不同植被格局對(duì)梁峁坡-溝坡的侵蝕動(dòng)力作用機(jī)制

于國(guó)強(qiáng),賈蓮蓮,朱冰冰,張 霞

〔1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局干旱—半干旱區(qū)地下水與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710054;2.黃河水利委員會(huì)黃河上中游管理局，陜西 西安 710021;3.陜西師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院,陜西 西安 710061;4.省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西安理工大學(xué)),陜西 西安 710048〕

土壤侵蝕是黃土高原嚴(yán)重、復(fù)雜的生態(tài)問(wèn)題[1-3]。我國(guó)黃土區(qū)地形破碎，土壤抗侵蝕能力弱，土壤侵蝕嚴(yán)重且植被有限，是泥沙進(jìn)入黃河的主要源區(qū)[3]。植被在黃土高原生態(tài)環(huán)境建設(shè)中有著不可替代的作用，合理的植被結(jié)構(gòu)能夠有效減少、防止水土流失，改良土壤性質(zhì)[4-6]；不合理的植被布局加劇水土流失[7]。因此，如何優(yōu)化植被格局是實(shí)現(xiàn)是治理黃土區(qū)水土流失的關(guān)鍵。黃土高原區(qū)植被與侵蝕的關(guān)系研究歷史悠久，學(xué)者們[8]對(duì)植被蓋度與土壤侵蝕的關(guān)系、植被對(duì)水力學(xué)參數(shù)和土壤性質(zhì)的影響、植被的減水減沙效應(yīng)等方面開(kāi)展了大量研究。在植被調(diào)控坡面侵蝕研究方面，研究者們[9]認(rèn)為除植被類型、數(shù)量決定侵蝕產(chǎn)沙外，格局、分布也同侵蝕產(chǎn)沙關(guān)系密切。不少研究[10-11]發(fā)現(xiàn)，在相同降雨或梁峁坡來(lái)水條件下，植被分布在溝坡的侵蝕產(chǎn)沙小于中坡和梁峁坡。從本質(zhì)上說(shuō)，草地植被是通過(guò)改變水力學(xué)參數(shù)進(jìn)而影響土壤侵蝕過(guò)程的[8]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者較為系統(tǒng)地研究了植被覆蓋條件下的坡面流水動(dòng)力學(xué)特性，然而，由于土壤侵蝕的復(fù)雜性和技術(shù)手段的限制以及缺乏合適的植被格局表征參數(shù)，導(dǎo)致現(xiàn)有研究多停留在定性分析階段，只給出了不同植被分布與侵蝕產(chǎn)沙變化的邏輯關(guān)系，對(duì)植被分布對(duì)減流減沙的影響過(guò)程缺乏深入的闡述。梁峁坡—溝坡組成的復(fù)合坡形是自然界也是黃土高原區(qū)常見(jiàn)的主要坡形之一，對(duì)其侵蝕產(chǎn)沙規(guī)律及其調(diào)控機(jī)理的研究是認(rèn)識(shí)流域產(chǎn)沙機(jī)制的基礎(chǔ)。因此，本研究采用室內(nèi)模擬降雨試驗(yàn)和三維激光掃描技術(shù)，通過(guò)分析黃土丘陵溝壑區(qū)梁峁坡—溝坡不同坡位植被坡面侵蝕動(dòng)力過(guò)程變化，闡述植被及其格局變化對(duì)復(fù)合坡面侵蝕過(guò)程的調(diào)控作用，以期為進(jìn)一步揭示草地坡面侵蝕規(guī)律和植被減蝕效應(yīng)研究提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究對(duì)象為陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，以黃土作為試驗(yàn)用土壤，土壤樣品為采自西安市郊區(qū)的黃土，屬于丘陵臺(tái)塬地貌，植被覆蓋較好。本文根據(jù)概化的黃土丘陵溝壑區(qū)梁峁坡—溝坡地貌，建立了物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ?如圖1所示)。試驗(yàn)于2017年4—7月在西安理工大學(xué)雨洪侵蝕試驗(yàn)大廳進(jìn)行。

圖1 黃土丘陵溝壑區(qū)梁峁坡-溝坡概化模型

試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎娩摪逯瞥?，梁峁坡長(zhǎng)8 m，坡度12°，溝坡長(zhǎng)5 m、坡度25°，水平投影面積為11.55 m2[4]。試驗(yàn)用土為取自西安郊區(qū)丘陵臺(tái)塬地貌的黃土，經(jīng)篩分處理后0.002～0.05 mm和0.05～0.1 mm的顆粒分別占91.39%和6.21%，為粉質(zhì)土。選擇草根系達(dá)20 cm，長(zhǎng)勢(shì)較好的野生馬尼拉草(Zoysiamatrella)為試驗(yàn)用草。

試驗(yàn)開(kāi)始兩周前，將草帶鋪設(shè)于鋼槽內(nèi)自然生長(zhǎng)，長(zhǎng)勢(shì)同自然生長(zhǎng)狀態(tài)下一致；草帶鋪設(shè)尺寸為2 m×1 m。鋪設(shè)土壤前，在鋼槽底部鋪設(shè)20 cm厚天然砂層，確保水分在土壤中均勻滲透。土壤初始含水量對(duì)黃土的抗侵蝕性影響很大，為確保每次試驗(yàn)初始值保持一致，每次模擬降雨試驗(yàn)都采用噴水裝置對(duì)下墊面噴水，且噴水量和噴水時(shí)間相同，最終使模型的初始含水量控制在21%左右。夯實(shí)土壤控制容重為1.3 g/cm3，每次試驗(yàn)初始條件保持一致。

土壤鋪設(shè)厚度為20 cm，并為草帶布設(shè)預(yù)留10 cm空間，使草帶與裸坡緊密連接以防止滑動(dòng)。模擬降雨采用向上式降雨裝置，采用濾紙法[7]測(cè)量雨滴直徑與自然降雨雨滴尺寸接近。試驗(yàn)中梁峁坡、溝坡分別布設(shè)4個(gè)噴頭，每個(gè)噴頭降雨覆蓋3～4 m2。試驗(yàn)采用水壓和噴頭尺寸精確控制雨強(qiáng)、雨量和降雨均勻程度[12]。

1.2 試驗(yàn)方法

針對(duì)較為干旱環(huán)境和條件下的黃土高原地區(qū)植物實(shí)際生長(zhǎng)情況[13]，選擇25%較低覆蓋度作為試驗(yàn)設(shè)計(jì)。研究共涉及5種植被格局(圖1)：裸坡格局(格局A)、梁峁坡下部(格局B)、梁峁坡中下部(格局C)、梁峁坡中上部(格局D)、梁峁坡上部(格局E)。為確保各個(gè)格局下的相似性，每種格局下的初始條件(土壤條件、降雨雨強(qiáng)、歷時(shí))均保持一致，具體參數(shù)均保持一致。試驗(yàn)中選用黃土區(qū)的暴雨雨強(qiáng)(90 mm/h)[14]，間隔24 h，每個(gè)格局開(kāi)展2場(chǎng)試驗(yàn)。為減少試驗(yàn)誤差，每場(chǎng)試驗(yàn)重復(fù)兩次，重復(fù)結(jié)果表明，產(chǎn)沙和徑流均值未發(fā)生顯著差異，次降雨產(chǎn)沙量誤差可以控制在10%以內(nèi)。

每個(gè)格局降雨完成后，重新鋪設(shè)新的草帶根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，產(chǎn)流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間為30 min，確定徑流歷時(shí)為30 min。試驗(yàn)過(guò)程中，徑流、泥沙樣品每1 min收集1次，測(cè)量徑流量；泥沙經(jīng)過(guò)24 h靜置后分離，在105 ℃下烘干8 h后稱重。將梁峁坡—溝坡均分為13個(gè)1 m×1 m的坡段，每個(gè)斷面徑流表面流速采用染料示蹤法確定。

雷諾數(shù)Re是水流慣性力與黏滯力的比值。本試驗(yàn)層流和紊流的臨界值取500，在500左右則為過(guò)渡流，Re大于500時(shí)為紊流，小于500則為層流[15]，計(jì)算公式為：

(1)

式中：R代表過(guò)水?dāng)嗝嫠Π霃?m)；U代表平均流速(m/s)；v代表徑流運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù)，v=0.017 75/(1+0.033 7T+0.000 221T2)；T代表水溫(℃)。

由于本試驗(yàn)坡面為薄層水流，可用坡面平均水深h代替水力半徑R，用反算法計(jì)算：

(2)

式中：t代表時(shí)間(min)；q代表單寬流量〔m3/(m·min)〕；Q代表t時(shí)間內(nèi)總徑流量(m3)；b代表過(guò)水?dāng)嗝鎸挾?m)；U代表平均流速(m/s)。

徑流流速是坡面水流最重要、可以通過(guò)試驗(yàn)手段直接獲取[16]的水動(dòng)力學(xué)參數(shù)之一。坡面徑流平均流速(V)計(jì)算式為：

V=αU

(3)

式中：U為徑流表面平均流速(m/s)；α為修正系數(shù)，由徑流流態(tài)確定，紊流、過(guò)渡流和層流時(shí)分別為0.80，0.70，0.67。

本試驗(yàn)選用Trimble FX scanner三維掃描儀，對(duì)下墊面微地貌進(jìn)行掃描，水平方向和垂直方向測(cè)量精度均為1 mm，建立梁峁坡—溝坡表面DEM模型[17]。每種格局下獲取3個(gè)1 m×13 m的DEM數(shù)據(jù)。去除植被的噪點(diǎn)數(shù)據(jù)后對(duì)獲取的DEM點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行10 mm×10 mm的插值處理，產(chǎn)沙總體積計(jì)算公式為：

VE=∑HiS

(4)

式中：VE為總侵蝕量；Hi為兩次降雨DEM數(shù)據(jù)點(diǎn)高程之差；S為面積(10 mm×10 mm)。

為了增加三維激光掃描方法和空間插值分析方法的可靠性，本研究將將插值計(jì)算得到的侵蝕產(chǎn)沙物質(zhì)總體積與系統(tǒng)出口測(cè)量的產(chǎn)沙量進(jìn)行了對(duì)比分析，其擬合函數(shù)為：V1=31.19M+9.21〔V1為體積(L)，M為產(chǎn)沙量(kg)〕，判定系數(shù)R2=98.16%，其誤差在6%～14%之間，說(shuō)明試驗(yàn)微地貌測(cè)量結(jié)果是可以接受的，表明本次研究中地表微地貌掃描結(jié)果以及微地貌分析技術(shù)的合理性和準(zhǔn)確性。

2 結(jié)果與分析

2.1 梁峁坡-溝坡植被格局的產(chǎn)沙與徑流流速關(guān)系

流速是坡面徑流最重要的水動(dòng)力因素，影響泥沙輸移和土壤侵蝕過(guò)程[18-19]。對(duì)降雨后各格局的坡段侵蝕量和徑流流速進(jìn)行匯總分析(見(jiàn)圖2—3)。溝坡段的侵蝕量明顯高于梁峁坡，不同格局的減沙效益以如下順序遞減：格局C>B>A>D>E，一些格局條件下(格局D和E)的產(chǎn)沙率和徑流流速甚至超過(guò)了裸坡(格局A)。所有的產(chǎn)沙過(guò)程均皆存在波動(dòng)，兩次降雨條件下，梁峁坡—溝坡產(chǎn)沙沿程變化均表現(xiàn)出相似的波動(dòng)趨勢(shì)和程度。但格局A，B和C的輸沙過(guò)程整體波動(dòng)程度小于格局D，E。這是因?yàn)?，格局B，C中植被位于梁峁坡下部，有效抑制了流速的快速增長(zhǎng)，使得格局B，C在兩次降雨中的流速均較小(見(jiàn)圖2)，徑流動(dòng)能一直處于較低水平，侵蝕能力減弱，梁峁坡各坡段的產(chǎn)沙水平一直低于裸坡。在溝坡范圍內(nèi)，格局C的徑流流速始終處于較低水平，而且隨著坡長(zhǎng)的增加，這種現(xiàn)象更加明顯。這表明此時(shí)草帶對(duì)徑流流速的調(diào)控范圍可涉及整個(gè)坡面(見(jiàn)圖2)。而格局B時(shí)未能很好的減緩流速增長(zhǎng)，只能調(diào)控梁峁坡范圍內(nèi)的輸沙過(guò)程；此外，由于草帶的過(guò)濾，進(jìn)入溝坡范圍內(nèi)的含沙量降低，徑流輸沙能力變強(qiáng)，溝坡范圍內(nèi)侵蝕量高于裸坡(見(jiàn)圖2)。因此，格局B的草帶布設(shè)對(duì)流速的減緩效果稍弱于格局C。在溝坡范圍內(nèi)，格局C的徑流流速始終處于較低水平，而且隨著坡長(zhǎng)的增加，這種現(xiàn)象更加明顯。這表明此時(shí)草帶對(duì)徑流流速的調(diào)控范圍可涉及整個(gè)坡面(圖3)。而格局B時(shí)未能很好的減緩流速增長(zhǎng)，只能調(diào)控梁峁坡范圍內(nèi)的輸沙過(guò)程；此外，由于草帶的過(guò)濾，進(jìn)入溝坡范圍內(nèi)的含沙量降低，徑流輸沙能力變強(qiáng)，溝坡范圍內(nèi)侵蝕量高于裸坡(見(jiàn)圖2)。因此，格局B的草帶布設(shè)對(duì)流速的減緩效果稍弱于格局C。

圖2 不同植被格局條件下梁峁坡-溝坡產(chǎn)沙沿程變化

格局D，E條件下，產(chǎn)沙波動(dòng)和侵蝕程度遠(yuǎn)高于格局B，C，甚至超過(guò)了裸坡的情況。這是由于：①草帶位于梁峁坡上部，草帶以下較大面積的裸坡成為了泥沙侵蝕空間和徑流加速的空間，為徑流侵蝕和加速提供了較大的空間；在此范圍內(nèi)，流速快速增長(zhǎng)(見(jiàn)圖3)，動(dòng)能一直處于較高狀態(tài)，徑流侵蝕能力加劇，導(dǎo)致產(chǎn)沙率快速增長(zhǎng)；②含沙徑流經(jīng)過(guò)草帶的過(guò)濾后，含沙量降低，一方面增加了水流攜運(yùn)泥沙的能力，徑流剝蝕率相對(duì)增大[18-20]，另一方面，由于“清水”流速分布均勻且比“渾水”流速大，最終導(dǎo)致侵蝕程度加劇。在這種交互作用下，格局D，E的產(chǎn)沙率和徑流流速始終最高，這與Jin[21]等提出的在雨強(qiáng)65 mm/h低植被蓋度條件下會(huì)產(chǎn)生較裸坡更高的土壤侵蝕的結(jié)論一致?？傮w而言，不同格局下的坡面各個(gè)坡段的流速影響著對(duì)應(yīng)坡段的侵蝕產(chǎn)沙水平。徑流含沙量和流速即徑流攜運(yùn)泥沙能力和徑流剪切力共同影響著坡面侵蝕動(dòng)力過(guò)程和侵蝕輸沙過(guò)程[22-23]，同時(shí)加劇或削弱徑流侵蝕，徑流流速在坡面侵蝕動(dòng)力過(guò)程中為主要影響因素。植被通過(guò)對(duì)徑流流速和含沙量的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)坡面侵蝕動(dòng)力過(guò)程的調(diào)控。

圖3 不同植被格局下梁峁坡-溝坡徑流流速變化

2.2 植被格局對(duì)坡溝產(chǎn)沙關(guān)系變化的作用

由圖4可以看出，除格局D外，各格局溝坡段侵蝕量均大于梁峁坡，說(shuō)明溝坡是整個(gè)坡面主要產(chǎn)沙來(lái)源，徑流對(duì)溝坡的侵蝕作用要強(qiáng)于梁峁坡。以梁峁坡與溝坡的產(chǎn)沙比例的變化反映植被格局對(duì)侵蝕的調(diào)控范圍和強(qiáng)度的變化(見(jiàn)圖4)，相對(duì)于裸坡，格局D，E侵蝕泥沙量分別增加116.44和136.14 L。表明格局D，E條件下，植被調(diào)控侵蝕的作用均已減弱甚至失效，或者在一定程度上加劇了徑流侵蝕。如圖4所示，格局B和C的坡面侵蝕量均低于裸坡，格局B下的梁峁坡產(chǎn)沙減少了28.17 L，溝坡產(chǎn)沙增加了7.83 L；格局C下的梁峁坡與溝坡的產(chǎn)沙分別減少了19.70和35.30 L。這是由于草帶布設(shè)緩解了徑流的侵蝕作用。格局C緩解徑流侵蝕的程度強(qiáng)于B，兩者侵蝕量相差34.66 L。格局B下，較裸坡相比，梁峁坡產(chǎn)沙大量減少，減蝕量達(dá)28.17 L，此時(shí)梁峁坡侵蝕量?jī)H占整個(gè)坡面的18%，達(dá)到谷值；但溝坡侵蝕量較裸坡增加7.79 L，侵蝕量占整個(gè)坡面的82%，侵蝕加劇程度主要集中在溝坡范圍。說(shuō)明此時(shí)草帶僅對(duì)梁峁坡范圍的侵蝕有效控制，并未在溝坡范圍內(nèi)發(fā)揮功效，或者作用稍弱。格局C的梁峁坡與溝坡的侵蝕量急劇減少，梁峁坡侵蝕量占40%，溝坡占60%，且坡面范圍內(nèi)的各坡段的侵蝕量均較低，說(shuō)明此時(shí)草帶可以很好的調(diào)控整個(gè)坡面范圍內(nèi)的侵蝕和輸沙過(guò)程。

圖4 不同植被格局下梁峁坡與溝坡侵蝕量

3 討 論

由于坡面侵蝕產(chǎn)沙過(guò)程的觀測(cè)相對(duì)容易，土壤侵蝕的學(xué)者更多的關(guān)注的是坡面[25-26]。諸如WEPP模型和RUSLE/USLE模型，均是在坡面尺度的基礎(chǔ)上向流域尺度推廣的[27]。而植被由于其在坡面上的格局不同，對(duì)徑流和泥沙的作用方式不同，坡面范圍內(nèi)的侵蝕產(chǎn)沙差異十分顯著[28]。本研究將整個(gè)坡面分為13個(gè)坡段，每個(gè)坡段長(zhǎng)1 m，梁峁坡包括8個(gè)坡段(坡段1—8)，溝坡包括5個(gè)坡段(坡段9—13)，以表征每個(gè)坡段的侵蝕量。裸坡時(shí)，整個(gè)坡面的侵蝕量為0.124 m3，均值9.52×10-3m3/m2。坡段5的侵蝕量達(dá)到1.05×10-2m3，占坡面侵蝕量的8.48%，是梁峁坡主要侵蝕部位。溝坡范圍內(nèi)的中部至下部(坡段11—13)是整個(gè)梁峁坡—溝坡范圍內(nèi)侵蝕最為嚴(yán)重的區(qū)域，3 m長(zhǎng)的坡段侵蝕量達(dá)到0.069 m3，產(chǎn)沙率為29.80 kg/m2，占整個(gè)坡面侵蝕量的55.56%。格局B條件下，坡面侵蝕總量為0.103 m3，略小于裸坡，植被發(fā)揮出一定的減蝕作用，但效果較差。格局B下的梁峁坡侵蝕量?jī)H為0.019 m3，占其總侵蝕量的18.11%，侵蝕強(qiáng)度最低；但溝坡侵蝕量較裸坡有所增加，溝坡成為此時(shí)的侵蝕來(lái)源，侵蝕產(chǎn)沙多集中于此，侵蝕量為0.085 m3，產(chǎn)沙率為22.01 kg/m2，占整個(gè)坡面侵蝕量的81.89%，說(shuō)明此時(shí)草帶減緩侵蝕的范圍有限，僅可調(diào)控梁峁坡區(qū)域。格局C條件下，草帶種植于梁峁坡60%位置，坡面總侵蝕量?jī)H為0.069 m3，遠(yuǎn)低于裸坡，說(shuō)明該格局具有更好的控制侵蝕的作用，其植被控制區(qū)域覆蓋全坡面；梁峁坡的侵蝕量?jī)H為0.027 m3，占總侵蝕量的39.57%；溝坡侵蝕量?jī)H為0.042 m3，占整個(gè)坡面的60.43%，侵蝕強(qiáng)度最低。此時(shí)只有溝坡中上部(坡段10)和中部(坡段11)侵蝕量較大，是坡面產(chǎn)沙的主要來(lái)源部位，其2 m的坡段的侵蝕量為0.022 m3，產(chǎn)沙率僅為14.16 kg/m2，占整個(gè)坡面產(chǎn)沙的31.71%。

通過(guò)以上分析可知，草帶種植于坡面，溝坡始終是坡面產(chǎn)沙的主要部位。植被種植位置梁峁坡上部會(huì)在一定程度上加劇侵蝕，使得侵蝕量達(dá)到峰值。不同格局下的加劇或減弱侵蝕的程度雖然一致，但其控制部位并不相同。格局D，E下的植被會(huì)加劇侵蝕，侵蝕量相近且達(dá)到峰值，侵蝕加劇程度相近；但此時(shí)植被所能作用的范圍不盡相同，導(dǎo)致侵蝕的加劇程度、侵蝕的主要位置和泥沙主要來(lái)源有所區(qū)別。草帶種植于梁峁坡中上部時(shí)，主要加劇梁峁坡范圍內(nèi)的侵蝕強(qiáng)度，而草帶布設(shè)于梁峁坡上部則反而會(huì)加劇整個(gè)溝坡范圍內(nèi)的侵蝕強(qiáng)度。格局B，C下，盡管不同程度上減緩了徑流侵蝕，侵蝕量為最低；但植被調(diào)控侵蝕范圍不同，侵蝕減緩部位截然不同。草帶種植于梁峁坡底部，植被對(duì)侵蝕的調(diào)控范圍有限，僅可以有效降低梁峁坡范圍內(nèi)的侵蝕強(qiáng)度，調(diào)控范圍并未覆蓋整個(gè)溝坡或者對(duì)溝坡的調(diào)控效果較弱，導(dǎo)致溝坡范圍內(nèi)的侵蝕量較裸坡有所增長(zhǎng)。草帶位于梁峁坡中下部，其植被的調(diào)控范圍可以覆蓋整個(gè)坡面，能夠有效抑制和減緩溝坡內(nèi)的徑流流速，有效減緩整個(gè)坡面范圍內(nèi)的侵蝕強(qiáng)度，使坡面整體的侵蝕產(chǎn)沙處于試驗(yàn)范圍內(nèi)的最低水平。

諸多文獻(xiàn)[29-30]表明，植被格局與植被的減沙減蝕作用息息相關(guān)，不同植被配置方式植被截流能力相差很大，坡面下部種植植被在減蝕方面明顯好于坡面上部種植植被，這與本研究的結(jié)果一致。植被對(duì)坡溝侵蝕產(chǎn)沙調(diào)控效應(yīng)的不同反映了不同植被格局的減水減沙效益。植被的水土保持效益隨著覆蓋度的增加而增大，相同覆蓋度條件下，條帶狀、棋盤(pán)狀格局都有不同程度的減緩徑流流速的作用[31]。但本研究結(jié)果顯示，坡面布設(shè)植被后，梁峁坡—坡溝反而侵蝕加重(格局D，E)，這說(shuō)明植被的減沙效益與植被的布設(shè)位置有密切關(guān)系。以往結(jié)果表明，當(dāng)植被位于下坡位時(shí)，其減沙效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上坡位和中坡位[11]。但隨著坡面徑流進(jìn)入溝坡和溝道后，由于峁坡坡面徑流含沙量減小，清水下溝反而使得進(jìn)入溝坡的徑流剝蝕力增大，溝坡部分侵蝕增強(qiáng)，即坡面徑流通過(guò)溝坡時(shí)會(huì)引起侵蝕產(chǎn)沙量增加[25]。因此，研究不同梁峁坡植被格局對(duì)溝坡侵蝕的影響和調(diào)控將有助于深入理解黃土高原植被恢復(fù)背景下坡溝侵蝕產(chǎn)沙關(guān)系變化。

4 結(jié) 論

目前大多數(shù)關(guān)于坡面水力要素特征研究中，主要關(guān)注的是整個(gè)坡面水動(dòng)力學(xué)特征的平均狀況，忽略了水動(dòng)力參數(shù)在侵蝕演化過(guò)程中的分布特征和以及同侵蝕產(chǎn)沙的響應(yīng)關(guān)系。關(guān)于坡面流侵蝕力所引起的土壤分散—?jiǎng)冸x—輸移—沉積過(guò)程，植被格局對(duì)侵蝕輸沙過(guò)程的調(diào)控作用的研究也存在一定的局限性。鑒于以上研究的薄弱之處，本研究開(kāi)展了植被格局調(diào)控侵蝕動(dòng)力的研究，得出以下結(jié)論：

(1) 徑流流速和徑流含沙量同向或反向影響著坡面的動(dòng)力侵蝕過(guò)程和土壤侵蝕輸沙過(guò)程，加劇和削弱侵蝕的作用同時(shí)存在。徑流流速在坡面徑流侵蝕過(guò)程中為主要影響因素。植被依靠對(duì)徑流流速和徑流含沙量的影響來(lái)調(diào)控坡面動(dòng)力侵蝕過(guò)程和侵蝕輸沙過(guò)程。

(2) 裸坡條件下梁峁坡與溝坡的產(chǎn)沙比例為3∶5，溝坡是坡面泥沙來(lái)源的主要部位，徑流對(duì)溝坡的侵蝕強(qiáng)度要大于梁峁坡。不同植被格局下，梁峁坡與溝坡的產(chǎn)沙比例出現(xiàn)不同程度的改變，基本以溝坡產(chǎn)沙為主。不同植被格局下的梁峁坡與溝坡的產(chǎn)沙比例反映出植被對(duì)侵蝕調(diào)控強(qiáng)度與作用范圍的變化。

(3) 草帶種植于梁峁坡底部，植被對(duì)侵蝕的調(diào)控范圍有限，僅在梁峁坡范圍內(nèi)有效，并未覆蓋溝坡或者對(duì)溝坡的調(diào)控效果較弱，僅可以有效降低梁峁坡范圍內(nèi)的侵蝕強(qiáng)度，導(dǎo)致溝坡段侵蝕有所增強(qiáng)。草帶種植于梁峁坡中下部，可以有效減緩整個(gè)坡面的侵蝕強(qiáng)度，有效抑制和減緩溝坡內(nèi)的徑流流速，使坡面整體的產(chǎn)沙處于最低水平。

致謝：本文得到了自然資源部地下水與生態(tài)—陜西榆林野外科學(xué)觀測(cè)基地的支持，在此表示感謝。