黄土坡面草被措施降雨径流调控效应试验研究

发布时间：2017-12-26 01:13

本文关键词：黄土坡面草被措施降雨径流调控效应试验研究　出处：《西北农林科技大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：黄土丘陵区干旱缺水与水土流失并存,生态环境脆弱,降雨主要集中在6~9月份,而草被措施作为有效的水土保持生物措施之一,在该时期能发挥较好的蓄水保土作用。本文通过室内斑块尺度人工模拟降雨试验,研究了四种草被措施(鸡脚草、白三叶、小冠花、百脉根)及其地上和地下部分在不同生长阶段(5月上旬、6月上旬、7月中旬和8月下旬)的降雨径流调控效应,探讨了草被的减水减沙作用机理,为黄土丘陵区草被的优化配置和茬割时期的选择提供了依据。得出的主要结论如下:(1)不同草被措施均具有较好的减水减沙效益,且草被的减沙作用强于其减流作用,与裸地相比,草被措施降低产流率31%~73%,降低产沙率84%~99%。鸡脚草坡面减流效益、减沙效益在各生长阶段最高,平均减流效益、减沙效益分别为60.5%和97.8%,白三叶次之,百脉根坡面平均减流效益、减沙效益最低,分别为40.0%和81.7%。随生长时间延长,四种草被措施坡面减流效益和减沙效益呈先增加后减小趋势。鸡脚草和白三叶减流效益和减沙效益在结实期(7月中旬)达到最大,分别为76.0%和98.4%,63.9%和94.24%;小冠花和百脉根减流效益和减沙效益在孕蕾期达到最大,分别为58.8%和98.0%,50.0%和90.2%;此时,小冠花在草被生长的7月中旬,百脉根在6月上旬。鸡脚草和白三叶生长旺盛期与黄土丘陵区水土流失高发阶段吻合,能显著减少坡面水土流失,其中鸡脚草效果最为明显。草被冠层与根系的减流减沙贡献率具有一定差异,冠层发挥较大的减流作用,而根系发挥较大的减沙作用。除百脉根外,不同生长阶段草被冠层减流贡献率在53%~79%之间,根系减沙贡献率在58%~96%之间。鸡脚草冠层减流效益、根系减沙效益在四种草被中最大,整个生长阶段,鸡脚草冠层平均减流效益达40.75%,根系平均减沙效益达86.8%。回归分析表明,LAI与冠层和草被减流效益以及草被坡面产沙率之间呈幂函数或指数函数关系。(2)草被措施能够很好地改善土壤结构,增加土壤入渗速率,草被坡面土壤初始入渗速率和稳定入渗速率显著高于裸地(P0.05)。不同生长阶段,草被措施间以鸡脚草入渗性能最好,土壤稳定入渗速率变化范围为:0.79~1.00 mm min-1,白三叶次之。不同草被坡面与裸地坡面比较,土壤水分入渗深度和土壤含水量增量均有一定差异。降雨后不同草被坡面土壤入渗深度为40~60 cm,裸地坡面仅为30 cm。不同草被措施在同一生长阶段,平均土壤含水量增量变化与坡面土壤水分稳定入渗率变化趋势一致。5月上旬和6月上旬,平均土壤含水量增量表现为鸡脚草坡面白三叶坡面百脉根坡面小冠花坡面裸地坡面;7月中旬和8月下旬,表现为鸡脚草坡面白三叶坡面小冠花坡面百脉根坡面裸地坡面。(3)草被措施对坡面流速具有显著影响(P0.05)。裸地坡面流速远高于草被坡面,百脉根坡面流速显著高于鸡脚草、白三叶和小冠花坡面流速(P0.05)。剪除地上部分后,坡面流速增大,增大范围在23.5%~61.1%之间。鸡脚草、白三叶、小冠花根系坡面平均流速在7月中旬达到最小,分别为1.9、2.7、3.3 cm s-1,百脉根根系坡面平均流速在6月上旬达到最小,为5.8 cm s-1。根系坡面的减速效益和减速贡献率远高于冠层,且以鸡脚草根系坡面最为明显,减速效益和减速贡献率变化范围分别在72.0%~83.3%和89.4%~93.5%之间。不同处理水深变化规律为:鸡脚草白三叶小冠花百脉根裸地。剪除地上部分后,水深略有升高。不同草被坡面流的雷诺数Re在10.30~28.29之间,属于层流范畴,剪除地上冠层后Re无显著差异。鸡脚草、白三叶、小冠花在茬割前后坡面流弗劳德数均小于1,属于缓流。茬割后,坡面流弗劳德数略有升高,但并没有改变水流的流态。阻力系数和曼宁系数均反映了坡面流的阻力特征,且变化规律一致,都表现为鸡脚草白三叶小冠花百脉根裸地。草被坡面流的阻力系数和曼宁系数高于根系坡面。坡面产沙率与平均流速、雷诺数、弗劳德数、阻力系数和曼宁系数均呈良好的幂函数关系,但是与平均水深之间的幂函数关系不明显,与平均流速关系最为显著。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S157.43

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