坡面草帶分布對坡溝水土流失的防控作用及其優(yōu)化配置

張 霞，李 鵬，李占斌，于國強，李 聰

（1. 旱區(qū)生態(tài)水文與災(zāi)害防治國家林業(yè)局重點實驗室，西安 710048； 2. 省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點實驗室（西安理工大學），西安 710048； 3. 中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安 710054；4. 河南黃河水文勘測設(shè)計院，鄭州 450004）

0 引 言

深化植被空間配置方式對坡溝系統(tǒng)侵蝕輸沙調(diào)控機制研究，是了解流域侵蝕產(chǎn)沙、調(diào)控泥沙來源的基礎(chǔ)性關(guān)鍵問題[1-8]。坡溝系統(tǒng)作為流域的基本組成部分，其侵蝕過程的產(chǎn)生發(fā)展是土壤侵蝕動力機理研究的核心問題，同時也是流域水土流失防治的關(guān)鍵。隨著土壤侵蝕研究不斷發(fā)展，揭示坡溝系統(tǒng)水蝕過程的發(fā)生發(fā)展機理，闡明植被措施對坡溝系統(tǒng)水蝕過程的調(diào)控機理，提出合理的調(diào)控方式[2-4]，成為目前土壤侵蝕研究關(guān)注的焦點問題。

黃土高原植被侵蝕產(chǎn)沙調(diào)控作用研究歷史悠久，取得了許多進展。研究坡溝系統(tǒng)草帶位置對挾沙水流動力特性以及侵蝕產(chǎn)沙特性的影響，對于分析植被對坡溝系統(tǒng)侵蝕機理具有重要意義。以往坡面徑流流速方面的研究多是在單一裸坡條件下開展，涉及到草被覆蓋及空間配置的較少，且徑流流速多為整個坡面流段的平均特征，未能很好地反映徑流流速在坡面的時空變化過程[3-4]。同時由于侵蝕產(chǎn)沙領(lǐng)域問題以及坡面薄層水流關(guān)系的復(fù)雜性，研究手段和測量技術(shù)的限制，缺乏足夠可靠的觀測資料，關(guān)于坡溝系統(tǒng)泥沙來源的定量識別研究一直制約著坡溝系統(tǒng)侵蝕研究發(fā)展[2-8]，在一定程度上限制了植被減蝕效應(yīng)的研究。關(guān)于植被調(diào)控水沙過程以及對徑流侵蝕動力作用機制的研究就更少，使得植被對土壤侵蝕的影響機制很難理解[9-21]。因此，開展黃土高原坡溝系統(tǒng)的植被空間配置對侵蝕動力學作用機制的研究，具有重要的科學和現(xiàn)實意義。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

根據(jù)坡溝系統(tǒng)地貌特征、室內(nèi)試驗條件和設(shè)計原則以及具體試驗設(shè)施狀況，對黃土高原丘陵溝壑區(qū)坡溝系統(tǒng)進行了概化，建立的坡溝系統(tǒng)物理試驗?zāi)Ｐ停鐖D 1所示。所建物理試驗?zāi)Ｐ突颈碚鼽S土高原丘陵溝壑區(qū)坡溝系統(tǒng)的地貌特征。坡溝系統(tǒng)試驗?zāi)Ｐ驮囼炏到y(tǒng)采用鋼板制成。其中坡度12°、長度為8 m的鋼槽代表坡面；另外坡度25°、長度為5 m的鋼槽代表溝道。整個鋼槽的水平投影面積為 11.55 m2。坡面與溝道的長度比為1.6:1.0，代表黃土高原地區(qū)坡面與溝道的實際比值[4]。

圖1 坡溝系統(tǒng)概化模型示意圖Fig.1 Schematic diagram of generalization model of slope-gully system

本次研究對象為陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，以黃土作為試驗用土壤，土壤樣品為西安郊區(qū)黃土。采用馬爾文2000激光粒度儀對其泥沙顆粒組成進行測定，土壤機械組成為黏粒12.93%、粉粒82.55%、沙粒4.52%。根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部（USDA）的土壤分類標準，最終確定試驗用土壤歸類為粉質(zhì)土。

試驗開始前，首先在鋼槽底部鋪設(shè)厚度為20 cm的天然砂層，以保證試驗用土的透水性接近于天然狀態(tài)，并且確保土壤中的水分均勻滲透。為了確保試驗初始條件的一致性，試驗采用土壤夯實的辦法，并在試驗之前提前噴灑水預(yù)濕。土壤容重控制在 1.3 g/cm3左右，初始土壤含水量控制在21%左右。隨后，將4層5 cm的試驗土壤層放置在沙層的上部，留出10 cm的空間用于覆蓋草帶。草帶與裸露的斜坡部分齊平并緊密連接，以防止降雨期間草帶滑動。試驗用草為野生馬尼拉草（Zoysiamatrella），草帶尺寸為 2 m×1 m，根系深度為20 cm。試驗開始2周前，將草帶移植到鋼槽內(nèi)自然生長。

在室內(nèi)人工模擬降雨試驗中，采用自行設(shè)計的向上式模擬降雨裝置產(chǎn)生降雨。采用濾紙法[7]測量雨滴直徑，雨滴平均直徑達到1.5 mm，雨滴直徑分布在0.4～3.0 mm之間。因此，本次試驗中的模擬降雨在雨滴尺寸和雨滴分布均與自然降雨類似。試驗中每個噴頭的降雨覆蓋面積達到3～4 m2，試驗中共使用8個噴嘴，4個位于坡面、4個位于溝道。按照文獻記載和實際物理模型計算，確定雨滴的有效降落高度為6 m[22]，以確保雨滴末速接近天然降雨末速。雨強通過噴頭尺寸和水壓精確控制，每次降雨前，需要對雨強進行率定，以控制降雨量和均勻性[22]。

1.2 試驗方法

根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果和研究區(qū)實際降雨雨強情況，試驗采用的降雨雨強為90 mm/h，相當于黃土高原地區(qū)中雨的降雨強度[22-23]。本次試驗采用人工模擬間歇性降雨，每種草帶位置下共進行 2場連續(xù)降雨試驗，每次降雨間隔時間為 24 h。每次間歇性降雨試驗共進行兩次重復(fù)試驗，以減少隨機性誤差。統(tǒng)計結(jié)果表明，在試驗控制條件下，兩次重復(fù)試驗中的徑流量和產(chǎn)沙量均值并未出現(xiàn)顯著差異。在試驗控制條件下，根據(jù)實際觀察，產(chǎn)流經(jīng)過30 min后徑流基本達到穩(wěn)定狀態(tài)，因此徑流歷時定義為30 min。試驗人員每1 min用存儲桶收集一次徑流和泥沙樣品，并對徑流量進行測量。徑流中的泥沙經(jīng)過24 h靜置后進行分離，并在105 ℃高溫下烘干8 h，隨后稱質(zhì)量，計算產(chǎn)沙量。

根據(jù)水土保持功能優(yōu)化植被覆蓋度的研究成果，考慮到黃土高原儲水和干燥的實際情況，最終確定植被覆蓋度為25%[24]。總共考慮在坡溝系統(tǒng)中布設(shè)5種草帶的空間配置（圖2）：坡面上部（位置E）、坡面中上部（位置D）、坡面中下部（位置C）、坡面下部（位置B）、和裸坡位置（位置 A）。本研究中，整個坡溝系統(tǒng)被均分成13個坡段，每個坡段的尺寸均為1 m×1 m。

圖2 降雨試驗坡面植被布設(shè)位置示意圖Fig.2 Schematic of grass strip pattern layout position on slope in rainfall experiments

本研究中，整個坡溝系統(tǒng)被均分成13個坡段，每個坡段的尺寸均為1 m×1 m。每個斷面徑流流速（徑流表面流速）采用KMnO4染料示蹤法確定，以監(jiān)測試驗過程中的水動力條件。本研究采用徑流雷諾數(shù)（Re）來判定徑流流動狀態(tài)。徑流雷諾數(shù)（Re=hV/T）由徑流深 h、徑流平均流速V和對應(yīng)的動力黏性系數(shù)T求得；其中動力黏性系數(shù) T與溫度有關(guān)，取值參考文獻中的參數(shù)[25]；試驗中坡面徑流為薄層水流，徑流深h與水力半徑R值近似，可以用坡面平均水深值h代替，平均水深h采用反算法推求。隨后，基于徑流雷諾數(shù)Re判定徑流流動狀態(tài)，按照不同徑流流動狀態(tài)的流速修正系數(shù)（層流：0.67，過渡流：0.7，紊流：0.80）對徑流表面流速進行修正，獲取徑流平均流速[25]。

1.3 地表微地貌測量及侵蝕產(chǎn)沙體積計算

本研究采用三維激光掃描儀（Trimble FX scanner）對降雨前后的微地貌進行數(shù)字化，影像中的每一個像素點代表實際空間中的一個3D點。掃描儀水平方向測量精度為1 mm，垂直測量精度為0.02 mm。掃描儀所獲取的空間點云數(shù)據(jù)的提取和處理由該儀器自帶的掃描軟件（Trimble Real Works office）完成。通過該套裝軟件可以建立試驗中坡溝系統(tǒng)表面的數(shù)字高程模型（DEM）[26]。在每次試驗中，可以獲取兩次降雨前后3個1 m×13 m的下墊面地形的DEM數(shù)據(jù)。在此將初始DEM數(shù)據(jù)定義為“Rain 0”，第1次降雨后的DEM數(shù)據(jù)定義為“Rain 1”，以此類推。

研究采用初始狀態(tài)下墊面高程數(shù)據(jù)分別減去第 1次和第2次降雨后的下墊面高程數(shù)據(jù)（Rain 0-Rain 1、Rain 0-Rain 2），用以反映2次降雨后的侵蝕產(chǎn)沙量結(jié)果。由于植被覆蓋會影響DEM觀測結(jié)果，因此在數(shù)據(jù)處理中去除了草帶部位的噪點數(shù)據(jù)。本研究采用10 mm×10 mm間距對原始DEM點云數(shù)據(jù)進行了差值處理，計算了各個草帶位置下侵蝕產(chǎn)沙物質(zhì)總體積，其數(shù)學表達式如下

式中VE為侵蝕產(chǎn)沙物質(zhì)總體積，L；Hi為DEM點云數(shù)據(jù)點高程，mm；S為面積（10 mm×10 mm）。

計算得出的各個草帶覆蓋位置下侵蝕體積指標與系統(tǒng)出口測量的產(chǎn)沙量相比，其誤差在6%～14%之間，表明地表微地貌測量結(jié)果是準確的。

2 結(jié)果與分析

2.1 坡溝系統(tǒng)不同草帶位置的蓄水減沙效益

本研究計算了有草帶條件下對應(yīng)位置的蓄水效益和減沙效益，其數(shù)學表達式如下

式中RW代表各個草帶位置的蓄水效益，%；WA代表草帶位置A下的徑流量，L；Wx代表草帶位置B、C、D、E下的徑流量，L；RS代表各個草帶位置的蓄水效益，%；SA代表草帶位置A下的侵蝕產(chǎn)沙量，kg；Sx代表草帶位置 B、C、D、E下的侵蝕產(chǎn)沙量，kg。計算結(jié)果如表 1所示[27-28]。

表1 不同草帶位置下兩次模擬降雨的蓄水減沙效益計算結(jié)果Table 1 Results of water storage and sediment reduction functions under different grass strip positions in both simulated rainfall events

可以看出，草帶布設(shè)于位置 C時，具有試驗條件下最優(yōu)的蓄水和減沙效益，說明布設(shè)于坡面中下部位置的草帶可以發(fā)揮出很好的水土保持功效。另外，當植被布設(shè)于坡面上部和中上部時（位置D和E），土壤侵蝕相比裸坡而言更為嚴重，與先前 Jin等[29]提出的雨強在65 mm/h條件下得出的結(jié)論一致。綜合分析可知，當草帶布設(shè)于坡面下部60%位置處，可以減少徑流量7.35%，減少產(chǎn)沙量 62.93%，草帶更具有直接攔沙的水土保持功效[27-28]。

2.2 坡溝系統(tǒng)植被配置的侵蝕產(chǎn)沙與徑流流速關(guān)系

將坡溝系統(tǒng)劃分為13個坡段，從坡面至溝道依次為坡段1、坡段2……坡段13，其中坡面包括8個坡段（坡段1-坡段8）；溝道包括5個坡段（坡段9-坡段13）。每個坡段尺寸為1 m×1 m。本研究計算了第二次降雨后，各個坡段的侵蝕物質(zhì)體積，即單位面積產(chǎn)沙體積。徑流流速是坡溝系統(tǒng)水動力過程的主導(dǎo)因素，影響著土壤侵蝕和泥沙輸移的過程[30-31]。第 2次降雨后，各位置不同坡段的產(chǎn)沙物質(zhì)體積和徑流流速如圖3所示。

在降雨過程中，不同草帶位置的侵蝕產(chǎn)沙體積均存在一定的波動（圖 3a），沿程變化均表現(xiàn)出相似的波動趨勢，溝道范圍內(nèi)的侵蝕產(chǎn)沙體積明顯高于坡面。不同草帶位置的產(chǎn)沙總量按照以下順序遞增：位置C＜位置B＜位置 A＜位置 D＜位置 E，即減沙效益：位置 C＞位置 B＞位置D＞位置E。

對于位置A、B和C而言，侵蝕輸沙過程整體起伏與波動程度要小于D、E時的情況。各個坡段的徑流流速影響著對應(yīng)坡段的侵蝕產(chǎn)沙水平。坡面范圍內(nèi)，位置A、B和C條件下的侵蝕產(chǎn)沙的特征相似，整體都處于較低水平。這是由于草帶布設(shè)于坡面徑流加速位置，有效抑制了徑流流速在加速空間的快速增長；使得位置B、C條件下的徑流流速較低（圖 3b），侵蝕能力減弱；使得坡面各個坡段的侵蝕產(chǎn)沙量均低于裸坡，處于較低水平。溝道范圍內(nèi)，由于位置C條件下草帶對徑流流速的調(diào)控作用更加有效，徑流流速波動幅度最小，產(chǎn)沙量一直處于試驗范圍內(nèi)最低水平。位置B條件下的草帶并未布設(shè)于最佳位置，其對徑流流速的調(diào)控作用弱于位置C，不能有效抑制溝道范圍內(nèi)的流速和輸沙過程；且溝道范圍內(nèi)的徑流經(jīng)過草帶過濾，含沙量相比裸坡要低，使得徑流挾沙力增大，導(dǎo)致溝道范圍的產(chǎn)沙量大于裸坡（圖3）。

圖3 不同草帶位置下坡溝系統(tǒng)侵蝕物質(zhì)體積和徑流流速沿程變化Fig.3 Variation of eroded volume and runoff velocity along slope-gully system under different grass strips positions

位置D和E條件下，侵蝕產(chǎn)沙的整體起伏與侵蝕發(fā)育程度也明顯高于其他情況。一方面由于草帶位于坡面相對靠上的部位，草帶以下的裸坡區(qū)域直接與坡溝系統(tǒng)出口相連，提供了足夠的徑流加速空間，使得徑流流速快速增長，徑流動能始終處于較高水平，徑流剪切力增大，增強了徑流侵蝕能力；同時草帶以下更多的裸露區(qū)域提供了更多的泥沙來源，也導(dǎo)致侵蝕產(chǎn)沙體積快速增長。另一方面，當徑流被草帶過濾后，徑流含沙量降低，輸沙能力相對增強，導(dǎo)致徑流含沙量和輸沙能力的差距繼續(xù)增大，與裸坡相比產(chǎn)生更大的徑流剝蝕率。因此，在雙重因素的作用下，位置D和E下的侵蝕產(chǎn)沙量始終最大。

2.3 不同草帶位置下植被水土保持功效

本研究選取水土保持功效較好的位置B和C，繪制了坡面與溝道各個坡段減蝕量沿程變化曲線。由于 2次降雨的減蝕量沿程變化曲線形式一致，僅列出了第2次降雨后的曲線（圖4）。其減蝕量計算表達式如下

式中Si代表各個坡段減蝕量，L；SAi代表位置A條件下各個坡段侵蝕產(chǎn)沙量，L；Sxi代表位置B和C條件下對應(yīng)坡段的產(chǎn)沙量，L。空心圓點代表此坡段的減蝕量為負值，表明該坡段并未減少泥沙，反而加劇侵蝕。

圖4 第2次降雨后位置B和C條件下坡面與溝道減蝕量Fig.4 Sediment reduction of slope and gully under position B&C in second rainfall

從圖4可以看出，2種植被空間配置方式下的減蝕量沿程變化趨勢大致相似。皆是在坡面范圍內(nèi)遞增，進入溝道后出現(xiàn)不同程度的下降，出現(xiàn)負值，即沒有減少泥沙；然后減蝕量曲線回升，達到峰值；隨后在系統(tǒng)出口坡段下降。整體而言，2種位置下，各個坡段減蝕量基本為正值，很少有侵蝕加劇的坡段。

如圖4a所示，位置B條件下的坡面范圍內(nèi)的減蝕量皆為正值，其減蝕總量達到28.17 L，試驗范圍內(nèi)達到峰值，草帶在坡面的減蝕效果良好。表明草帶布設(shè)于坡面最下部，植被的緩流攔沙的水土保持功效的調(diào)控范圍可以覆蓋整個坡面，植被可以在坡面范圍內(nèi)充分地發(fā)揮出緩流攔沙的水土保持功效，使得植被對坡面侵蝕的調(diào)控效果達到最優(yōu)。溝道范圍內(nèi)，植被的調(diào)控侵蝕產(chǎn)沙的作用有所減弱，溝道范圍內(nèi)60%的區(qū)域（坡段9、10和13）侵蝕加劇，侵蝕產(chǎn)沙總量增加 28.69 L，減蝕總量僅為20.86 L，說明草帶在溝道的減蝕效果較差。

如圖4b所示，位置C條件下的坡面范圍內(nèi)的75%區(qū)域內(nèi)的減蝕量為正值，侵蝕加劇的范圍減少 25%，僅在坡段2和坡段3為負值，但絕對值較小，侵蝕產(chǎn)沙量增加很小，減蝕總量達到20.17 L，草帶在坡面的減蝕效果稍弱于位置B。位置C條件下，在草帶緩流和攔沙的雙重功效的作用下，有效控制了坡面范圍內(nèi)草帶上方的侵蝕產(chǎn)沙，能夠減少草帶上方75%坡面面積（坡段1至6）產(chǎn)生的部分泥沙，減蝕量達到17.84 L，草帶較好的起到了緩流攔沙的水土保持功效，該功效調(diào)控侵蝕范圍為坡面上部 75%的區(qū)域。溝道范圍內(nèi)，植被的調(diào)控侵蝕產(chǎn)沙的效果繼續(xù)增強，盡管溝道范圍內(nèi) 40%的面積（坡段 9和 10）減蝕量出現(xiàn)負值，即加劇侵蝕，但侵蝕產(chǎn)沙總量僅增加9.77 L，減蝕總量達到45.07 L，試驗范圍內(nèi)溝道產(chǎn)沙量為最低，減蝕效果最優(yōu)。

綜上所述，盡管 2種位置的草帶布設(shè)都會在不同程度上緩解徑流的侵蝕，產(chǎn)沙量在試驗范圍內(nèi)達到最低；但由于草帶位置不同，使得草帶能發(fā)揮的水土保持功效和作用范圍有所不同。草帶位于坡面下部依靠緩流攔沙功效有效調(diào)控坡面范圍內(nèi)的侵蝕產(chǎn)沙，可以有效降低該范圍內(nèi)的侵蝕強度；但由于不能有效抑制溝道范圍內(nèi)的徑流流速的增長，因此未能在此范圍內(nèi)充分發(fā)揮滯流消能功效，以至于產(chǎn)沙量較裸坡略有增長。草帶位于坡面中下部，同時發(fā)揮出較好的緩流攔沙和滯流消能的雙重水土保持功效。依靠緩流攔沙的功效有效調(diào)控草帶以上坡面范圍內(nèi)的侵蝕產(chǎn)沙過程，可以有效減緩該范圍內(nèi)的侵蝕強度。同時，依靠滯流消能的功效能夠有效地抑制和減緩溝道范圍內(nèi)徑流流速和“洪峰流量”的增長和發(fā)展，從而有效地削弱了徑流的侵蝕能量，大幅度減緩坡面下部和溝道范圍內(nèi)的侵蝕程度，使得坡面下部和溝道的產(chǎn)沙量大幅度減少。

2.4 坡溝系統(tǒng)草帶位置優(yōu)化配置解析

如前所述，位置 C空間配置方式，即草帶位置距離坡頂4 m，或者位于坡面下部60%位置處，具有較好的減蝕效果，在試驗范圍內(nèi)達到最佳。但“4 m位置”指標較為絕對，“坡面下部60%位置”指標為單一數(shù)值。因此，為了避免上述 2種指標的弊端，采用草帶位置相對、區(qū)域的參數(shù)，確定植被最優(yōu)布設(shè)區(qū)域。

分別選取草帶上邊緣距離坡頂?shù)木嚯x與草帶下邊緣距離溝底距離的比值作為植被相對位置指標 M，草帶中心位置距離坡頂?shù)木嚯x與距離溝底距離的比值作為植被相對位置指標N。圖5繪制了不同位置條件下，2種植被相對位置指標與侵蝕產(chǎn)沙量對應(yīng)關(guān)系，并進行函數(shù)擬合。

其植被相對位置參數(shù)與侵蝕產(chǎn)沙量的關(guān)系皆滿足二次冪函數(shù)關(guān)系，其擬合函數(shù)的表達式分別為

式（5）中y為產(chǎn)沙量；x為植被相對位置指標M，判定系數(shù)R2=0.746 6。式（6）中y為產(chǎn)沙量；x為植被相對位置指標N，判定系數(shù)R2=0.736 5。2個植被相對位置指標的擬合函數(shù)的判定系數(shù)R2均在74%以上，表明結(jié)果的準確性以及植被相對位置指標選取的合理性。

圖5 植被相對位置與侵蝕產(chǎn)沙總量回歸結(jié)果Fig.5 Regression results for relative position of grass strip and erosion sediment yield

從圖5可以看出，2個相對位置指標的函數(shù)擬合形態(tài)一致，皆滿足二次冪函數(shù)關(guān)系，即隨著植被相對位置的增加，產(chǎn)沙量下降至最低值，又有所增加。植被相對位置指標較小，即植被布設(shè)位置相對靠上時，坡溝系統(tǒng)產(chǎn)沙量較大，植被調(diào)控侵蝕產(chǎn)沙的作用還未發(fā)揮甚至會加劇侵蝕。隨著植被相對位置的增加，即草帶布設(shè)位置向下移動（位置C），產(chǎn)沙量減小，植被的減蝕效果逐漸增強。隨著草帶布設(shè)位置繼續(xù)向下移動，產(chǎn)沙量繼續(xù)減小至最小值，此時植被的減蝕效果達到最佳。當草帶下邊緣接近于峁邊線（位置B），產(chǎn)沙量從谷值逐漸開始“回升”，產(chǎn)沙量逐漸增加，此時植被的減蝕效果逐漸減弱。

因此，將位置C至位置B之間的范圍定義為植被調(diào)控侵蝕最優(yōu)布設(shè)區(qū)域。即指標M在0.571～1.2之間，或指標N在0.625～1.167之間，定為植被調(diào)控侵蝕最優(yōu)布設(shè)區(qū)域。同時需要注意的是，該區(qū)域范圍的確定需要通過不斷的試驗和實際觀測加以修正和完善。

在 25%低覆蓋度情況下，隨著草帶位置從坡頂向峁邊線移動，產(chǎn)沙量會出現(xiàn)先減小至最低值，然后增加的趨勢。因此，在坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙過程中存在著一個植被調(diào)控侵蝕最優(yōu)布設(shè)區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi)布設(shè)草帶，可以發(fā)揮出植被緩流攔沙和滯流消能的雙重水土保持功效，有效地抑制和減緩徑流流速在加速空間內(nèi)的快速增長，調(diào)控范圍涉及坡面和溝道的各個坡段，以達到良好的減蝕效果。相反，遠離該區(qū)域布設(shè)植被，不能充分發(fā)揮調(diào)控侵蝕的作用，調(diào)控范圍和強度也十分有限，甚至還會加劇侵蝕。

3 結(jié) 論

通過室內(nèi)模擬降雨試驗，結(jié)合三維激光掃描和微地貌分析技術(shù)，辨析不同植被配置方式下的水土保持功效以及動力調(diào)控途徑的差異，確定低覆蓋度下調(diào)控侵蝕的最優(yōu)植被空間配置方式，揭示植被布設(shè)位置對坡溝系統(tǒng)侵蝕輸沙的調(diào)控作用機理。主要結(jié)論如下：

1）從水沙減少的角度考慮，不同位置的草帶布設(shè)相比蓄水減沙的水土保持功效而言更具有直接攔沙的水土保持功效。從水蝕動力的角度考慮，草帶同時兼具緩流攔沙和滯流消能的水土保持功效，且這兩種功效調(diào)控侵蝕的動力調(diào)控途徑與草帶布設(shè)位置密切相關(guān)。

2）草帶位于坡面中下部，同時具備了較好雙重水土保持功效。依靠緩流攔沙功效可以有效減緩坡面范圍內(nèi)的侵蝕強度；依靠滯流消能功效能夠有效地抑制和減緩溝道范圍內(nèi)徑流流速和“洪峰流量”的快速增長和發(fā)展，減緩坡面下部和溝道范圍內(nèi)的侵蝕程度，使得侵蝕產(chǎn)沙量大幅度減少。

3）植被在坡溝系統(tǒng)中的位置指標參數(shù)與侵蝕產(chǎn)沙量之間滿足二次冪函數(shù)關(guān)系。草帶上邊緣距離坡頂?shù)木嚯x與草帶下邊緣距離溝底距離的比值在0.571～1.200之間，或草帶中心位置距離坡頂?shù)木嚯x與距離溝底距離的比值在0.625～1.167之間，為植被最佳的植被空間配置方式。