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东北黑土区是我国的商品粮基地,近几十年来,水土流失面积和强度的增大不仅造成耕地数量的减少,还严重威胁着耕地质量的安全。农田防护林带建设是治理水土流失的一项重要措施,该区坡面缓长,地形起伏不大,而农田防护林带将整个坡面划分为不同的地块单元,必将对该区径流和侵蚀产沙有着深刻的影响。然而,不合理的林带不仅不会减少水土流失,还会加剧其发生发展。定量计算农田防护林带对流域产流产沙的影响程度,掌握其在空间分布上如何影响侵蚀产沙,对于评价农田防护林带生态效益、合理规划农田防护林带建设具有重要的指导意义。因此,本文以东北黑土区润津河流域为研究对象,通过收集研究区多年气象数据、地形、土地利用、林带信息以及水沙数据等,应用TETIS模型对该流域产流产沙进行模拟研究,去除林带后再次进行模拟,在日、月、年和事件尺度计算农田防护林带的减水拦沙效率和对产流产沙过程的影响;对比有无林带流域土壤侵蚀空间特征,分析农田防护林带对流域土壤侵蚀空间特征的影响。研究主要取得以下结论: (1)TETIS模型在润津河流域适用性好。日尺度模拟下,径流模拟率定期和验证期的NSE≥0.56,决定系数R2≥0.50,体积误差<10%;泥沙模拟率定期和验证期的NSE≥0.58,决定系数R2≥0.56,体积误差<15%;均符合模型精度要求。 (2)润津河流域农田防护林带具有削减径流量的作用。日、月和年尺度下流域平均减水效率系数分别为10.28%、11.01%和10.92%,日尺度最大减水效率可达70.52%。径流过程上,农田防护林带能够削减洪峰并延缓洪峰的到来和消退。减水效率系数最大发生在降水初期,此时林冠截留能力最大,截留降水最多。月尺度下,4月和9月径流减水效率较高。年尺度下,前一年的减水效率系数与当年的径流量成显著正相关,农田防护林带具有涵养水源的作用;径流量与减水量显著正相关。 (3)润津河流域农田防护林带具有拦截泥沙的作用。日、月和年尺度农田防护林带在润津河流域的平均拦沙效率分别为21.73%、17.99和20.24%,日尺度拦沙效率可达71.79%。日尺度上部分天数的拦沙效率为100%,反映出农田防护林带影响下,流域产沙的临界条件提高了。日尺度农田防护林带对产沙过程的影响与对径流的影响一致。降水初期林带拦沙效率最高,此时林冠截留和林下植被及枯枝落叶层削减了击溅侵蚀,增加了抗蚀性,减弱了径流冲刷。月尺度上,4月拦沙效率系数最高。年尺度上,前一年的拦沙效率系数与当年的产沙量没有显著相关关系;但是,产沙量与拦沙量仍然显著正相关。 (4)润津河流域1978~1987年有林带和无林带的平均土壤侵蚀模数分别为563t/(km2·a)和599t/(km2·a),均超出东北黑土区允许土壤流失量200t/(km2·)。侵蚀面积占流域面积的74%,侵蚀强度以微度和轻度侵蚀为主,占侵蚀面积的94%,侵蚀类型以坡面侵蚀占主导。 (5)润津河流域农田防护林带对土壤侵蚀的影响存在空间异质性。从无林带到有林带,土壤侵蚀强度等级总变化量较大的是微度侵蚀,占流域面积的8.28%。添加农田防护林带后,各级侵蚀强度面积均发生变化,面积减小部分的去向主要为上一级较轻的侵蚀强度等级或者无侵蚀甚至发生沉积,面积增大部分的来源主要为相邻的上下两个侵蚀强度等级。农田防护林带对土壤侵蚀的影响存在空间异质性的原因很多,其中,坡度和林带布设是主要影响因素。在坡度小的区域林带能够减少土壤侵蚀,坡度较大的区域可能存在相反的作用;林带与等高线的夹角小的区域,拦截泥沙作用较强,夹角大而且地形又破碎的区域,反而加剧侵蚀。