貴州大學(xué)生態(tài)學(xué)畢業(yè)論文

1、姓名：陳磊 學(xué)號：1207040209牧草覆蓋對坡地抗雨水侵蝕能力的研究作者單位：貴州大學(xué)南校區(qū) 郵編：550025 郵箱：1399155378摘要:坡地是指具有一定坡度的地形，是常見的基本地形。由于其本身坡度的原因，容易形成徑流，造成水土流失，所以對坡地的及開發(fā)利用需要一定的科學(xué)依據(jù)，防止造成水土流失嚴(yán)重的后果。本研究以坡地為研究對象，通過測定不同植被覆蓋條件下雨水對坡地的侵蝕作用，研究生態(tài)護(hù)坡的原理、構(gòu)建及維護(hù)，有助于解決生態(tài)護(hù)坡面臨的雨水沖刷問題。 本研究通過觀測對比在相同坡度、土壤質(zhì)地和不同的自然降水強(qiáng)度條件下、栽培不同品種牧草的坡地區(qū)域?qū)邓奈?、徑流和土壤侵蝕，分析栽培不同品種牧

2、草坡地區(qū)域的徑流深度、徑流系數(shù)和徑流中泥沙含量，研究牧草護(hù)坡的抗雨水侵蝕能力，研究其中的相關(guān)性，來對坡地的水土流失治理提出建議，為坡地的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞：降水強(qiáng)度，坡地 ，牧草，徑流深度，徑流系數(shù) Abstract: slope is a certain slope terrain, is a common underlying terrain. Due to the slope, easy formation of runoff, cause soil erosion, so the slope of the development and utilization need ce

3、rtain scientific basis, prevent soil erosion serious consequences, on the slopes as study object, through the determination of different vegetation coverage conditions of rain on slope erosion, ecological slope protection, the principle of construction and maintenance, may contribute to the solution

4、 of ecological slope protection face rain erosion problem.This research through observing the contrast in the same slope, soil texture and different rainfall intensity under the conditions of different varieties, planting grass on slope area precipitation absorption, runoff and soil erosion of diffe

5、rent varieties of forage cultivation, analysis of slope region of the depth of runoff, runoff coefficient and runoff sediment content of forage grass slope protection, anti rain erosion study on the correlation between, which, to the slope soil erosion management recommendations, to provide scientif

6、ic basis for the utilization of slope development.Key words: rainfall intensity, slope runoff depth of runoff coefficient of forage一：引言1.1項目的研究意義：我國是世界上水土流失最嚴(yán)重的國家之一，土壤侵蝕遍布全國，而且強(qiáng)度高，成因復(fù)雜，種類繁多、危害嚴(yán)重且難以治理。而坡地由于其本身坡度的原因，容易形成徑流，造成水土流失，所以對坡地的及開發(fā)利用需要一定的科學(xué)依據(jù)，防止造成水土流失嚴(yán)重的后果。坡地是指具有一定坡度的地形，是常見的基本地形。大部分陸面均具有一定的坡度，

7、其中坡度在25°以上不適宜耕種是退耕還林的重點(diǎn)。坡地利用要充分認(rèn)識其生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性, 避免造成水土流失。其中坡度< 6°的坡地土層深厚, 要加強(qiáng)農(nóng)田水利建設(shè), 大部分可開墾為旱地和水田, 發(fā)展種植業(yè)生產(chǎn)；坡度在 6° 15° 的坡地土層較厚, 大部分可開墾為旱地和園地, 發(fā)展糧食、飼料作物和果、茶、桑；坡度在15° 20° 的坡地主要發(fā)展果、茶、桑和經(jīng)濟(jì)林；坡度> 25° 的坡地應(yīng)以林為主。 我國氣候大陸性強(qiáng)，降水集中，強(qiáng)度極高。我省大部分降水集中在68月份，平均可占全年降水量6080%，且從南向北降水的集成程

8、度呈增強(qiáng)的趨勢，淮北地區(qū)有時夏季異常暴雨的降水量可占全年降水量的30%以上。土壤對于水的吸收速率是相對穩(wěn)定的，集中的降水可產(chǎn)生不同程度的地表徑流。雨水在降落的過程中具有較高的終速度，其平衡速度一般在1020m/s之間，且隨著雨滴的增大，其速度也相應(yīng)增加，夏季雷暴雨雨滴的終速度可超過20m/s，達(dá)到地表面時具有很強(qiáng)的沖擊力，雨滴的動能是造成邊坡侵蝕的主要能量來源5,是造成水土流失的重要原因,在同樣的降雨條件下, 植草地面比裸露地面沖刷量減少75% 85%3。坡地上，徑流向下的沖刷作用遠(yuǎn)超過平地，從而造成較為嚴(yán)重的水土流失。對于坡地農(nóng)田，由于強(qiáng)降水產(chǎn)生的地表徑流沖刷可造成農(nóng)田養(yǎng)分大量流失，土層變薄

9、，耕地地力下降。對于堤壩，則可形成潰壩的風(fēng)險。 坡地也是重要的土地資源，從我國人口多、耕地緊張、農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)風(fēng)險較大的這一國情出發(fā)，合理的使用坡地是緩解土地資源緊張的良好方法，也是一項非常重要而又緊迫的任務(wù)。目前，對于如何有效地保護(hù)和合理利用這些坡地已經(jīng)引起了人們廣泛關(guān)注。但是坡地由于其特殊性，在開發(fā)利用的時候需要合理的科學(xué)依據(jù)，本實(shí)驗(yàn)旨在通過對不同植被覆蓋情況下坡地水土流失相關(guān)數(shù)據(jù)的研究，為合理利用坡地提供一定的幫助。只有對坡地抗風(fēng)險能力進(jìn)行充分的研究，才能有效發(fā)揮坡地的生態(tài)價值、經(jīng)濟(jì)價值。本研究以坡地為研究對象，通過測定不同植被覆蓋條件下雨水對坡地的侵蝕作用，研究生態(tài)護(hù)坡的原理、構(gòu)建及維護(hù)，

10、有助于解決生態(tài)護(hù)坡面臨的雨水沖刷問題。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析： 植被護(hù)坡是利用植被涵水固土的原理穩(wěn)定巖土邊坡同時美化生態(tài)環(huán)境的一種新技術(shù), 是涉及巖土工程、恢復(fù)生態(tài)學(xué)、植物學(xué)、土壤肥料學(xué)等多學(xué)科于一體的綜合工程技術(shù),9綠色植被護(hù)坡是社會效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)的三者統(tǒng)一7。植被護(hù)坡的特點(diǎn)是: 最初時的加固作用較弱, 隨著植物的生長以及繁殖, 其邊坡加固作用及減輕坡面侵蝕方面的作用會越來越大。植被護(hù)坡的作用機(jī)理：植被護(hù)坡主要是依靠坡面植物的地下根系及地上莖葉的作用護(hù)坡，其作用可概括為根系的力學(xué)效應(yīng)和植被的水文效應(yīng)兩方面1。研究證實(shí)，植被的繁生，可以強(qiáng)化土壤抗沖性與土壤通透性和蓄水容量，增加入滲

11、，消減超滲徑流，防止沖刷，尤為重要的是植被可以分散或消除上方襲來的股流，增加坡面徑流運(yùn)動阻力，削弱徑流侵蝕能力，進(jìn)而減少坡地的水土流失。國外一般把植被護(hù)坡定義為: 用活的植物, 單獨(dú)用植物或者植物與土木工程和非生命的植物材料相結(jié)合, 以減輕坡面的不穩(wěn)定性和侵蝕。同傳統(tǒng)的土木工程措施相比, 植被護(hù)坡在發(fā)揮其功效的同時, 具有土木工程措施無法比擬優(yōu)點(diǎn)，能夠快速恢復(fù)由于人類工程建設(shè)所破壞的生態(tài)環(huán)境, 保持生態(tài)間的平衡6。植被護(hù)坡造價低, 經(jīng)濟(jì)性較工程護(hù)坡優(yōu)越，而且可以避免工程加固措施隨著時間的推移, 伴隨巖石的風(fēng)化、混凝土的老化、鋼筋的腐蝕而產(chǎn)生強(qiáng)度降低、效果也越來越差的問題。相反, 采用植被護(hù)坡,

12、 隨著植物的生長、植物的繁殖, 對減輕坡面不穩(wěn)定性和侵蝕方面的作用會越來越大。正因?yàn)槿绱? 植被護(hù)坡工程技術(shù)受到了工程師們的青睞和關(guān)注。 生態(tài)護(hù)坡作為一項工程技術(shù), 許多國家從護(hù)坡機(jī)理及技術(shù)應(yīng)用方面做了大量的研究植被護(hù)坡技術(shù)在日本、歐美等發(fā)達(dá)國家已獲得廣泛的應(yīng)用。尤其是日本, 植被護(hù)坡與道路建設(shè)同時發(fā)展, 至今已有半個多世紀(jì)的歷史了,目前已有多項植被護(hù)坡技術(shù)的專利8, 開發(fā)出眾多適應(yīng)其氣候、地質(zhì)等特性的植被護(hù)坡技術(shù)。 國內(nèi)在植被護(hù)坡技術(shù)應(yīng)用方面的研究起步較晚,我國在90 年代初期與日本合作在黃土高原首次進(jìn)行了液壓噴播試驗(yàn)研究4。我國從南到北，氣候、植被、地形地貌存在顯著差異，并且坡體立地條件具

13、有特殊性。因此，綜合評價、篩選出適合不同區(qū)域的理想護(hù)坡植物種類顯得尤為重要。圍繞坡地的水土保持研究，國內(nèi)外眾多學(xué)者做了大量的相關(guān)研究。21996年，席嘉賓等進(jìn)行邊坡綠化引種試驗(yàn)，通過對11個草種的生長速度、密度、地上(下)生物量、蓋度等指標(biāo)進(jìn)行測定分析，結(jié)果表明無芒雀麥、多年生黑麥草、高羊茅以及豆科的紅豆草、小冠花，可以作為陜西省高等級公路邊坡綠化的應(yīng)用草種。王永豐等于2000年在松花江松原大堤段進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果分析表明，無芒雀麥和扁穗冰草都能很好地適應(yīng)第二松花江堤段護(hù)坡綠化的要求，能夠適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂蚝屯寥罈l件。19992001年，趙明坤等對貴州不同生態(tài)條件下的16種野生草本植物進(jìn)行引種試驗(yàn)，結(jié)

14、果表明扁穗牛鞭草、百喜草、高羊茅、白三葉4種植物，可作為高等級公路護(hù)坡的優(yōu)選草種；狗牙根、假儉草、毛花雀稗等5種野生植物，可作為高等級公路護(hù)坡的一般草種。 植物護(hù)坡需要綜合考慮坡地地區(qū)的氣象條件、邊坡條件、土質(zhì)條件、土壤條件、植被條件等。篩選出適合不同區(qū)域的邊坡優(yōu)勢植物種類，開展組合應(yīng)用研究，尤其要加強(qiáng)對鄉(xiāng)土植被的選擇利用，使護(hù)坡植被群落具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。為此我們參考淮河干支流堤壩、灘地坡度分布特征，人工構(gòu)建坡地，利用狗牙根、高羊茅、牛鞭草作為草被栽培品種，根據(jù)不同的自然降雨條件下水土保持的效果，并與裸地坡面徑流形成進(jìn)行對比分析，對種植不同牧草對坡地抗雨水能力進(jìn)行研究對比，旨在為坡地的

15、開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。二:材料與方法2.1研究內(nèi)容： 本次實(shí)驗(yàn)是根據(jù)自然降雨條件下，利用現(xiàn)有護(hù)坡，栽培不同品種牧草，根據(jù)天氣預(yù)報，監(jiān)測強(qiáng)降水過程中坡地對降水的吸收、徑流和土壤侵蝕，研究牧草護(hù)坡的抗雨水侵蝕能力，旨在為堤壩坡地的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。研究內(nèi)容有：2.1.1 自然降雨條件下種植不同牧草區(qū)域坡地的平均徑流深度差異2.1.2 自然降雨條件下種植不同牧草區(qū)域坡地的平均徑流系數(shù)差異2.1.3 自然降雨條件下種植不同牧草區(qū)域坡地徑流平均泥沙含量的變化2.1.4 不同降水強(qiáng)度對種植不同牧草的坡地徑流系數(shù)的影響2.2實(shí)驗(yàn)材料與儀器：2.2.1 四塊相同坡度，同樣長度、寬度及面積的坡地。2.2.2

16、 四個高度1.0 m，長寬都是1.0 m的徑流池，與四塊坡地相接，徑流池頂部密封防止雨水進(jìn)入。2.2.3 牛鞭草、高羊茅、狗牙根三種牧草的種子。2.2.4 實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)中所用到的主要儀器有：錐形瓶，電子秤，烘箱，SJ-1虹吸式雨量計。2.2.5 實(shí)驗(yàn)區(qū)基本狀況單個試驗(yàn)區(qū)坡地水平面積：12.2 m2 坡地寬度2.50 m，坡地長度5.30 m，斜坡角23°空白對照區(qū)域?yàn)槁愕?。圖1 實(shí)驗(yàn)區(qū)示意圖2.3實(shí)驗(yàn)方法2.3.1 建造實(shí)驗(yàn)區(qū)域：在給定的實(shí)驗(yàn)區(qū)域人工建造坡地，實(shí)驗(yàn)區(qū)域中用有機(jī)玻璃隔出4個250 cm×530 cm的小區(qū)作為研究區(qū)域，分別編號為（1），（2），（3），（4）組

17、，保持四個實(shí)驗(yàn)區(qū)域的面積、坡度相同，土壤夯實(shí)后用農(nóng)用噴霧器灑水浸濕，土壤沉降密實(shí)后，實(shí)測坡度為23±2º，本文中數(shù)據(jù)整理計算以23°處理。2.3.2 種子處理：取足量狗牙根、高羊茅、牛鞭草種子通過物理方法即利用日曬、烘干、水燙、蒸氣等，殺滅種子中存在的菌核、成蟲、蟲癭等活體，并對種子進(jìn)行浸泡、碾壓、脫殼處理，便于種子發(fā)芽。分別取經(jīng)處理后的三種種子5-6克作為實(shí)驗(yàn)待用。2.3.3 播種階段：選定（1），（2），（3）號實(shí)驗(yàn)區(qū)域，分別均勻地撒播待用牛鞭草、高羊茅和狗牙根種子，（4）號區(qū)域作為空白對照。播種后應(yīng)立即覆土鎮(zhèn)壓，使種子與土壤充分接觸，覆土厚度為24mm。播種

18、后及時澆水灌溉，為保持土壤濕潤，覆蓋了一層秸稈，減少水分蒸發(fā)，利于苗全苗壯。（注：牛鞭草、高羊茅、狗牙根出苗時間均為7天左右，時間的一致性確保了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性）。2.3.4 出苗后生長階段：待幼苗出土后，每天定時三次給三種幼苗澆水，時間分別為9:00,13:00,17:00，澆水量根據(jù)植株大小及天氣情況而定。2.3.5 測量階段：待三種牧草幼苗長到10-15 cm后開始測量階段。根據(jù)天氣情況等待自然降雨的發(fā)生，待降雨結(jié)束后開始測量。對（1），（2），（3），（4）號區(qū)域的徑流池進(jìn)行取水和測量，實(shí)際降雨量以虹吸式雨量計測量。通過數(shù)據(jù)的整理和計算得到四塊區(qū)域坡地的徑流深度、徑流系數(shù)、徑流含沙率。徑流

19、系數(shù)（runoff coefficient）是一定匯水面積與降雨量的比值，是任意時段內(nèi)的徑流深度y（或徑流總量W）與同時段內(nèi)的降水深度x（或降水總量）的比值。徑流系數(shù)說明在降水量中有多少水變成了徑流，它綜合反映了流域內(nèi)自然地理要素對徑流的影響。其計算公式為a=y/x。 徑流中泥沙的含量說明雨水對坡地的沖刷程度，泥沙含量的高低可以表明水土流失的程度。三:實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析3.1自然降雨條件下種植不同牧草區(qū)域坡地的平均徑流深度差異圖2 自然降雨條件下種植不同牧草區(qū)域坡地的平均徑流深度差異從圖2可以看出，種植三種牧草的坡地和空白對照區(qū)域平均徑流深度差異明顯。空白對照區(qū)域的平均徑流深度最大，達(dá)到9.0 m

20、m，后各種牧草的平均徑流深度都有一定程度的減小，其中高羊茅牧草的平均徑流深度最小，只有5.0 mm，比起空白對照降低了4.0 mm；牛鞭草的平均徑流深度減少到了5.9 mm，減小了3.1 mm；而狗牙根牧草的平均徑流深度達(dá)到了6.4 mm，減少了2.6 mm，是三種牧草中減少得最少。3.2自然降雨條件下種植不同牧草區(qū)域坡地的平均徑流系數(shù)差異圖3 自然降雨條件下種植不同牧草區(qū)域坡地的平均徑流系數(shù)差異 從圖3我們可以看出各種處理下各種牧草的平均徑流系數(shù)差異，空白對照的平均徑流系數(shù)最大，達(dá)到27.7%，而經(jīng)過處理后的三種牧草的平均徑流系數(shù)都有減小的趨勢。其中高羊茅牧草的平均徑流系數(shù)最小，只有15.5

21、%，比起空白對照降低了12.2%；牛鞭草的平均徑流深度減少到了18.2%，減小了9.5%；而狗牙根牧草的平均徑流深度達(dá)到了19.8%，減少了7.9%，是三種牧草中減少得最少。3.3自然降雨條件下種植不同牧草區(qū)域坡地徑流平均泥沙含量的變化圖4 自然降雨條件下種植不同牧草區(qū)域坡地徑流平均泥沙含量的變化從圖4我們可以看出各種處理下種植不同牧草區(qū)域坡地平均泥沙含量差異，空白對照區(qū)域的徑流平均泥沙含量最大，達(dá)到13.6（g/100 ml），而種植三種牧草的坡地徑流平均泥沙含量都有很明顯的降低趨勢。其中種植高羊茅牧草坡地的徑流平均泥沙含量最小，只有3.3（g/100 ml），比起空白對照降低了10.3（g

22、/100 ml）；而種植牛鞭草的坡地平均徑流泥沙含量減少到了4.1（g/100 ml），比空白對照減小了9.5（g/100 ml）；種植狗牙根牧草的坡地平均徑流泥沙含量達(dá)到了5.4（g/100 ml），比空白對照區(qū)域的平均徑流泥沙含量減少了8.2（g/100 ml），是三種牧草中減少得最少。3.4不同降水強(qiáng)度對種植不同牧草的坡地徑流系數(shù)的影響圖5 不同降水強(qiáng)度對種植不同牧草的坡地徑流系數(shù)的影響圖5為不同降水強(qiáng)度對種植不同牧草的坡地徑流系數(shù)的影響，從圖中可以看出，隨著降雨量的變化，空白對照和種植三種牧草的坡地徑流系數(shù)都有明顯的變化。其中種植高羊茅牧草的坡地徑流系數(shù)在四塊區(qū)域中最小，種植牛鞭草的坡

23、地徑流系數(shù)次之，種植狗牙根牧草坡地的徑流系數(shù)在種植三種牧草的坡地中最大，空白對照的坡地徑流系數(shù)最大，明顯超過種植三種牧草的坡地。四：討論4.1自然降雨條件下種植三種牧草的坡地跟空白對照相比較，平均徑流深度都有一定程度的減小，其中種植高羊茅牧草的坡地平均徑流深度減小程度最大，牛鞭草次之，狗牙根減少的程度最小。4.2自然降雨條件下種植三種牧草的坡地平均徑流系數(shù)跟空白對照相比較，都有減小的趨勢，其中種植高羊茅的坡地平均徑流系數(shù)減小程度最大，牛鞭草次之，狗牙根牧草減少的程度最小。4.3自然降雨條件下種植三種牧草的坡地徑流平均泥沙含量與空白對照相比較，種植三種牧草的坡地徑流平均泥沙含量都有很明顯的降低趨勢。其中種植高羊茅牧草的坡地徑流平均泥沙含量減小程度最大，牛鞭草次之，狗牙根牧草減少的程度最小。4.4不同降水強(qiáng)度條件下，種植三種牧草的坡地和空白對照的坡地徑流系數(shù)都有很大的變化。坡地徑流系數(shù)隨著雨量的增加，空白對照和種植三種牧草的坡地徑流系數(shù)都有明顯的增加。其中種植高羊茅牧草的坡地徑流系數(shù)最小，牛鞭草次之，狗牙根牧草最大。五：小結(jié) 本實(shí)驗(yàn)在自然降雨條件下，通過對種植三種牧草的坡地和空白對照區(qū)域坡地的徑流深度、徑流系數(shù)和徑流泥沙含量的分析對比充分說明坡地栽培牧草，可以有效的降低雨水對坡地的沖刷作用，減少坡地徑流和徑流泥沙含量，對于保護(hù)坡地，減少坡地的水土流失具有重要作用，通