太行山低山丘陵区坡面水文过程对植被变化的响应研究

The vegetation is very sparse, and soil erosion is serious in low mountainous region of Taihang Mountain, barren land and insufficient water are main limiting factors on vegetation restoration. This research is located in the north bank of Xiaolangdi Reservoir, and supported by Huanghe Xiaolangdi Forest Ecosystem Research Station to study the effects of vegetation changes on slope hydrological process. Based on locating observation, field experiment and laboratory simulation, canopy class, litter and soil layer will be observed and sampled, the functional mechanism of cover changes caused by different stages and seasonal dynamic of vegetation growth on slope runoff will be especially concerned. The physically based slope runoff model coupling runoff and infiltration will be established, which is a valuable try on runoff module of regional distributed hydrological model. Combined with vegetation ecological process, BROOK90 model is used to simulate the response of eco-hydrology to vegetation changes to reveal mountain runoff rules. This research combines hydrology with ecology systematically, and will contribute to vegetation reconstruction and soil and water conservation in Xiaolangdi Reservoir and degraded hilly region of Taihang Mountain.

太行山低山丘陵区植被稀疏、水土流失严重，土地瘠薄和水资源短缺是区域植被恢复建设的制约性因素。项目位于黄河小浪底库区北岸，依托黄河小浪底森林生态系统定位研究站，基于定位观测、野外试验和室内模拟，开展植被变化对坡地水文过程影响机制的研究。在坡面尺度上进行林冠层、凋落物层和土壤层的定位观测试验，重点关注植被生长的不同阶段及植被生长的季节动态所引起覆盖变化对产流的作用机理；建立耦合坡地产流与入渗过程的具有物理机制的分层组合产流模型，对该区域引进分布式水文模型的产流模块进行初试；结合植被生态过程，采用水文模型BROOK90进行植被变化的生态水文响应研究，揭示坡面产流规律。本研究将水文学与生态学有机结合，为小浪底库区及太行山低山丘陵区退化植被恢复、水土保持建设提供一定科学支撑。

.太行山低山丘陵区土地瘠薄，水土流失较为严重，近些年该区域实施了太行山绿化工程，退耕还林还草工程以及黄河中游防护林工程等，这些生态工程建设加快了林草覆被建设，同时对坡面水文过程也产生了较大影响。本项目位于黄河小浪底库区北岸的国有济源大沟河林场，基于野外调查和室内模拟试验，主要开展了以下研究内容：（1）研究区乔灌草植被群落调查与典型林分生物量及凋落物层生物量调查与估算，分析坡面植被的结构与功能特征；（2）选择刺槐、侧柏、栓皮栎等不同覆被类型，进行土壤样品分层采集，并分析了有机质、PH、总磷、阳离子交换量等10个理化指标，揭示植被变化对土壤性质的影响；（3）于黄河水利科学研究院黄土高原水土流失试验大厅开展了不同坡度、不同雨强条件下室内人工模拟降雨试验，获得了坡面径流、产沙、流速、流深、流宽等5个水文过程实测数据，为构建坡面产流机制分析与产流模型的构建提供基础。.主要得到以下结果与结论：（1）采用两种回归方程模拟了典型植被栓皮栎林分各个栓皮栎器官及单株的生物量模型，四种林龄的生物量分别为5.44、11.23、15.87、23.07 t/hm2，以胸径为自变量的回归方程实用性更强。（2）数据分析表明刺槐林地土壤有机质、亚硝酸盐氮、氨氮、总磷等指标均明显高于其他覆被类型土壤，而灌草地和侧柏样地土壤的有效磷、钾、阳离子交换量等含量较高，有机质和阳离子交换量与土层深度均呈现明显的负相关关系，加强适合本土树种如刺槐的恢复建设对改善土壤水文性质意义重大。（3）坡面产流开始时刻与坡度和雨强有显著关系，比如，15°坡面在实际雨强为35、55、95、125、155mm/h时，产流开始时刻分别为降雨开始后的第18min、11.3min、7.9min、6.8min、3.0min，呈现很明显的下降趋势；坡面径流流速随着产流过程表现出波动形式的增加趋势，且坡度越大，流速越大；植被对坡面水沙的拦截能力与坡面植被格局的关系最为密切。.本研究为太行山低山丘陵区植被恢复建设及坡面水文过程构建提供实测资料与基础，未来应在坡面水动力学特性分析加强研究。.