黄土高原典型坡面土壤侵蚀因子阈值研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:keaiyuyu66
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降雨造成的土壤侵蚀是世界性的环境问题。降雨、植被覆盖、坡度和坡长是影响土壤侵蚀的重要因子,量化这些侵蚀影响因子的阈值对侵蚀区土地管理具有重要意义。本文利用模拟降雨试验和野外径流小区定位观测相结合的方法,分析了降雨强度、植被覆盖、坡度、坡长等因子对土壤侵蚀的影响,量化了土壤侵蚀的降雨阈值(坡面产生径流的最小降雨量)、权衡调控径流和土壤侵蚀的植被覆盖阈值、土壤侵蚀的坡度和坡长阈值(土壤侵蚀量最大处或范围的坡度和坡长),构建了考虑土壤侵蚀阈值的坡面侵蚀预测模型,为区域土地利用管理提供基础支撑。主要研究结果及结论如下:(1)土壤侵蚀的降雨阈值随降雨强度的增加呈指数函数递减,不同植被类型覆被的系数不同,具体为:林地坡地y=58.943e-1.668x(R~2=0.84),牧草坡地y=64.596e-2.034x(R~2=0.84),荒坡坡地y=74.809e-2.308x(R~2=0.80),农地坡地y=59.986e-1.888x(R~2=0.65)。随土壤质地的变细,土壤侵蚀的降雨阈值逐渐降低,且随降雨强度的增加下降的速度趋缓。土壤质地和区域降雨侵蚀力的不同是降雨阈值差异的重要原因。(2)植被覆盖度的提高增加了土壤入渗、减少了径流量、延缓了径流流速、增加了土壤抵抗侵蚀的能力。但增加相同覆盖度,上述作用效果的增量不同。坡面径流量随植被覆盖度呈幂函数或指数函数下降,土壤侵蚀量随植被覆盖度呈指数函数、幂函数或者对数函数下降。总体而言,不同地区控制土壤侵蚀的植被下限阈值在20%-30%之间,上限阈值在50%-70%。绥德地区植被覆盖在40%及以下时,林地可以较好的防止土壤侵蚀。当植被覆盖度大于40%时,荒坡杂草和牧草可以较好的防止土壤侵蚀。西峰地区荒坡地可以较好的防止土壤侵蚀,其次是林地覆盖。天水地区防止土壤侵蚀和水土保持的植被选择可以林地和牧草兼顾。(3)坡面土壤侵蚀的坡度效应与土壤质地、坡面侵蚀方式(细沟的发育)密切相关。理论推导中,坡度阈值随侵蚀方式的变化而变化,当侵蚀方式以面蚀为主时,坡度因子阈值为22°~26°之间,当侵蚀方式以沟蚀为主时,坡度因子阈值在36°附近。野外观测中,林地土壤侵蚀的坡度阈值在36°~40°范围内,牧草地土壤侵蚀的坡度阈值在26°~30°范围内。绥德地区农地土壤侵蚀的坡度阈值在26°~30°、西峰地区农地土壤侵蚀的坡度阈值在16°~20°,天水地区农地土壤侵蚀的坡度阈值在11°~15°。根据不同覆被类型坡度阈值的差异,可以选择在小于26°的坡面配置农地、牧草,在26°~36°的坡面配置林地,在大于36°的坡面配置牧草地或者荒地。(4)坡长增加了单位面积入渗量、径流流速、径流剪切力和径流功率,降低了单位面积径流深;坡长对单位面积侵蚀量影响受控于坡长对径流侵蚀能力、细沟密度和泥沙沉积的影响。野外调查中林地、牧草、荒地覆盖坡面,8°~15°下侵蚀模数均随坡长的增加而减少;15°~25°下,侵蚀模数随坡长的增加波动变化,坡长阈值均出现在16 m-20 m,其中林地在坡长阈值处显著增加;25°~35°下侵蚀模数的坡长阈值分别出现在16 m-20 m、11 m-15 m、21 m-25 m坡长处,在坡长阈值处均增加不显著;>35°坡面,侵蚀模数的坡长阈值分别在16 m-20 m、46 m-50 m坡长处,其中林地在坡长阈值处显著增加。农地坡面,8°~15°下西峰和天水地区侵蚀模数随坡长的延长而增加,但在调查坡长范围内侵蚀模数均增加不显著;15°~25°下侵蚀模数在绥德和西峰地区随坡长的延长波动增加,坡长阈值分贝出现在21 m-25 m和16 m-20 m坡长处,其中西峰坡长阈值处侵蚀模数有显著增加的可能;25°~35°坡面,绥德地区径流深和侵蚀模数均随坡长的延长而增加,侵蚀模型在26 m-30 m坡长处显著增加。(5)基于改进的RUSLE模型对不同覆被坡面土壤侵蚀进行了模拟评价,模型的Nash-Suttcliffe系数在0.504至0.707之间。模型对较小侵蚀量事件具有良好的模拟结果,对于较大土壤侵蚀量事件,模型的模拟结果不理想。考虑坡面土壤侵蚀影响因子阈值和因子间相互作用的影响,利用修正的降雨侵蚀力、径流功率与土壤质地构建了土壤侵蚀的预测模型,量化了土壤质地特性与径流功率和降雨侵蚀力耦合作用的关系,模型的Nash-Suttcliffe系数均大于0.8,显著提高了预测效果。
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