表2 施氮量与白羊草和生物结皮盖度的相关分析Table 2 Correlation analysis between nitrogen addition and coverage ofBothriochloa ischaemum(Linn.) Keng and biological soil crusts注：**表示在置信度在0.01 水平上显著相关；*表示在置信度在0.05 水平上显著相关。下同。样本量为32。Note:**indicate level of significance at 0.01 level;*indicates level of significance at 0.05 level. Same below. The sample size is 32.指标Indexes白羊草盖度Coverage of Bothriochloa ischaemum (Linn.)Keng苔藓结皮盖度Coverage of moss藻结皮盖度Coverage of algae施氮量Nitrogen addition amount 0.264** -0.646** 0.613**白羊草盖度Coverage of Bothriochloa ischaemum (Linn.) Keng— 0.280** -0.215**

表3 坡面流水动力学参数与降雨强度和植被盖度的相关分析Table 3 Correlation analysis between hydrodynamic parameters and vegetation coverage and rainfall intensity注：样本量为96。Note: The sample size is 96.指标Indexes q V h f n τ ω E降雨强度Rainfall intensity 0.94** 0.65** 0.42** -0.24 -0.20 0.14 0.20 0.44**白羊草盖度Coverage of Bothriochloa ischaemum (Linn.) Keng 0.07 -0.11 0.21 0.10 0.16 -0.62** -0.56** 0.21苔藓结皮盖度Coverage of moss -0.04 -0.54** 0.61** 0.55** 0.65** -0.45** -0.43** 0.61**藻结皮盖度Coverage of algae 0.07 0.54** -0.57** -0.52** -0.62** 0.42** 0.40** -0.56**生物结皮盖度Coverage of biological soil crusts 0.07 -0.20 0.35* 0.29* 0.32* -0.25 -0.23 0.35*

坡面侵蚀过程实质上是一个不断耗能和做功的过程，受下垫面状况及土壤特性的影响。随着施氮量的增加，坡面水流沿程的能耗也随之增强，表现为径流剪切力、水流功率增大，过水断面单位能降低。首先，对于径流剪切力和水流功率而言，二者均与径流含沙量密切相关。相关研究认为当草被盖度达到 60%时，其减少土壤侵蚀的作用趋于最大且稳定[14]。因此，尽管本研究中N0处理的白羊草盖度较低，但其减蚀作用稳定，生物结皮可能成为其控制泥沙含量的主要因素。此外，由于N0处理的苔藓结皮盖度显著高于其他处理，其径流含沙量（0.86 g/L）显著低于 N2.5、N5和 N10处理（3.82、3.12 和4.97 g/L），且苔藓结皮降低流速的能力和保护表土的作用均优于藻结皮[31]，因此N0处理的径流剪切力和水流功率最小。

施氮显著影响了白羊草群落的生长发育，同时也使坡面流水动力特征表现出较大的不确定性。由于白羊草为柔性植被且株高较大，使其受到雨滴打击而呈匍匐状态；另外，不同处理地表生物结皮的分布不均，且夹杂着裸地斑块（如9 月N2.5处理的裸露面积最大，占16.5%）。因此，径流在对地表土壤的冲刷过程中，可能造成白羊草冠层在坡面的重新堆叠。而且生物结皮也可能被股流“揭开”，造成生物结皮新的分布格局，使结皮覆盖下的土壤颗粒随水流搬运。这些均会增加水动力学特征的不确定性。

3.3 白羊草生长期内坡面流水动力参数的变化特征

白羊草不同生长期的坡面径流量没有显著变化（图 5）。这主要是由于每次降雨试验前对坡面进行充分润湿，使土壤含水率达到饱和状态，从而限制了水分下渗。此外，本研究的降雨强度较大，加之白羊草叶片狭长，对雨滴的承载和截留能力十分有限，在一定程度上掩盖了植被冠层对降雨的截留作用。相关分析也表明，坡面径流量与植被盖度无显著关系（P＞0.05），而与降雨强度呈显著相关（r=0.94，P＜0.01，表3）。

在分析植被对坡面流水动力特性的影响时，一般根据植被的柔韧性将植被分为刚性和柔性 2 种，二者对坡面流阻力的影响不尽相同[8]。研究结果表明，植被生长过程中，白羊草群落坡面的平均水流速率逐渐减缓，水深增加，坡面流阻力显著增大。植被生长前期，白羊草植株矮小，草被盖度较低，冠层对雨滴的截留作用较弱[32]。此外，本研究中生物结皮在降雨试验前经历过年际冻融，使得地表藻类结皮连续性破碎，边缘翻起，增大了径流阻力。王媛[33]研究发现，冻融可增加生物结皮表面糙度，且与苔藓结皮相比，冻融更易显著增加藻结皮糙度。因此，在植被生长初期，坡面流受到的阻力主要来自白羊草植株基部刚性部分和地表糙度。随着生长期变化，坡面流特征变化更加复杂。白羊草属于柔性植被，存在倒伏现象，导致白羊草盖度与坡面流流速、水深等参数不存在相关性（表3）。然而，随着白羊草枝叶的逐渐增长，植株多呈匍匐状态，根据最小能耗原理，薄层水流呈股状流动并穿梭于茎叶之间，在一定程度上延长了流程，降低了流速，增加了水流阻力和水深[34-35]。研究表明，当柔性植被没有被水流完全淹没时，阻力系数随着植被盖度和植株高度的增加而增加[36]。对于苔藓结皮，在一定程度上属于刚性植被，其水流阻力与植株刚度、分布密度和盖度等有关[8,37-38]，因此，随着苔藓结皮盖度增大，地表糙度增加，水流阻力增大。由于径流剪切力和水流功率受坡面流速和水深和水流挟沙密度的共同影响，这也二者的变化过程较为复杂。研究表明，相同降雨条件下，植被对产沙的抑制作用显著高于径流[39]，因此，最终表现为径流剪切力和水流功率随植被生长显著降低。

文章来源：《水动力学研究与进展》 网址: http://www.sdlxyjyjzzz.cn/qikandaodu/2021/0223/519.html

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