冻融作用下植被控制土壤侵蚀的作用机理

Vegetation has influence both on soil erosion and freeze-thaw process, freeze-thaw can reduce soil erosion-reducing potential and cause serious erosion companied with other factors；However, there are little research on soil erosion influenced by vegetation and freeze-thaw. In this program, the effect of canopy layer, soil covering layer and root layer on freeze-thaw process, freeze-thaw erosion and soil erosion in spring are chosen as objects and field observations and laboratory experiments are selected as the main methods, the influence of vegetation on snow distribution and soil freeze-thaw process will be analyzed; the influence of vegetation on freeze-thaw erosion and soil erosion in spring will be brought to light by comparing the changes of soil erosion, root and concentrated flow experiments before and after soil frost; And in laboratory, the process of soil freezing and thawing, changes of root and erosion-reducing potential under different treatment will be observed in the cool period, and how canopy layer, soil covering layer and root layer work on freeze-thaw process, freeze-thaw erosion and soil erosion in spring will be illustrated. And this will be useful to evaluate the vegetation control capability on freeze-thaw erosion and soil erosion in spring more accurate, and provide a scientific basis for vegetation measures to control soil and water conservation.

在冻融区，植被既控制土壤侵蚀又影响冻融过程，而冻融作用可降低土壤抗蚀能力，并与其他侵蚀营力共同作用导致更严重的土壤侵蚀，但对植被和冻融共同作用下的土壤侵蚀研究并不多。本研究以东北冻融区植被冠层、地被物层、根系层在冻融过程、冻融侵蚀及春季解冻期中的作用为核心，采用野外观测与室内控制实验相结合的方法，分析植被对积雪分布规律及土壤冻融过程的影响，通过对不同植被下冻融前后土壤侵蚀状况、根系特征的调查及土壤冲刷试验，揭示植被对冻融侵蚀及春季解冻期土壤侵蚀的控制作用；通过室内实验，观测土壤冻融过程及不同越冬方式下根系及土壤抗冲性的变化规律，阐明植被冠层、地被物层、根系层对冻融侵蚀及解冻期土壤侵蚀的作用机理。这将有助于揭示植被影响下的土壤冻融规律，阐明植被对冻融侵蚀及春季解冻期土壤侵蚀的作用机理，可为准确评价冻融区植被控制冻融侵蚀及春季解冻期土壤侵蚀的作用，并为水土保持植被措施的合理配置提供科学依据。

冻融作用降低土壤抗蚀能力，植被既控制土壤侵蚀又影响冻融过程。本项目采用野外观测与室内控制实验相结合的方法探讨植被在冻融作用下控制土壤侵蚀的作用机理，得出以下主要结论：1)正常降雪条件下，不同植被类型积雪空间异质性从大到小依次为乔木林地，灌木林地、草地和农田；冠层是林地积雪分布的主要影响因素，冠层盖度、冠幅大小、枝下高均不同程度影响林地积雪/融雪。不同植被类型中草地融雪最快，其次为灌木林地、农田、柞树林地和油松林地。盖度、密度、冠幅特征等均影响土壤冻融过程。2）地被枯落物层对土壤冻融过程作用显著，枯落物具有保温、隔热双重功效，枯落物覆盖能有效调节0-30cm土壤温度，调控土壤解冻过程，同时具有未分解层、半分解层和腐殖质且厚度越厚的枯落物，作用越明显。3）土壤冻结前不同植被类型土壤抗冲性为松树林地>草地>柞树林地>农田，经冻融作用土壤抗冲性下降，春季解冻期土壤抗冲性表现为柞树林地>农田>草地>松树林地。春季解冻期土壤抗冲性与土壤含水率总体呈负相关。<3 mm细根量和总根量是影响春季解冻期土壤抗冲性的重要因素。根系对土壤的作用减弱了冻融循环对土壤的破坏。4）不同冻融作用后，解冻期CK的产沙量为NA>RE>RO，可见冻融作用破坏土壤，使土壤抗冲性下降。同时，冻融作用亦导致根系死亡，冻融作用对表层根系破坏作用较大，0-10cm根系死亡较10-20cm严重；不同冻融作用对根系的破坏作用亦为NA>RE>RO。5）冻融作用破坏土壤使含根土壤抗冲性减小，土壤抗冲性随流量增大而相对减弱，NA、RE较RO产沙量增加，留茬较刈割条件下土壤抗冲性强。6）冻融作用下，活根、总根指标与土壤抗冲性的相关性强于死根。冻融作用下，根系影响土壤抗冲性的第1主成分包括≤3mm根系的分形维数、分叉数、根尖数、根尖长度、表面积、长度、面积等，第2主成分包括平均直径和≤3mm根重。本研究有助于准确评价植被控制冻融作用下土壤侵蚀的作用，为冻融作用下土壤侵蚀的防治提供科学依据。