西宁盆地黄土区典型草本植物单根抗拉力学特性试验

为进一步探讨西宁盆地黄土区草本植物根系固土护坡力学效应,该项研究以种植于西宁盆地自建试验区生长期为150 d的垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、细茎冰草(Agropyron trachycaulum Linn.Gaertn.)及紫花苜蓿(Medicago sativa L.)3种草本植物作为试验供试种,通过单根拉伸试验对比分析了3种草本植物在不同根径级别条件下,单根抗拉力、单根抗拉强度以及单根极限延伸率的差异性及其与根径之间的关系,同时进一步分析了3种草本植物单根在拉伸过程中表现出的应力-应变特征。试验结果表明:3种草本植物根径在(0.10,0.20]、(0.20,0.30]、(0.30,0.40]、(0.40,0.50]及(0.50,0.60]mm 5个根径级别条件下,紫花苜蓿单根抗拉力和单根抗拉强度较垂穗披碱草平均高1.32倍、1.30倍,较细茎冰草平均高1.26倍、1.31倍;垂穗披碱草单根极限延伸率较细茎冰草和紫花苜蓿平均高1.13倍和2.16倍。进一步研究表明,在根径为0.10~0.60 mm条件下,3种草本植物单根抗拉力和单根抗拉强度随着根径的增加,分别呈幂函数增长和幂函数降低关系;3种草本植物单根极限延伸率随着根径的增加呈逐渐增大变化趋势。单根拉伸试验过程中,3种草本植物单根应力-应变关系曲线表现出弹性变形、弹塑性变形、应变硬化及断裂破坏4个阶段,其中垂穗披碱草和细茎冰草的应力-应变关系曲线具有双峰值现象。研究结果表明,紫花苜蓿根系增强边坡土体抗剪强度的作用相对较为显著,其次为细茎冰草和垂穗披碱草。该项研究成果对于科学有效防治研究区高寒干旱环境条件下,坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象的发生,具有理论研究价值和实际指导意义。     

西宁盆地黄土区荷载条件下植被护坡力学效应

为探讨西宁盆地黄土区边坡在荷载条件下植物根系对边坡稳定性的影响,该项研究以西宁盆地西山长岭沟流域为试验区,在自建边坡上种植草本植物垂穗披碱草（Elymus nutans）和灌木植物柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）,通过在边坡坡顶施加载荷,边坡坡面布设位移计与土压力盒的方式,监测荷载条件下边坡坡面土体位移与土压力变化;在此基础上,对边坡植被根-土复合体开展剪切试验,分析荷载条件下边坡坡面不同位置处根-土复合体抗剪强度及其变化特征。试验结果表明：在坡顶荷载条件下,在边坡相同位置处的根-土复合体粘聚力c值均大于施加载荷前;3种植物边坡的根-土复合体粘聚力c值均大于相同条件的未种植素土边坡;在荷载条件下,组合植被边坡的坡面土体位移量显著小于单一植被边坡和素土边坡,组合植被边坡在竖直和水平方向的位移量与草本植被边坡相比减小1.60～1.77 mm,与灌木植被边坡相比减小3.78和4.11 mm,与素土边坡相比减小7.39和6.29 mm。研究结果对防治高寒半干旱地区坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害,具有参考价值和指导意义。     

西宁盆地黄土区草本植物群根效应及其护坡贡献

通过对种植在30°和45°边坡条件下、生长期为1年的垂穗披碱草和芨芨草进行的野外原位动态拉拔试验,分析了试验区所种植的2种草本植物在不同坡度条件下株高、地径、须根数、根长、分蘖数等生长量指标与其抗拔力之间的关系。试验结果表明：植物株高对其抗拔力影响相对较为明显,即当株高达到一定高度时,植物的护坡效果得以较好地发挥出来;两种坡度条件下植物生长量指标存在一定差异,产生该差异的主要原因是不同边坡土体中水分含量不同。植物根系抗拔力与作用时间之间的动态变化过程可划分为初始、中间和最终3个阶段,不同坡度条件下同种草本的抗拔力存在差异,相同坡度条件下不同草本的抗拔力亦存在一定差异。     

晋西黄土区退耕还林后土壤入渗特征及土壤质量评价

为研究晋西黄土区退耕还林后不同植被覆盖下土壤的入渗特征及土壤质量评价,采用野外双环入渗法测定土壤的入渗特征,并测定不同地类土壤的容重、孔隙度、有机质、全氮等指标,使用相关性分析研究不同类型植被覆盖下土壤的入渗性能及其与土壤理化性质的相关关系,并将各地类的土壤理化性质进行主成分分析.结果表明:(1)植被类型对于土壤渗透速...     

黄浦江源头区主要植被类型土壤入渗特征及模拟分析

采用"双环法"测定了黄浦江源头区不同植被类型土壤渗透过程,并应用考斯恰可夫公式、霍顿公式、菲利浦公式和通用经验公式4种常用入渗模型进行了拟合分析。结果表明:(1)落阔林土壤平均渗透率最高,达828.93mm/h,分别是松林、草地、茶园、灌木林、毛竹林、常阔林、裸露地的1.27,1.38,1.48,1.48,1.88,2.04,3.76倍;松林、草地、茶园、灌木林之间,灌木林、毛竹林、常阔林之间渗透性差异不显著;裸露地平均渗透率最低,在5%水平下裸露地平均渗透速率显著低于落叶阔叶林、松林等林(草)地平均渗透速率。各林地土壤的渗透能力之间有差异,但都要强于裸露地,表明森林植被能有效改善土壤的渗透能力。(2)对8种不同样地土壤的典型入渗过程进行拟合的结果表明,考斯恰可夫公式和菲利浦公式拟合理想,以考斯恰可夫公式拟合最佳,而霍顿公式、通用经验公式与实测点拟合较差。     

植被对含碎石土壤坡面降雨入渗和径流侵蚀的影响

[目的]研究植被对含碎石土壤坡面入渗和径流侵蚀的影响,为合理配置三峡地区含碎石土壤坡面植被提供科学依据。[方法]在建立的径流小区内铺设含碎石土壤,并配置不同种类、不同覆盖度的植被,进行人工降雨试验。[结果]各类小区径流量排序为:裸坡灌木坡面草本坡面草灌混合坡面,入渗量与径流量排序相反,有植被覆盖坡面的壤中流大于裸坡;入渗率服从对数函数规律,产流强度呈幂函数变化;草地对水沙的调控机制更多的是直接拦沙;累计径流量和累计侵蚀量的关系均满足幂函数形式。[结论]植被措施可有效地减少含碎石土壤坡面的水土流失,不同的植被措施减少的效益不同。     

坡面植被恢复过程中植被与土壤特征评价

为了加快建设工程损毁立地植被群落正向演替,探究土壤特性与植被生长效果的响应关系,选取北京市延庆县上辛庄水土保持科技示范园20个典型绿化护坡小区为评价单元,运用主成分分析及聚类分析法在求得各护坡小区综合评价得分的基础上,将20个护坡小区划分为3类。采用Margalef指数、Pielou指数、Simpson指数和Shannon-Wiener指数评价了3类护坡小区植被群落年际分异特征,并构建了5种模式的植被-土壤环境耦合度及其预测模型。结果表明:1)坡面植被恢复过程中以土质边坡为主的护坡小区植被恢复效果普遍优于岩质边坡组成的护坡小区。2)随着年份的增加,3类护坡小区物种多样性指数增大,变异系数减小,植被演替愈加剧烈。3)植被恢复5a后,植被-土壤耦合协调程度不是十分理想,以土质边坡为主的护坡小区处于中级协调发展阶段,岩质边坡组成的护坡小区仅处于初级协调发展阶段。该研究可为建设工程损毁立地边坡植被恢复提供参考依据。     

扁柏林下植被对土壤入渗量的影响

本文对失去林下植被的扁柏林地发生侵蚀的原因进行了入渗量的测定,同时对密植的扁柏林地入渗量下降的现状及原因,林下植被对土壤入渗量的影响进行了研定。本报告为三重县不同林下植被盖度的扁柏林分内土壤入渗量和土壤物理特性的测定结果。     

黄土丘陵区不同植被恢复对土壤入渗影响及适宜模型研究

研究植被恢复条件下土壤入渗特性及模型适应性,可为流域生态治理和效益评估提供科学依据。以延河纸坊沟小流域为研究区,采用野外单环入渗法和数值模拟法,对比研究不同恢复年限下的刺槐林地、柠条灌木林地、次生草地和农地的表层以下土壤和20 cm以下土壤的水分入渗变化特征,评价4种常用入渗模型在该区域的适应性。结果表明：(1)不同植被恢复地的表层以下土壤入渗过程在渗润阶段与渗漏阶段差异明显,相差4倍以上,20 cm以下的土壤入渗过程则在入渗稳定后的渗透阶段差异明显,相差5倍多;(2)不同植被类型及恢复年限会显著影响土壤入渗特征,整体呈现出林地>草地>农地的规律,并且随着恢复年限的增加,柠条灌木林地和次生草地的入渗能力增强,而刺槐林地入渗能力减弱;(3)Philip方程、Kostiakov方程、Horton方程与蒋定生方程对该地区土壤水分入渗过程均具有较好适用性,其中Philip方程适用性最好,决定系数(R²)能达到0.931～0.985,均方根误差(RMSE)相对最小,在0.057～0.283范围内,Kostiakov方程次之,Horton方程及蒋定生方程在个别情况...     

晋西黄土区长期植被恢复对土壤表层入渗与水分储量差异的影响

[目的]探究晋西黄土高原残塬沟壑区长期不同植被恢复类型对土壤表层入渗与水分储量差异的影响,为未来筛选和增强黄土高原地区天然植被恢复以及人工植被恢复的生态效益评估提供科学参考。[方法]以黄土残塬沟壑区典型的4种植被恢复类型(油松纯林、刺槐纯林、侧柏纯林、天然林)为研究对象,测定4种植被恢复类型下表层30 cm内土壤入渗过程,同时测定土壤容重、机械组成等土壤理化性质,并且监测土壤水分动态变化,核算土壤水分储量并进行差异性、相关性和主成分分析,最后通过3种土壤入渗模型对实测过程进行拟合比较得出其在黄土残塬沟壑地植被恢复区域内的适宜性,对比不同植被恢复类型之间土壤入渗过程及储水量的差异,补充并完善黄土高原地区不同植被恢复类型下的表层土壤水分入渗规律。[结果](1)天然林相较于人工纯林对0—30 cm表层土壤物理性质改善效果更为明显,天然林表层土壤的水分含量较多且保水性较好,人工林相较于天然林对研究区土壤入渗能力改善效果更佳;(2)在不同植被类型下土壤的稳定入渗速率从大到小表现为：天然林>刺槐纯林>油松纯林>侧柏纯林(0—10 cm),油松纯林>刺槐纯林>侧柏纯林&...     

黄土丘陵区退耕坡地植被自然恢复过程及其对土壤入渗的影响

生态系统自我修复是黄土高原植被恢复的重要途径。以永久性天然草地和三龄沙打旺人工草地为对照,在对黄土丘陵区坡地退耕植被自然恢复过程群落演替、地上部分生物量的增长及其组成动态变化特征调查的基础上,定量分析了不同恢复阶段主要群落下土壤的入渗能力。研究表明,随着植被演替的进展,群落生物量逐步增加,土壤入渗能力显著改善。退耕草地土壤表层0-20cm土壤渗透能力(K10℃)每年可提高0.10mm。植被改善土壤入渗能力的有效深度达40cm。说明黄土丘陵区通过坡地退耕还林还草恢复植被可以改善土壤渗透性能,强化降雨就地入渗,减少水土流失。     

黄土区边坡陡坡段植被建植技术及应用效果

[目的]研究高陡边坡区存在植被退化、植被建植困难、保水性能差、水土流失等问题,为半干旱区高陡边坡生态修复提供新的思路和借鉴作用。[方法]提出了3种建植技术——锚索框架植生袋平铺法建植技术(A区)、锚索框架植生袋梯田法建植技术(B区)和锚索框架梯田法(C区),以解决该区建植中存在的问题,维护工程建设和运营安全。[结果]①A区植被覆盖度最高(85%),且植物种类和株数最多;B区和C区盖度分别为60%和12%。②0—20 cm土层间,土壤含水量表现为:B区(7.72%)A区(7.20%)C区(4.03%);0—2 cm土层间土壤含水率:A区(5.82%)B区(3.95%)C区(2.88%);2—10 cm和10—20 cm间:B区A区C区。③0—20 cm土层间土壤容重表现为:A区(1.18 g/cm~3)B区(1.24 g/cm~3)C区(1.25 g/cm~3);0—10 cm间:B区(1.23 g/cm~3)C区(1.19 g/cm~3)A区(1.15 g/cm~3),且容重均处于适宜状态;10—20 cm土层间:A区(1.21 g/cm~3)B区(1.25 g/cm~3)C区(1.31 g/cm~3),C区处于偏紧状态;④土壤侵蚀模大小为:A区(3 078 t/km~2·a)B区(3 579 t/km~2·a)C区(4 556 t/km~2·a)。[结论]利用锚索框架植生袋平铺法建植技术可显著提高植被生长状况,减少土壤侵蚀,生态修复效果显著。     

黄土丘陵区不同植被下土体入渗性能研究

采用PVC管在野外刺槐林,沙棘林,荒草地3种植被类型下取原状土,土层深度分为0～30 cm,30～60 cm,0～60 cm三个层次.将土柱放回室内,采用无压力的供水入渗装置测定土体的入渗性能.对每个土体的入渗过程进行连续跟踪,测定土体底部稳定出水率,以此定为该土层深度的稳渗率.同时提出以土层深度界定稳渗率,并指出低入渗层对一定土层的入渗影响.研究结果表明:原状土的入渗性能远大于扰动填装土;不同植被间入渗性能差异很大,同一植被类型不同土层深度入渗性能差异显著,表层土的入渗结构好于心土层等等.     

黄土区不同地类土壤水分入渗与模拟研究

以晋西黄土区为研究对象,研究黄土区土壤的水分入渗规律。为了更好地研究不同环境因子（尤其是立地、坡度、植被）对于土壤入渗性能的影响,在不同的土地利用条件下,对不同地貌部位进行了野外入渗实验。研究结果表明土壤渗透率随时间的变化规律是:在开始时渗透率最大,继之随时间而降低;林地累计入渗量明显高于其它用地。此外,林地的土壤入渗速率为最优,道路路面为最小。研究表明Philip方程能够很好地对当地土壤入渗进行模拟。     

降雨入渗对黄土斜坡土体含水率时空分布特性的影响

为了对降雨入渗引起黄土斜坡土体含水率的变化有较深入的了解,在陕西省延安市宝塔山选取了一个典型的黄土自然斜坡进行土体含水率和降雨联合监测。监测结果表明,斜坡土体中的含水率对降雨入渗的响应具有时间上的滞后性与空间上的差异性。当日降雨量达到10mm或10d累计降雨量达到70mm时,降雨入渗对土体含水率的影响深度小于1.0m;当日降雨量达到50mm或10d累计降雨量达到140mm时,降雨入渗对土体含水率的影响深度小于2.0m。同时,当小时降雨量达到10.4mm时,降雨入渗至0.2m的入渗速率为0.04m/h,由0.2m入渗至1.0m的入渗速率为0.033m/h,降雨入渗速率随着土层深度的增加而减小。     

妫水河流域不同植被覆盖条件下土壤入渗及模型的比较分析

 为恢复官厅水库库区植被提供科学依据,在官厅库区妫水河流域内延庆县大榆树镇上辛庄小流域试验区,进行了不同植被覆盖条件下的土壤积水入渗试验,并用4种入渗公式进行了拟合。通过分析比较,得出了不同植被覆盖条件下的土壤入渗规律,并对采用考斯恰可夫、Horton、通用经验公式以及Philip入渗模型时的适用性和准确性进行了评价。     

寒旱环境黄土区植物护坡原位模拟降雨试验研究

在自建试验区内为研究植物护坡水文效应,本项研究采用野外模拟降雨试验的方法,分别对种植柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii Kom.）、霸王（Zygophyllum xanthoxylon Bunge Maxim.）2种灌木植物边坡和种植垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）、细茎冰草（Agropyron trachycaulum Linn. Gaertn.）2种草本植物边坡,以及作为对照组未种植植物的裸坡开展相同试验条件的模拟降雨试验。试验结果表明,在相同试验条件下裸坡的稳定径流量和泥沙量均相对较大其值为450.0～475.0 ml/min,8.28～8.36 g/min;种植霸王、柠条锦鸡儿边坡稳定径流量和泥沙量为307.0～355.5 ml/min,3.12～4.07 g/min;种植细茎冰草边坡、垂穗披碱草边坡稳定径流量和泥沙量为24.0～41.3 ml/min,1.52～2.40 g/min,该试验结果说明了坡面产生的稳定径流量和稳定泥沙量与边坡的覆盖度之间呈负相关关系以外,还进一步反映出种植草本植物的边坡其坡面产生的稳定径流量、泥沙量则显著小于种植灌木植物边坡,即种植灌木边坡其坡面产生稳定径流量、泥沙量分别是种植草本边坡的1.338～1.466倍、2.054～2.654倍;裸坡坡面以下0—20 cm处及坡面以下20—40 cm处含水率增幅分别为38.94%,11.08%;种植柠条锦鸡儿、霸王边坡坡面以下相同深度处的a层、b层含水率增幅为42.24%～44.19%,10.63%～11.76%,种植垂穗披碱草、细茎冰草边坡坡面以下相同深度处的a层、b层含水率增幅为47.27%～48.11%,13.98%～14.74%,坡面以下40—60 cm处的（c层）含水率变化相对不显著,表明在边坡种植的草本和灌木植物,在降雨坡面雨水入渗的过程中,阻止和减少了坡面径流的形成,同时亦反映出生长草本植物的边坡其阻止和减少坡面径流形成的作用相对显著于灌木植物;裸坡的径流系数为63.40%,种植柠条锦鸡儿和霸王边坡径流系数则分别为18.00%和20.33%,细茎冰草和垂穗披碱草径流系数分别为6.57%和1.71%,草本植物边坡径流系数相对最小,反映出草本植物其抵挡坡面雨水冲刷和侵蚀以及抑制地表径流作用等方面较灌木植物显著。     

坡度影响下的砒砂岩区裸露坡面水分入渗特征及模拟

为探究不同坡度(5°,10°,20°,30°)条件下,不同质地砒砂岩土壤(灰白色、混合色、紫红色)的水分入渗特征及最优入渗模型。通过室内模拟土柱法对土壤的水分入渗特征和拟合结果进行对比分析。结果表明:(1)研究区不同坡面土壤容重在1.513~1.737 g/cm³,30°坡面下的灰白色砒砂岩土壤入渗能力较强,5°坡面下的紫红色砒砂岩土壤入渗能力较弱。(2) 在砒砂岩土壤一维垂直 入渗过程中,初始入渗率为2.000~8.600 cm/min,入渗时间3.500~5.000 min后达到稳定入渗率(0.160~1.800 cm/min)。入渗率、湿润锋运移速率与时间呈幂函数递减关系。坡度的大小、砒砂岩的质地均影响砒砂岩土壤入渗能力,坡度越小、颜色越深, 入渗率、累计入渗率越低,湿润锋运移越慢;且初始入渗速率、稳定入渗速率、初始湿润锋运移速率、稳定湿润锋运移速率的值均随着坡面坡度的减小、砒砂岩土壤颜色的加深呈现减小趋势。(3)Kostiakov模型、Philip模型对于砒砂岩区土壤水分入渗结果拟合较好,决定系数均在0.900以上。Kostiakov模型 决定系数的平均值0.948拟合效果最优;Philip模型决定系数的平均值0.937拟合效果其次;Horton模型决定系数的平均值0.688拟合效果较差。通过平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、偏差百分比(PBIAS)、纳什效率系数(NSE)验证Kostiakov模型和Philip模型模拟值与实测值的差异性小、两者吻合程度高。