研究揭示：灌木茎秆如何减缓干热河谷切沟侵蚀
研究揭示：灌木茎秆如何减缓干热河谷切沟侵蚀
干热河谷地区的切沟侵蚀是一个严重的生态环境问题。中国科学院成都山地灾害与环境研究所熊东红研究团队最新研究发现，灌木茎秆通过促进集中流分流、增加径流流宽和弯曲度、降低流速等作用，能够有效减缓沟床侵蚀。这一发现为干热河谷地区的水土保持提供了新的科学依据。
植被通过地上冠层截持降雨、地表覆被（如茎秆、枯落物）阻缓径流以及地下根系固土促渗等作用，能够发挥增阻减蚀的功能，进而有效控制切沟侵蚀。金沙江干热河谷是我国西南生态脆弱区，严重的切沟侵蚀是其突出的生态环境问题。深入研究植被恢复对切沟侵蚀的影响，对于明确植被影响切沟侵蚀的动力学机理、阐明植被恢复驱动切沟侵蚀泥沙锐减机制及干热河谷区水土流失治理具有重要意义。然而，以往研究多集中于植被恢复对切沟侵蚀的综合影响，对切沟沟床植被恢复消减切沟侵蚀动力的水力学机理研究较少，特别是灌木不同组分如何通过改变径流水力特性来影响沟床侵蚀过程仍不明晰。
针对这一问题，成都山地所熊东红研究团队基于“灌木茎秆对切沟集中流的分流作用”视角，查明了灌木茎秆对沟床集中流流路特征、水动力特性及径流含沙量的时空动态变化特征，系统阐释了“沟床灌木茎秆影响集中流分支特性，进而影响水动力特性与侵蚀产沙”过程特征，揭示了植被茎秆在沟床侵蚀过程中促进集中流分流、增阻、减蚀的作用机制。
研究表明，灌木茎秆显著促进了集中流分流、增加了径流流宽、弯曲度与复杂程度。与裸露沟床相比，灌木茎秆覆盖沟床内的流路数、径流宽、弯曲度和分形维数分别增加了29.55%114.20%、21.34%93.18%、31.16%108.02%和2.82%7.61%；随着茎秆盖度增加，平均流路数、径流宽、弯曲度呈线性增加趋势，平均分形维数呈指数增加趋势。在水动力特性方面，茎秆显著改变了沟床集中流的流速、径流剪切力以及达西阻力系数。与裸露沟床相比，在茎秆覆盖沟床内流速和径流剪切力分别降低了17.47%25.19%和4.75%11.42%，达西阻力系数增大了35.94%68.71%。平均流速和平均径流剪切力随茎秆盖度增加呈幂函数减小趋势，而径流阻力随茎秆盖度增加呈幂函数增加趋势。在侵蚀产沙方面，与裸露沟床相比，茎秆覆盖沟床内径流含沙量降低了11.82%26.93%；茎秆盖度与平均径流含沙量呈指数负相关关系。基于构建的灌木茎秆盖度、径流流路特征及水动力特性对沟床侵蚀产沙影响元模型，进一步揭示了灌木茎秆“促进集中流分流、显著增加径流总流宽和弯曲度以降低流速，最终减缓沟床侵蚀”这一阻控过程。同时，随着茎秆盖度的增加，该阻控作用更为显著。
此项研究丰富了植被影响切沟侵蚀动力机制的认识，可为系统认知干热河谷切沟发生发展规律、优化区域水保措施配置提供科学依据。相关成果荣获了世界水土保持学会青年论坛优秀论文奖，并发表在期刊International Soil and Water Conservation Research上。研究得到国家自然科学基金（42277358、42107377）及中国科学院成都山地所自主部署（IMHE-GJHZ-03）的资助。
不同茎秆盖度沟床径流流速、径流剪切力及达西阻力系数的时空变化
灌木茎秆盖度、径流流路特征及水动力特性对沟床侵蚀产沙的影响
本文原文来自中国科学院网站