赵清贺，冀晓玉，徐珊珊，吴长松



河岸植被对坡面径流侵蚀产沙的阻控效果

赵清贺，冀晓玉，徐珊珊，吴长松

（1. 河南大学环境与规划学院，开封 475004； 2. 河南大学黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室，开封 475004）

河岸植被在流域水土保持与非点源污染控制方面具有重要作用。为探究河岸植被阻控坡面径流侵蚀产沙效果及其影响因素，该文通过野外模拟径流冲刷试验，定量分析了北江干流河岸植被阻控坡面径流和侵蚀产沙的特征，探讨了河岸植被对径流与泥沙相互关系的影响以及河岸植被阻控效果与坡度和放水强度的关系。结果表明，（1）植被的存在延迟了坡面初始产流时间、降低了坡面径流系数、减弱了径流侵蚀力，放水强度和坡度越大，坡面产流时间越早、径流系数越大、植被对径流的拦截效果越低，其中，植被对不同坡度上径流系数的平均阻控效果分别为3.35%、3.36%、4.28%和3.17%，对不同放水强度下径流系数的平均阻控效果分别21.69%、17.40%和10.01%，对坡面径流侵蚀力的阻控效果分别为60.00%、32.23%、27.29%和22.76%；（2）植被坡对坡面累积泥沙量的阻控效果分别为60.14%、32.83%、24.19%和20.86%，植被的存在可以有效提高土壤的抗侵蚀能力并减少侵蚀产沙量和降低侵蚀泥沙中值粒径，植被阻控泥沙的效果大于其阻控径流的效果；（3）相关性分析表明，产流时间与累积泥沙量、粒径均呈显著负相关，植被的存在一定程度上改变了退流时间与两者之间的关系；径流系数、径流侵蚀力与累积泥沙量、粒径均呈显著正相关；植被对累积泥沙量和径流侵蚀力的阻控效果与随坡度和放水强度的增加而降低。综上，河岸植被对坡面径流和泥沙具有不同的阻控效果，且受坡度和放水强度影响显著，研究结果可为流域水土保持与河岸植被建设提供支持。

植被；侵蚀；径流；坡面；河岸带；北江

0 引 言

河岸带位于河流与陆地交界处的两边，其范围包括河流廊道的高低水位之间以及从河流高水位至被洪水影响的高地区域，是流域生态系统的重要组成部分，具有独特的空间结构和生态功能[1]。近年来，随着自然和人为活动干扰的加剧，河岸带生态系统功能退化严重，河岸带生态系统功能的恢复和维持逐渐成为流域生态学研究的热点之一。针对河岸带生态系统的研究，国内外研究主要集中于河岸带的结构特征[1-2]、河岸带生物多样性维持功能及其影响因素[3]、河岸带在非点源氮素污染防治方面的作用（包括河岸带截留转化氮素污染物的主要机理和影响因素、河岸带的模拟和设计等）[4-6]、河岸带植被在维护河堤及防止土壤侵蚀方面的作用等[7-9]。但是，相比于对河岸带生物多样性和农业非点源污染控制机理方面的研究，对河岸带阻控水土流失的研究还有待加强。

河岸带植被是流域高地径流和沉积物向河流传输的最后一道屏障，其通过植物吸收、提高入渗、减少径流与流速、提高土壤抗蚀性与抗冲性等，在拦截、过滤、沉积地表径流中的土壤颗粒、稳固河岸、防止河岸冲刷和坍塌等方面具有重要作用[9-10]。对此，国内外研究人员主要从4个方面探讨河岸植被与水土保持的关系：1）植被的存在与否、类型和覆盖度[11-13]；2）植被的垂直结构和形态结构[14-15]；3）植被的种植格局、坡度和坡位[15-16]；4）植被格局与水土流失过程的耦合[17]。虽然各方面均取得了重要成果，但均有待深入。比如，针对河岸植被的存在与否对坡面侵蚀的影响，现有研究主要采用室内外模拟降雨或径流冲刷试验分析植被的存在对径流量、泥沙量以及水动力参数等的影响，以及各参数之间的相互关系[11,13,18]，如王志刚等[13]通过室内水槽模拟冲刷试验分析了河岸边坡草被减流减沙效应及其对坡面流水动力学特征的影响；郭二辉等[12]采用野外调查的方法分析了城区河岸带植被类型对土壤保持的影响。但是，此类研究缺乏探讨植被的存在对各参数之间的相互关系的影响，以及植被阻控坡面径流侵蚀产沙特征对其他控制因子的响应，如坡度、地表粗糙度、降雨或放水强度等。其中，坡度一直是坡面侵蚀研究的重要因素，因此有必要探讨坡度对植被拦截径流泥沙效果的影响。放水强度代表上坡来水条件对植被阻控径流泥沙效果的影响，对其分析有助于我们在理解植被盖度与坡度作用的前提下，针对上坡的可能来水条件，最大限度地发挥植被的作用，尽可能减少不同来水条件造成的水土流失，为河岸带植被建设提供依据。因此，本研究针对坡地水土流失现象较为严重的北江上游，通过野外人工模拟径流冲刷试验，研究北江干流河岸带植被阻控坡面径流侵蚀产沙特征，并在对比分析河岸植被对坡面径流和泥沙影响的基础上，探讨河岸植被对坡面侵蚀过程中径流与泥沙相互关系的影响，揭示河岸植被阻控效果与坡度、放水强度的响应关系，以期为研究区水土保持工作提供支持。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

本研究的试验小区位于广东省韶关市仁化县周田镇平甫村（24°56′N，113°47′E）南侧的北江上游河岸带。研究区属亚热带季风性湿润气候，光热资源丰富，全年平均气温22 ℃左右，无霜日330 d以上。研究区雨量充足，年平均降雨量为1 665 mm左右，年降雨时间为172 d，主要集中在雨季（4－9月），占全年降水量的70%，旱季（10－次年3月）降雨较少[19]。研究区地貌以山地和丘陵为主，岩石主要为花岗岩、石灰岩、紫色砂页岩等，土壤主要以地理发生分类的黄壤和红壤为主，夹杂水稻土、紫色土和石灰土等[19-20]。研究区河岸带属于山地丘陵河岸带，坡度范围为0～20°，河流两岸阶地沉积物受地下水运动和耕作活动影响显著，表层土壤主要为潮土。研究区农业资源丰富，是粤北地区主要的商品粮基地和农产品集散地，同时也是植被破坏和水土流失比较严重的区域（2008年北江上游16.36%的土地处于水土流失状态）[20]。研究区河岸带及其上坡地利用类型主要为农田、果园和人工林，植被类型主要为马尾松次生林、桉树林、竹林和稀树草坡以及农作物等。

1.2 试验小区布设

河岸带的边界有2个，即水域-陆地边界和河岸带-高地边界。前者显而易见，而后者的界定则有较大困难。目前比较常用的方法为横断面法，即在河岸两侧或一侧垂直于河流方向上设立从河边一直到高地的横断面，采用植被分析法和土壤分析法界定河岸带边界。但是，尺度不同、界定标准不同、方法不同，河岸带的上边界就会不同。另外，相比于平原河岸带，山地丘陵地区的河岸带上下边界之间的高差相对较大，即便如此，为更好地反映河岸带的特征，本研究所设置的4个试验小区，均位于接近水域-陆地边界的上侧，果园和农田的下坡方向，即岸边至高地土地利用为农田（西瓜地）-果园（橘园）。本研究采用径流冲刷试验而没有采用人工模拟降雨试验，主要出于以下考虑：首先，河岸带是位于河流与高地之间的过渡带，具有狭长的特点，因此与其本身受降雨溅蚀相比，受上坡来水冲刷的影响更为显著，采用径流冲刷试验更为合适；其次，试验条件限制，人工降雨试验受外界影响因素较多（风、水、电等），对试验条件要求较高，而径流冲刷试验则相对较低。

首先，根据河岸坡度的梯度变化，在河岸带坡面选择4个受人为干扰小、下垫面状况基本一致的自然坡面（表1），采用反三角函数法对试验下垫面进行坡度取量，分别为7°、9°、11°和15°，各小区下垫面情况见表1。其次，布设试验小区：每个试验小区长3 m，宽1 m，两侧用6 块长1 m、高0.3 m、厚1 mm的钢板围合，地下和地上部分各为0.15 m；紧靠小区顶端，为使放水经缓冲能徐徐地、均匀地、以薄层水流的形式流入小区，放置1个与小区等宽、紧贴地面、与两侧密封连接的稳流槽，通过水平仪确保稳流槽水平；紧靠小区底端，放置与小区等宽、紧贴地面、与两侧密封连接的集流槽；在集流槽下方，挖1个与小区等宽的圆形土坑，用以放置收集泥沙样品的集流桶[20]。最后，在小区1、2和3 m处设置观测断面，用于观测流速、流宽和流深。

表1 坡面及土壤的特征

1.3 试验方案

按北江地区暴雨发生频率在野外标准径流小区上产生的单宽径流[20]，本研究将放水强度设置为9、12和15 L/min。试验用水采用附近农田机井用水泵抽取的地下水。为对比分析植被阻控坡面径流侵蚀产沙特征，本研究设置1个植被盖度（植被坡，25%盖度）和1个对比坡（裸坡，0%盖度）。各小区植被为自然植被。本研究选择25%的植被盖度主要基于两点：首先，是研究区河岸带植被概况。其次，是前人对植被盖度减沙效果的分析，如朱冰冰等[21]表明当植被盖度达到20%时可通过机械阻挡和减缓径流有效拦截坡面产生的泥沙，而许炯心等[22]、韩鹏等[23]以及其他相关研究对植被盖度减沙效果临界值的研究结果则不太一致，但不同地区、不同尺度的临界盖度基本上位于40%～60%之间[17]。因此，本研究根据研究区植被概况，在考虑植被既可以有效发挥阻控作用又不受临界盖度影响的前提下，选择25%作为植被盖度开展研究。盖度的提取，为人工修剪自然植被至设定盖度：首先，在不扰动小区下垫面土壤的情况下，对小区植物进行简单修理，并尽量保证各小区植物种类相同；其次，借助相机（Canon SX60 HS）在小区正上方沿坡对小区进行垂直拍照，利用Photoshop CS4软件对照片进行处理来获取植被盖度（为保证提取精准，此过程重复多次直至获取的盖度与实际设定的盖度（25%）相比误差在0.5%之内）；最后，裸坡为在不扰动表层土壤和破坏微地形的前提下剪除坡面植被。本研究各处理未设置重复，主要原因：针对多因素（放水强度、坡度、植被盖度）多水平（3个放水强度、4个坡度、2种植被盖度）的情况，采用目前使用较多的正交试验的设计方法；野外原位试验不同于室内控制试验，控制变量难以重复，找到满足试验重复设计的自然坡岸十分困难。

试验前，为了保证每次试验下垫面水分初始条件基本一致，先用撒水器在试验小区内均匀撒水，撒水量控制在土壤表面达到充分饱和但未产流的程度；率定放水强度，通过微调阀门调节放水强度至预设放水强度（误差小于2%），保持水箱为满载状态以降低水箱水压变化对放水强度的影响。试验开始后，记录初始产流时间，从产流开始计时，历时30 min，前5 min每隔1 min取径流泥沙样，后25 min每隔5 min取径流泥沙样，共收集10次样品，用以测定径流量与泥沙量，试验过程中测量流速、流宽、流深，试验结束后用秒表记录退流时间。另外，由于7°植被坡上15 L/min放水量下的泥沙样品在室内处理过程中未能完整保存，导致此处理的泥沙累积量数据缺失，为保持数据统一，在分析过程中15 L/min放水量下7°植被坡的结果未考虑在内。

1.4 数据分析

坡面流速测定采用高锰酸钾染色剂法，每5 min测量1次（每次测量都包含3个断面流速和全程流速），最后取平均值乘以修正系数0.67作为坡面平均流速[20]。流深用直尺法测定，用直尺在同一过水断面不同水流位置测定3次，取平均值。每个处理的10次样品，经烘干处理后混合为1个混合样，采用四分法取出部分土样，采用马尔文粒径分析仪（MALVERN 2000）测定每个混合样的颗粒组成，并根据美国制土壤粒径分级标准，输出不同粒级颗粒百分含量（%）及中值粒径（D50）大小。

径流系数=累积径流量/累积放水量 （1）

本文采用径流动能表示径流侵蚀力，公式如下[24-25]：

式中为径流动能，J；为径流容重，N/m3；为径流量，m3；为流速，m/s；为重力加速度，9.8 m/s2。

植被对径流/泥沙的阻控效果采用如公式计算：

式中为阻控效果；b和Y分别为裸坡和植被坡的径流侵蚀力或累积泥沙量。

使用SPSS 17.0 和Origin 9.0 软件进行数据统计和作图。

2 结果与分析

2.1 河岸植被阻控坡面径流特征

2.1.1 初始产流时间与退流时间

植被可以增强土壤入渗性能，延缓地表产流时间和降低地表径流的流速，进而减少地表径流量及其侵蚀产沙量[26]。本研究中，植被、坡度和放水强度对坡面产流时间和退流时间具有一定影响，放水冲刷试验条件下北江干流河岸坡面初始产流和退流时间存在明显规律。如图1所示，相同坡度和放水强度情况下，植被的存在明显延迟了坡面初始产流时间，但受坡度与放水强度的共同作用，延迟幅度存在明显差异，随坡度增大延迟幅度呈先增大后减小的趋势；相同放水强度条件下，坡度越大，坡面产流时间越早，这与径流在坡面上的水平分力较大和径流入渗的减少有关。相同坡度条件下，随放水强度的增大，坡面初始产流时间大幅提前。研究表明，坡面土壤入渗能力与粒径<0.002 mm的黏粒含量呈负相关[27]。本研究的试验地位于华南红壤区，土壤质地属于红壤黏土，因此产流时间远小于相同或近似试验条件下的黄土[27]，亦小于人工模拟降雨试验下南方典型黏土的产流时间[28]，但初始产流时间与坡度和放水量（或降雨强度）的关系是一致的。植被对退流时间的影响与初始产流时间不尽一致。相同放水强度条件下，植被对退流时间的影响随坡度的增加呈先延迟后提前的趋势：在较缓坡面上（7°和9°），植被的存在可以延迟退流时间；而在较陡的坡面（11°和15°）上，植被的存在可以减少退流时间。随放水强度增加，坡面径流退流时间呈增加趋势。

2.1.2 径流系数

本试验中，忽略蒸发量，上方来水流经小区主要转化为坡面径流和入渗2部分。径流系数可以反映小区植被和坡度对上方来水的影响。图2为不同放水强度下河岸植被对坡面径流系数的影响，由图2可知，植被坡径流系数明显低于裸坡，这与植被坡通过降低坡面径流流速和有效增加入渗量从而减少坡面径流有关。植被对不同坡度径流系数的平均阻控效果分别为3.35%、3.36%、4.28%和3.17%，表明植被对径流系数的阻控效果随坡度增加呈先增大后减小的趋势。植被对不同放水强度径流系数的平均阻控效果分别21.69%、17.40%和10.01%，表明放水强度越小植被的阻控效果越高。随坡度和放水强度的增加，径流系数虽均呈增加趋势，但植被坡对径流量的拦截作用则逐渐减弱，植被坡与裸坡之间的差异逐渐减小，说明植被的减流效果受坡度和放水强度的影响，在较小的放水强度和坡度下，植被的减流效果更为明显，坡度或放水强度较大时则较弱，显示了植被的减流效果可能是一个随坡度或放水强度增加而降低的函数[29]。本研究结果与人工模拟降雨试验条件下的黄土坡面相比，规律基本一致，但冲刷试验的径流系数高于降雨试验[21]。

图1 不同放水强度下河岸植被对坡面初始产流时间和退流时间的影响

图2 不同放水强度下河岸植被对坡面径流系数的影响

2.1.3 径流侵蚀力

由图3可知，径流侵蚀力随放水强度和坡度的增加而增加，表明放水强度和坡度的增加可以增强径流在垂向和水平方向上的动能和势能，进而增加坡面径流冲刷能力，导致坡面土粒被剥离和搬运的趋势加剧。但是，植被的存在降低了坡面径流侵蚀力，进而减弱上方来水对坡面的冲刷。裸坡平均径流侵蚀力（不同放水强度的平均值）在4个坡面上分别为3.07、3.51、3.85和4.25 J，植被坡的平均径流侵蚀力分别为1.23、2.38、2.80和3.29 J，植被坡对坡面径流侵蚀力的阻控效果分别为60.00%、32.23%、27.29%和22.76%，说明随放水强度和坡度的增加，植被减弱坡面径流侵蚀力的效果越来越小，其原因与径流侵蚀力随放水强度和坡度增加的幅度远大于植被阻控坡面径流侵蚀力的幅度有关。土壤侵蚀是一个做功消耗能量造成土壤颗粒分散的过程，进而产生土壤颗粒的输移。植被通过改变径流的侵蚀动力特性，进而影响侵蚀过程和结果[21,30]，因此本文结合前人研究[24-25]，采用径流动能表示径流侵蚀力，以反映植被对坡面径流冲刷能力的影响。与本研究不同，亦有研究采用径流剪切力[26,31]、坡面径流功率[21,32]等表示径流侵蚀力，并分别得出两者与侵蚀泥沙量显著相关。用径流剪切力描述坡面土壤侵蚀过程时，由于坡面径流水深的不均匀性，其缺乏考虑径流侵蚀能力沿坡面的不均匀分布特征；相比之下，坡面径流动能和径流功率只需考虑用于侵蚀所消耗的能量（出水口与进水口的能量差值），能较好地消除坡面径流水深的不均匀性带来的误差[25]。

图3 不同放水强度下河岸植被对坡面侵蚀力的影响

2.2 河岸植被阻控坡面产沙

2.2.1 累积泥沙量

坡度增加，上方来水入渗量减小、坡面径流增大（流速和侵蚀力增大），坡面土体受斜坡重力切向分力的影响随之增加，导致坡面土体不稳定性增加而更易被坡面径流剥离；放水强度增加，坡面单位面积和时间内的冲刷量随之增加，导致径流剥离和搬运土壤颗粒的能力更强。因此，累积泥沙量随坡度和放水强度的增加而增加（图4）。同一试验条件下，累计泥沙量可以反映坡面植被的减沙作用的大小。由图4可知，裸坡平均累积泥沙量（不同放水强度的平均值）在4个坡面上分别为177.56、227.83、381.13和638.63 g，而植被坡的平均累积泥沙量分别为70.77、153.03、288.93和505.40 g，植被坡对坡面累积泥沙量的阻控效果分别为60.14%、32.83%、24.19%和20.86%，表明植被的存在可以有效提高土壤的抗侵蚀能力并减少侵蚀产沙量，但植被阻控泥沙量的效果随坡度和放水强度的增加而降低。植被阻控泥沙量效果与坡度的关系，与以往在黄土高原[27,30]和南方红壤[28-29]的研究结果一致，但植被阻控泥沙量效果与放水强度的关系与张思毅等[29]模拟降雨情况下香附子阻控泥沙的结果不同，分析其原因，首先可能与试验方法不同有关，放水试验只考虑上坡来水条件下径流对坡面土粒的剥离与搬运过程，而降水试验则多考虑了降雨对土壤坡面的溅蚀作用；其次可能与土壤坡面性质有关，本研究的试验坡面为原生坡面，土壤物理性质受人为影响较小，而张思毅等[29]的试验坡面为容重与原状土容重相同的人工土槽装土坡面，虽土壤容重相同，但土壤的其他物理性质尤其是土粒之间的关系受破坏严重，与原状土差异较大；最后是植物类别与种植方式不同，本研究试验小区植被为自然植被，后者则为人工移栽。

图4 不同放水强度下河岸植被对累积泥沙量的影响

2.2.2 侵蚀泥沙粒径

在颗粒级配曲线上与纵坐标50%相应的粒径称为中值粒径（D50），对于一个处理样，粒径大于或小于D50的泥沙在质量上相等，因此，D50越大，则侵蚀泥沙颗粒越粗；反之则越细。由图5可知，植被坡侵蚀泥沙中值粒径明显低于裸坡，表明植被的存在可以减缓径流和地下根系固土等，有效阻控坡面径流对土壤颗粒的剥离和搬运。同时，随放水强度和坡度的增加，侵蚀泥沙中值粒径基本呈增大趋势，表明坡面侵蚀过程中细小颗粒易受水流影响而脱离坡体，进而被水流挟带输移，但随放水强度和坡度的增加（径流侵蚀力增加），粗颗粒逐渐被坡面径流剥离和搬运。这与吴凤至等[33]研究的黄土的泥沙黏粒含量随坡度的增加逐渐减小的结果相一致，亦与彭怡等[34]研究的紫色土和张怡等[35]研究的褐土在小于临界坡度20°时细砂粒含量随坡度增大而增加、粉粒和黏粒含量随坡度增大而较少的结果相吻合。但是，在整个侵蚀过程（或冲刷过程）中，侵蚀泥沙颗粒的大小是不断发生变化的[36-37]，随冲刷时间的延长，各坡面侵蚀泥沙颗粒将继续变粗并趋于稳定[38]。

图5 不同放水强度下河岸植被对侵蚀泥沙粒径的影响

2.3 河岸植被对坡面径流与侵蚀产沙相互关系的影响

坡面径流与侵蚀产沙有密切的关系，通过相关性分析得知（表2），产流时间与累积泥沙量和粒径显著负相关（<0.05或<0.01），表明产流时间可以间接指示侵蚀产沙量的大小。退流时间与累积泥沙量相关性不显著（>0.05），但是植被的存在一定程度上改变了两者之间的关系，裸坡情况下两者呈正相关，而有植被存在情况下两者呈微弱的负相关；相似地，裸坡的退流时间与粒径呈显著正相关（<0.01），而在植被坡上虽不显著但却呈负相关。这可能与植被在较缓坡面上可以延迟退流时间而在较陡的坡面上可以缩短退流时间有关：在特定试验时间内（30 min），所设定的放水强度高于下渗强度而发生超渗产流，试验结束时，缓坡和陡坡的下渗完成情况不同，缓坡可能属于蓄满产流而陡坡仍处于超渗产流或者混合产流阶段[26]。

径流系数与累积泥沙量和粒径呈显著正相关（<0.01），随径流系数增加，增加的径流量和流速提高了径流剥离能力和挟沙能力，在表层细颗粒含量减少的前提下，侵蚀泥沙呈逐渐粗粒化趋势。植被的存在，虽在一定程度上降低了径流系数，但并未改变径流系数与累积泥沙量和粒径的关系。

径流侵蚀力与累积泥沙量和粒径呈显著正相关（裸坡<0.05；植被坡<0.01），这与径流在受地形、植被和土壤等因素影响的同时其本身又影响侵蚀产沙有关，其所具有的能力大小或者动能在很大程度上决定坡面侵蚀产沙的多少，流量越大或者坡度越大，水流动能或势能转化为的动能就越大，侵蚀产沙率亦越大，能够剥离和输移的土壤颗粒越大[36]。植被的存在，促使径流侵蚀力与累积泥沙量和粒径之间的相关性更加显著。本研究中径流侵蚀力与侵蚀产沙量显著线性正相关的结果，与张乐涛等[24]、吴淑芳等[25]的结果一致。而与朱冰冰等[21]相同盖度下降雨侵蚀力与侵蚀产沙量相关性不显著的结果不一致，主要原因为降雨侵蚀力仅反映了降雨引起土壤侵蚀的潜在能力，无法准确表达下垫面状况对产汇流以及侵蚀产沙过程的影响，而径流侵蚀力则由径流量和流速直接计算而来，更能直接反应径流对下垫面的作用强度。

表2 河岸植被对坡面径流与侵蚀产沙相互关系的影响

注：*. 在 0.05 水平（双侧）上显著相关；**. 在0.01水平（双侧）上显著相关。

Note: *, significant correlation at 0.05 level (bilateral); **, significant correlation at 0.01 level (bilateral).

2.4 坡度与放水强度对河岸植被阻控坡面侵蚀产沙效果的影响

关于植被阻控坡面侵蚀产沙的研究成果颇多，但对其影响因素，主要从植被自身差异（植被类型、位置或者格局）着手[17,26]，缺少考虑外部因素的影响，如地形、坡度、放水量或者降雨量等。基于此，本研究分析坡度与放水强度对河岸植被阻控坡面侵蚀产沙效果的影响。

如图6所示，植被对累积泥沙量和径流侵蚀力的阻控效果均随坡度和放水强度的增加而降低。对比发现，植被的阻控效果随坡度增加而降低的幅度大于随放水强度增加而降低的幅度，说明坡度对植被阻控效果的影响强于放水强度。随坡度的增大，植被拦截效果降低，说明要有效发挥水土保持作用，河岸植被措施在不同坡度下需要有不同的有效盖度[29]。根据研究结果，坡度越大，如果要达到与缓坡相同的阻控效果，需要更大的有效植被盖度。但是，植被盖度对径流泥沙的阻控效果具有临界值，当大于临界盖度时，植被盖度的增加并不会提升阻控效果[17,21-23]。因此植被的阻控效果受各种下垫面状况的综合影响，如，植被（类型、结构、格局，等）、地形（地表粗糙度、坡度）、土壤结构与质地、降雨和径流特征等，要有效提升河岸带水土保持功能需加强对植被阻控坡面侵蚀产沙效果影响因素的深入研究。

图6 坡度与放水强度对河岸植被阻控坡面侵蚀产沙效果的影响

3 结 论

1）放水冲刷试验条件下北江干流河岸坡面初始产流和退流时间存在明显的规律，相同坡度和放水强度情况下，植被的存在延迟了坡面初始产流时间，而放水强度和坡度越大，坡面产流时间越早；植被的存在降低了坡面径流系数，随坡度和放水强度的增加，径流系数虽均呈增加趋势，但植被坡对径流量的拦截作用则逐渐减弱，植被对不同坡度径流系数的平均阻控效果分别为3.35%、3.36%、4.28%和3.17%，对不同放水强度径流系数的平均阻控效果分别21.69%、17.40%和10.01%，表明在较小的放水强度和坡度下，植被的减流效果更为明显，植被的存在降低了坡面径流侵蚀力。

2）植被的存在可以有效提高土壤的抗侵蚀能力并减少侵蚀产沙量和降低侵蚀泥沙中值粒径，但植被阻控泥沙量的效果随坡度和放水强度的增加而降低，侵蚀泥沙中值粒径基本呈增大趋势；通过对比分析发现，植被的减沙效果大于其减流效果。

3）相关分析表明，产流时间与累积泥沙量和粒径均呈显著负相关（<0.05或<0.01），植被的存在一定程度上改变了退流时间与两者之间的关系；径流系数与累积泥沙量和粒径呈显著正相关（<0.01），径流侵蚀力与累积泥沙量和粒径呈显著正相关（裸坡<0.05；植被坡<0.01），表明放水强度或者坡度越大，侵蚀产沙量及其粒径越大；植被对累积泥沙量和径流侵蚀力的阻控效果均随坡度和放水强度的增加而降低。

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Inhibiting effect of riparian vegetation on erosion and sediment yield of slope runoff

Zhao Qinghe, Ji Xiaoyu, Xu Shanshan, Wu Changsong

(1.,,475004,; 2.,,475004,)

Riparian vegetation plays a vital role in maintaining multiple ecosystem functions and providing various ecosystem services for human society. Especially, riparian vegetation acts as a buffer for the stream by intercepting and retaining sediment, nutrients, and pollutants carried in surface runoff before they enter the stream. However, the buffering effects of riparian vegetation are sometimes limited by different factors, such as soil type, slope gradient, rainfall and scouring intensities, and vegetation coverage. Therefore, the upstream of the Beijiang River in Guangdong Province of southern China was selected as a case, and the characteristics of riparian vegetation in inhibiting runoff and sediment in erosion process of red soil slope were explored in this paper. Specifically, using the runoff scouring experiments in situ, the characteristics of riparian vegetation in inhibiting slope erosion along Beijiang River were explored, which aimed to further clarify the effects of riparian vegetation on relationship between overland flow and sediment yield as well as the response of inhibiting effect of vegetation to slope gradient and scouring intensity. The results show that the time of runoff initiation and duration of runoff recession on riparian slope along the Beijiang River exhibited obvious rule under the condition of runoff scouring, namely, the existence of vegetation can delay the time of runoff initiation under the same condition of slope gradient and scouring intensity, and the greater slope gradient and scouring intensity can result in the earlier runoff generation. Vegetation can reduce the runoff coefficient of riparian slope, while the trapping effects of riparian vegetation on runoff amount can be decreased in spite of the fact that the runoff coefficient increases with the increasing slope gradient and scouring intensity. The inhibiting effect of vegetation to slope runoff is more significant under lower slope gradient and scouring intensity. The inhibiting effect of vegetation to runoff coefficient at different slope gradients is 3.35%, 3.36%, 4.28%, and 3.17%, respectively, while under different scouring intensities it is 21.69%, 17.40%, and 10.01%, respectively. Riparian vegetation can reduce runoff erosivity in slope soil erosion process, and greater slope gradient and scouring intensity can result in lower inhibiting effect of vegetation to runoff erosivity. The inhibiting effect of vegetation to runoff erosivity at different slope gradients is 60.00%, 32.23%, 27.29%, and 22.76%, respectively. Riparian vegetation can effectively improve the resistance ability of soil and reduce the yield and median particle size of sediment. The effect of vegetation in inhibiting sediment, which is 60.14%, 32.83%, 24.19%, and 20.86% respectively, is larger than that in inhibiting runoff. Correlation analysis showed that the time of runoff initiation is significantly and negatively correlated with accumulation of sediment yield and sediment particle size, and vegetation can alter relationship between the duration of runoff recession and accumulation of sediment yield and sediment particle size. Runoff coefficient and runoff erosivity both are significantly and positively correlated with the accumulation of sediment yield and sediment particle size, and the effect of vegetation in inhibiting the accumulation of sediment yield and runoff erosivity reduces with the increasing slope gradient and scouring intensity. In conclusion, effect of riparian vegetation in inhibiting erosion sediment is larger than that in inhibiting slope runoff, and is significantly influenced by slope gradient and scouring intensity. Results from the present study can provide the basis for watershed soil and water conservation as well as the restoration and reestablishment of riparian vegetation.

vegetation; erosion; runoff; slope; riparian zone; Beijiang River

赵清贺，冀晓玉，徐珊珊，吴长松. 河岸植被对坡面径流侵蚀产沙的阻控效果[J]. 农业工程学报，2018，34(13)：170－178. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.020 http://www.tcsae.org

Zhao Qinghe, Ji Xiaoyu, Xu Shanshan, Wu Changsong. Inhibiting effect of riparian vegetation on erosion and sediment yield of slope runoff[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(13): 170－178. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.020 http://www.tcsae.org

2018-01-26

2018-04-19

国家自然科学基金项目（41301197）；河南省高等学校重点科研项目（18A170004）；河南省高校科技创新团队支持计划（16IRTSTHN012）

赵清贺，副教授，博士，主要从事流域生态水文方面的研究。Email：zhaoqinghe@henu.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.020

S157.1

A

1002-6819(2018)-13-0170-09