水蚀风蚀交错区灌草植被对降雨入渗过程的影响与模拟

Revegetation is still the main way to control soil erosion in the water and wind crisscross region of Loess Plateau. Water cycle changes in the slope-scale will significantly affect the water cycle in watershed area. Sharp reduction in soil erosion in the sloping land after the Grain to Green plan and soil dry layers cause by artificial vegetation were observed recenlty, therefore, this project, based on the rainfall -infiltration process starting from top of canopy to bottom of vegetation roots(canopy – soil surface - soil profile) as the infiltration of the main line and the use of long-term field observations and model simulations methods, study processes of water interception and movement within the canopy, effects of vegetation changes on soil hydraulic properties of the soil profile and the effects of soil desiccation on infiltration and redistribution processes. Research results will help to clarity the mechanism of reduction of water and soil loss by vegetation restoration in the Loess Plateau and also provide a theoretical basis for rational allocation of vegetation in the sloping land, which will contribute to the sustainable development of the water wind erosion crisscross region in China.

植被恢复仍然是当前黄土高原水蚀风蚀交错区水土流失治理的主要途径，坡面尺度的水循环改变会显著影响流域及区域的水循环过程。针对坡耕地退耕后水土流失急剧减少与人工植被导致的土壤干燥化问题，本项目从降雨入渗过程改变出发，以植被从上到下（冠层-地表-土壤剖面）对入渗的影响为主线，利用长期田间观测与模拟试验结合模型模拟的方法，对坡地退耕植被冠层内水分运动与滞留过程、植被变化对土壤水力学性质的影响及土壤剖面整体干燥化对降雨-入渗与再分布过程的影响进行研究。阐明该区典型植被增加入渗减少径流作用的途径，揭示坡面径流急剧减少的主因，为黄土高原水蚀风蚀交错区坡地退耕植被的合理配置和生态系统的健康评价提供理论基础。

采用野外定位观测试验、模拟实验和数值模拟方法，研究黄土区典型灌草植被对降水-入渗-产流过程的影响，分析不同植被对入渗过程的影响差异，明确典型灌草植被从冠层滞水，到土壤导水率改变及前期剖面水分含量几个方面对入渗影响的贡献，同时利用数学模型对相关过程影响进行模拟，结果表明粗质地土壤前期含水量和坡度显著影响坡地土壤侵蚀过程和总量，植被不但因为冠层拦截而减少径流，而且因为耗水量增加，降低了土壤前期含水量而减水减沙。裸地和苜蓿地的产流时间都随着前期含水量的增加而缩短，并且差异均达极显著水平。在相同水平的前期含水量下，苜蓿的初始产流时间长于裸地，这是因为植被叶片等拦蓄降雨使得产流时间延长，因此，粗质地土壤坡面的产流产沙受降雨强度控制，消减降雨强度的影响是该区水土保持的重要科学问题。土壤干燥化对降水-入渗-产流过程有显著影响，这是因为粗质地土壤的入渗率较高，而且受土壤中水分含量的影响显著，土壤处于干燥状态时，入渗率很高，大多数降水强度超不过入渗率而无法产流。对旱柳和小叶杨两种乔木、柠条和沙柳两种灌木的持续监测研究表明，他们在冠层截留和土壤水分消耗方面有一定差异，但是均可以显著消耗土壤水而致土壤干燥化，分布这些植被的地块基本没有土壤侵蚀发生。农地退耕为高耗水植物的灌草地改变了粗质地土壤降水产流机制，由原来农地超渗产流为主向蓄满产流为主转变；通过控制羊草生物量的方法可以调控坡地产流过程，针对黄土区土地利用变化导致土壤干化和产流量减少等现象，可以通过控制植被生物量的方法，增加降水入渗量和产流量，为生态系统健康调控提供理论依据。