黃土高原陡坡地不同植被類型及恢復過程對徑流泥沙的影響

朱謐遠, 武小飛, 李晨輝, 郭天崎, 張 銳, 黃明斌

(1.西北農林科技大學 資源環境學院, 陜西 楊凌 712100; 2.西北農林科技大學 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室, 陜西 楊凌 712100)

黃土高原的地貌類型復雜多樣,區內坡地占比高,植被條件差,且降雨集中,水土流失面積約占該區總面積的68%[1],其中大部分地區的土壤侵蝕模數高于1 000 t/(km2·a),嚴重威脅該區域土壤資源利用與可持續發展[2]。為治理黃土高原嚴重的水土流失,優化該區的生態環境,國家于1999年開始在黃土高原大力實施以“退耕還林(草)”為核心的生態建設措施,經過20余年的治理,黃土高原的植被覆蓋度大幅提高,同時,區內水土流失得到有效遏制,黃河輸沙量不斷降低[3]。

陡坡地是水土流失最嚴重的地貌類型,是黃土高原水土流失防治的核心。陡坡地土壤侵蝕主要受降雨、地表植被等因素的影響,其中,降雨是坡地土壤侵蝕的動力來源,而植被可以有效減少坡地土壤侵蝕[4-5]。不同植被類型及其不同生長階段由于冠層結構、蓋度、地上生物量、根系密度等方面的不同,水土保持效果差異顯著[6-7]。朱燕琴等[8]在甘肅省清水河的研究結果表明,草地和喬木林小區的水土流失強度低于灌叢小區,喬灌混交林土壤侵蝕強度最大。而Huang等[9]在甘肅省小流域對比4種土地利用類型的相對減蝕效率,結果表明自然恢復草地和人工沙棘灌木林的水土保持效益優于人工油松林地。李鋼等[10]研究林下植被恢復措施的水土保持效益,結果表明,具有喬草或喬灌的復合冠層相比純林可以減少50%～60%的地表徑流和65%～70%的土壤流失。造成這種差異的一個重要原因就是植被冠層結構的不同,植被冠層通過攔截降雨有效削弱了雨滴的動能,從而降低土壤流失。Chen[5]、李鵬[11]等研究表明,冠層結構復雜的植被在減少坡地產流產沙方面的效果優于單一分層結構。

此外,花東文等[12]研究幾種典型植被在不同恢復階段對產流產沙的影響,他們的結果表明,隨著植被恢復,天然草地、人工檸條林地與刺槐林地的產流產沙均明顯降低。Wei等[6]的研究表明,在相同降雨條件下,灌木林與喬木林地的徑流量和土壤侵蝕模數在最開始的3～4 a仍保持較高水平,隨后顯著下降并保持相對較低的水平。流域徑流泥沙量在長時間尺度上受植被結構的影響,如劉曉燕等[13]研究表明,隨植被有效覆蓋率的逐年增加,流域的產沙量呈現指數函數式遞減。葉面積指數(LAI)作為分析植物群體生長的重要冠層結構參數,其動態變化可以較好地反映植被冠層結構和數量特征[14],因此,可以結合植被的LAI動態變化探究產流產沙對植被恢復過程的響應。

以往關于降水特征、植被類型、地形條件等對徑流泥沙的影響已開展大量研究。然而,由于野外長期觀測受人力物力的限制,過去的研究主要集中純灌木、喬木林或者草地,缺少不同類型的喬灌混交林及其長期恢復過程對徑流和土壤侵蝕的影響。另外,黃土高原的降雨年際變化大、年內分布不均,短時間尺度的觀測結果很難區分降水特性、植被類型和恢復階段對坡地產流產沙過程的影響。為此,我們選擇在自然降雨條件下,基于2008—2021年野外觀測的76次產流產沙事件,研究陡坡地不同植被類型及其恢復過程對產流和產沙的影響,探究適合控制黃土高原陡坡地水土流失的植被類型,為黃土高原生態環境建設提供科學理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區在陜西省長武縣的王東溝小流域(35°14′N,107°41′E),位于陜西長武農田生態系統國家野外科學觀測研究站附近。小流域面積為8.3 km2,海拔946～1 226 m,小流域所在地區的地貌類型復雜多樣,主要由塬面、溝坡和溝谷三大類型組成,屬于典型的黃土高原溝壑區。該區屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候,多年平均溫度為9.1℃,無霜期171 d,降雨量為584 mm,其中有超過58%是發生在7—9月份[15],年均潛在蒸發量為967 mm,地下水距地表深50～80 m。參考糧農組織-教科文組織土壤分類系統,小流域地帶性土壤類型為黑壚土,質地為粉質黏壤土[16]。目前,流域內主要的優勢植被類型有白羊草(Bothriochloaischaemum)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、側柏(Platycladusorientalis)、沙棘(Hippophaerhamnoides)、油松(Pinustabuliformis)等。

1.2 試驗設置

為定位監測坡地的植被演變對地表徑流、土壤流失、土壤水分的變化及其生態水文效應,陜西長武農田生態系統國家野外科學觀測研究站于2003年在燒盅灣自然坡面建立了9個標準水土流失觀測小區,水平投影面積均為100 m2(長20 m,寬5 m),長邊與坡頂到坡底方向一致。所有小區的坡位無明顯差異,坡向均為西南方向,坡度統一為35°,環境條件基本一致。邊界均圍有高出地面10～20 cm的混凝土石板,使小區內產流產沙與外部分離,保證了水土流失數據的準確性。底部均設有集水槽、輸水槽、二級徑流桶(桶上部有固定蓋子,確保收集的徑流不會蒸發損失),每年都會對這三部分檢查與維修,防止小區內徑流泥沙的泄漏,造成觀測數據不準確。

在小區建立同年,選擇黃土高原5種典型植被以不同模式在9個小區栽種,分別為白羊草(BOI)、沙棘(SEB)、油松(CHP)、油松×刺槐(CHP×LOC)、油松×沙棘(CHP×SEB)、刺槐×沙棘(LOC×SEB)、刺槐(LOC)、刺槐×側柏(LOC×CHA)、側柏(CHA)。其中,白羊草是通過移植天然草方塊建成,其他所有喬灌樹種在栽種時已有2～3齡,在2021年時已有20齡。此外,所有小區內的植被在栽種后沒有任何人工管理及整地措施。各小區林下植被有白羊草(Bothriochloaischaemum)、野古草(Arundinellahirta)、異葉敗醬(Patriniaheterophylla)、翻白草(Potentilladiscolor)、艾蒿(Artemisiaargyi)、賴草(Leymussecalinus)等禾本科草種[15]。

2021年7月采用樣方法調查了各小區的基本植被生長指標,每個小區均分4個5 m×5 m的樣方調查植被的平均株高、平均胸徑以及植被覆蓋度(表1)。在所有小區中部隨機選點,分0—20 cm和20—40 cm土層采集土壤樣品,帶回室內分析基本理化性質,包括土壤有機質、土壤容重、土壤總孔隙度、飽和持水量、飽和導水率等(表1)。

表1 各試驗小區植被與土壤基礎性質Table 1 Vegetation and soil foundation properties in each experimental community

1.3 測定指標與方法

降雨:采用陜西長武農田生態系統國家野外科學觀測研究站內自動氣象站監測的2008—2021年降雨數據,氣象站距試驗區1 km。

葉面積指數(LAI):采用LAI-2200冠層分析儀測定5—10月葉面積指數,在測定過程中保持探頭與坡面平行,并使用45°遮蓋帽排除小區以外植被的影響。

徑流和土壤侵蝕:在2008年1月—2021年12月觀測期間,每一次侵蝕性降雨結束后,用1.5 m鋼尺讀取徑流桶內壁水位高度(H),結合徑流桶橫截面積與試驗小區面積計算地表徑流深(R);緊接著將徑流桶內水沙攪拌均勻,立即打開徑流桶底部的閥門,并使用2個1 000 ml塑料瓶接取徑流泥沙樣,取樣完成后,將徑流桶內清理干凈,承接下一次徑流泥沙樣。把徑流泥沙樣帶回室內靜置沉淀后過濾,將沉淀物在105℃條件下干燥8 h后稱重得沉積物質量(m),通過地表徑流總量換算出小區土壤流失量(SL),結合小區面積計算侵蝕模數(SM)。

地表徑流(R)和土壤侵蝕模數(SM)計算如下:

(1)

(2)

式中:R為地表徑流深(mm);S為徑流桶橫截面積(cm2);H為二級徑流桶內壁水位高度(cm);A為徑流小區投影面積(100 m2);SM為土壤侵蝕模數(t/km2);SL為侵蝕性降雨土壤流失量(g)。

1.4 數據分析

采用單因素方差分析(ANOVA)的最小顯著性差異(LSD)在p<0.05的水平上檢驗不同植被類型下地表徑流深和土壤侵蝕模數的差異。應用線性回歸方法分析地表徑流深與土壤侵蝕模數的關系,通過皮爾遜相關系數和決定系數(R2)評估關系的良好性。

以上所有數據均在Excel 2010中匯總整理,采用IBM SPSS軟件(20.0版本)進行數據分析,Origin 2021軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 降雨量變化

研究區在2008—2021年的日降雨量分布如圖1所示,研究區日降雨量多小于20 mm,日降雨量在60 mm以上的共有7次,大于100 mm的有3次,分別發生在2010年7月23日、2013年7月22日、2016年8月25日,每年的降雨多集中在7—9月。由表2可知,在2008—2021年連續14個觀測年期間,研究區年降雨量呈現出明顯的波動趨勢,范圍在414.0～757.6 mm,平均為554.4 mm,其中,2014年最少,2021年最多,2010年、2011年、2018年、2019年、2021年的年降雨量高于研究區多年平均降雨量584.0 mm。在研究期內,共記錄有76場產生地表徑流的侵蝕性降雨事件,年侵蝕性降雨量范圍為150.2～496.0 mm,侵蝕性降雨量的變化趨勢與年降雨量大體一致,其中2017年的侵蝕性降雨量最少,2021年的侵蝕性降雨量及降雨次數最多。

圖1 2008-2021年期間日降雨量變化Fig. 1 The change of day rain during 2008-2021

表2 2008-2021年期間年降雨量與侵蝕性降雨量Table 2 Annual rainfall and erosive rainfall during 2008-2021

2.2 葉面積指數變化

2008—2021年試驗期間不同植被類型的葉面積指數(LAI)變化特征如圖2所示。由表3可知,9種植被類型的LAI存在顯著性差異(p<0.05),其中LOC×CHA的平均LAI顯著高于其他植被(p<0.05),是其他植被類型的1.18～2.11倍,而BOI與CHA的平均LAI最低,均為1.38。此外,各植被類型的LAI隨著植被恢復均呈逐漸增加的趨勢,不同植被類型間的增加幅度存在顯著性差異(p<0.05),BOI的LAI最大值較最小值提升了331.6%,雖然LOC×CHA的LAI最大值達4.07,相較于其最小值增幅為151.2%,而LOC的LAI最大值較最小值的提升最小,僅為58.6%,各植被LAI的變異系數與增幅變化呈現出一致的趨勢。

圖2 不同植被處理的LAI在2008-2021年生長季的變化Fig. 2 Changes in LAI with different vegetation treatments in the 2008-2021 growing season

表3 各植被類型葉面積指數的統計特征Table 3 Statistical characteristics of leaf area index for each vegetation type

2.3 不同植被類型地表徑流和土壤侵蝕的差異

通過對9種植被類型小區在2008—2021年的地表徑流與土壤侵蝕模數進行平均,結果表明,各植被類型小區的地表徑流(圖3A)與土壤侵蝕模數(圖3B)存在差異,說明地表徑流與土壤侵蝕模數受植被類型影響。在連續14 a的觀測結果中,BOI的地表徑流最小,為0.3～7.0 mm,平均值為2.6 mm,顯著低于CHP和CHA(p<0.05);SEB的地表徑流量次之,為0.9～7.8 mm,平均值為3.2 mm;CHA的地表徑流最大,為3.9～40.3 mm,平均值為15.4 mm,顯著高于其他8個小區(p<0.05);CHP的地表徑流量略低于CHA,是第二高,為2.1～16.1 mm,平均值為5.6 mm。CHP×LOC,CHP×SEB,LOC×SEB,LOC與LOC×CHA的地表徑流量沒有顯著性差異(p>0.05),主要分布在1.2～12.8 mm。與地表徑流情況相似,BOI的土壤侵蝕模數最小,為0.2～15.5 t/km2,平均值為4.9 t/km2;SEB次之,為0.4～33.8 t/km2,平均值為7.1 t/km2;CHA的土壤侵蝕模數仍是最大的,為6.6～1 010.0 t/km2,平均值為277.2 t/km2,顯著高于其他小區(p<0.05);CHP的土壤侵蝕模數低于CHA,是第二高,為1.4～222.0 t/km2,平均值為48.8 t/km2。除CHA以外,其余8個小區的土壤侵蝕模數沒有顯著性差異(p>0.05)。總的來看,與各喬木及混交林相比,BOI與SEB小區在2008—2021年總的水土流失量較低,與CHA相比平均年地表徑流量分別減少了83.2%,79.1%,年土壤侵蝕模數分別減少了98.2%,97.4%。

注:不同小寫字母表示不同植被類型存在顯著性差異(p<0.05)。圖3 2008-2021年不同植被處理下的地表徑流和土壤侵蝕模數Fig. 3 Surface runoff and soil erosion modulus under each vegetation type from 2008 to 2021

2.4 不同小區植被恢復過程對徑流和土壤侵蝕的影響

各植被類型在連續14 a間的地表徑流和土壤侵蝕模數如圖4所示,受降水特性的影響,隨著植被恢復,各植被類型下的地表徑流與土壤侵蝕模數呈明顯的波動,且二者的波動趨勢較為一致,基本呈現為先增加后降低并趨于穩定。在2015年、2016年、2021年時,各植被類型的徑流量和土壤侵蝕模數大于其他年份,這與2015年、2016年、2021年有較高的侵蝕性降雨量相關,這三年的侵蝕性降雨量分別是213.6,247.4,496.0 mm,占年總降雨量的比例分別是41.1%,50.4%,65.5%。隨著植被恢復,在2019年、2020年時,各植被類型的徑流量和土壤侵蝕模數均是觀測期內最低的,年總地表徑流量分別是28.6 mm,20.3 mm,年總侵蝕模數分別是14.3 t/km2,17.1 t/km2。此外,不同植被類型在恢復過程中,地表徑流與土壤侵蝕模數變化趨勢存在差異,這一結果與Wei等[6]結論一致,如在2010年,SEB的地表徑流(3.3 mm)和土壤侵蝕模數(2.9 t/km2)高于CHP×SEB的2.2 mm,1.8 t/km2,然而,這種情況在2019年產生了變化,SEB的地表徑流(0.88 mm)和土壤侵蝕模數(0.4 t/km2)低于CHP×SEB的3.8 mm,0.9 t/km2。這說明隨著植被恢復,SEB減少水土流失的效果逐漸優于CHP×SEB。

圖4 不同植被處理的地表徑流與土壤侵蝕模數隨植被恢復的變化Fig. 4 The change of surface runoff and soil erosion modulus for different vegetation types with vegetation restoration

為了揭示植被恢復過程對徑流和泥沙的影響,我們比較相同降水條件下不同植被恢復期各小區徑流和泥沙產量,結果如圖5所示。對比4個日降雨量條件(12,30,60,90 mm)下不同植被類型的地表徑流與土壤侵蝕模數隨植被恢復的變化可以發現,各植被類型小區的產流產沙均呈現出隨植被恢復逐漸減少并趨于穩定的趨勢,不同植被類型間存在差異。日降雨量為12 mm時,僅CHP在2021年的徑流量(0.5 mm)較2012年的0.1 mm有一定增加,其他小區在2021年的徑流量與土壤侵蝕模數較2012年時降幅分別在6.4%～89.4%,55.3%～99.0%,其中CHA的徑流量與土壤侵蝕模數降幅分別達89.4%,98.9%(圖5A)。日降雨量為30 mm時,CHP×LOC與CHP×SEB在2021年的徑流量(0.2 mm,0.4 mm)較2010年的0.1 mm,0.1 mm有一定增加,其他小區在2021年的徑流量與土壤侵蝕模數較2010年降幅分別在21.9%,83.8%以上(圖5B)。日降雨量為60 mm的條件下,在2021年,CHP×SEB的徑流量(0.7 mm)較2009年的0.6 mm有所提高,BOI的土壤侵蝕模數(0.2 t/km2)較2009年的0.1 t/km2提高明顯,其余小區的徑流量與土壤侵蝕模數較植被恢復初期的降幅分別在2.9%,29.4%以上,其中SEB的徑流量與土壤侵蝕模數降幅分別達89.1%,90.3%(圖5C)。在日降雨量為90 mm時,各植被類型在2021年的徑流量與土壤侵蝕模數較植被恢復初期的降幅分別在44.4%～89.1%,68.4%～99.9%(圖5D)。此外,整體上,各植被類型的減沙效益優于其減流效益。

注:圖A、B、C、D分別是日降雨量為12 mm,30 mm,60 mm,90 mm的條件。圖5 相似降雨條件下不同植被處理的地表徑流與土壤侵蝕隨植被恢復的變化Fig. 5 Changes of surface runoff and soil erosion of different vegetation types under similar rainfall conditions with vegetation restoration

2.5 不同植被類型徑流與泥沙關系

表4顯示了各植被類型地表徑流和土壤侵蝕模數之間的關系,在自然降雨條件下,它們都很好地符合一次線性函數關系(p<0.01)。地表徑流與土壤侵蝕模數之間的線性回歸系數,常常被視為徑流產生土壤流失的指標,是解釋不同植被類型對土壤侵蝕影響的重要參數[17]。本研究中,各植被類型的地表徑流與土壤侵蝕模數之間的回歸系數存在差異,系數的大小依次為:CHA>CHP>LOC>LOC×CHA>CHP×SEB>LOC×SEB>SEB>CHP×LOC>BOI。其中,BOI與CHP×LOC的回歸系數分別為1.93,1.94,說明這2個小區在控制土壤侵蝕方面的效果優于其他植被類型;而CHA的系數高達28.37,其控制土壤侵蝕效果最差,這一結果與Duan等[15]在相同區域的研究結論一致。

表4 不同植被處理地表徑流(R)與土壤侵蝕模數(SM)的關系Table 4 Relationship between surface runoff (R) and soil erosion modulus (SM) of different vegetation types

3 討 論

3.1 地表徑流和土壤侵蝕對降雨量的響應

大氣降雨是干旱半干旱地區土壤水分補充的重要途徑,也是產生徑流泥沙的關鍵驅動力,降雨量以及降雨的時空異質性深刻影響了區域生態水文過程[6]。本研究中,同一植被類型的地表徑流與土壤侵蝕模數在不同年份時不一樣(圖3),2008—2021年期間研究區年總降雨量呈現明顯的波動(圖1),各年的侵蝕性降雨量占年總降雨量比重均較高,9種植被類型下地表徑流及土壤侵蝕模數與年侵蝕性降雨量的波動變化趨勢較為一致,說明地表徑流和土壤流失受侵蝕性降雨量的影響[6]。例如,2009年的侵蝕性降雨量較2008年有明顯降低,各植被類型的地表徑流和土壤侵蝕模數呈現不同程度的減小,而2013年、2015以及2016年降雨較為集中,且均有超80 mm的日降雨量,各植被類型的地表徑流和土壤侵蝕模數較上一年顯著增加,特別是2021年時年降雨量與侵蝕性降雨量均是觀測期間最高的,各植被類型下的地表徑流與土壤侵蝕較2020年增加顯著。這與江忠善等[18]的研究結論一致,他們的研究認為高強度短歷時的降雨動能是普通降雨的1.24倍,高強度的侵蝕性降雨具有較大的降雨侵蝕力。

3.2 植被類型對地表徑流和土壤侵蝕的影響

植被通過冠層、枯枝落葉、根系等影響了區域水文和土壤侵蝕過程。在這項研究中,我們發現不同植被類型的地表徑流與土壤侵蝕模數存在差異(圖2)。相比之下,BOI與SEB的平均地表徑流、土壤侵蝕模數較小,而CHA的平均地表徑流與土壤侵蝕模數顯著高于其他幾種植被類型(p<0.05)。從水文角度來看,植被冠層攔截大氣降雨,降低雨滴的動能,不僅減少了到達土壤的降雨量,還削弱了雨滴對土壤的侵蝕力[19];植被凋落物也可以削弱雨滴動能、保存雨水量,并通過增加地表粗糙度進而減緩地表徑流速率[6],減少土壤侵蝕。有研究指出,喬木冠層距地面較高反而會增強降雨對土壤的侵蝕力[20],增加陡坡地區域土壤侵蝕發生的可能性。具有近地面冠層特征的草叢、灌木叢以及厚重的枯落物層可以更有效地減少地表徑流和土壤侵蝕,其效果優于單一植被群落[21]。在本研究中,BOI與SEB的近地面覆蓋較高,且地表枯落物數量較多,這兩個小區總的地表徑流與土壤侵蝕模數低于其他植被類型。而CHA的長勢差,植被覆蓋度低,缺乏林下植被的保護,且土壤物理性質差(表1),其水土保持效果是幾種植被恢復類型中最差的。

從表3可以看出,在自然降雨條件下,不同植被類型的土壤侵蝕模數均隨地表徑流的增加而增加,這與Duan等[15]的研究結論一致,地表徑流與土壤侵蝕模數之間的函數關系的系數表示了各植被類型抗侵蝕能力,較低的系數代表植被控制土壤侵蝕效果好。除冠層結構的影響,發達的淺層草本須根系統可以增強表層土壤的抗侵蝕能力[22-23],本研究中BOI的回歸系數最小,土壤侵蝕敏感性最低,表明其控制土壤侵蝕效果最佳,而CHP與CHA因缺乏林下植被,回歸系數較大,控制土壤侵蝕效果不如其他植被類型。朱燕琴等[8]在15°的緩坡區域研究不同植被恢復模式下次降雨產流產沙特征的結果也表明,草地的徑流含沙量較灌木、喬木林更低。同時,Chen等[5]研究表明,植被控制土壤侵蝕效果也會隨著土壤性質的改善而提高。另外,SEB與LOC的土壤侵蝕模數與地表徑流之間的相關性最好,R2值高達0.75,這表明可以通過地表徑流量有效估算這兩個小區的土壤侵蝕模數,而CHA的土壤侵蝕模數與地表徑流之間的相關性較差,R2僅為0.46,不能通過地表徑流準確推算其土壤侵蝕模數。

3.3 地表徑流和土壤侵蝕隨植被恢復的變化

本研究結果表明,各植被類型下的水土流失量隨著植被恢復均呈逐漸降低的趨勢(圖3),這一結果支持了黃博文等[24]的研究結論,即在自然降雨條件下,較緩坡面的水土流失量隨著植被恢復而顯著下降,不同植被類型的減流效益達20.7%～79.0%,減沙效益達97.4%～99.4%。甘卓亭等[25]通過模擬降雨研究牧草在不同生長階段的減流減沙效益也得出相似結論,在15°的坡面上,紅豆草的減流、減沙效益分別由第12周的10.8%與24.5%提升至第27周的43.2%與99.8%。這一方面是因為植被冠層的逐漸復雜增強了對降雨的攔截;另一方面,各植被類型通過增加枯落物以及根系分泌物等途徑增加了土壤中的有機物質,進而改善土壤物理結構,增強了土壤的抗侵蝕能力。如圖5所示,在相似的降雨量條件下,隨著植被恢復,各植被類型的徑流泥沙量基本呈現為逐漸降低并穩定在較低水平,這也符合了吳蕾等[26]的研究結論,即在黃土高原地區開展植被恢復,當植被蓋度達到70%～80%后,植被的減流減沙效益不再隨蓋度的增加而增加。不同植被類型下徑流泥沙數量表現出的減少規律存在差異,艾寧等[27]在12°～29°相對較緩坡地的研究指出,隨著植被恢復,灌木林與喬木林減少徑流泥沙效果優于草地。而本研究中,雖然CHA的減流減沙效益較其他植被類型更明顯,但在2021年時,年地表徑流量最低的是LOC(6.4 mm),年土壤侵蝕模數最低的是SEB×LOC(7.2 t/km2),這一方面是隨著植被恢復,LOC與SEB×LOC逐漸復雜的冠層結構減弱了降水的侵蝕力,另一方面是這兩個小區的林下草本種類和數量逐漸豐富,降低了地表裸露程度,可以更有效地減少陡坡地區域的產流產沙。此外,各植被類型的減沙效益優于減流效益,黃博文等[24]研究得出一致結論,主要原因是隨著植被恢復,根系的物理固結作用與根系分泌物的生物化學作用逐漸提高有利于增強土體結構的穩定性,提高土壤的抗侵蝕能力。

4 結 論

(1) 侵蝕性降雨量的增加會導致較高的地表徑流和土壤侵蝕模數;(2) 側柏林的平均地表徑流與土壤侵蝕最高,而白羊草和沙棘灌叢地表徑流與土壤侵蝕均較低,與側柏林相比,二者的平均年地表徑流量分別減少了83.2%,79.1%,年土壤侵蝕模數分別減少了98.2%,97.4%;(3) 各植被類型的地表徑流與土壤侵蝕模數均符合線性關系,其系數反映了植被控制土壤侵蝕的效果,草地、油松×刺槐林的地表徑流與土壤侵蝕模數之間的回歸系數較小,分別為1.93,1.94,控制土壤侵蝕效果較優;(4) 隨著植被恢復,各植被類型的產流產沙量均表現出逐漸降低的趨勢,但各植被類型的降幅存在差異,側柏林較植被恢復初期的降幅均高于67.1%,但經18 a植被恢復后,白羊草、沙棘灌叢、沙棘×刺槐和刺槐林的水土流失量較低。根據上述研究,我們得出在采取植被恢復措施控制黃土高原陡坡地水土流失的過程中,初期應以草、灌及其混交林為主,不適合種植單一喬木。