全 文 ：第 9 卷
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.
9
第 3 期
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.
3
草 地 学 报
A C T A A G R E ST IA S IN ICA
2 0 0 1 年
S e Pt
.
9 月
2 0 0 1
文章编号 : 1 0 0 7 一 0 4 3 5 (2 0 0 1 ) 0 3 一 0 1 7 6 一 0 7
人工草地在黄土高原水土保持中的
减水减沙效益与有效盖度 ‘
焦菊英 , 王 万忠
(中国科学院水利部水土保持研究所 , 陕西杨凌 71 2 1 0 0)
摘要 : 根据黄土高原绥德 、延安 、离石 、安塞等地的草地径流小区资料 , 分析不同次降雨条件下 , 人工草地的减水减
沙效益和水土保持有效盖度 。 结果表明 , 当降雨指标小 于坡耕地侵蚀性降雨标准时 , 草地并不发挥水土保持作用 ,
减水减沙效益为零 , 当降雨指标大于坡耕地侵蚀性标准时 , 其减水减沙效益随着降雨指标的增大而减小 。 在土壤相
对稳定的情况下 , 要使土集侵蚀模数小于某一定值 , 降雨 、地形和植被班盖因子三者之间存在着一定的相互制约关
系 , 即草地的盖度随着降雨和坡度 的增大而增大 , 当盖度达到一定程度时 , 降雨与坡度对其的制约影响减弱 。 建立
草地 的减水减沙效益指标体系 , 及草地水土保持临界有效盖度与降雨坡度的关系式 , 并结合降雨频率的分析 , 得出
草地抵抗不同年攀雨的临界有效盖度 。
关扭词 : 黄土 高原 ; 人工草地 ; 水土保持 ; 减水减沙效益 ; 有效盖度
中图分类号 : 5 8 12 . 4 文献标识码 : A
T h e B e n e fits o f R u n o ff a n d S e d im e n t R e d u c in g & E ffe c tiv e C o v e r R a te
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K ey w o r d s : L o e s s Pla t e a u ; A r t ifie ia l g r a s s la n d ; 5 0 11 a n d w a te r e o n s e r v a t io n ; Be
n efits o f r u n o ff a n d s ed i
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m e n t r e d u e in g ; E ffe e tiv e e o v e
r r a te fo r 5 0 11 a n d w a t e r e o n s e r v a t io n
收稿 日期 : 2 0 0 1一0 2 一2 2 ; . 回日期 : 2 0 0 1 一0 4 一1 2
中国科学院知识创新工程项 目(KZ CX I一 10 一。4 ) , 国家 “九五 ”科技攻关项 目 (9 6 一0 4一 05 一 12 ) , 中国科学院水土保持研究所知识创新项 目
(C 18 3 )
作者简介 : 焦菊英 (1 9“一 ) , 女 , 副研究员 , 博 士 , 长期从事水上保持效益评价与水土流失趋势预侧研究 , 合作 出版专著 4 部 , 发表论文 20
余篇
第 3 期 焦菊英等 : 黄 t 高原人 L草地水土保持减水减沙效益 与有益盖度 ’ 1 7 7
Ja m e s 等「”研究表明 , 除掉土壤表 面所有植被
的降雨侵蚀量是未扰动森林土壤的 16 倍 。 唐克丽
等 [2] 研究子午岭林区植被的破坏与恢复对土壤侵蚀
的影响认为 , 无论林地 、砍伐迹地或草地 , 当地面为
植被所搜盖 , 或土壤被密集的根系所固结时 , 降雨 、
坡度等 自然因素对土壤侵蚀的作用很微弱 , 而土壤
表层一 旦失去植被保护或根系的固结时 , 降雨 和地
形等因素对侵蚀的作用则十分明显 , 侵蚀速率可增
至原来的数百倍 , 甚至更多 。 在人为加速侵蚀地仄 ,
人为活动一 旦停止 , 影响土壤侵蚀最敏感 的因子已
不是地形 , 而是决定于植被恢复的速率和程度 。 H of -
m an 等「’]利用人工降雨研究开垦牧地 土壤和植被
因子与土壤流失和径流之间的关系 , 结果表明 , 随着
地面筱盖的增加 , 土壤的分散减少 , 径流中的泥沙降
低 , 植被和地面覆盖 与土壤流失和径流相关的程度
高 , 而与土壤容重 、土壤水分 、根量 、土壤团聚体和 土
壤粒级一般不相关 。 可见 , 植被因子是影响土壤侵蚀
的敏感性因子 , 具有根本上治理水土流失的作用 。事
实证明 , 不论是高大的森林还是低矮的灌从草原 , 只
要群落盖度大 , 都能基本 L控制水土流失 。对水土保
持而言 , 起关键作用的是植被群落的盖度 。在黄土 高
原 , 不论草原区或森林草原区 ,植被皆以草原占居优
势[’] , 但由于人类不合理的社会经济活动 , 草原植被
的分布 已丧失连 片 的地带分布规律 , 植被的资源 量
不大 , 到处是光秃岭 , 植被覆盖度极差 , 水土流失非
常严重 , 以至造成黄河下游河道淤积 、 河床抬高 , 加
剧了洪水威胁 , 给黄河防洪治理和水利 I一程的运行
带来严重隐患 。因此 , 研究黄土高原人 一_ 草地的水土
保持减水减沙效益与有效盖度 , 对黄土高原的水土
保持规划 、水土保持效益评价和生态环境建设等都
具有极其重要的意义 。
曾伯庆等 [s] 、 侯喜禄等 [e1 、 Ni w a t「7 ’的研 究结果
表明 , 降雨条件与盖度对草地减水减沙效益影响很
大 。 关于草地减水减沙效益的研究虽然进 行 r 很
多 [8 一 ” ! , 但将盖度与降雨两方面综合考虑评价其减
水减沙效益的研究尚不多 。 对于有效植被盖度 , 不少
学者从不同的方面进行过研究 , 由于研究对象不同 ,
概念不明确 , 致使有诸多的有效盖度 (洲 % 一 7() 纬 ) ,
而且为一定值 [s, 6 · ’3 ·川 。 土壤侵蚀 的大小是降雨 、 土
壤 、植被 、 地形等因子共同作用的结果 , 要是土 壤流
失量小于某一定值时 , 在不 同的降雨 、地形条件下 ,
要求的植被盖度是不一样的 。 张光辉等 ! ’‘’定 义有效
植被盖度是指在一定区域内(气候 、 土壤等因素相对
稳定的条件下 ) , 某块草地和林地保持土壤使土壤侵
蚀量降低到土壤最大允许侵蚀量以内所需的植被盖
度 。它是气候 、土壤的函数 , 同时随着植被类型 、地形
地貌等因素的变化而变化 , 对于某一给定草地和林
地 , 它是从临界有效盖度到 1 这样一个数字区间 。但
未对不同条件下植被有效盖度进行定量研究 。为此 ,
本文就不同盖度的人工草地在不同降雨条件下的水
土保持减水减沙效益 , 以及不同坡度和次降雨情况
下 , 人 〔草地的有效盖度进行分析 。
1 材料与方法
L l 分析资料
用于分析的资料为黄上高原绥德辛店沟和韭园
沟 (19 5 9 一 19 6 3 ) 、绥德王茂沟 (1 9 6 1一 1 9 6 4 ) 、延安大
贬沟 (1 9 5 9 一 1 9 6 7 ) 、 山西离石王家沟 (1 9 5 7一 1 9 6 6 ) 、
以 及安塞 (1 9 8 0一 1 9 8 9) 坡耕地 、 草地径流小区 的基
本情况资料 , 径流场逐次径流泥沙测验资料 , 以及降
水量摘录资料 。径流小区的坡度在 20 “一 35 “之间 , 坡
长在 l()一 4 o m 之间 , 小区面积为 10 0 一 5 0 0 m Z 。 坡
耕地小区种植 的作物主要为谷子 (S e r a r ia m izze r ) 、
糜子 (P o n ic u m m ilia c e u m ) 、 豆类 (L ￡g u m in o sa e ) 、高
粱 (S o r g h u m 二 u lg a r e ) 、 马铃薯 (S o la n u m tu be ro su m )
等 , 作物盖度在 。% 一 60 %之间 , 且多在 35 % 以下 。
人 r 草 地 小 区 的 牧 草 主 要 为 首 楷 (几介di ,a g 。
s a r ,二 a ) 、 草木择 (M e lilo tu 、 、u a v e o lw n a )和 沙 打旺
M
、t r a g a zu s a d su r g e n s )等 , 盖 度 在 ()%一 0 0 %之间 。 草地径流小区的基本情况见表 1 。
1
.
2 减水减沙效益分析
1
.
2
.
1 以坡耕地为对照 , 选择降雨大于坡耕地侵蚀
性降雨标准的资料 , 计算草地相对于坡耕地的减水 、
减沙量 , 从 而得 出草地 相对于坡耕地 的减水减沙
效益 。
1
.
2
.
2 采用降雨量 (P )与最大 3 0 m in 雨强 (1 3 。)的
乘积 (P1 : 。)作为侵蚀性降雨指标 。 将所有侵蚀性降
雨资料 , 分别按 P1 3 〔,和 13。由大到小排序 , 计算相应的
侵蚀 累积百分 比 (E p ) , 再点绘 P1 3。和 1 3。与侵蚀累积
百分 比散点 图 , 进行模 拟配线 , 取 E p 一 95 % 时 的
Pl
: .和 I 值 , 作 为坡耕 地侵 蚀性 降雨标 准 。 选择
2 0 一 3 5 “之间的坡耕地径流小区侵蚀性降雨资料共
1 7 8 草 地 学 报 第 9 卷
T a b le l
地点
S it
e
场号 种类
S Pe e ie s
表 l 草地径流小区荟本情况
T h e b a s ie d a t a o f
.
g r a s s la n d r u n o ff p lo t
坡度 坡长
G r
a
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e n t Slo p e le n g t h
(m )
盖度
V
e g e t a t 一o n
(% )
资料年限
P lo t N o
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扫介RUC7.山八巾†O”. .⋯d八j‘皿,乙‘JC少目工Ln乙月呀心q‘gJQ亡JR”哎」O乙,口,月八曰0OC.⋯通几,‘左
‘一了尸aoŽ16njJg”9目,自八几白今
00山内j邝心曰了0乙..⋯4A‘q‘,目3乙0L丹h浦b内”6内1亡JJ勺d盆‘通且20‘心n乙,.几111电11, i
7 首蓓 旅dlca go : at i二 L
9 草木杯 材七111以u : , u a o e ol w n a I e d e b
3 1 草木杯 材亡11 “u : , ua ~ lw o a I e d e b辛 10 X in 10 牧草 Fo r a g e
辛 11 X in 1 1 牧草 Fo r a g e
辛 12 X in 12 牧草 Fo r a g e
辛 13 X in 1 3 牧草 Fo r a g e
辛 14 X in 1 4 牧草 Fo r a g e
验 3 1 Y a n 3 1 首箱 材七d ic a即 s a ti、 1 .
小 10 X ia o 10 草木杯 材以ilo t u : , u a , 。 lw n a l e d e b
小 1 1 X ia o 1 1 首蓓 凡介己比a即 sa t、 1 .小 1 7 X ia o 17 首箱 材七d ic a即 : a t iv a 1 .
小 1 8 X ia o 18 草木钾 材e li lot u : , ua o e ol w n a I e d e b
小 1 9 X ia o 19 首箱 材七d oc a即 : a t i如 1 .
小 2 0 X ia o 20 草木杯 材刁i lot u ‘ , ua 。。汉w , a I e d e b
验 3 2 Ya n 3 2 首楷 材七己二a即 , a z io a IJ .
验 3 3 Y a n 3 3 首蓓 材亡己‘a即 , a ti t,a 1 .
验 3 4 Ya n 3 4 首蓓 几介己ic a即 sa t,二 1 .
育 2 2 Y u 2 2 首楷 材七d ica 卯 : a ti、 1 .
育 2 3 Y u 2 3 牛筋子 肠sPe d 亡z a Pot a o i , 11
育 24 Y u 2 4 牛筋子 2七护亡己巴z a Pot a o in i i
育 2 5 Y u 2 5 牛筋子 几sPe山z a Pota 。‘n ii育 2 6 Y u 2 6 牛筋子 肠sP e己己z a Pot a o io i i
育 2 7 Y u 2 7 牛筋子 坛sP司“a 加 ta o io i i
育 2 8 Y u 2 5 牛筋子肠sPed e z a Pot a n . n ii
育 2 9 Y u 2 9 牛筋子 肠sP , d e z a 加ta , in i ;
育 30 Y u 3 0 牛筋子扮sP记, z a P耐a n ; , 11
育 3 1 Y u 5 1 牛筋子 肠sP司改 a Po ta n i , 11
育 32 Y u 3 2 牛筋子 了七 , P心。二 a 户ot a n ‘。 : i
3 1
.
5
绥德辛店沟
S u id e X 一n d a in
面积
A r
e a
( m
Z )
1 00
10 0
4 00
3 33
3 88
5 7 1
5 5 5
6 70
4 60
4 1 1
4 78
3 9 6
3 9 6
3 7 2
2 0 1
v a lle y
3 7一 10 0
6一 9 5
0一8 0
5 0
6O
6 0
60
6 0
60
6 0
4 0
4 8
4 8
4 8
4 8
,
2 5
4 0
4 0
4 0
60
30
3 0
30
3 0
3 0
3 0
30
3 0
30
3 0
1 95 5 一 1 9 6 0
1 95 5 一 1 9 60
1 95 7 一 1 9 6 0
1 95 8
1 9 58
1 95 8
19 58
1 95 8
1 9 59
1 9 59
1 9 5 9
1 9 60
1 9 60
1 9 60
1 9 60 , 19 6 1
1 9 6 1
1 9 6 1
1 9 6 1
1 9 6 1
1 9 6 1
1 9 6 1
1 9 6 1
1 9 6 1
1 9 6 1
1 9 6 1
1 9 6 1
1 9 6 1
1 9 6 1
1 9 6 1
八乙O9曰n巴JA‘J任d”通Q†q、O”洲R„O口0内hbƒƒti”Ž匕Jr内O‘
1l
1 9 5 9
1 9 5 9
1 9 5 9
1 9 5 9
1 9 5 9
1 9 5 9
1 9 5 9
1 9 6 0
1 9 6 1 , 1 9 62
1 9 6 3
1 9 6 1
1 9 6 2
,
1 9 63
Jqr亡d匕6U00,J八占11111‘牛
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叮‘Jq0⋯dQO山人‘八Jq†n”匕d‘几乙n1.”l绥德韭 园沟
S u id e Jiu y u a n
v a lle y
5 4
。
28
3l28
水 1 2 Sh u i 12
水 1 3 Sh u i 13
西 2 X i Z
团 4 T u a n 4
团 5 T u a n s
想 5 X ia n g s
想 6 X ia n g 6
关 3 G u a n 3
捻 6 N ia n 6
烤 2 5 N ia n 2 5
想 1 7 X ia n g 1 7
李 1 1 1禅门 l
首蓓 山‘‘介a g o sa l二 I-.
草木杯 材以i lot u : 、ua , 0 1二。 a I e d e b
草木娜 几6 ltl o t “: 、u a t,’刀 2~ a I e d e b
草木钾 材亡打lot u , : ua , 0 1二 a l e d e b
草木杯 材己l公lo t 二: : ua o ol 、” a IJ e d e b
草木柳 材亡八lot “: , u a , Ol o a I e d e b
草木杯 材el i lo t 。 : : ua 优0 2, a l碑 e d e b
首范 几‘以介a g o ‘t勿a l-.
首楷 材亡己tca go : at i做 L .
首楷 A介‘介a g 。 J a ti o a IJ .
首蓓 材亡di ca go , at ‘做 I_ .
首箱Me d 二a g 。 。“。a 卜.
首褚 几介己ic a即 ‘ ri o a 1 .
草木钾 M , l, 扣t u , : u 。 , o彻n a I o d e b
草木择 材七li lo t u : : 。a o e o l, a L e d e 卜
草木择 材亡li lot u 、 : u a z,e o lw n a l矛 e d e b
首褚怂己比a g o 、a tiv a 1 .
沙打旺 S a tra g a lu : a da u r岁 n s
沙打旺 S a t ra 卯z。 : a j a u rg e n s
首箱 M“Ica go : at i、 L
草木择 材亡石lot u : :‘。。l, n a I e d e b
红豆草山必砂‘h i : v ; c‘a ej bt ia
:;{;
2 8
.
0 , 2 3
.
2 0
.
0
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.
0
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6 8
6 0 9
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1 1 2
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19 6 6
1 9 6 7
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0 1 0 0
1 6 9
.
6
1 6 9
.
6
1 6 9
.
6
1 6 9
.
6
5 0 ~ 9 5
5 0一 9 5
1 0 ~ 80
1 0一 8 8
1 0 ~ 60
1 9 8 3一 1 98 5
19 8 3 一 1 98 6
1 9 8 3一 1 98 6
19 8 3一 1 9 8 6
19 8 3一 1 98 6
,J口dnj00.⋯OC†二任日斗山‘安塞纸坊沟A n s a i z h ifa n gv a lle y
2 7
.
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3 2
.
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3 2
.
0
3 2
.
0
3 2 0
第 3 期 焦菊英等 : 黄土高原人工草地水土保持减水减沙效益与有益盖度 ’ 1 7 9
4 2 4 场 ,确定 20 “一35 “坡耕地的侵蚀性降雨标准 。 经
统计分析 ,结果如下 :
PI
3。
= 0
.
o ll 8 E p Z一 2 . 1 2 2 5 E p + 9 8 . 3 3 8
1
3 。
= 一 0 . 4 5 6 5 In (E P )+ 2 . 3 1 9 2
.
9 6 2
.
9 6 4
当 E p = 9 5 % 时 , PI3。 = 3 . 2 0 m m , / m in , 13 。 =
0
.
2 4 m m / m in
。 故 以 PI3 。 > 3 . 2 m m Z / m in 和 130 )
0
.
2 5 m m / m in 作为 2 0 0 一 3 5 0坡耕地的侵蚀性 降雨
标准 。
1
.
2
.
3 整理降雨 PI3。 > 3 . 2 0 m m Z / m in , 13。 ) 0 . 2 4
m m / m in
, 且无整地工程措施 (如地埂 、水平沟 、 鱼鳞
坑 )的小区 资料 1 10 场次 , 经统计分析 , 得到草地的
减水和减沙效益 与降雨 、盖度 的关 系如 下 (v 取值
0 一 1 0 0 ) :
R % = 一 5 1 . 7 9 9 + 3 9 . 6 9 5 10 9 (v / PI3 。) + 6 1 . 9 3 4 10 9 (v )
S % = 一 1 0 8 . 5 2 0 + 4 6 . 1 9 410 9 (v / PI3。 )+ 8 4 . 8 1 3 10 9 (v )
.
7 1 5 二 n = 1 10
.
7 8 7
份 .
式 中 : R %为草地相对减水效益 (环) ; S 肠为草地相
对减沙效益 (% ) ; V 为草地盖度 (O~ 1 0 0 ) ; PI3 。为降
雨特性指标 (3 . 20 一 10 0 m m Z / m in ) 。 依据上述关系
式 , 得到不同降雨条件下不同盖度草地的减水减沙
效益 。
1
.
3 有效益度研究
在土壤和植被类型相对稳定的条件下 , 土壤侵
蚀是由降雨 、地形和植被因子共同作用下的结果 。 要
使土壤侵蚀模数小于水土保持期望的目标值 (允许
土壤流失量 ) , 降雨 、地形和植被搜盖因子三者之间
必存在一定的相互制约关系 , 如图 1 所示 。即当坡度
相同时 , 植 被盖度要随着降雨指标 (PI 3 。)的增大而
增大 ; 当降雨条件相同时 , 植被盖度则随着坡度的增
大而增大 ; 而当植被盖度相 同时 , 降雨指标 (PI 3 。)与
坡 度则成 反 比关系 , 降雨指标 (PI 3。 )大 , 则坡度要
小 , 坡度大 , 降雨指标 (P 13 。)要小 。 可见 , 水土保持有
效盖度的大小受制于地形和降雨因子的变化 。
植被盖度
C o v e r眼e o f v e g e ta tio n
水土保持期望的土坡俊蚀模数
The e x Pe e ta t io n 5 0 1 1
e r o s i o n m o d u lu s o f 5 0 11
a n d w a t e r e o n s e r v a t io n
降雨因子 (PI3。)
Ra i
n fal 日hc to r
地形因子 (坡度 )
T o PO g ra Phy 几‘to r
圈 l 土坟住蚀小于允许流失 . 时降雨因子 、地形因子与植被益度三者的相互关系
F ig
.
1 C o n d itio n a l r e la t io n s hip a m o n g e o v e r a g e o f v e g e t a tio n
, r a in fa ll fa e to r a n d to p o g r a p hy fa e t o r
w he n 5 0 11 e r o s io n 15 le s s th a n m a x im u m P e rm is s ib le 5 0 11 10 5 5 a m o u n t
1
.
4 确定水土保持期望的土坡俊蚀模数
当林草对地面菠盖达到一定程度时 , 才能起 到
防治 土壤 侵 蚀 的作 用 , 也 才能 算 作水 土 保 持措
施 [le ] 。 对于某一特定的地点来说 , 令人满意的水土
保持措施是其土壤侵蚀量小于该地的土壤侵蚀允许
值阳 1 。 在现代生产技术条件下 , 维持土壤获得永久
经 济效 益所 允许 的最 大 土壤 流 失 量 为 20 k g /
10 0 m
Z「‘3 」, 即为 Zo o t / k m , 。 因此 , 本文以土壤侵蚀
模数 < 2 0 t/ km , 作为次降雨条件下 , 草地水土保
持有效盖度的期望 目标值 。
1
.
5 草地水土保持有效益度与降雨 、坡度的关系
水土保持有效盖度为临界有效盖度到 10 0 %的
一个数值区间 , 确定临界有效盖度时 , 分析资料应选
18 0 草 地 学 报 第 9 卷
降雨 、坡度相同时的最小盖度 , 否则 , 结果会偏大 ; 并
剔除有整地工程措施 (如地埂 、水平沟 、鱼鳞坑 )的小
区 资料 , 否则 , 结果会偏小 。 根据草地径流小区 的资
料 , 整理降雨 PI3 。> 3 . 2 0 m m Z / m in , 1 3。> 0 . 2 4 m m Z /
mi
n , 土壤侵蚀模 数 < 2 0 t/ k m , 的侵蚀 性降雨 资
料 , 并选择降雨 、坡度相同时的最小植被盖度的资料
来分析林地 、草地的水土保持临界有效盖度 。得到符
合 L述标准和条件的降雨侵蚀资料林地 78 场次 , 草
地 68 场次 , 经 回归分析 , 草地的水土保持临界有效
盖度 (v )与 Pl: 。的关系如下 (v 取值为 。一 10 0 ) :
v = 一 10 3 · 琴0 + 3 4 . 6 2 10 9 (P I3 。) + 7 8 . 9 7 10 9 (s ) r = O · 7 8 0
式中 : v 为草地临界有效盖度 (0 ~ 1 0 0 ) ; P1 3 。为降雨
特性指标 (3 . 2 一 1 0 0 m m , / m in ) ; S 为草地‘的坡度
(2 0
0一 3 5 0 ) 。
2 结果与分析
2
.
1 水土保持的减水减沙效益
通过上述关系式 , 得到不同降雨条件下不同盖
度草地的减水减沙效益如图 2 所示 , 可 以看出 :
2
.
1
.
1 减水减沙效益随着 PI 3。的增大而减小 , 且减
幅程度逐渐变小 。 说明草地即使在大暴雨时仍然具
有缓和土壤侵蚀的作用 。
既胜叽9”勺Jd‘‘一b了.0口O曰”“一60543987210
ƒ承„p叫J。uq
bou叫。nPŽ†ua日州的角龙侧拼窿09876542310ƒ承„衬叫Jauaq.u喇。nPaŽJou巴侧拱关龙 3 5 7 9 1 1降雨指标 13 1 5 1 7 1 9PI 3 0 3 5 7 9 1 1 1 3 1 5 1 7 1 9降雨指标 PI3 0
图 2 不 同盖度在不同降雨条件下减水减沙效益
Fi g
.
2 T h e r u n o ff a n d s e d im e n t r e d u e iri g b e n e fi ts o f g r a s s la n d
w i th d iffe r e n t e o v e r a g e in d i ffe r e n t I n d iv id u a l r a in fa ll e o n d it io n s
ƒ承„.的旧Ž‘>o切侧相
2
.
1
.
2 当草地盖度 < 50 %时 , 随着 PI 3 。的增 大 , 减
水减沙效益减小的幅度较大 ; 而当盖度 > 50 %时 , 减
水减沙效益随着 PI 3 。的增大 , 减小的幅度逐渐变小 。
2
.
1
.
3 减水减沙效益随着草地盖度的增大而增大 ,
且增幅程度逐渐变小 。 说明当草地的盖度达到一定
程度时 , 降雨对土壤侵蚀的影响作用减弱 。
2
.
1
.
4 当草地盖度 > 40 % , 在大的暴雨下具有较为
明显的水土保持作用 。 草地的减沙效益大于减水效
益 , 这是因为 草地 的土壤较为紧实 , 人渗速率较低 ,
易产流 ; 而土壤的抗蚀性较强 。
1 0 0
.
0
8 0
.
0
6 0
.
0
4 0
.
0
2 0
.
0
严蓄
一 . ~ 叫. . - J勺
3 5 7 9 1 1 1 3 1 5 17 19
降雨指标 P I3 0
2
.
2 水土保持有效盖度
2
.
2
.
1 在降雨 、坡度相 同的情况下 , 草地临界盖度
随着 P1 3 。的增加而增加 , 其增加的幅度逐渐减缓 , 特
别 是 当坡度 为 2 0 “ 、 2 5 “ 、 3 0 “ 、 3 5 。 , 盖度分 别大 于
图 3 不 同降雨和坡度与草地水土保持临界
有效盖度
F 19
.
3 E ffe e t i v e e o v e r a g e o f g r a s s la n d fo r 5 0 11 a n d
w a t o r o o n s e r v a t io n in d i ffe r e n t r a 一n fa ll a n d s lo Pe e o n d it io n
5 5 %
、
6。% 、 6 5 % 和 7 0 % 时 , 降雨因子对临界有效盖
第 3 期 焦菊英等 : 黄土高原人工草地水土保持减水减沙效益与有益盖度 . 1 8 1
度的影响减弱的较快 。在降雨条件相同时 , 临界有效
盖度随着坡度的增大而增大 , 坡度越大 , 增加的幅度
则有所减缓 。 (图 2 、 3) 。
2
.
2
.
2 由于草地水土保持的有效盖度是草地建设
与水土保持规划的一个重要的指导性指标与设计依
据 , 因此 , 在不同降雨频率下的有效盖度可为水保部
门提供草地建造的不同设计标准 。 根据河龙区间五
寨 (2 9 年 ) 、榆林 (2 7 年 ) 、 兴县 (2 1 年 ) 、 绥德 (19 年 ) 、
延安 (2 9 年)和瞩县 (27 年 )六个代表雨量站的次降
雨资料 , 统计每年 PI 3 。最大值 , 进行频率分析 , 得到
了不同 PI 30 值的频率见表 3 。 与不同降雨 、地形条件
下 , 草地水土保持临界有效盖度 (表 2) 结合 , 可得出
不同坡度草地抵抗不同年一遇暴雨的水土保持临界
有效盖度 ,作为水土保持林草措施建设的参考指标 ,
如在 10 年一遇的暴雨条件下 , 有效发挥草地的水土
保持作用 ,若坡度为 2 0 0 、 2 5 0 、 30 0 、 3 5 0时 , 草地的临界
有效盖度要分别达到 63 . 4 % , 71 . 1 %和 82 . 6 % 。 若
以减水减沙效益达到某一期望值作为 目标指标 , 可
结合图 1 得出草地抵抗不同年一遇暴雨时所要求的
盖度 , 如在 1 0 年一遇的暴雨下 , 要使减沙效益达到
50 %
, 草地盖度要达到 70 % 以上 。
裹 2 不同降雨和地形与草地水土保持临界有效益度 (% )
T a b le 2 E ffe e t iv e e o v e r ag e o f g r a s s la n d fo r 5 0 11 a n d w a t e r e o n s e r v a t io n in diffe r e爪 r a in fa ll a n d s lo p e e o n d it io n
不 同坡度草地临界有效盖度
P1
3 o
(
’
r it i
c a l
e
ff
e c t iv e c o v
e ra g e o f g r
a s s
la n d in d iffe r e n t s lo p
e
PI3
o
不同坡度草地 临界有效盖度
C r it ie a l e ffe e t iv e e o v e r a g e o f g r a s s la n d in d iffe r e n t slo pe
20
0
2 5
0
3 0
0
3 5
0
2 0
0
2 5
.
30
0
3 5
0
5 2 3
.
7 3 1
.
4 3 7
.
6 4 2
.
9 5 5 5 9 8 6 7 4 7 3 7 7 9 0
10 34
.
2 4 1
.
8 4 8
.
1 5 3
.
4 60 6 1
.
1 6 8
.
8 7 5
.
0 80
.
3
15 4 0
.
3 4 7
.
9 5 4
.
2 5 9
.
5 65 6 2
.
3 7 0
.
0 7 6
.
2 8 1
.
5
20 4 4
.
6 5 2
.
2 5 8
.
5 6 3
.
8 70 6 3
.
4 7 1
.
1 7 7
.
3 82
.
6
25 4 7
.
9 5 5
.
6 6 1
.
8 6 7
.
1 75 6 4
.
5 7 2 1 7 8
.
4 83
.
6
30 50
.
7 5 8
.
3 6 4
.
6 6 9
.
9 80 6 5
.
4 7 3
.
1 7 9
.
3 84
.
6
35 5 3
.
0 6 0
.
7 6 6
.
9 7 2
.
2 85 66
.
3 7 4
.
0 8 0
.
2 8 5
.
5
40 5 5
.
0 6 2
.
7 6 8
.
9 7 4
.
2 90 67
.
2 7 4
.
9 8 1
.
1 8 6
.
4
45 5 6
.
8 6 4
.
4 7 0
.
7 7 6
.
0 9 5 68
.
0 7 5
.
7 8 1
.
9 8 7
.
2
50 58
.
4 6 6
.
0 7 2
.
3 7 7
.
6 10 0 68
.
8 7 6
.
4 8 2
.
7 88
.
0
衰 3 不同 P 13. 位的发生绷率 (% )
T a ble 3 T h e fr e q u e n e y o f d iffe r e n t PI
3 。 v a lu e
m m Z/ m in
撅率 F re q u e n e y(% )
五寨 愉林 兴县 缓德 延安 照县 平均
W u z h
a
i Y u lin X in g x ia n S u ld
e
Y
a n a n X ix ia n A v
e r a g e
3 讨论
3
.
1 本文分析的水土保持减水减沙效益 , 其效益的
大小主要取决于草地盖度 , 而流域或区域水土保持
减水减沙效益的高低 , 则取决于盖度的大小和面积
的多少 , 而且草地的分布部位 、降雨的空间分布与强
度对效益的影响也很大 。
3
.
2 植被盖度在水土保持中的作用十分重要 , 其大
小与土壤侵蚀的程度密切相关 。 在 4 0 m m 左右年
降雨量的条件下 , 加之黄土土层深厚 , 首楷 、草木择 、
沙打旺 、红豆草 、披碱草 、老芒麦等多年生或二 、 三年
生豆科 、禾本科 牧草 生 长十分 旺 盛 [4] , 盖 度 可达
80 %以上 〔’8〕。 结合本文中水土保持有效盖度的分析
结果 , 说明黄土高原草地恢复及其水土保持的前景
是较为可观的 。
3
.
3 植被具有从根本上治理水土流失的作用 , 但由
于黄土高原干早的气候环境 , 植被建设必须与整地
工程措施相结合 , 如水平沟 、水平阶 、鱼鳞坑 ,甚至与
水平梯田相结合 , 为林草植被的生长创造 良好水分
条件 。 在大规模的林草建设初期 , 由于土壤的扰动 ,
一遇暴雨 , 反而会增加水土流失 。 因此 , 应进行综合
治理 , 发挥各项措施的水土保持作用 。并实行 以草为
乙伪0厂J己八亡00 I⋯OCŽU15h八乙OJ冉dbC乙1110590521839.0070421518.
00108.7.640 50107.65东0031419.867089102
1 8 2 草 地 学 报 第 9 卷
主的战略 , 采取草 、灌 、林的先后次序 , 实现黄土高原
植被的恢复与重建 。
4 结论
4
.
1 黄土高原人工草地多分布在 20 “一 3 50 的坡地 ,
通过对 20 。一 3 50 坡耕地径流小区侵蚀性降雨资料的
统计分析 , 其侵蚀性降雨标准为 : P1 3 。 > 3 . 2 m m , /
m in
, 且 13 。> 0 . 2 8 m m Z / m in 。
4
.
2 当降雨指标小于坡耕地侵蚀性降雨标准时 ,草
地并不发挥水土保持作用 , 减水减沙效益为零 , 当降
雨指标大于坡耕地侵蚀性降雨标准时 , 其减水减沙
效益随着降雨指标的增大而减小 , 与降雨 、盖度的关
系为 (v 取值 。一 1 0 0 ; PI3 。取值 3 . 2 0 一 1 0 0 m m Z /
m in )
:
R % = 一 8 1 . 7 9 9 + 3 9 . 6 9 5 10 9 (v /P I3。 )+ 6 1 . 9 3 4 10 9 (v )
S % = 一 10 8 . 5 2 0 + 4 6 . 1 9 4 10 9 (v / P I3 。) + 8 4 . 8 1 3 10 9 (v )
4
.
3 在土壤相对稳定的情况下 , 要使土壤侵蚀模数
小于某一定值 , 降雨 、地形和植被覆盖三者之间存在
着一定 的相互制约关系 , 即草地的有效盖度随着降
雨和坡度的增大而增大 , 当临界有效盖度达到一定
程度时 , 降雨与坡度对其的制约影响减弱 , 若 以 20 0
t
/k m
Z 作为允许土壤流失量 , 植被盖度与降雨 、 坡度
三者的关 系为 (v 取 值为 。~ 1 0 ; S 取 值为 2 0 一
3 5
0
)
:
v = 一 1 0 3 . 20 + 3 4 . 6 2 10 9 (P I3 。) + 7 8 . 9 7 10 9 (s )
4
.
4 评价植被保持水土 、涵养水源的重要和直接的
指标是坡面的产流 、产沙特征和流域的径流与输沙
特征 [l 9 1 , 可见减水减沙效益是水土保持 的基 本效
益 ,是评价草地水土保持作用的基础 。植被有效盖度
是以土壤侵蚀小于允许土壤流失量或减水减沙效益
达到期望指标为前提 , 是降雨 因子 、地形因子 、土壤
因子和植被类型的 函数 , 其变化范 围在临界有效盖
度到 1 0 %之间 。 草地 的水土保持减水减沙效益与
有效盖度是水土保持草地建设中的一个重要的指导
性指标和规划设计依据 。
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