针对内蒙古典型草原区地形波状起伏,年降水量少且年内分布不均,水资源短缺的问题,在径流调控理论指导下,以锡林郭勒典型波状草原区为研究对象,选择2-3个集水区,在坡面上建立径流小区,利用放水实验分析不同草地坡面产汇流及侵蚀产沙过程,探讨草地坡面径流水动力学及侵蚀机制;集成GIS和分布式水文模型技术模拟集水区产汇流和侵蚀产沙过程,研究集水区降雨径流再分配机理;首次提出以集流堰进行草地集水区径流调控,探讨径流调控工程下的草地坡面径流再分配机理和径流调控作用下土壤-植被-水分响应,研究径流调控工程在集水区内的合理布局,构建以雨水资源化为目标的基于径流调控理论的雨水资源利用模式,为有效防治内蒙古典型草原区土壤侵蚀,高效利用坡面降雨径流资源,实现生态环境改善提供科学依据。
Typical steppe region;Plants;spatial heterogeneity;Soil infiltration;Runoff
本课题以典型草原区小流域为研究对象,在内蒙古自治区多伦县、达茂旗等研究区进行实验,研究了自然草地植物生长状况及其土壤物理性质和化学性质的空间异质性,分析自然草地土壤的入渗过程及影响因素,探讨了不同草地植被类型土壤入渗差异的规律。在草地本底调查及土壤入渗研究的基础上,基于草地坡面径流小区,采用人工放水试验方法,探讨了草原区小流域产流过程及机理。研究表明(1)草地土壤含水率在坡底最低,但变化幅度最大;坡顶则相反。坡底土壤含水率比其他坡位低,且越靠近沟口土壤含水率越低;(2)坡位对土壤容重的影响程度与坡面距沟道的距离有关。坡底土壤容重比其他坡位偏大,在坡顶和坡中,越靠近沟口位置,土壤容重越低;(3)坡位对土壤中有机质和全氮的影响规律完全一致,而坡位对全磷和全钾的影响规律差异较大,其中坡位对全钾的影响较小,这可能与土壤自身的结构和沟道侵蚀程度有关。(4)研究区不同植被类型的不同坡向、坡位的土壤初渗率和稳渗率大小均呈现阳坡草地>坡顶草地>坡中草地>坡底草地>坡中山杏林>阴坡胡枝子林的趋势,土壤初渗率和稳渗率的范围分别为3.578~4.854mm/min和0.813~1.072mm/min;(5)不同植被类型的土壤入渗过程存在较大差异,草地样地的入渗率在开始阶段下降较慢,5min左右迅速下降,直至达到稳渗率,而林地入渗率一直缓慢下降,入渗曲线的下降趋势较缓。(6)随坡度增加,在土壤前期含水量相似的条件下,土壤表面产生径流越快。