黄土高原陡坡地不同植被类型及恢复过程对径流泥沙的影响_朱谧远

水土保持研究

ResearchofSoiland WaterConservation

runoffanderosionmodulusunderBothriochloaischaemum andHippophaerhamnoides were atalowlevel. With therestorationofvegetation , theLAIofeachvegetationtypeincreasedgradually , thesurfacerunoffandsoil lossdecreasedsignificantly , andthedecliningtrendsofdifferentvegetationtypes were different. Compara- tivel y , thedecreasingratesofsurfacerunoffandsoillossunderPlatycladusorientalis were significantly greaterthanthoseunderothervegetationtypes(p<0.05) . In2021 , thesurfacerunoffandsoilerosionmod- ulusunderBothriochloaischaemum , Hippophaerhamnoides , Hippophaerhamnoides×Robinia pseud- oacaciaandRobinia pseudoacacia were lowerthanthoseunderothervegetationtypes. Thesurfacerunoff andsoilerosionmodulusofeachvegetationtype were linearl y related(p<0.01), andthecoefficientofthe linearfunctionrepresentedthesoillossperunitofsurfacerunoff , reflectedtheability ofvegetationtocontrol soilerosion. [Conclusion] Amongthe9vegetationtypes , theimpactofBothriochloaischaemum was the largest. Thevegetationrestoration measures ingrasses , shrubsandmixedforests were bettertoreducesoil erosiononsteepslopesoftheLoessPlateauthanpurearborforests.

Keywords:vegetationrestoration ; vegetationtypes ; surfacerunoff ; soilerosion ; leafareaindex

黄土高 原 的 地 貌 类 型 复 杂 多 样，区 内 坡 地 占 比 高，植被条件差，且降雨集中，水土流失面积约占该区 总面积的 68% [1] , 其 中 大 部 分 地 区 的 土 壤 侵 蚀 模 数 高于 1000t/(km2 ·a),严重威胁该区域土壤资源利 用与可持续发展[2] 。为治 理 黄 土 高 原 严 重 的 水 土 流 失，优化该区的生态环境，国家于 1999年开始在黄土 高原大力实施以“退耕还林（草）”为核心的生态建设 措施，经过 20余年的治理，黄土高原的植被覆盖度大 幅提高，同时，区内水土流失得到有效遏制，黄河输沙 量不断降低[3] 。

陡坡地是水土流失最严重的地貌类型，是黄土高 原水土流失防治的核心 。 陡坡地土壤侵蚀主要受降 雨 、地表植被等因素的影响，其中，降雨是坡地土壤侵 蚀的动 力 来 源，而 植 被 可 以 有 效 减 少 坡 地 土 壤 侵 蚀[4-5] 。不同植被类型及其不同生长阶段由于冠层结 构 、盖度 、地上生物量 、根系密度等方面的不同，水土 保持效果差异显著[6-7] 。朱燕琴等[8] 在甘肃省清水河 的研究结果表明，草地和乔木林小区的水土流失强度 低于灌丛 小 区，乔 灌 混 交 林 土 壤 侵 蚀 强 度 最 大 。 而 Huang等[9] 在甘肃省小流域对比 4种土地利用类型 的相对减蚀效率，结果表明自然恢复草地和人工沙棘 灌木林 的 水 土 保 持 效 益 优 于 人 工 油 松 林 地 。 李 钢 等[10] 研究林下 植 被 恢 复 措 施 的 水 土 保 持 效 益，结 果 表明，具有乔草或乔灌的复合冠层相比纯林可以减少 50%~60%的 地 表 径 流 和 65% ~70%的 土 壤 流 失 。 造成这种差异的一个重要原因就是植被冠层结构的 不同，植被冠 层 通 过 拦 截 降 雨 有 效 削 弱 了 雨 滴 的 动 能，从而 降 低 土 壤 流 失 。 Chen[5] 、李 鹏[11] 等 研 究 表 明，冠层结构复杂的植被在减少坡地产流产沙方面的 效果优于单一分层结构 。

此外，花东文等[12] 研究几种典型植被在不同恢复

阶段对产流 产 沙 的 影 响，他 们 的 结 果 表 明，随 着 植 被 恢复，天然草地、人工柠条林地与刺槐林地的产流产沙 均明显降低 。Wei等[6] 的研究表明，在相同降雨条件下， 灌木林与乔木林地的径流量和土壤侵蚀模数在最开始 的 3~4a仍保持较高水平，随后显著下降并保持相对 较低的水平 。流域径流泥沙量在长时间尺度上受植 被结构的影响，如刘晓燕等[13] 研究表明，随植被有效 覆盖率的逐年增加，流域的产沙量呈现指数函数式递 减 。 叶面积指数(LAI) 作 为 分 析 植 物 群 体 生 长 的 重 要冠层结构参数，其动态变化可以较好地反映植被冠 层结构和数量特征[14] , 因此，可以结合植被的 LAI动 态变化探究产流产沙对植被恢复过程的响应 。

以往关于降水特征 、植被类型 、地形条件等对径 流泥沙的影响已开展大量研究 。然而，由于野外长期 观测受人力 物 力 的 限 制，过 去 的 研 究 主 要 集 中 纯 灌 木 、乔木林或者草地，缺少不同类型的乔灌混交林及 其长期恢复过程对径流和土壤侵蚀的影响 。另外，黄 土高原的降雨年际变化大 、年内分布不均，短时间尺 度的观测结果很难区分降水特性 、植被类型和恢复阶 段对坡地产流产沙过程的影响 。为此，我们选择在自 然降雨条件下，基于 2008 — 2021年野外观测的 76次 产流产沙事件，研究陡坡地不同植被类型及其恢复过 程对产流和产沙的影响，探究适合控制黄土高原陡坡 地水土流失的植被类型，为黄土高原生态环境建设提 供科学理论依据 。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区在陕西省长武县的王东沟小流域(35°14′N , 107°41′E),位于陕西 长 武 农 田 生 态 系 统 国 家 野 外 科 学观测研 究 站 附 近 。 小 流 域 面 积 为 8.3km2 , 海 拔

946~1226 m , 小 流 域 所 在 地 区 的 地 貌 类 型 复 杂 多 样，主要由塬面 、沟坡和沟谷三大类型组成，属于典型 的黄土高原沟壑区 。该区属暖温带半湿润大陆性季 风气候，多年平均温度为 9.1℃ , 无霜期 171d , 降雨量 为 584mm , 其中有超过 58%是发生在 7 — 9月份[15] , 年均潜在蒸发量为 967mm , 地下水距地表深 50~80m。 参考粮农组织－教科文组织土壤分类系统，小流域地带性 土壤类型为黑垆土，质地为粉质黏壤土[16] 。 目前，流域 内主要的优势植被类型有白羊草(Bothriochloaischae- mum)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、侧柏(Platycladus orientalis)、沙 棘 ( Hippophaerhamnoides)、油 松 (Pinustabuliformis)等 。

1.2 试验设置

为定位监测坡地的植被演变对地表径流 、土壤流 失 、土壤水分的变化及其生态水文效应，陕西长武农 田生态系统国家野外科学观测研究站于 2003年在烧 盅湾自然坡面建立了 9个标准水土流失观测小区，水 平投影面积均为 100m2（长 20m , 宽 5m),长边与坡 顶到坡底方向一致 。所有小区的坡位无明显差异，坡 向均为 西 南 方 向，坡 度 统一 为 35° , 环 境 条 件 基 本 一 致 。边界均围有高出地面 10~20cm的混凝土石板， 使小区内产流产沙与外部分离，保证了水土流失数据 的准确性 。底部均设有集水槽 、输水槽 、二级径流桶

（桶上 部 有 固 定 盖 子，确 保 收 集 的 径 流 不 会 蒸 发 损 失），每年都会对这三部分检查与维修，防止小区内径 流泥沙的泄漏，造成观测数据不准确 。

在小区建立同年，选择黄土高原 5种典型植被以 不同模式在 9个小区栽种，分别为白羊草(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 ×侧柏(LOC×CHA)、侧柏(CHA)。 其中， 白羊草是通过移植天然草方块建成，其他所有乔灌树种 在栽种时已有 2~3龄，在 2021年时已有 20龄 。此外， 所有小区内的植被在栽种后没有任何人工管理及整地 措施 。各小区林下植被有白羊草(Bothriochloaisch- aemum)、野 古 草 (Arundinella hirta)、异 叶 败 酱 (Patriniaheterophylla)、翻白草(Potentilladiscolor)、 艾蒿(Artemisiaargyi)、赖草(Leymussecalinus) 等 禾本科草种[15] 。

2021年 7月采用样方法调查了各小区的基本植 被生长指标，每个小区均分 4个 5 m×5 m的样方调 查植被 的 平 均 株 高 、平 均 胸 径 以 及 植 被 覆 盖 度（表 1)。 在所有小区中部随机选点，分 0 — 20cm和 20 — 40cm土层采集土壤样品，带回室内分析基本理化性 质，包括土壤有机质 、土壤容重 、土壤总孔隙度 、饱和 持水量 、饱和导水率等（表 1)。

表 1 各试验小区植被与土壤基础性质

Table 1 Vegetationandsoilfoundationpropertiesineach experimentalcommunity

1.3 测定指标与方法

降雨：采用陕西长武农田生态系统国家野外科学 观测研究站内自动气象站监测的 2008 — 2021年降雨 数据，气象站距试验区 1km 。

叶面积指数(LAI)：采用 LAI-2200冠层分析仪测定 5— 10月叶面积指数，在测定过程中保持探头与坡面平 行，并使用 45°遮盖帽排除小区以外植被的影响。

径流和 土 壤 侵 蚀：在 2008年 1月 — 2021年 12 月观测期间，每一次侵蚀性降雨结束后，用 1.5 m 钢

尺读取径流桶内壁水位高度(H),结合径流桶横截面 积与试验小区面积计算地表径流深(R);紧接着将径 流桶内水沙搅拌均匀，立即打开径流桶底部的阀门， 并使用 2个 1000 ml塑料瓶接取径流泥沙样，取样 完成后，将径流桶内清理干净，承接下 一 次径流泥沙 样 。把径流泥沙样带回室内静置沉淀后过滤，将沉淀 物在 105℃条 件 下 干 燥 8h后 称 重 得 沉 积 物 质 量 (m), 通 过 地 表 径 流 总 量 换 算 出 小 区 土 壤 流 失 量 (SL),结合小区面积计算侵蚀模数(SM)。

地表径流(R)和土壤侵蚀模数(SM)计算如下：

R =

×10 (1)

SL×10 -3

SM= (2)

式中：R 为 地 表 径 流 深 ( mm);S 为 径 流 桶 横 截 面 积(cm2 );H 为二级径流桶内壁水位高度(cm);A 为 径流小区 投 影 面 积 (100 m2 );SM 为 土 壤 侵 蚀 模 数 (t/km2 );SL为侵蚀性降雨土壤流失量(g)。

1.4 数据分析

采用单因 素 方 差 分 析(ANOVA) 的 最 小 显 著 性 差异(LSD) 在 p<0.05的水平上检验不同植被类型 下地表 径 流 深 和 土 壤 侵 蚀 模 数 的 差 异 。 应 用 线 性 回归方 法 分 析 地 表 径 流 深 与 土 壤 侵 蚀 模 数 的 关 系， 通过皮尔逊相关系数和决定系数(R2 ) 评估关系的良 好性 。

以上所有 数 据 均 在 Excel2010中 汇 总 整 理，采 用 IBM SPSS软件(20.0版本）进行数据分析，Origin 2021软件进行作图 。

2 结果与分析

2.1 降雨量变化

研究区在 2008— 2021年的日降雨量分布如图 1所 示，研究区日降雨量多小于 20mm , 日降雨量在 60mm

以上的共有 7次，大于 100mm的有 3次，分别发生在 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年连续 14个观测年期间，研究区年降雨 量呈现出明显的波动趋势，范围在 414.0~757.6mm , 平 均为 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 量高于研究区多年平均降雨量 584.0mm 。在研究期 内，共记录有 76场产生地表径流的侵蚀性降雨事件， 年侵蚀性降雨量范围为 150.2~496.0 mm , 侵蚀性降 雨量的变化趋势与年降雨量大体 一 致，其中 2017年 的侵蚀性降雨 量 最 少，2021年 的 侵 蚀 性 降 雨 量 及 降 雨次数最多 。

图 1 2008-2021年期间日降雨量变化

Fig. 1 Thechange ofdayrainduring2008-2021

表 2 2008-2021年期间年降雨量与侵蚀性降雨量

Table2 Annualrainfallanderosiverainfallduring2008-2021

2.2 叶面积指数变化

2008— 2021年试验期间不同植被类型的叶面积指 数(LAI)变化特征如图 2所示 。 由表 3可知，9种植被类 型的 LAI存在显著性差异(p<0.05),其中 LOC×CHA 的平均 LAI显著高于其他植被(p<0.05),是其他植被 类型的 1.18~2.11倍，而 BOI与 CHA的平均 LAI最低， 均为 1.38 。此外，各植被类型的 LAI随着植被恢复均呈 逐渐增加的趋势，不同植被类型间的增加幅度存在显著 性差异(p<0.05),BOI的 LAI最大值较最小值提升了 331.6% , 虽然 LOC×CHA的 LAI最大值达 4.07 , 相较于 其最小值增幅为 151.2% , 而 LOC的 LAI最大值较最小 值的提升最小，仅为 58.6% , 各植被 LAI的变异系数与 增幅变化呈现出一致的趋势。

2.3 不同植被类型地表径流和土壤侵蚀的差异

通过对 9种植被类型小区在 2008 — 2021年的地 表径流与土壤侵蚀模数进行平均，结果表明，各植被

类型小区 的 地 表 径 流（图 3A) 与 土 壤 侵 蚀 模 数（图 3B)存在差异，说明地表径流与土壤侵蚀模数受植被 类型影响 。 在连续 14a的观测结果中，BOI的 地 表 径流最小，为 0.3~7.0 mm , 平均值为 2.6 mm , 显著 低于 CHP和 CHA(p<0.05);SEB的地表径流量次 之，为 0.9~7.8mm , 平均值为 3.2mm;CHA的地表 径流最大，为 3.9~40.3 mm , 平均值为 15.4 mm , 显 著高于其他 8个小区(p<0.05);CHP的地表径流量 略低于 CHA , 是第二高，为 2.1~16.1 mm , 平均值为 5.6 mm 。 CHP×LOC , CHP×SEB , LOC×SEB , LOC与 LOC×CHA的地表径流量没有显著性差异 (p>0.05),主要分布在 1.2~12.8mm 。与地表径流情况 相似，BOI的土壤侵蚀模数最小，为 0.2~15.5t/km2 , 平均值为 4.9t/km2 ;SEB次之，为 0.4~33.8t/km2 , 平均值为 7.1t/km2 ; CHA的土壤侵蚀模数仍是最大 的，为 6.6~1010.0t/km2 , 平均值为 277.2t/km2 , 显

著高于其他小区(p<0.05);CHP的土壤侵蚀模数低 于 CHA , 是第二高，为 1.4~222.0t/km2 , 平 均 值 为

48.8t/km2 。 除 CHA以外，其余 8个小区的土壤侵 蚀模数没有显著性差异(p>0.05)。 总的来看，与各

乔木及混交林相比，BOI与 SEB小区在 2008 — 2021 年总的水土流失量较低，与 CHA相比平均年地表径 流量分别减少 了 83.2% , 79.1% , 年 土 壤 侵 蚀 模 数 分 别减少了 98.2% , 97.4% 。

图 2 不同植被处理的 LAI在 2008-2021年生长季的变化

Fig. 2 Changes inLAIwithdifferent vegetationtreatmentsinthe2008-2021growingseason

表 3 各植被类型叶面积指数的统计特征

Table3 Statisticalcharacteristicsofleaf area index

foreach vegetationtype

注：同 一列不同字母表示差异显著(p<0.05) 。

2.4 不同小区植被恢复过程对径流和土壤侵蚀的影响

各植被类型在连续 14a间的地表径流和土壤侵 蚀模数如图 4所示，受降水特性的影响，随着植被恢 复，各植被类型下的地表径流与土壤侵蚀模数呈明显 的波动，且二者的波动趋势较为一致，基本呈现为先 增加后降 低 并 趋 于 稳 定 。 在 2015年 、2016年 、2021 年时，各植被类型的径流量和土壤侵蚀模数大于其他 年份，这与 2015年 、2016年 、2021年有较高的侵蚀性 降雨量相关，这 三 年 的 侵 蚀 性 降 雨 量 分 别 是 213.6 , 247.4 , 496.0 mm , 占年总降雨量的比例分别是 41.1% , 50.4% , 65.5% 。随着植被恢复，在 2019年、2020年时，各 植被类 型 的 径 流 量 和 土 壤 侵 蚀 模 数 均 是 观 测 期 内 最低的，年总地表径流量分别是 28.6 mm , 20.3 mm , 年总侵 蚀 模 数 分 别 是 14.3t/km2 , 17.1t/km2 。 此 外，不同 植 被 类 型 在 恢 复 过 程 中，地 表 径 流 与 土 壤 侵蚀模数变化 趋 势 存 在 差 异，这 一 结 果 与 Wei等[6]

结论一致，如在 2010年，SEB的 地 表 径 流(3.3 mm) 和土壤侵蚀模数(2.9t/km2 ) 高于 CHP×SEB的 2.2 mm , 1.8t/km2 , 然而，这 种 情 况 在 2019年 产 生 了 变 化，SEB的地表径流(0.88 mm) 和土壤侵蚀模数(0.4 t/km2 )低于 CHP×SEB的 3.8 mm , 0.9t/km2 。 这 说明随着植 被 恢 复，SEB减 少 水 土 流 失 的 效 果 逐 渐 优于 CHP×SEB 。

为了揭示植被恢复过程对径流和泥沙的影响，我 们比较相同降水条件下不同植被恢复期各小区径流 和泥沙产量，结果如图 5所示 。对比 4个日降雨量条 件(12 , 30 , 60 , 90mm)下不同植被类型的地表径流与 土壤侵蚀模数随植被恢复的变化可以发现，各植被类 型小区的产流产沙均呈现出随植被恢复逐渐减少并 趋于稳定的趋势，不同植被类型间存在差异 。 日降雨 量为 12 mm 时，仅 CHP在 2021年 的 径 流 量 (0.5 mm)较 2012年的 0.1 mm 有一定增加，其他小区在 2021年的径流 量 与 土 壤 侵 蚀 模 数 较 2012年 时 降 幅 分别在 6.4% ~89.4% , 55.3% ~99.0% , 其 中 CHA 的径流量与土壤侵蚀模数降幅分别达 89.4% , 98.9% （图 5A)。 日 降 雨 量 为 30 mm 时，CHP×LOC 与 CHP×SEB在 2021年的径流量(0.2 mm , 0.4 mm) 较 2010年的 0.1mm , 0.1mm有一定增加，其他小区 在 2021年的径流量与土壤侵蚀模数较 2010年降幅 分别在 21.9% , 83.8%以上（图 5B)。 日降雨量为 60 mm的条件下，在 2021年，CHP×SEB的径流量(0.7 mm)较 2009年的 0.6 mm 有所提高，BOI的土壤侵 蚀模数 (0.2t/km2 ) 较 2009年 的 0.1t/km2 提 高 明 显，其余小区的径流量与土壤侵蚀模数较植被恢复初

期的降 幅 分 别 在 2.9%,29.4%以 上，其 中 SEB的 径 流量与土壤侵蚀模 数 降 幅 分 别 达 89.1%,90.3%（图 5C)。 在日降雨 量 为 90 mm 时，各 植 被 类 型 在 2021

年的径流量与土壤侵蚀模数较植被恢复初期的降幅 分别在 44.4%~89.1%,68.4%~99.9%（图 5D)。 此 外，整体上，各植被类型的减沙效益优于其减流效益 。

注：不同小写字母表示不同植被类型存在显著性差异(p<0.05) 。

图 3 2008-2021年不同植被处理下的地表径流和土壤侵蚀模数

Fig. 3 Surfacerunoffandsoilerosionmodulusundereach vegetationtype from2008to2021

图 4 不同植被处理的地表径流与土壤侵蚀模数随植被恢复的变化

Fig. 4 Thechange ofsurfacerunoffandsoilerosionmodulusfordifferent vegetationtypes with vegetationrestoration

注：图 A、B、C、D分别是日降雨量为 12mm , 30mm , 60mm , 90mm的条件 。

图 5 相似降雨条件下不同植被处理的地表径流与土壤侵蚀随植被恢复的变化

Fig. 5 Changes ofsurfacerunoffandsoilerosionofdifferent vegetationtypes under

similarrainfallconditionswith vegetationrestoration

2.5 不同植被类型径流与泥沙关系

表 4显示了各植被类型地表径流和土壤侵蚀模 数之间的关系，在自然降雨条件下，它们都很好地符 合一次线性函数关系(p<0.01)。 地表径流与土壤侵 蚀模数之间的线性回归系数，常常被视为径流产生土 壤流失的指标，是解释不同植被类型对土壤侵蚀影响

的重要参数[17] 。本 研 究 中，各 植 被 类 型 的 地 表 径 流 与土壤侵蚀模数之间的回归系数存在差异，系数的大 小依次为：CHA>CHP>LOC>LOC×CHA>CHP× SEB>LOC×SEB>SEB>CHP×LOC>BOI 。 其 中，BOI与 CHP×LOC的回归系数分别为 1.93 , 1.94 , 说 明这 2个小区在控制土壤侵蚀方面的效果优于其他

植被类型；而 CHA的系数高达 28.37 , 其控制土壤侵 蚀效果最差，这一结果与 Duan等[15] 在相同区域的研 究结论一致 。

表 4 不同植被处理地表径流(R)与土壤侵蚀模数(SM)的关系

Table4 Relationshipbetweensurfacerunoff(R) andsoil

erosionmodulus(SM) ofdifferent vegetationtypes

3 讨 论

3.1 地表径流和土壤侵蚀对降雨量的响应

大气降雨是干旱半干旱地区土壤水分补充的重 要途径，也是产生径流泥沙的关键驱动力，降雨量以 及降雨 的 时 空 异 质 性 深 刻 影 响 了 区 域 生 态 水 文 过 程[6] 。本研究中，同一植被类型的地表径流与土壤侵 蚀模数在不同年份时不一样（图 3),2008 — 2021年期 间研究区年总降雨量呈现明显的波动（图 1),各年的 侵蚀性降雨量占年总降雨量比重均较高，9种植被类 型下地表径流及土壤侵蚀模数与年侵蚀性降雨量的 波动变化趋势较为一致，说明地表径流和土壤流失受 侵蚀性降雨 量 的 影 响[6] 。 例 如，2009年 的 侵 蚀 性 降 雨量较 2008年有明显降低，各植被类型的地表径流 和土 壤 侵 蚀 模 数 呈 现 不 同 程 度 的 减 小，而 2013年 、 2015以及 2016年 降 雨 较 为 集 中，且 均 有 超 80 mm 的日降雨量，各植被类型的地表径流和土壤侵蚀模数 较上一年显著增加，特别是 2021年时年降雨量与侵 蚀性降雨量均是观测期间最高的，各植被类型下的地 表径流与土壤侵蚀较 2020年增加显著 。这与江忠善 等[18] 的研究结 论 一致，他 们 的 研 究 认 为 高 强 度 短 历 时的降雨动能是 普 通 降 雨 的 1.24倍，高 强 度 的 侵 蚀 性降雨具有较大的降雨侵蚀力 。

3.2 植被类型对地表径流和土壤侵蚀的影响

植被通过冠层 、枯枝落叶 、根系等影响了区域水 文和土壤侵蚀过程 。在这项研究中，我们发现不同植 被类型的地表径流与土壤侵蚀模数存在差异（图 2)。 相比之下，BOI与 SEB的平均地表径流 、土壤侵蚀模 数较小，而 CHA的平均地表径流与土壤侵蚀模数显 著高于其他几种植被类型(p<0.05)。 从水文角度来

看，植被冠层拦截大气降雨，降低雨滴的动能，不仅减 少了到达土壤的降雨量，还削弱了雨滴对土壤的侵蚀 力[19] ; 植被凋 落 物 也 可 以 削 弱 雨 滴 动 能 、保 存 雨 水 量，并 通 过 增 加 地 表 粗 糙 度 进 而 减 缓 地 表 径 流 速 率[6] , 减少土壤侵蚀 。有研究指出，乔木冠层距 地 面 较高反而会 增 强 降 雨 对 土 壤 的 侵 蚀 力[20] , 增 加 陡 坡 地区域土壤侵蚀发生的可能性 。具有近地面冠层特 征的草丛 、灌木丛以及厚重的枯落物层可以更有效地 减少地表径 流 和 土 壤 侵 蚀，其 效 果 优 于 单 一 植 被 群 落[21] 。在 本 研 究 中，BOI与 SEB的 近 地 面 覆 盖 较 高，且地表枯落物数量较多，这两个小区总的地表径 流与土壤侵 蚀 模 数 低 于 其 他 植 被 类 型 。 而 CHA的 长势差，植被覆盖度低，缺乏林下植被的保护，且土壤 物理性质差（表 1),其水土保持效果是几种植被恢复 类型中最差的 。

从表 3可以看出，在自然降雨条件下，不同植被 类型的土壤侵蚀模数均随地表径流的增加而增加，这 与 Duan等[15] 的研究结论一致，地表径流与土壤侵蚀 模数之间的函数关系的系数表示了各植被类型抗侵 蚀能力，较低的系数代表植被控制土壤侵蚀效果好 。 除冠层结构的影响，发达的浅层草本须根系统可以增 强表层土壤 的 抗 侵 蚀 能 力[22-23] , 本 研 究 中 BOI的 回 归系数最小，土壤侵蚀敏感性最低，表明其控制土壤 侵蚀效果最佳，而 CHP与 CHA因缺乏林下植被，回 归系数较大，控制土壤侵蚀效果不如其他植被类型 。 朱燕琴等[8] 在 15°的 缓 坡 区 域 研 究 不 同 植 被 恢 复 模 式下次降雨产流产沙特征的结果也表明，草地的径流 含沙量较灌木 、乔木林更低 。 同时，Chen等[5] 研究表 明，植被控制土壤侵蚀效果也会随着土壤性质的改善 而提高 。另外，SEB与 LOC的土壤侵蚀模数与地表 径流之间的相关性最好，R2 值高达 0.75 , 这表明可以 通过地表径流量有效估算这两个小区的土壤侵蚀模 数，而 CHA的土壤侵蚀模数与地表径流之间的相关 性较差，R2 仅为 0.46 , 不能通过地表径流准确推算其 土壤侵蚀模数 。

3.3 地表径流和土壤侵蚀随植被恢复的变化

本研究结果表明，各植被类型下的水土流失量随 着植被恢复均呈逐渐降低的趋势（图 3),这一结果支 持了黄博文等[24] 的研究结论，即在自然降雨条件下， 较缓坡面的水土流失量随着植被恢复而显著下降，不 同植被类型的减流效益达 20.7%~79.0% , 减沙效益 达 97.4%~99.4% 。甘卓亭等[25] 通过模拟降雨研究 牧草在不同生长阶段的减流减沙效益也得出相似结 论，在 15°的坡面上，红豆草的减流 、减沙效益分别由 第 12周的 10.8%与 24.5%提升至第 27周的 43.2%

与 99.8% 。这一方面是因为植被冠层的逐渐复杂增 强了对降雨的拦截；另 一方面，各植被类型通过增加 枯落物以及根系分泌物等途径增加了土壤中的有机 物质，进而改善土壤物理结构，增强了土壤的抗侵蚀 能力 。如图 5所示，在相似的降雨量条件下，随着植 被恢复，各植被类型的径流泥沙量基本呈现为逐渐降 低并稳定在较 低 水 平，这 也 符 合 了 吴 蕾 等[26] 的 研 究 结论，即在黄土高原地区开展植被恢复，当植被盖度 达到 70%~80%后，植 被 的 减 流 减 沙 效 益 不 再 随 盖 度的增加而增加 。 不同植被类型下径流泥沙数量表 现出的减少规 律 存 在 差 异，艾 宁 等[27] 在 12°~29°相 对较缓坡地的研究指出，随着植被恢复，灌木林与乔 木林减少径流泥沙效果优于草地 。而本研究中，虽然 CHA的减流减沙效益较其他植被类型更明显，但在 2021年时，年地表 径 流 量 最 低 的 是 LOC(6.4 mm), 年土壤侵蚀模数最低的是 SEB×LOC(7.2t/km2 ), 这一方面是随着植被恢复，LOC与 SEB×LOC逐渐 复杂的冠层结构减弱了降水的侵蚀力，另一方面是这 两个小区的林下草本种类和数量逐渐丰富，降低了地 表裸露程度，可以更有效地减少陡坡地区域的产流产 沙 。此外，各植被类型的减沙效益优于减流效益，黄 博文等[24] 研究 得 出 一 致 结 论，主 要 原 因 是 随 着 植 被 恢复，根系的物理固结作用与根系分泌物的生物化学 作用逐渐提高有利于增强土体结构的稳定性，提高土 壤的抗侵蚀能力 。

4 结 论

(1) 侵蚀性降雨量 的 增 加 会 导 致 较 高 的 地 表 径 流和土壤侵蚀模数；(2) 侧柏林的平均地表径流与土 壤侵蚀最高，而白羊草和沙棘灌丛地表径流与土壤侵 蚀均较低，与侧柏林相比，二者的平均年地表径流量 分别减少了 83.2% , 79.1% , 年 土 壤 侵 蚀 模 数 分 别 减 少了 98.2% , 97.4%;(3) 各 植 被 类 型 的 地 表 径 流 与 土壤侵蚀模数均符合线性关系，其系数反映了植被控 制土壤侵蚀的效果，草地 、油松 ×刺槐林的地表径流 与土壤侵蚀模数之间的回归系数较小，分别为 1.93 , 1.94 , 控制土壤侵蚀效果较优；(4) 随着植被恢复，各 植被类型的产流产沙量均表现出逐渐降低的趋势，但 各植被类型的降幅存在差异，侧柏林较植被恢复初期 的降幅均高 于 67.1% , 但 经 18a植 被 恢 复 后，白 羊 草 、沙棘灌丛 、沙棘 ×刺槐和刺槐林的水土流失量较 低 。根据上述研究，我们得出在采取植被恢复措施控 制黄土高原陡坡地水土流失的过程中，初期应以草 、 灌及其混交林为主，不适合种植单一乔木 。

参考文献 ：

[1] Fu B , Gulinck H , Masum M Z. Loesserosionin rela- tionto land-use changes in the Ganspoel catchment , centralBelgium[J] . LandDegradation & Development , 1994 , 5(4) :261-270.

[2] 李宗善，杨磊，王国梁，等．黄土 高 原 水 土 流 失 治 理 现 状 、 问题及对策[J] . 生态学报，2019 , 39(20) :7398-7409.

Li Z S , YangL , WangGL , etal. Themanagementof soilandwaterconservationintheLoessPlateauofChina: Presentsituations , problems , andcounter-solutions[J] . ActaEcologicaSinica , 2019 , 39(20) :7398-7409.

[3] 姚文艺，冉大川，陈江南．黄河流域近 期 水 沙 变 化 及 其 趋 势预测[J] . 水科学进展，2013 , 24(5) :607-616.

Yao W Y , RanDC , ChenJN , etal. Recentchangesin runoffandsedimentregimes andfutureprojections in theYellow Riverbasin[J] . Advancesin WaterScience , 2013 , 24(5) :607-616.

[4] WeiW , JiaFY , YangL , etal. Effectsofsurficial con- ditionandrainfallintensity onrunoffinaloesshilly area , China[J] . JournalofHydrology , 2014 , 513:115-126.

[5] ChenH , ZhangXP , Abla M , etal. Effectsofvegeta- tionandrainfalltypesonsurfacerunoffandsoil erosion onsteepslopesontheLoessPlateau , China[J] . Catena , 2018 , 170:141-149.

[6] WeiW , ChenLD , FuBJ , etal. Theeffectoflanduses andrainfall regimes onrunoffand soil erosion in the semi-aridloesshilly area , China[J] . JournalofHydrol- ogy , 2007 , 335:247-258.

[7] WangLJ , ZhangG H , ZhuPZ , etal. Comparisonof theeffectsoflittercoveringandincorporationoninfil- trationand soil erosion under simulated rainfall[J] . HydrologicalProcesses , 2020 , 34(13) :2911-2922.

[8] 朱燕琴，赵 志 斌，齐 广 平，等．陇 中 黄 土 高 原 丘 陵 沟 壑 区 不同植被恢复 模 式 下 次 降 雨 产 流 产 沙 特 征 [J] . 干 旱 区 地理，2020 , 43(4) :920-927.

ZhuY Q , ZhaoZB , Qi G P , etal. Characteristicsof sloperunoffandsedimentofdifferentvegetation resto- rationpatternsunderindividualrainfalleventsinhilly andgully loess region in middle Gansu Province[J] . AridLandGeography , 2020 , 43(4) :920-927.

[9] HuangZL , ChenLD , FuBJ , etal. Therelativeeffi- cienc y of four representative cropland conversions in reducingwatererosion: Evidencefromlong-term plots intheLoess Plateau , China[J] . Land Degradation & Development , 2006 , 17(6) :615-627.

[10] 李钢，梁音，曹龙熹．次生马尾松林下植被恢复措施的水土

保持效益[J] . 中国水土保持科学，2012 , 10(6):25-31.

Li G , LiangY , CaoL X. Effectsofdifferentvegeta- tionrestoration patternsonsoilerosionin secondary

Pinusmassoniana pureforest[J] . ScienceofSoiland WaterConservation , 2012 , 10(6) :25-31.

[11] 李鹏，李占 斌，郑 良 勇．植 被 保 持 水 土 有 效 性 研 究 进 展

[J] . 水土保持研究，2002 , 9(1) :76-80.

Li P , Li Z B , ZhengL Y. Advancesinresearchesof the effectiveness for vegetation conserving soil and water[J] . Researchof Soil and Water Conservation , 2002 , 9(1) :76-80.

[12] 花东文，温仲明．黄土丘陵区不同植 被 恢 复 阶 段 下 的 暴

雨产流 产 沙 研 究 [J] . 水 土 保 持 学 报，2015 , 29(4) :27- 31 , 90.

Hua D W , WenZ M. Study onrunoffand sediment undersimulatedrainstormconditionofdifferentstages ofvegetationrestorationinLoessHillyRegion , China [J] . JournalofSoiland WaterConservation , 2015 , 29 (4) :27-31 , 90.

[13] 刘晓燕，党素珍，高云飞，等．黄 土 丘 陵 沟 壑 区 林 草 变 化

对流域产沙影响的 规 律 及 阈 值[J] . 水 利 学 报，2020 , 51 (5) :505-518.

Liu X Y , Dang S Z , Gao Y F , etal. Theruleand thresholdofthe effectofvegetationchangeonsedi- ment yieldintheloesshilly region , China[J] . Journal ofHydraulicEngineering , 2020 , 51(5) :505-518.

[14] 王希群，马履 一，贾忠奎，等．叶 面 积 指 数 的 研 究 和 应 用

进展[J] . 生态学杂志，2005 , 24(5) :537-541.

WangXQ , MaLY , JiaZK , etal. Researchandapplica- tionadvancesinleafareaindex[J] . ChineseJournalof Ecology , 2005 , 24(5) :537-541.

[15] Duan L X , Huang M B , ZhangL D. Useof a state-

spaceapproachtopredictsoilwaterstorageatthehill- slopescaleontheLoessPlateau , China[J] . Catena , 2016 , 137:563-571.

[16] HuangM B , GallichandJ. UseoftheSHAW modelto

assesssoilwater recovery afterappletreesinthegully regionof the Loess Plateau , China[J] . Agriculture WaterManagement , 2006 , 85:67-76.

[17] Vasquez-MendezR , Ventura-RamosE , Oleschko K ,

etal. Soilerosionandrunoffindifferentvegetationpat- chesfromsemiaridCentralMexico[J] . Catena , 2010 , 80(3) :162-169.

[18] 江忠善，宋 文 经，李 秀 英．黄 土 地 区 天 然 降 雨 雨 滴 特 性

研究[J] . 中国水土保持，1983(3) :34-38.

JiangZS , SongWJ , LiX Y. Study onthe character- isticsofnaturalrainfallandraindropsinloessarea[J] . Soiland WaterConservationinChina , 1983(3) :34-38.

[19] 赵鸿雁，吴 钦 孝，刘 国 彬．黄 土 高 原 森 林 植 被 水 土 保 持

机理研究[J] . 林业科学，2001 , 37(5) :140-144.

ZhaoH Y , WuQX , LiuGB. Mechanismonsoiland waterconservation of forest vegetation on the Loess

Plateau[J] . ScientiaSilvaeSinicae , 2001 , 37(5) :140- 144.

[20] 汪有科，吴钦孝，韩冰，等．森林 植 被 水 土 保 持 功 能 评 价

[J] . 水土保持研究，1994 , 1(3) :24-30.

Wang Y K , Wu Q X , Han B , etal. Appraising the functionofforestvegetationonsoiland water conser- vation[J] . ResearchofSoiland WaterConservation , 1994 , 1(3) :24-30.

[21] MohammadA G , Adam M A. Theimpactofvegeta-

tive cover typeonrunoffandsoilerosionunderdiffer- entlanduses[J] . Catena , 2010 , 81(2) :97-103.

[22] 李勉，姚文 艺，李 占 斌．黄 土 高 原 草 本 植 被 水 土 保 持 作

用研究进展[J] . 地球科学进展，2005 , 20(1) :74-80.

Li M , Yao W Y , LiZ B. Progressoftheeffectof grasslandvegetationforconservingsoiland water on LoessPlateau[J] . AdvanceinEarthSciences , 2005 , 20 (1) :74-80.

[23] LiQ , LiuGB , ZhangZ , etal. Relativecontributionof

rootphysicalenlacingandbiochemistrical exudates to soilerosionresistanceintheLoess soil[J] . Catena , 2017 , 153:61-65.

[24] 黄博文，查瑞波，毛兰花，等．红 壤 侵 蚀 退 化 坡 面 植 被 恢

复过程 中 的 水 土 保 持 效 益 演 变 [J] . 水 土 保 持 学 报， 2022 , 36(4) :135-142.