梯田水文生态及其效应研究
摘要
梯田是在坡地上沿等高线建造的阶梯式农田,是改善农业生产条件和治理水土流失的有效措施。在水土流失严重的黄土高原地区,梯田是一种十分有效地水土保持措施,可以增加土壤水分,达到雨水资源利用的目的,对解决制约旱作农业水资源短缺的问题起到重要的作用。
本研究系统地论述了梯田的发展历史,对梯田水文生态系统进行了比较全面系统的分析,总结出了梯田的基本特征。以黄土高原的甘肃庄浪县梯田和陕西乾县梯田为例,采用调查研究与野外试验、定性分析与定量计算、分析与综合、数理统计等方法,研究了梯田水文生态问题及其效益,取得了如下主要研究性成果。
(1)比较系统地阐述了梯田的来由、形成、历史、类型及其特征,结合黄土高原的实地情况进行调查研究,探讨了梯田的作用功能及其对生态环境的影响。
(2)对梯田水文生态系统进行了探讨和研究。在水循环的过程中,梯田使得降雨入渗作用迅速加强,而与之伴生的减少或抑制了坡面径流,甚至使范围内的全部降雨就地入渗。在黄土高原地区,由于土壤具有高渗透性和高蓄水性固有属性,为降雨入渗提供了顺畅的通道。其结果是,梯田为植被的生长提供了充裕的水因子保证,为“水文生态”的良性发展提供了支持性的作用。
(3)研究了梯田水文生态系统的作用机制。通过坡面土(壤)体分析,认为梯田水文生态系统的作用机制在于使得在坡地条件下,坡面径流系统及其伴随着土壤(体)非稳定性产生的土壤易流失性发生了改变,进而改变了水循环的路径和空间分布储存的特征,从而产生对生态环境的支配机制。
(4)采用土钻烘干法,结合使用探针式时域反射仪(TRIME-PICO),研究了三场降雨过程中,梯田土壤储水量与坡地土壤储水量的变化情况。结果表明,当三次降雨量之和为41.72mm时,梯田土壤储水量累计增加了37.12mm,坡地土壤储水量累计增加了17.981mm。梯田水文系统的入渗功能好于坡地水文系统。
(5)研究了不同植物种植条件下,梯田土壤水分的变化情况。研究的结果是,土层深度0-2m处,豆科作物下梯田土壤含水量均值为14.76%,玉米地的土壤含水量均值为13.29%,果园地的土壤水分均值为11.98%。同时研究了不同植物下的梯田内侧、中部和外侧不同土层深度下的土壤水分的变化规律。
(6)采用水保法和调查的方法,依据梯田有效面积和蓄水拦沙指标,计算了甘肃庄浪地区梯田效益。庄浪县丰水年拦蓄水量2211万m3,拦蓄泥沙1190万t；平水年拦蓄水量1700万m3,拦蓄泥沙850万t；枯水年拦蓄水量1304万m3,拦蓄泥沙567万t。梯田粮食增产量为5万t。梯田及其梯田水文生态系统具有蓄水拦沙和良好的粮食生产功能。
Terrace is one kind of multistep farmland built along contour lines in sloping fields, which is an effective measure to improve agriculture production conditions and to tackle the problems of sand and soil erosion. The region of Loess Plateau is a severe problem of sand and soil erosion. In such region, terrace is an effective measure, with the function of retaining river runoff, and increasing soil moisture to be used as rain resources, mealwhile, also plays an essential role in dealing with the problems of water shortage restricted to dry framing.
The present study systematically expounds the history of terrace, and has a comprehensive analysis of hydro-ecosystems of terrace, and then summarizes the general features of terrace. Taking the terrace in region of Loess Plateau in Zhuanglang County in Gansu Province and Qianxian Country in Shaanxi Province as examples, adopting both the investigation and the field test, both qualitative and quantitive method, based on on-the-spot investigation Mathematical Statistics, Issue of hydro-ecology of terrace and its effectiveness is researched.as a result,made the following main research results.
(1) This paper systematically expounds everything of terrace to source, formation, history, types and its characteristics., combining with the field survey and study in loess plateau, probes into the role of terraces and its function of ecological environmental effect.
(2) Hydro-ecosystems of terrace.coud be probed and studied in this paper. In the process of water circulation, terrace quickly reinforces the infiltration of recharge by rainfall; therefore it reduces the sheet flow, even makes the infiltration of recharge by rainfall on the spot. In the region of Loess Plateau, because of the intrinsic attribute of high Permeate and higher to retain water proper to provide smooth gateway for rainfall. The result is that the terraced fields acted for providing abundant water factor assurance in the growth of vegetation, and the positive shape of" Hydro-ecosystems " providing backing for it.
(3) The mechanism of Hydro-ecosystems of the terrace is researched. Through the slope soil (soil) body force analysis that terrace mechanisms of ecosystems is to make the slope conditions, along with runoff and soil system (body) of non-stability of the resulting loss of soil easily has changed, then changed the path of the water cycle characteristics and spatial distribution of storage, resulting in the dominant mechanism of the ecological environment.
(4) Adopting the soil drills-baking drying method,combine to use the probe type time domain reflection instrument(TRIME-PICO), Changes of soil water storage in terraced field is compared with Sloping fields.The results showed that accumulating soil water storage of terraced field increase by37.12mm, soil water storage of Sloping fields increase by17.98mm. When it has41.72mm rainfall by three accumulating rain. It is show that infiltration function of Terrace are more than slopes, in Hydro-ecosystems.
(5) With different plant cultivation conditions, changes in soil moisture terrace. Studied under different vegetation (corn, beans and orchard land) changes in soil moisture. Results of the study, the soil at the depth of0-2m, beans to the mean of14.76%soil moisture, soil moisture corn mean of13.29%, the mean soil moisture orchard to11.98%. Also studied under different plants inside terrace, central and lateral soil depth under different soil moisture variation.
(6) Adopting water conservation methods and survey methods, based on the terrace effective area and index of storage water and sediment, calculated economic benefits in terraces of ZhuangLang county, in Gansu Province. it is storage wate of22.11million m3,reduce sediment11.90million t in wet year; storage wate of17million m3,reduce sediment8.50million t in average year; storage wate of13.04million m3, reduce sediment5.67million t in dry year. grain yield Increased by0.05million t in terrace than sloping fields of ZhuangLang county, in Gansu Province.Terrace and its Hydro-ecosystems has two the function of storage water and sediment,of fine production crops.
本研究系统地论述了梯田的发展历史,对梯田水文生态系统进行了比较全面系统的分析,总结出了梯田的基本特征。以黄土高原的甘肃庄浪县梯田和陕西乾县梯田为例,采用调查研究与野外试验、定性分析与定量计算、分析与综合、数理统计等方法,研究了梯田水文生态问题及其效益,取得了如下主要研究性成果。
(1)比较系统地阐述了梯田的来由、形成、历史、类型及其特征,结合黄土高原的实地情况进行调查研究,探讨了梯田的作用功能及其对生态环境的影响。
(2)对梯田水文生态系统进行了探讨和研究。在水循环的过程中,梯田使得降雨入渗作用迅速加强,而与之伴生的减少或抑制了坡面径流,甚至使范围内的全部降雨就地入渗。在黄土高原地区,由于土壤具有高渗透性和高蓄水性固有属性,为降雨入渗提供了顺畅的通道。其结果是,梯田为植被的生长提供了充裕的水因子保证,为“水文生态”的良性发展提供了支持性的作用。
(3)研究了梯田水文生态系统的作用机制。通过坡面土(壤)体分析,认为梯田水文生态系统的作用机制在于使得在坡地条件下,坡面径流系统及其伴随着土壤(体)非稳定性产生的土壤易流失性发生了改变,进而改变了水循环的路径和空间分布储存的特征,从而产生对生态环境的支配机制。
(4)采用土钻烘干法,结合使用探针式时域反射仪(TRIME-PICO),研究了三场降雨过程中,梯田土壤储水量与坡地土壤储水量的变化情况。结果表明,当三次降雨量之和为41.72mm时,梯田土壤储水量累计增加了37.12mm,坡地土壤储水量累计增加了17.981mm。梯田水文系统的入渗功能好于坡地水文系统。
(5)研究了不同植物种植条件下,梯田土壤水分的变化情况。研究的结果是,土层深度0-2m处,豆科作物下梯田土壤含水量均值为14.76%,玉米地的土壤含水量均值为13.29%,果园地的土壤水分均值为11.98%。同时研究了不同植物下的梯田内侧、中部和外侧不同土层深度下的土壤水分的变化规律。
(6)采用水保法和调查的方法,依据梯田有效面积和蓄水拦沙指标,计算了甘肃庄浪地区梯田效益。庄浪县丰水年拦蓄水量2211万m3,拦蓄泥沙1190万t；平水年拦蓄水量1700万m3,拦蓄泥沙850万t；枯水年拦蓄水量1304万m3,拦蓄泥沙567万t。梯田粮食增产量为5万t。梯田及其梯田水文生态系统具有蓄水拦沙和良好的粮食生产功能。
Terrace is one kind of multistep farmland built along contour lines in sloping fields, which is an effective measure to improve agriculture production conditions and to tackle the problems of sand and soil erosion. The region of Loess Plateau is a severe problem of sand and soil erosion. In such region, terrace is an effective measure, with the function of retaining river runoff, and increasing soil moisture to be used as rain resources, mealwhile, also plays an essential role in dealing with the problems of water shortage restricted to dry framing.
The present study systematically expounds the history of terrace, and has a comprehensive analysis of hydro-ecosystems of terrace, and then summarizes the general features of terrace. Taking the terrace in region of Loess Plateau in Zhuanglang County in Gansu Province and Qianxian Country in Shaanxi Province as examples, adopting both the investigation and the field test, both qualitative and quantitive method, based on on-the-spot investigation Mathematical Statistics, Issue of hydro-ecology of terrace and its effectiveness is researched.as a result,made the following main research results.
(1) This paper systematically expounds everything of terrace to source, formation, history, types and its characteristics., combining with the field survey and study in loess plateau, probes into the role of terraces and its function of ecological environmental effect.
(2) Hydro-ecosystems of terrace.coud be probed and studied in this paper. In the process of water circulation, terrace quickly reinforces the infiltration of recharge by rainfall; therefore it reduces the sheet flow, even makes the infiltration of recharge by rainfall on the spot. In the region of Loess Plateau, because of the intrinsic attribute of high Permeate and higher to retain water proper to provide smooth gateway for rainfall. The result is that the terraced fields acted for providing abundant water factor assurance in the growth of vegetation, and the positive shape of" Hydro-ecosystems " providing backing for it.
(3) The mechanism of Hydro-ecosystems of the terrace is researched. Through the slope soil (soil) body force analysis that terrace mechanisms of ecosystems is to make the slope conditions, along with runoff and soil system (body) of non-stability of the resulting loss of soil easily has changed, then changed the path of the water cycle characteristics and spatial distribution of storage, resulting in the dominant mechanism of the ecological environment.
(4) Adopting the soil drills-baking drying method,combine to use the probe type time domain reflection instrument(TRIME-PICO), Changes of soil water storage in terraced field is compared with Sloping fields.The results showed that accumulating soil water storage of terraced field increase by37.12mm, soil water storage of Sloping fields increase by17.98mm. When it has41.72mm rainfall by three accumulating rain. It is show that infiltration function of Terrace are more than slopes, in Hydro-ecosystems.
(5) With different plant cultivation conditions, changes in soil moisture terrace. Studied under different vegetation (corn, beans and orchard land) changes in soil moisture. Results of the study, the soil at the depth of0-2m, beans to the mean of14.76%soil moisture, soil moisture corn mean of13.29%, the mean soil moisture orchard to11.98%. Also studied under different plants inside terrace, central and lateral soil depth under different soil moisture variation.
(6) Adopting water conservation methods and survey methods, based on the terrace effective area and index of storage water and sediment, calculated economic benefits in terraces of ZhuangLang county, in Gansu Province. it is storage wate of22.11million m3,reduce sediment11.90million t in wet year; storage wate of17million m3,reduce sediment8.50million t in average year; storage wate of13.04million m3, reduce sediment5.67million t in dry year. grain yield Increased by0.05million t in terrace than sloping fields of ZhuangLang county, in Gansu Province.Terrace and its Hydro-ecosystems has two the function of storage water and sediment,of fine production crops.
引文
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