黄河源区退化草地水土流失冻融机理研究

Freeze-thaw action is a specific climatic phenomenon in Qinghai-Tibet Plateau，the structure and cohesiveness of grassland soil-root composite in degeneration area are destroyed repeatedly under the influence of seasonal freeze-thaw action, added the wind and water erosion, water and soil loss are aggravated. These have made significant influence on regional ecological environment and economic development. Along with the constant advancing of three river source region national park and ecological environment protection, it has becoming an urgent scientific problem to take a further research of the relation among freeze-thawing, earth's surface erosion and grassland degeneration. The project plan to take alpine meadow deteriorated grassland as the study object, then make a quantitative analysis of the relationship between freeze-thawing spatio-temporal variation rules and vegetation soil-root composite mechanical strength, wind and runoff erosion by real-time observation of different deteriorated grassland surface humiture and soil structure, combining with in situ mechanical strength and surface erosion tests. The project aims to build the interaction mathematic model and reveal the freeze-thaw mechanism of deteriorated grassland water and soil loss, provide scientific basis for the ecological environment protection and revegetation of alpine meadow deteriorated grassland.

冻融作用是青藏高原特殊的气候现象，受季节性冻融作用的影响，退化草地区植被根-土复合体结构及其粘结性受到冻融的反复破坏，并在风、水侵蚀作用下，加剧了水土流失灾害，已对区域生态环境和经济发展造成严重影响。随着三江源国家公园、生态环境保护等的不断推进，系统深入研究冻融与地表侵蚀和草地退化的关系已成为高寒草地退化区急待开展研究和解决的科学问题。本项目拟以青海省河南县高寒草甸退化草地为研究对象，采用室内外试验相结合的方法，重点开展冻融过程中不同退化草地表层温湿度和土壤结构特征的实时观测，并结合原位力学强度试验和地表侵蚀试验，定量分析不同退化草地冻融时空变化规律及其与植被根-土复合体力学强度、风力侵蚀和径流侵蚀之间的关系，建立互相作用的数学模型，揭示退化草地水土流失的冻融机理，为高寒草甸退化草地生态环境保护和草地植被恢复提供科学依据。

冻融作用是青藏高原特殊的气候现象，受季节性冻融作用的影响，退化草地区植被根-土复合体结构及其粘结性受到冻融的反复破坏，并在风、水侵蚀作用下，加剧了水土流失灾害，已对区域生态环境和经济发展造成严重影响。本项目以青海省河南县高寒草甸退化草地为研究对象，重点开展了冻融过程中不同退化草地表层温湿度和土壤结构特征的实时观测，定量分析了冻融交替作用对草地退化区土壤风水侵蚀的影响，明确了植被根-土复合体力学强度、风力侵蚀和径流侵蚀之间的关系，总结了退化草地水土流失的冻融机理。研究结果得出：. （1）随着退化程度的加剧，表层土壤含水量、密度和根体积比均呈下降趋势；重度退化区的土壤孔隙率比中度退化区和轻度退化区分别增加4.82%和13.75%，其根-土复合体的剪切强度分别降低了36.0%和52.3%，土壤紧实度分别降低54.8%和90.8%，草地退化对根-土复合体物理力学特性影响较大。. （2）冻融循环40次后，根-土复合体密度减小3.50%，孔隙总体积增加42.78%，紧实度降低32.74%，剪切强度降低23.49%，说明冻融循环对根-土结构具有疏松作用，导致退化区根-土复合体的力学强度降低。 . （3）在同等条件下，水蚀量是风蚀量的1.67倍，风水复合侵蚀作用下的流失量是水蚀量的1.31倍，是风力侵蚀的2.19倍，而动力条件为冻融+风水复合侵蚀时，其土壤流失量是风蚀量的2.53倍，是水蚀量的1.50倍，是风水复合侵蚀的1.14倍，说明水力、风力、冻融及啮齿动物活动是土壤流失的重要驱动力。. （4）根据调查和分析结果总结研究区水土流失的主要机制为：原生草甸在啮齿动物活动和冻融交替作用的扰动作用下，根土结构受损，草甸根-土复合体结构疏松，表层土壤的抗侵蚀能力降低，最终导致退化秃斑形成结构松散的根-土复合体，并在冻融和风水侵蚀等激发动力条件下必然加剧土壤流失，最终出现裸露秃斑。项目研究获得的重要结果将为高寒草甸退化草地生态环境保护和草地植被恢复提供科学依据。