, Li Peng, et al. Effect of grass coverage on sediment yield of rain on slope[J]. Acta Pedologica Sinica, 2010, 47(3): 401－407. (in Chinese with English abstract)

[22] 許炯心，孫季. 無定河水土保持措施減沙效益的臨界現(xiàn)象及其意義[J]. 水科學(xué)進(jìn)展，2006，17(5)：610－615.

Xu Jiongxin, Sun Ji. Threshold phenomenon of sediment reduction beneficials from soil water conservation measures in the Wudinghe river[J]. Advances in Water Science, 2006, 17(5): 610－615. (in Chinese with English abstract)

[23] 韓鵬，李秀霞. 黃河流域土壤侵蝕及植被水保效益研究[J]. 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，16(2)：181－190.

Han Peng, Li Xiuxia. Study on soil erosion and vegetation effect on soil conservation in the Yellow River basin[J]. Journal of Basic Science & Engineering, 2008, 16(2): 181－190. (in Chinese with English abstract)

[24] 張樂濤，高照良，田紅衛(wèi). 工程堆積體陡坡坡面土壤侵蝕水動(dòng)力學(xué)過程[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29(24)：94－102.

Zhang Letao, Gao Zhaoliang, Tian Hongwei. Hydrodynamic process of soil erosion in steep slope of engineering accumulation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2013, 29(24): 94－102. (in Chinese with English abstract)

[25] 吳淑芳，吳普特，宋維秀，等. 黃土坡面徑流剝離土壤的水動(dòng)力過程研究[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2010，47(2)：223－228.

Wu Shufang, Wu Pute, Song Weixiu, et al. Hydrodynamic process of soil detachment by surface runoff on loess slope[J]. Acta Pedologica Sinica, 2010, 47(2): 223－228. (in Chinese with English abstract)

[26] 肖培青，李艷霞，蘇廣旭，等. 植被坡面產(chǎn)流特征及其侵蝕動(dòng)力研究進(jìn)展[J]. 人民黃河，2016，38(10)：115－118.

Xiao Peiqing, Li Yanxia, Su Guangxu, et al. Research progress and prospects for runoff generation and soil erosion dynamics under vegetation cover[J].Yellow River, 2016, 38(10): 115－118. (in Chinese with English abstract)

[27] 盛賀偉，蔡強(qiáng)國，孫莉英. 黃土質(zhì)地對坡面侵蝕的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2016，30(1)：31－35.

Sheng Hewei, Cai Qiangguo, Sun Liying. Impacts of loessial texture on slope erosion[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2016, 30(1): 31－35. (in Chinese with English abstract)

[28] 霍云梅，畢華興，朱永杰，等. 模擬降雨條件下南方典型粘土坡面土壤侵蝕過程及其影響因素[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2015，29(4)：23－26.

Huo Yunmei, Bi Huaxing, Zhu Yongjie, et al. Erosion process and its affecting factors of southern typical clay slope under simulated rainfall condition[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2015, 29(4): 23－26. (in Chinese with English abstract)

[29] 張思毅，梁志權(quán)，謝真越，等. 植被調(diào)控紅壤坡面土壤侵蝕機(jī)理[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2016，30(3)：1－5.

Zhang Siyi, Liang Zhiquan, Xie Zhenyue, et al. Mechanisms of grass in slope erosion control in red soil region of southern China[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2016, 30(3): 1－5. (in Chinese with English abstract)

[30] 李鵬，崔文斌，鄭良勇，等. 草本植被覆蓋結(jié)構(gòu)對徑流侵蝕動(dòng)力的作用機(jī)制[J]. 中國水土保持科學(xué)，2006，4(1)：55－59.

Li Peng, Cui Wenbin, Zheng Liangyong, et al. Effects of vegetative cover on runoff hydraulic characteristics and erosion[J]. Science of Soil & Water Conservation, 2006, 4(1): 55－59. (in Chinese with English abstract)

[31] 肖培青，姚文藝，王國慶，等. 植被作用下土壤抗剪強(qiáng)度和徑流侵蝕力的耦合效應(yīng)[J]. 水科學(xué)進(jìn)展，2016，27(2)：224－230.

Xiao Peiqing, Yao Wenyi, Wang Guoqing, et al. Effects of soil shear strength and runoff erosivity on slopes with different vegetation cover[J]. Advances in Water Science, 2016, 27(2): 224－230. (in Chinese with English abstract)

[32] 郝好鑫，郭忠錄，王先舟，等. 降雨和徑流條件下紅壤坡面細(xì)溝侵蝕過程[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(8)：134－140.

Hao Haoxin, Guo Zhonglu, Wang Xianzhou, et al. Rill erosion process on red soil slope under interaction of rainfall and scouring flow[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2017, 33(8): 134－140. (in Chinese with English abstract)

[33] 吳鳳至，史志華，方怒放，等. 不同降雨條件下侵蝕泥沙黏粒含量的變化規(guī)律[J]. 環(huán)境科學(xué)，2012，33(7)：2497－2502.

Wu Fengzhi, Shi Zhihua, Fang Nufang, et al. Temporal variations of clay content in eroded sediment under different rainfall condition[J]. Environmental Science, 2012, 33(7): 2497－2502. (in Chinese with English abstract)

[34] 彭怡，王玉寬，傅斌，等. 紫色土流失土壤的顆粒特征及影響因素[J]. 水土保持通報(bào)，2010，30(2)：142－144.

Peng Yi, Wang Yukuan, Fu Bin, et al. Particle characteristics and influencing factors of eroded purple soil[J]. Bulletin of Soil & Water Conservation, 2010, 30(2): 142－144. (in Chinese with English abstract)

[35] 張怡，丁迎盈，王大安，等. 坡度對侵蝕產(chǎn)沙及其粒徑分布的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2015，29(6)：25－29.

Zhang Yi, Ding Yingying, Wang Daan, et al. Effects of slope gradient on yield and particle size distribution of sediment[J]. Journal of Soil & Water Conservation, 2015, 29(6): 25－29. (in Chinese with English abstract)

[36] 湯珊珊，高海東，李占斌，等. 坡面覆沙后侵蝕泥沙顆粒分選特性[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(2)：125－130.

Tang Shanshan, Gao Haidong, Li Zhanbin, et al. Characteristics of particle separation of erosion sediment in slop surface covered with sand[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33(2): 125－130. (in Chinese with English abstract)

[37] Hairsine P B, Sander G C, Rose C W,et al. Unsteady soil erosion due to rainfall impact: a model of sediment sorting on the hillslope[J]. Journal of Hydrology, 1999, 220(3/4): 115－128.

[38] Shi Z H, Yan F L, Lu L,et al. Interrill erosion from disturbed and undisturbed samples in relation to topsoil aggregate stability in red soils from subtropical China[J]. Catena, 2010, 81(3): 240－248.

Inhibiting effect of riparian vegetation on erosion and sediment yield of slope runoff

Zhao Qinghe, Ji Xiaoyu, Xu Shanshan, Wu Changsong

(1.,,475004,; 2.,,475004,)

Riparian vegetation plays a vital role in maintaining multiple ecosystem functions and providing various ecosystem services for human society. Especially, riparian vegetation acts as a buffer for the stream by intercepting and retaining sediment, nutrients, and pollutants carried in surface runoff before they enter the stream. However, the buffering effects of riparian vegetation are sometimes limited by different factors, such as soil type, slope gradient, rainfall and scouring intensities, and vegetation coverage. Therefore, the upstream of the Beijiang River in Guangdong Province of southern China was selected as a case, and the characteristics of riparian vegetation in inhibiting runoff and sediment in erosion process of red soil slope were explored in this paper. Specifically, using the runoff scouring experiments in situ, the characteristics of riparian vegetation in inhibiting slope erosion along Beijiang River were explored, which aimed to further clarify the effects of riparian vegetation on relationship between overland flow and sediment yield as well as the response of inhibiting effect of vegetation to slope gradient and scouring intensity. The results show that the time of runoff initiation and duration of runoff recession on riparian slope along the Beijiang River exhibited obvious rule under the condition of runoff scouring, namely, the existence of vegetation can delay the time of runoff initiation under the same condition of slope gradient and scouring intensity, and the greater slope gradient and scouring intensity can result in the earlier runoff generation. Vegetation can reduce the runoff coefficient of riparian slope, while the trapping effects of riparian vegetation on runoff amount can be decreased in spite of the fact that the runoff coefficient increases with the increasing slope gradient and scouring intensity. The inhibiting effect of vegetation to slope runoff is more significant under lower slope gradient and scouring intensity. The inhibiting effect of vegetation to runoff coefficient at different slope gradients is 3.35%, 3.36%, 4.28%, and 3.17%, respectively, while under different scouring intensities it is 21.69%, 17.40%, and 10.01%, respectively. Riparian vegetation can reduce runoff erosivity in slope soil erosion process, and greater slope gradient and scouring intensity can result in lower inhibiting effect of vegetation to runoff erosivity. The inhibiting effect of vegetation to runoff erosivity at different slope gradients is 60.00%, 32.23%, 27.29%, and 22.76%, respectively. Riparian vegetation can effectively improve the resistance ability of soil and reduce the yield and median particle size of sediment. The effect of vegetation in inhibiting sediment, which is 60.14%, 32.83%, 24.19%, and 20.86% respectively, is larger than that in inhibiting runoff. Correlation analysis showed that the time of runoff initiation is significantly and negatively correlated with accumulation of sediment yield and sediment particle size, and vegetation can alter relationship between the duration of runoff recession and accumulation of sediment yield and sediment particle size. Runoff coefficient and runoff erosivity both are significantly and positively correlated with the accumulation of sediment yield and sediment particle size, and the effect of vegetation in inhibiting the accumulation of sediment yield and runoff erosivity reduces with the increasing slope gradient and scouring intensity. In conclusion, effect of riparian vegetation in inhibiting erosion sediment is larger than that in inhibiting slope runoff, and is significantly influenced by slope gradient and scouring intensity. Results from the present study can provide the basis for watershed soil and water conservation as well as the restoration and reestablishment of riparian vegetation.

vegetation; erosion; runoff; slope; riparian zone; Beijiang River

趙清賀，冀曉玉，徐珊珊，吳長松. 河岸植被對坡面徑流侵蝕產(chǎn)沙的阻控效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34(13)：170－178. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.020 http://www.tcsae.org

Zhao Qinghe, Ji Xiaoyu, Xu Shanshan, Wu Changsong. Inhibiting effect of riparian vegetation on erosion and sediment yield of slope runoff[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(13): 170－178. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.020 http://www.tcsae.org

2018-01-26

2018-04-19

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41301197）；河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目（18A170004）；河南省高?？萍紕?chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃（16IRTSTHN012）

趙清賀，副教授，博士，主要從事流域生態(tài)水文方面的研究。Email：zhaoqinghe@henu.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.020

S157.1

A

1002-6819(2018)-13-0170-09