金沙江干热河谷乡土植物恢复对冲沟沟头溯源侵蚀的影响

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为探明金沙江干热河谷冲沟发育区植被恢复对冲沟沟头溯源侵蚀的影响,本研究选择金沙江干热河谷冲沟发育典型区—元谋县作为研究区,选取不同沟头活跃程度的冲沟,采用野外典型样地植被调查、表层土壤样品分析和野外原位冲刷实验,探明了不同乡土植物恢复措施下冲沟溯源侵蚀的影响,科学评价了植被恢复在冲沟溯源侵蚀过程中的作用。研究结果表明:(1)冲沟内植物种类和盖度均随着沟头的稳定程度增加而增加。不同活跃程度的冲沟沟头群落结构均以多年生草本和灌木为主,少有乔木;且各冲沟之间草本层、灌木层、乔木层的植物群落相似性分别表现为中等相似、极为相似、极度不相似。(2)干热河谷冲沟发育区土壤砂粒含量明显高于粉粒和黏粒,占50%以上,土壤有机质(SOM)和全氮(TN)含量较低。但随着冲沟稳定性增加,植物盖度和多样性增加,土壤砂粒含量呈逐渐降低趋势,土壤粉粒、黏粒、SOM、TN含量则呈不同程度的增加趋势。(3)在不同近地表水文状态下,土壤可蚀性Kr值(s/m)均随冲沟稳定性的增加而呈递减趋势,表现为:Kr(活跃型)>Kr(半稳定型)>Kr(稳定型),而不同活跃度冲沟土壤临界剪切力τc值之间具有一定差异性,但无明显规律。冲沟不同部位土壤Kr值之间也具有显著的空间异质性,表现为:Kr(集水区)<Kr(沟壁)<Kr(沟床)。随着近地表水文条件由排水状态转变为饱和、渗流状态,冲沟发育区不同空间部位的土壤Kr值均显著增加,冲沟活跃程度(植被恢复程度)、近地表水文条件、土壤机械组成和有机质含量等均会对干热河谷冲沟发育区土壤可蚀性产生显著影响。(4)冲刷实验发现,种植植物的集水区(GJ1、GJ2和GJ4)和沟床(GC4)佛罗德数Fr<1,处于缓流状态,而集水区为裸地(GJ3)和沟床(GC1、GC2和GC3)为裸地处理时Fr>1,处于急流状态。随着实验的持续,各冲沟沟头的径流剪切力呈现先增加后逐渐趋于稳定的趋势,且相比于裸地处理,乡土植物可显著降低冲沟各部位的径流剪切力。此外沟头不同部位的阻力系数和径流能耗则均呈现先增加后逐渐趋于稳定的趋势,且相比于裸地,不同的植被恢复措施均可显著提高冲沟沟头不同空间的地表阻力系数,增加径流能耗,从而减少水土流失。(5)冲沟沟头径流的泥沙含量表现为:G3>G4>G1>G2,这表明相比于裸地处理,通过在冲沟沟头不同空间部位种植乡土植物,均可以有效增加地表阻力系数,增加径流能耗,导致径流流态由急流变缓流和径流剪切力变小,冲沟沟头的产沙量相应降低,从而有效减缓冲沟溯源过程。
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