黄土丘陵区生物结皮坡面产流产沙对雨强的响应

发布时间：2020-08-10 14:32

【摘要】：水土流失是黄土丘陵区主要生态环境问题,降雨是水土流失的驱动因素,雨强显著影响坡面产流产沙。20世纪末以来,生物结皮在黄土丘陵区退耕地广泛发育,显著影响坡面产流产沙。关注黄土丘陵区生物结皮坡面产流产沙对雨强的响应规律具有重要的科学意义与现实意义。为此,本文通过室内与野外模拟降雨试验,研究了不同盖度、不同类型的生物结皮坡面产流产沙对雨强的响应,并对室内与野外生物结皮坡面产流产沙对雨强的响应进行了比较,解析了雨强对生物结皮坡面产流产沙的影响机理。旨在明确生物结皮抗侵蚀随雨强的变化及其与生物结皮类型与盖度的关系,为生物结皮因子加入土壤侵蚀预报模型提供理论支持,研究取得以下主要结果:(一)降雨是生物结皮坡面水土流失的驱动因素,雨强显著影响生物结皮坡面产流产沙。雨强显著影响完整生物结皮坡面产流产沙。雨强为0.83、1.17、1.50、2.00、2.50 mm min-1,相对于裸土坡面,室内完整生物结皮分别减少了78.44%,69.01%,66.78%,49.93%,20.71%的径流量,相对于裸土坡面,室内完整生物结皮分别减少了89.99%,95.20%,94.94%,77.13%,77.03%的产沙量,生物结皮抑制坡面产流产沙的作用随着雨强的增加降低,抑制产沙作用强于抑制产流。野外完整生物结皮坡面产流产沙过程与室内相似,皆在降雨20 min左右后进入平稳状态。生物结皮坡面可显著提高黄土高原侵蚀性暴雨标准,完整生物结皮坡面侵蚀性暴雨标准可达1.50 mm min-1以上。完整生物结皮坡面产流阈值为0.71 mm min-1,拐点值为1.74 mm min-1。雨强显著影响不同盖度与类型生物结皮坡面产流产沙,坡面产流产沙与生物结皮盖度与类型有关。生物结皮覆盖度为60%时,当雨强从1.50 mm min-1增至2.00 mm min-1,径流强度从0.342 mm min-1增至0.835 mm min-1,产沙速率从4.409 g m-2 min-1增至30.106 g m-2 min-1,雨强对60%盖度生物结皮坡面径流强度与产沙速率开始显著性影响的拐点值≥1.50 mm min-1。20%盖度的生物结皮坡面径流强度对应的拐点值≤1.17 mm mm-1。生物结皮坡面产流产沙对应的拐点值随着盖度的增加而增加。覆盖度相对一致的生物结皮坡面产流产沙与雨强的统计关系可由对数函数来表示。生物结皮盖度对坡面产沙的影响具有阶段性。一定雨强下,生物结皮坡面产流产沙与生物结皮盖度的统计关系可由对数函数来表示。(二)雨强对坡面产沙的影响主要通过产流所致,对坡面产流的作用大于生物结皮的覆盖作用。生物结皮对坡面产流的作用主要是由于粗糙度差异引起的,但生物结皮坡面产流对雨强的响应规律主要由藓结皮造成。生物结皮对坡面产沙的影响主要受到生物结皮盖度与类型的影响,不同雨强下藓结皮抗侵蚀作用显著大于藻结皮,生物结皮抗侵蚀作用主要通过藓结皮覆盖作用实现。当雨强≤1.50 mm min-1,生物结皮对坡面产沙的作用大于雨强,反之,小于雨强。在不同雨强下,生物结皮对坡面径流含沙量的影响大于雨强,主要受到藓结皮的影响。在极限雨强事件(雨强介于2.00-2.50 mm min-1),生物结皮显著抑制坡面产沙。(三)不同盖度生物结皮坡面产沙速率与径流强度的线性关系中,斜率越小,抗侵蚀性越大;不同类型的生物结皮可用生物结皮产沙速率与径流强度的线性关系中,截距越小,抗侵蚀性越大。
【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】：2019
【分类号】：S157.1

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