植被覆盖条件下坡面流水力学及养分迁移特征

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nsnsd_
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水力侵蚀是我国分布面积最广、危害最大的土壤侵蚀形式,严重制约我国生态文明建设和社会经济发展的步伐。坡面流是水力侵蚀和面源污染的主要动力因素,草本植物通过影响土壤和侵蚀水流特性从而影响坡面侵蚀及养分迁移过程。本文通过在北京高庙屯小流域进行野外放水冲刷试验研究草本植物对坡面侵蚀过程和坡面流水力学特性的影响;通过在北京鹫峰地区进行室内模拟降雨实验,研究草本植物对养分迁移机制的影响。得出主要结论如下:  (1)草本植物具有减少侵蚀的作用,且随植株密度的增加植被减蚀的作用越明显,其中植株行排列较随机排列减沙效果更显著。坡面侵蚀模数先增大后减小,植株密度增加会增加其变化幅度,其中植被随机排列坡面侵蚀模数的变化趋势较行排列坡面平缓。  (2)草本植物能有效降低坡面流紊动性,植株布设方式对雷诺数和弗汝德数影响较小。雷诺数随时间前期呈上升趋势,后期趋于稳定,其增加幅度随植株密度增加而增加,植株布设方式对该过程影响不显著;弗汝德数随时间前期波动明显(0~2min),后期缓慢下降(2~10min),其变化过程随植株密度增加趋于平缓,植株布设方式对该过程影响不显著。  (3)坡面流阻力系数随植株密度的增加而增加,其中行排列较随机排列增阻作用更明显。阻力系数随冲刷历时呈幂函数增长,植株能有效减低其动态变化幅度,植株随机排列下的阻力的动态变化过程较行紧密更平稳。对阻力系数进行逐步回归:f=2.350t0.012Q出-3.178C0.084,结果表明阻力系数动态变化与坡面流入渗过程关系密切,与坡面侵蚀过程关系较小。  (4)草本植物通过对侵蚀过程的控制从而减少养分随泥沙流失。植株控制养分随养分流失作用主要来源于植株的地下部分,植株地上部分控制养分流失作用相对较小。紫花苜蓿(Medicago sativa L.)地上部分对全氮的控制效果优于狗尾草(Setariaviridis L.),对全磷和速效钾的控制效果与狗尾草无显著差异;紫花苜蓿地下部分控制全氮、全磷和速效钾的作用明显差于狗尾草。  (5)植株覆盖能有效减少养分随径流流失,其作用主要来源于植株对坡面径流量的控制。径流中养分浓度动态变化前期迅速下降然后趋于稳定,幂函数能很好地模拟养分迁移过程,表明幂函数更适宜于面源污染模型构建。完整植株和植株地下部分都能减缓径流养分(全氮、全磷和速效钾)动态变化过程的幅度;但植被地上部分能增加径流中全氮养分动态变化幅度,减少径流中全磷养分动态变化幅度,对速效钾的作用不明显。
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