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植被 侵蚀动力学的初步探索和应用
( D 辑) 第33 卷 第 10 期 SCIENCE IN CHINA ( Series D ) 2003 年 10 月 植被-侵蚀动力学的初步探索和应用* 王兆印 王光谦 李昌志 王费新 ( 清华大学水利系, 北京100084; 国际泥沙培训中心, 北京100044) 摘要 植被侵蚀动力学是一个新的边缘学科, 研究流域植被与侵蚀在人类活动影响 下的演变规律. 讨论了作用于植被的各种生态应力, 给出了定量表达式并且统一在植 被-侵蚀动力学方程组中. 推导得出了动力学方程组的理论解并且用于模拟黄土高原安 家沟流域和云南小江流域的植被侵蚀演变过程, 结果表明动力学方程组精确地模拟了 实际演变过程. 利用动力学方程组和特征参数作出了植被侵蚀状态图, 由此可以预测 在停止人类干预后的植被发展趋势, 说明了有效治理所需的治理强度和控制侵蚀对植 被发育的重要性. 植被侵蚀状态图还说明在雨量较丰 气温较高的云南高原小江流域, 减少侵蚀是改善植被的重要措施, 植被改善后比较稳定. 而在比较干旱 水土流失严 重的黄土高原上, 增加植被能够明显地减少侵蚀, 但控制侵蚀对于促进植被发育没有 太大的作用. 即使植被已经大大改善, 仍然不稳定, 还需要不断地护理才能维持植被的 良性发育. 关键词 植被发育 生态应力 侵蚀 动力学方程 黄土高原 山区和丘陵地区的植被发育依赖于当地的气候 降雨 土壤结构 母岩 地形 土壤侵 蚀和土地利用类型. 土壤侵蚀影响植被发育, 其长期作用导致了地貌演变, 改变了土壤组成, 甚至在一定程度上影响了气候. 由于侵蚀, 土壤中有机碳全球每年释放进入大气层的量估计 [1,2] 为 11.4 亿吨 , 这对改变气候加快温室效应的作用是不可忽视的. 反之, 地表植被也是减少 [3] 侵蚀的重要因素. 如黄河中游砒砂岩地区利用沙棘形成柔性坝减沙, 取得良好效果 ; 黄土高 原王家沟由于天然林木植被大量截留泥沙, 河床在 120 多年里抬高 5 m 多, 变宽变浅, 又发 [4] 育出大量灌木和水草 . 根据某些小流域植树种草控制侵蚀减少产沙量的调查结果, 40% 的植 树种草面积比使得土壤侵蚀率减少62%, 而54% 的植树种草面积比使得土壤侵蚀率减少80%[5]. [6] [7] 黄河中游遭受风力侵蚀和水力侵蚀 , 植被覆盖是影响黄土地区土壤含水量的重要因素 , 因 此, 在这些地区植被发育的防风固沙 蓄水保土功能效果十分明显. 研究表明, 黄土高原上侵 蚀率随树林覆盖率几乎是直线减少, 当树林覆盖率大于0.6 时, 侵蚀率降到0[8]. 对于一个地区而言, 在气候 土壤 主要地貌类型及其分布基本不变的条件下, 植被与 侵蚀经过长期的相互作用会达到一种动态平衡. 地壳运动 火山爆发 旱灾 森林火灾和人 类活动如砍伐森林 开矿 改变土地利用和植树造林都会打破这种平衡. 这些自然的或人类 活动引发的作用于植被的各种扰动会明
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