Effetti del modello spaziale della vegetazione sull'erosione e sullo smistamento delle particelle di sedimento nel versante convesso del loess

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14187 (2022) Citare questo articolo

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Per affrontare il problema della grave erosione del suolo sull'altopiano del Loess, in condizioni di limitate misure di vegetazione, vengono studiate le caratteristiche dell'erosione del deflusso e le caratteristiche di smistamento dei sedimenti dell'erosione della vegetazione in diverse posizioni sul versante superiore dei pendii convessi, e lo spazio ottimale della vegetazione il modello è proposto in base ai vantaggi dello stoccaggio dell'acqua e della riduzione dei sedimenti in diverse posizioni della vegetazione. Il grado di fluttuazione della portata del flusso per unità di area di diversi modelli spaziali di vegetazione è piccolo e il processo di variazione della portata dei sedimenti per unità di area di ciascun modello spaziale di vegetazione ha fluttuato bruscamente con l'aumento del tempo di deflusso. Dopo aver piantato la vegetazione sul pendio, la resa totale del deflusso e la resa dei sedimenti sono state ridotte. Il beneficio in termini di riduzione della resa del deflusso è stato del 19,65% quando la fascia erbosa era a 6 m dalla sommità del pendio; e il beneficio in termini di riduzione della resa dei sedimenti è stato superiore al 70% quando la cintura erbosa era a 2 m dalla sommità del pendio. In condizioni di erosione idraulica sul pendio coperto da vegetazione, le particelle dell'erosione sono principalmente particelle fini, con un elevato contenuto di limo e un contenuto di sabbia relativamente piccolo. Quanto più la vegetazione è disposta dalla sommità del pendio, tanto più facilmente viene eroso il limo di dimensioni 0,002–0,05 mm. La maggiore efficacia in termini di riduzione sia del deflusso che della resa dei sedimenti è stata ottenuta quando la vegetazione è piantata in prossimità della fine della lunghezza del pendio.

L'area dell'altopiano del Loess, nella Cina centro-settentrionale, è caratterizzata da migliaia di burroni, terreni complessi, scarsa copertura vegetale ed è fortemente influenzata dalle attività umane, con conseguente grave erosione del suolo, con una perdita media annua di suolo di 5.000 ~ 10.000 t. /km21,2,3,4,5. La crescente erosione del suolo non solo distrugge l’ambiente ecologico, ma ostacola anche seriamente lo sviluppo sostenibile dell’economia sociale circostante6,7,8. I pendii convessi sono tratti di pendio situati tra i canaloni. A causa dei diversi tipi di pendio, la distribuzione dell’acqua nel terreno in pendenza dopo l’infiltrazione delle precipitazioni varia, e le caratteristiche di erosione e resa dei sedimenti dei pendii convessi sono diverse da quelle dei normali pendii loess. Ad esempio, Zhang et al.9 hanno scoperto che nelle condizioni di abrasione del pendio convesso, la velocità del pendio nudo fluttua considerevolmente nello spazio, mentre l'erosione delle parti superiori sia dei pendii superiori che di quelli inferiori è più grave. Pertanto, lo sviluppo della teoria per il processo di erosione dei pendii convessi non è solo la questione centrale dello studio dei meccanismi di erosione del suolo nelle aree loess, ma è anche la questione chiave del controllo della perdita di acqua e suolo in questi bacini idrografici10,11,12.

Nello studio dell'erosione del suolo, sono stati condotti molti studi precedenti che hanno indagato la regolazione della vegetazione sull'erosione e la resa dei sedimenti. Diversi studi indicano che piantare vegetazione sui pendii può effettivamente indebolire il potere erosivo del deflusso, migliorare la resistenza all’erosione del suolo e inibire la perdita di acqua e suolo13,14,15,16,17,18. In questo modo, modelli spaziali ragionevoli della vegetazione possono effettivamente migliorare le proprietà del suolo, inibire l’ingrossamento del suolo e ridurre la perdita di materia organica del suolo19,20,21,22. Allo stesso tempo, alcuni studi hanno dimostrato che schemi spaziali di vegetazione irragionevoli possono portare a un’erosione del suolo più grave23,24. Pertanto, con una certa copertura vegetale, modelli spaziali ragionevoli sono la chiave per controllare la perdita di acqua e suolo. Tuttavia, la maggior parte degli studi di cui sopra sono stati condotti su pendii rettilinei. A causa della particolarità dell’erosione e della resa sedimentaria dei pendii convessi, è necessario rafforzare la ricerca sullo schema spaziale della vegetazione sui pendii convessi, insieme al suo impatto sull’erosione, sulla resa sedimentaria e sulle proprietà del suolo.