梯田苹果是黄土丘陵沟壑区经济发展的支柱产业,仅延安市梯田苹果面积近250万亩,产值超过百亿,是“绿水青山就是金山银山”在黄土高原生态产业发展的重要体现形式。在全球气候变化的大环境下,加之黄土高原降水时空分布不均的特点,近年来汛期极端暴雨的发生频次明显增多,梯田果园的安全高效生产受到严重威胁。本研究针对黄土丘陵沟壑区极端暴雨频发,严重威胁梯田果园安全生产,而梯田果园对不同标准极端暴雨侵蚀调控的效应研究薄弱这一科学问题,在延安方塔梯田果园上进行野外模拟降雨试验,研究百年一遇到到万年一遇暴雨过程中,梯田果园中各个侵蚀调控因子的调控作用,为保障黄土丘陵沟壑区数百万亩梯田果园安全生产提供科技支撑。取得如下成果:(1)研究了不同下垫面条件下梯田果园的产流过程,阐明了不同调控因子对产流的调控作用。当暴雨标准由百年一遇提升到万年一遇时,相较于无调控因子作用的梯田,随暴雨标准提升:(1)果树对产流时间的调控作用表现为滞后效应,由17%降低至1.03%;对产流速率的绝对消减量受截流阈值影响较为稳定;产流总量消减率由17.76%减小到4.87%。(2)坡面植被对产流时间的调控作用也表现为滞后效应,不同雨强下滞后时间基本稳定在140%左右;对产流速率的消减作用由21.11%提升到28.26%;产流总量消减率由22.81%增大到26.98%。(3)枯落物对产流时间的调控作用也表现为滞后效应,由119.05%减小到43.3%;对产流速率的消减作用由39.35%提升到55.9%;其对产流总量消减率是坡面植被的2倍左右,可达52.55%。坡面植被对产流时间的滞后效益高于果树及枯落物,枯落物对产流速率及累计产流总量的消减调控能力高于坡面植被及果树,总体来看,枯落物在调控产流过程中处于主导地位。(2)揭示了梯田果园中不同侵蚀调控因子对侵蚀产沙过程的调控作用机理,并建立了不同下垫面条件下的挟沙能力计算关系。当暴雨标准由百年一遇提升到万年一遇时,相较于无调控因子作用的梯田,随暴雨标准提升:(1)果树对输沙率的消减作用由9.04%增大到20.78%。(2)坡面植被对输沙率的消减作用由18.26%减小到14.21%。(3)枯落物对输沙率的消减作用随雨强增大稍有减小,由72.34%减小到65.01%。枯落物对侵蚀产沙的调控占主导地位。基于果树、裸坡坡面、坡面植被及枯落物等不同下垫面条件下的降雨径流侵蚀泥沙的野外试验资料,研究了不同下垫面、不同降雨强度下的侵蚀输沙规律,初步给出了不同下垫面的梯田果园侵蚀调控作用下的挟沙能力计算关系,可以为分析多年生梯田果园侵蚀计算提供依据。(3)探讨了不同调控因子作用下土壤水分变化趋势,阐明了不同标准暴雨下土壤水分的响应情况。在暴雨条件下,梯田果园产流形式为超渗产流,产流历时是影响土壤水分的关键因素。不同调控因子对土壤入渗能力的提升效果不同,果树调控作用下,对土壤入渗能力的提升要弱于枯落物及坡面植被;坡面植被与枯落物对土壤入渗能力的提升效果接近,都能明显增加土壤的入渗能力,与果树因子作用比较,坡面植被与枯落物的土壤水分含量增加17.23%~14.36%。(4)给出了梯田果园模式下的减水减沙效益,得到了梯田果园的防御暴雨标准。方塔梯田果园果树生长状况好,梯田隔坡上植被种类繁多,盖度高,且有着丰富的枯落物层,其调控降雨水沙的能力强:与无调控因子作用比,其减水效益为84.68%~89.14%,减沙效益为86.43%~92.56%。在万年一遇暴雨条件下,侵蚀模数仅为93.75 t/km2,远低于容许土壤侵蚀量。说明现状方塔梯田果园可抵御万年一遇暴雨灾害,与2013年发生百年不遇暴雨的研究结果近似,因此延安方塔果园的综合调控模式可以作为黄土高原丘陵沟壑区梯田果园的示范样板。