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1、第20卷第5期农业工程学报Vol.20No.52004年9月TransactionsoftheCSAESept.2004反坡梯田造林整地工程对坡面产流的作用机制121王进鑫,黄宝龙,罗伟祥(1.西北农林科技大学资源环境学院,杨凌712100;2.南京林业大学森林资源与环境学院,南京210037)摘要:从产流、汇流的机制与理论模型出发,结合理论分析与微型径流小区观测,对反坡梯田造林整地工程在改变微集水区地形特征,以及由此而引起坡面产流状况发生变化的内在机制进行了研究。结果表明,反坡梯田造林整地工程可显著增大微集水区的平均坡度。其增幅与
2、斜坡水平距成反相关,与田面水平宽度成正相关。集水区斜坡水平距每减小1m,微集水区平均坡度增加0.5°～7.0°,集水区斜坡水平距越小,增幅越大;田面水平宽度每增加1m,平均坡度增加2.5°～11.5°。在斜坡水平距一定时,微集水区平均坡度虽然随着原地面坡度和田面水平宽度的增加而增大,但增幅与原地面坡度的增幅基本一致。在造林允许的坡度、坡长范围内,集水区斜坡水平距对产流总量影响最大,而地面坡度还具有提高坡面产流率的作用。产流量与坡长、坡度均成正相关。反坡梯田造林整地对坡面产流的作用机制,在于造林整地缩短了坡长、改变了坡形、增大了微集水
3、区的平均坡度,从而使微区坡面的产流、产沙状况发生了变化。依据传统径流小区观测资料,不考虑整地对微区地形与产流的影响,由此设计的造林整地工程,难以达到预期效果。关键词:造林整地;微地形;地表径流;产流机制;集水中图分类号:F31文献标识码:A文章编号:100226819(2004)05202922050引言燕翅形整地等等。这些整地方法在设计理念上,始终体现着地表径流“拦蓄”与土壤改良的思想。从大量有关不坡面的产流、汇流过程与机制,既是水文学中的重同造林整地工程对土壤水分影响的测定成果来看,反坡要理论问题,也是水分运移调控所要研究的基础
4、问题之梯田整地方式蓄水保墒效果最好。然而关于其作用机一。天然降水是黄土高原人工林地水分的唯一来源,当理,特别是其对微区地形、坡面产流和产沙、蓄水面入渗降水到达林地土壤表面以后,如同林冠对降水的重新分的内在影响,并未引起人们的足够重视。致使按照一定配一样,也要进行一次分配,分为进入土壤的入渗量和防御标准设计的整地工程,达不到相应标准的拦泥蓄水不能进入土壤的地表积水量。当积水超过地表最大填洼[5]要求。本应全部拦蓄的径流而未能得以保蓄,说明造量时,即沿坡面流动形成地表径流,而决定这一分配过林整地工程除具有被动“拦蓄”之功能外,必然对微区
5、程的则是土壤入渗能力和降雨强度的对比。当土壤下渗坡面的产流、产沙性能产生了影响。因此,探明其影响机能力大于降雨强度时,全部降水渗入土壤,不会产生地制,不仅可为造林整地工程设计提供理论依据,确保工表径流;当降雨强度大于土壤入渗能力时,就会产生地程的安全性与高效性,而且有助于将造林整地工程的[1]表径流。在土壤包气带达到饱和后,引起的降雨产流“被动拦蓄”作用提升到“集水与拦蓄并重”的新阶段。称为蓄满产流或饱和表面流(Saturatedoverland1研究区概况flow),而在包气带未饱和之前土壤表面所产生的径流,试验区位于黄土高原南部
6、的淳化县泥河沟流域西则称为超渗产流或Horton表面流(Hortonoverland[2]北农林科技大学试验基地。土壤为黄土善土、质地中壤。flow)。黄土高原等广大干旱、半干旱地区,土壤包气多年平均降雨量600.6mm,最多832.0mm,最少376.0带水分亏缺严重、土壤渗透性能好、容蓄水量大,但暴雨mm,降水年变率14%,7～9月降水占全年降水的多、降雨强度大。因此,绝大多数产流过程属于Horton[3]53%,有50%的年份降水量在520mm以上,多年平均表面流。国内外许多学者都对Horton表面流进行过气温9.8℃,属于暖
7、温带半湿润落叶阔叶林带;地下水[1,2,4]研究。尽管影响土壤入渗能力的因子较多,但土壤位深35～60m,含水层富水性弱,林木难以直接吸收利水分物理性质和入渗面的微区地形起着重要作用。用。该区人工林多分布在沟坡上部,初植时多采用反坡整地作为造林的8项基本技术措施之一,在人工林梯田整地。培育中已得到全面普及。在干旱、半干旱地区,经过几十2研究方法年的探索实践、创造了多种造林整地方法,如水平沟、反2.1微区径流监测坡梯田(亦称三角形水平沟)、水平阶、水平槽、鱼鳞坑、采用微型田间径流小区,对不同坡度、坡长小区的收稿日期:200321120
8、3修订日期:2004203218径流量进行了监测。小区宽度1.5m,斜坡水平距分别基金项目:国家“九五”重点科技攻关项目(962007201201202);国家为2,3,4和5m,按地面坡度25°,28°和31°分为3组,重点基础研究
