黄土高塬沟壑区不同植被类型沟头土体抗冲性研究

作     者：沙小燕 

作者单位：西北农林科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王文龙

授予年度：2022年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 090707[农学-水土保持与荒漠化防治] 0907[农学-林学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：沟头 土体抗冲性 土壤性质 根系特征 黄土高塬沟壑区 

摘      要：随着退耕还林还草、坡耕地整治、固沟保塬和三道防线综合治理等一系列生态建设工程的实施,黄土高塬沟壑区植被面积大幅增加,土壤侵蚀过程发生了显著变化,在一定程度上有效控制了水土流失问题,区域生态环境得到明显改善。然而,在极端降雨条件下,黄土高塬沟壑区沟头仍会在径流的不断冲刷下失稳而发生剧烈的沟头溯源侵蚀,产生严重的水土流失问题。不同植被类型沟头由于土壤性质和根系分布特征的差异性,沟头溯源侵蚀的发生几率和发展程度均不同。当前,土壤性质和根系参数对于不同植被类型沟头土体抗冲性的影响机制尚不清晰。鉴于此,本文选取黄土高塬沟壑区冰草、铁杆蒿、侧柏、冰草+铁杆蒿和冰草+紫花苜蓿+铁杆蒿5种植被类型沟头为研究对象,通过室内分析测定和原状土槽冲刷试验研究了沟头0～1 m不同土层(0～20、20～40、40～6l0、60～80和80～100 cm)土壤性质、根系分布特征和抗冲性特征,对比分析了不同植被沟头土壤性质和土体抗冲性的变化规律及其差异,揭示了各植被类型沟头土体抗冲性影响因子的差异,为黄土高塬沟壑区优化植被配置和沟头溯源侵蚀机理的研究提供基础数据和理论依据补充。主要研究结论如下:(1)在0～100 cm土层的垂直剖面上,沟头土壤性质、根系生物量、根表面积密度、根长密度、根体积和根系平均直径均随土层深度的增加呈波动性减小趋势,根系比表面积呈波动性增大趋势。就沟头土壤各参数平均值而言,冰草+紫花苜蓿+铁杆蒿沟头平均砂粒含量、土壤容重、水稳性团聚体含量、黏聚力和内摩擦角最大,冰草+铁杆蒿沟头平均粉粒含量、有机质含量和土壤含水量最大;铁杆蒿沟头平均孔隙度最大;冰草沟头平均黏粒含量最大。(2)与侧柏沟头相比,其他植被类型沟头平均黏粒含量、平均含水量和有机质含量的增幅分别为2.4%～11.8%、7.6%～46.6%和4.4%～53.2%;与冰草+紫花苜蓿+铁杆蒿沟头相比,其他各植被类型沟头平均粉粒含量和孔隙度分增加了2.3%～4.4%和0.39%～6.12%,平均土壤容重减幅为0.4%～6.5%;与冰草+铁杆蒿沟头相比,其他各植被类型沟头平均砂粒含量增加了3.3%～26.2%;与铁杆蒿沟头相比,其他各植被类型沟头水稳性团聚体含量增加了50.2%～66.1%;冰草+紫花苜蓿+铁杆蒿沟头平均黏聚力和内摩擦角分别是其他各植被类型沟头的1.08～1.56、1.01～1.13倍。(3)侧柏沟头土体中所含根系的平均根系生物量、根表面积密度最大,分别为其他植被类型沟头的1.73～1.95和1.59～2.89倍;冰草+紫花苜蓿+铁杆蒿沟头土体中所含根系的平均比表面积最大,为其他植被类型沟头的1.12～1.63倍;冰草沟头土体中所含根系的平均根长密度最大,为其他植被类型沟头的1.19～2.54倍。(4)各植被类型沟头土体抗冲系数随土层深度的增加均呈波动性减小趋势,21、27、32和37 L·min冲刷流量下各植被类型沟头其他土层抗冲系数的减幅分别为38.5%～88.4%、41.7%～88.7%、32.5%～87.6%和30.2%～87.2%。各植被类型沟头均是21 L·min冲刷流量下沟头土体平均抗冲系数最小,分别是其他冲刷流量下的1.10～1.44、1.26～1.58、1.15～1.41、1.31～1.78、1.26～1.88倍。各冲刷流量下侧柏沟头土体平均抗冲系数最小,较其余植被类型沟头土体抗冲系数的减幅分别为19.4%～59.6%、15.5%～53.7%、21.4%～49.5%和21.0%～47.0%。(5)侧柏、冰草、铁杆蒿沟头土体抗冲性均与根系生物量相关性最显著,呈极显著线性函数递增关系;冰草+铁杆蒿沟头土体抗冲性与根表面积密度相关性最大,呈极显著线性函数递增关系;冰草+紫花苜蓿+铁杆蒿沟头土体抗冲性与0.25 mm水稳性团聚体含量相关性最显著,二者呈极显著指数函数递增关系。