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为改善黄土区不断恶化的水土流失问题,我国实施了“退耕还林(草)”植被恢复工程。目前研究集中于大中流域尺度上植被恢复对流域径流泥沙特征的影响,坡面尺度上较多关注植被恢复改良土壤性能研究,对坡面径流泥沙特征对植被恢复的响应过程及机理缺少系统研究。本文以晋西黄土区不同退耕还林(草)地为研究对象,以农地为对照,基于野外人工降雨模拟试验,样地调查与采样测试获取数据,系统分析坡面径流泥沙特征对不同土地利用类型(乔木林、灌木地、草地和农地)枯落物和土壤性能的响应,以期为科学评价晋西黄土区植被恢复的生态服务提供理论基础,为该区域退耕林分经营管理与质量提升提供技术支撑。主要结论如下: (1)植被恢复27年以来,乔木林、灌木地和草地枯落物蓄积量增加,分别为5.71t·hm-2、7.71t·hm-2和3.05t·hm-2,枯落物最大持水量分别为9.92t·hm-2、16.44t·hm-2和6.92t·hm-2,枯落物有效持水量分别为7.65t·hm-2、12.36t·hm-2和5.05t·hm-2;同时,与农地相比,乔木林、灌木地和草地的土壤饱和持水量分别增大了61.76%、40.60%和19.29%,土壤毛管持水量分别增大了63.74%、45.75%和15.70%,土壤非毛管持水量分别增大了57.54%、30.01%和26.65%,土壤饱和导水率分别增大了130.43%、86.96%和37.68%;此外,与农地相比,乔木林、灌木地和草地的土壤团聚特征表现为大粒径(>5mm,2-5mm和1-2mm)增大,小粒径(0.15-1mm粒径和<0.15mm)减小。与农地相比,乔木林、灌木地和草地土壤大粒径(>1mm)团聚体分别增大了71.42%、44.99%和52.42%。总体上,植被恢复显著改善了坡面水文特征和土壤抗侵蚀能力。 (2)不同强度降雨下,不同土地利用类型坡面径流均呈现出先增大后基本保持稳定的趋势。与农地相比,乔木林、灌木地和草地坡面径流总量在30mm.h-1降雨下分别减少了90.83%、77.57%和59.18%;在60mm·h-1降雨下分别减少了86.40%、79.79%和70.38%;在90m m·h-1降雨下分别减少了84.56%、79.20%和71.03%;在120mm·h-1降雨下分别减少了72.44%、63.79%和49.58%。不同土地利用类型坡面泥沙均呈现先增大再减小然后逐渐稳定的趋势。与农地相比,乔木林、灌木地和草地坡面泥沙总量在30mm·h-1降雨下分别减少了15.48%、76.57%和26.78%;在60mm·h-1降雨下分别减少了44.53%、48.06%和20.10%;在90mm·h-1降雨下分别减少了20.58%、46.92%和10.96%;在120mm·h-1降雨下分别减少了26.50%、61.36%和35.40%。总体上,不同土地利用类型的保水蓄水能力表现为乔木林>灌木林>草地>农地,减沙能力表现为灌木林>乔木林>草地>农地。植被恢复显著降低了坡面径流量和泥沙量,其中乔木林保水最多,灌木地减沙更强。 (3)与坡面径流存在正相关关系的有土壤0.15-1mm和<0.15mm粒径团聚体;与坡面泥沙存在正相关关系的有土壤0.15-1mm粒径团聚体;与坡面径流和泥沙均存在负相关关系的有枯落物蓄积量、枯落物最大持水量和有效持水量、土壤饱和持水量、毛管持水量和非毛管持水量、饱和导水率、>5mm和1-2mm粒径团聚体。对坡面表层枯落物和土壤的13个性质做主成分分析得到两个主成分因子。第一主成分代表坡面表层持水性和土壤结构性因子。第二主成分代表土壤团聚体特征因子。第一主成分对坡面径流和泥沙存在显著负影响,第二主成分对坡面泥沙存在显著负影响。黄土坡面径流和泥沙减少的原因主要是植被恢复增加了较大粒径团聚体,改善了坡面表层土壤持水、导水和抗侵蚀能力,同时枯落物增加也发挥了一定的拦蓄作用。 因此,该区域退耕林分经营管理应注意土壤大粒径团聚体、土壤结构的保护和改善;另外,综合衡量保水和固沙功能,条件相似情况下,应优先发展灌木地。