植被格局对坡沟水蚀过程调控机理研究

植被及其格局对流域侵蚀产沙具有重要作用，合理利用有限植被实现水土流失高效调控是旱区水土流失治理和生态环境重建的关键科学问题。本研究应用水文学、土壤侵蚀动力学、泥沙动力学和景观生态学等学科理论，以流域基本单元-坡沟系统为研究对象，采用原位观测和模拟降雨试验，结合REE示踪技术，观测坡沟系统在不同植被种类、聚集形状和分布位置等格局作用下水蚀动力参数的变化过程，分析不同植被格局对坡沟系统水流能量消耗过程及水沙过程的作用，阐明水沙来源与植被格局响应关系；结合降雨入渗产流特征分析，辨识不同植被格局下径流拦蓄和泥沙拦截过程，提出植被格局参数的内涵和量化方法，揭示植被格局变化对坡沟系统侵蚀产沙的调控机理、调控效率和方式；实现不同植被格局水土保持调控效率模拟，为推动流域土壤侵蚀预报模型的发展和为旱区有限植被高效调控流域侵蚀过程提供科学依据。

本研究应用水文学、土壤侵蚀动力学、泥沙动力学和景观生态学等学科理论，以流域基本单元-坡沟系统为研究对象，采用原位观测和模拟降雨试验，结合REE示踪技术，观测坡沟系统在不同植被格局作用下水蚀动力参数的变化过程，分析不同植被格局对坡沟系统水流能量消耗过程及水沙过程的作用，阐明水沙来源与植被格局响应关系；辨识不同植被格局下径流拦蓄和泥沙拦截过程，提出植被格局参数量化方法，实现不同植被格局水土保持调控效率模拟。研究主要取得了以下结论。.（1）在试验流量范围内，坡面长度对径流的流态有较为明显的影响，从紊流演变为层流；坡面与沟坡交汇处径流流速呈现明显递增状态，说明在从坡面到沟坡的交汇处，径流侵蚀力最大。随着植被覆盖度的增加，侵蚀动力有震荡减小的趋势，单位水流功率与坡面侵蚀产沙量关联度最大。降雨改变了坡面的糙度；随着植被覆盖度的增大，各坡面总体糙度值逐渐增大，但各坡面各次降雨后糙度值变化趋势则变小。（2）不同植被类型的水沙调控效率、方式以及水沙作用机制不同。林地通过植被根系消减降雨侵蚀动力、减缓流速、增加入渗、削减径流等途径实现水沙调控；草地对水沙的调控作用机制是体现在直接拦沙的水土保持措施功效上，该功效是通过地表植被冠层拦截实现水沙调控。植被空间结构对水沙调控作用有明显差异，植被根系的存在对发挥植被水土保持作用至关重要。（3）REE示踪研究结果表明，坡沟系统的侵蚀量主要来自坡面，坡面顶端2m的侵蚀量占坡沟系统总侵蚀量的50%~75%；坡面各示踪侵蚀带侵蚀量大小顺序依次为：La元素示踪带(坡顶断面)＞Ce元素示踪带(与坡顶断面相邻的坡中断面)＞Tb元素示踪带(坡底断面)＞Sm元素示踪带(与坡底断面相邻的坡中断面)。（4）植被空间位置对径流、泥沙的调控作用的顺序为：坡底＞坡中＞坡顶，坡底种植植被的格局有很好的蓄水减沙的水土保持功效。坡面植被覆盖对侵蚀产沙的影响大于坡度因素对径流和产沙的影响，植被覆盖度及空间配置对坡面径流、侵蚀产沙影响较大。当植被覆盖度为0~60％时，产流产沙量随植被覆盖度的增加迅速降低，植被覆盖度>80％时，覆盖度的增加不能引起产流、产沙量的大幅度下降。（5）基于坡沟系统模拟降雨实验，对不同植被格局下，坡沟系统产沙、地貌发育的分析结果表明，植被格局与地貌格局对侵蚀产沙具有较好的响应关系，初步提出了考虑植被格局、地貌特征的坡沟侵蚀产沙关系。