北京山区河岸立地类型与植被水土保持功能研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:reddhong
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本论文以北京市怀柔区怀九河典型河岸带为研究对象,结合资料收集与查阅,并进行了3个月的野外实地观测调查、室内试验、野外放水冲刷试验。分析河岸带不同立地特征、植被与土壤变化特征以及河岸带边坡植被的水土保持功能。评价山区河岸带基本健康情况、评价典型植被护坡功能,并为受损河岸带进行生态恢复提供基础理论以及参考依据。主要研究结果如下:  (1)以北京市怀柔山区怀九河河岸60个80m长的样地为基础,在确定了坡面土壤层厚度、硬化面积、坡度、坡长等立地因子的条件下,将怀九河河岸带的立地类型划分为土质区、石质区、硬化质区3个立地类型区,9个立地类型组,15个立地类型。筛选了加杨、旱柳、荆条、胡枝子等适宜进行植被恢复的当地适生植物种,并在考虑有不同立地特点的河岸带合理的进行植被配置,为河岸边坡进行生态安全环境建设提供理论支持。  (2)在基于每个样地调查的基础上,将河岸带划分为自然型、近自然型和人工型3种典型河岸带。调查区内河岸带植被组成以草本占绝大多数,约占总物种数的79.22%,而乔木与灌木种类分布较少,且不同河岸类型下的植被多样性指数差异性显著(p<0.05),自然型河岸植物物种Shannon-Wiener指数(4.6±0.16)以及Margalef指数(7.26±0.40)要明显大于近自然型(3.82±0.16、6.36±0.32)以及人工型河岸(3.94±0.18、5.40±0.42),表现为干扰下的河岸带生境不断退化。  (3)随干扰程度的增加,土壤质量不断下降,其中,土壤有机质质量分数(%)分布自然型河岸带表现较高(4.88±0.43%),人工型河岸带表现较低(1.92±0.15%),土壤密度(g/cm3)分布自然型表现较低(1.18±0.03g/cm3),人工型河岸带(1.52±0.03g/cm3)土壤密度最高,通透性较差。调查区内植被多样性与土壤理化性质间具有潜在的相关性,其中,植被的Pielou指数与土壤有机质质量分数显著正相关(p<0.05),植被Margalef指数与土壤密度极显著负相关(p<0.01)、与土壤总孔隙度显著正相关(p<0.05),而植物物种Shannon-Wiener指数与土壤理化指标间相关性不显著。  (4)通过野外简易径流小区的放水冲刷实验,6种不同植被类型小区在3种上方来水流量条件下(4、6、8L/min)的产流产沙特征差异显著(p<0.05)。6种不同植被类型小区以狗牙根坡面平均总产流产沙量最少(24.40±18.28L/m2、0.08±0.05kg/m2),显著小于裸坡坡面的平均总产流产沙量(65.86±28.85L/m2、3.21±0.90kg/m2)(p<0.05)。植被具有明显的减流减沙效益,且减沙效益(78.66±4.67%)要明显大于减流效益(36.16±11.27%)。不同植被坡面下以狗牙根小区平均产流速率(1.50±0.34L/min)、平均产沙速率(6.16±4.00g/min)最小,水土保持效益最好,其次为灌草小区坡面(平均产流速率2.54±0.43L/min、平均产沙速率49.60±50.65g/min)。不同植被类型下稳定入渗速率差异显著(p<0.05),狗牙根小区稳定入渗率最大(129.0mm/h),其次为灌草小区,稳定入渗率为93.9mm/h,表现出对坡面径流具有较好的拦截入渗效益。  (5)不同的植被类型径流小区,坡面径流水动力学参数变化不同。3种放水流量条件下,不同植被类型小区坡面平均流速为0.165±0.027m/s。对比裸坡条件下的平均径流流速(0.276±0.019m/s),各植被小区的平均径流流速(0.139±0.034m/s)下降幅度为49.64%,植被具有明显的减缓径流流速效益。3种放水流量条件下,除狗牙根坡面径流流态表现为层流缓流外,其它坡面均表现为层流急流。阻力系数以及曼宁糙率系数随流量的上升变化规律不明显,其中狗牙根小区阻力系数平均变化最大(5.07±3.95),其次为荆条坡面(2.72±0.45),阻力越大,对径流的阻拦作用越为明显。  (6)春秋两季植被在对坡面的水土保持效益方面差异显著(p<0.05)。秋季试验中不同植被小区的平均总产流产沙量分别为19.82±5.83L/m2、0.03±0.02kg/m2,较春季试验不同植被小区的平均总产流产沙量(43.29±23.90L/m2、0.71±0.56kg/m2)分别下降了54.22%、95.77%。对比春季放水试验,秋季期间各植被小区的平均产流产沙速率(1.84±0.68L/min、3.47±2.76g/min)也分别下降了38.29%、93.75%。综上所述,植被在秋季对坡面产沙的阻拦作用效果显著。
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