土壤侵蚀已成为全球最重要的生态环境问题之一, 严重的土壤侵蚀不仅会导致生态环境的恶化, 而且还会限制地方经济的发展^[1]。特别是位于晋陕蒙三省交界的砒砂岩地区, 是黄土高原土壤侵蚀最严重的区域^[2]。由于砒砂岩地区具有成岩程度低、结构强度弱、抗侵蚀能力差的特点, 在外营力的作用下极易发生土壤侵蚀, 导致该区域土壤侵蚀模数高达3—4万t km^-2 a^-1[3], 是黄河流域中粗泥沙的主要来源区, 被称为“世界水土流失之最”^[4]。坡面是侵蚀基本构成单元, 植被则是调控坡面土壤侵蚀的重要因素。在坡面尺度上, 植被能对地表径流进行有效的拦截并降低其流速, 很大程度上能够削弱降雨和径流对土壤的侵蚀能力, 降低土壤侵蚀发生的几率^[5]。然而在环境条件较差的砒砂岩地区, 坡面上的植被很难形成理想情况中全部覆盖的状态, 更常见的是在坡面上形成点状、块状、簇状的离散分布特征, 多在坡面上形成裸地与植被斑块镶嵌的坡面植被格局^[6]。植被斑块的镶嵌结构和连通方式对坡面径流和泥沙的输移过程都有着直接的影响, 不同植被格局对坡面侵蚀的影响又各不相同^[7]。所以开展砒砂岩地区不同植被格局对坡面侵蚀机理的研究, 对于防治该地区的水土流失和改善生态环境具有重要的意义。

随着景观生态学的发展, 景观生态学逐渐与水土保持学之间的关系日益密切, 景观格局指数也开始与土壤侵蚀相结合来阐明植被格局对土壤侵蚀的作用机理^[8]。已有不少学者将景观指数应用于土壤侵蚀过程中并对此进行了深入的研究。Ludwig^[9]提出方向性渗透指数(DLI) 用来描述景观植被格局阻滞水土的能力; 陈利顶^[10]针对黄土高原地区的土壤侵蚀, 建立了多尺度景观格局评价指数; 刘晓君^[11]以黄河流域的2个典型小流域为研究对象, 结果表明径流与香农多样性指数(SHDI)和辛普森多样性指数(SIDI)呈正相关, 泥沙与蔓延度指数(CONTAG)和斑块连结度(COHESION)指数呈负相关。但国内外学者的研究多以景观格局指数在小流域等中大尺度上应用为主^[12], 然而在坡面尺度上利用景观格局指数来解释土壤侵蚀时会发生矛盾, 由于缺乏对土壤侵蚀过程机理的考虑而导致景观格局指数的变化对土壤侵蚀意义并不明确。因此, 本研究以砒砂岩区不同植被斑块格局坡面为研究对象, 采用景观生态学方法, 研究不同降雨条件下植被格局对坡面产流产沙的影响, 明析植被格局与坡面产流产沙的关系。以期为砒砂岩区坡面景观格局优化和水土保持管理提供依据。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

砒砂岩区位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗鲍家沟流域内, 其地理坐标为110°31′—110°35′E, 39°46′—39°48′N, 平均海拔为1200m;属于温带大陆性气候, 冬季漫长干燥, 夏季短暂温热, 多年平均气温7.2℃, 年平均降雨量为400mm, 降雨主要集中在夏季(6—8月), 夏季年平均降雨量256.4mm, 占全年总降雨量64.1%;该地区日照时间充足, 年光照时间在3100—3200h之间, 年光照率在70%以上, 年均无霜期135d。该地主要的土壤类型为栗钙土, 土壤基本理化性质见表 1。自然植被稀疏, 主要以人工植被为主, 植被类型多以灌木和多年生草本为主, 常见乔木有新疆杨(Populus alba var)、樟子松(Pinus sylvestris var)、刺槐(Robinia pseudoacacia)常见灌木有沙柳(Salix cheilophila)、柠条(Caragana korshinskii)常见草本有羊草(Leymus chinensis)、百里香(Thymus mongolicus)、阿尔泰狗娃花(Heteropappus altaicus)等。

1.2 试验设计 1.2.1 样地选取

试验于2022年在内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗暖水乡的圪秋沟内开展。以研究区坡面天然植被的分布情况为基础, 利用无人机对鲍家沟流域进行全方位航拍, 将样地划分成1m×1m的栅格小样方, 共20个。运用方差均值比率法^[13]与砒砂岩区坡面实地调查结果相互对照验证, 最终确定了3种典型自然植被格局, 即聚集分布格局(S²/M>1)、均匀分布格局(S²/M<1)、随机分布格局(S²/M=1)(表 2)。方差均值比率法^[13]计算公式为:

式中, N代表样方的个数, M_i代表第i个样方内的植株个体数, M代表均值, S²代表方差。

样地选取时保证3种样地的植被种类相似、植被覆盖度相近、坡度坡向相同且无人为干扰。与此同时, 选取自然条件与研究样地完全一致的坡面, 将坡面植被完全清除作为对照样地(裸坡), 样地基本信息见表 3。

1.2.2 小区建立

在每块样地上建立规格为2m(宽)×10m(长)的径流小区(图 1), 径流小区由2mm厚的不锈钢板拼接而成, 钢板进入土壤的深度30cm, 钢板露在地表的高度为15cm。径流小区的长边界垂直于等高线, 在小区底部分别设置了引流槽和出水口, 并在出水口底部设置了集流桶, 用来收集径流和泥沙样品。径流小区的旁边设置固定的HOBO气象站, 来测量每次降雨量、降雨历时、降雨强度等基本数据, 并配有雨量桶相互校正。

1.2.3 测算指标

(1) 减流率(R_L)表示有植被的坡面相对于裸坡侵蚀的减流效益的重要指标, 其计算公式^[14]为:

式中, R_L代表减流率(%); X₀代表裸坡的径流量(m³); X₁代表有植被坡面的径流量(m³)

(2) 减沙率(R_s)表示有植被的坡面相对于裸坡侵蚀的减沙效益的重要指标, 其计算公式^[15]为:

式中, R_S代表减沙率(%); W₀代表裸坡的产沙量(t); W₁代表有植被坡面的产沙量(t)

(3) 土壤侵蚀量是量化土壤侵蚀程度的重要指标, 其计算公式^[16]为:

式中, S_E代表土壤侵蚀量(t/km²); W代表次降雨条件下径流的平均含沙量(kg/m³); L代表次降雨后的径流量(m³); S代表径流小区的面积(m²)

(4) 植被格局指数: 坡面侵蚀前采用三维激光扫描仪结合无人机航拍技术, 获取坡面植被分布信息, 利用ArcGIS 10.2软件进行目视解译分类, 将不同格局植被斑块空间分布矢量化。矢量化后保存为Tiff格式导入Fragstats 3.3软件来计算植被格局指数。本文选取斑块密度(PD)、最大斑块指数(LPI)、景观形状指数(LSI)、Simpson多样性指数(SIDI)、斑块连结度(COHESION)、斑块分离度(SPLIT)6个指数进行计算(表 4), 分别从斑块的数量、形状、多样性和聚散性方面描述植被斑块的分布特征。

1.3 数据处理

采用SPSS 26.0软件对不同格局植被斑块坡面和裸坡的产流量、产沙量和土壤侵蚀量分别进行ANOVA方差分析和LSD多重比较, 将产流产沙量和各景观指数进行多元线性回归分析。用Oringin 2022将产流、产沙量和土壤侵蚀量分别与斑块密度、最大斑块指数、景观形状指数、斑块连结度、斑块分离度、多样性指数进行Pearson双尾相关分析, 并进行图件的绘制, 图表中所表示的数据为平均值±标准差。

2 结果与分析 2.1 自然降雨特征

通过对2022年圪秋沟流域内降雨进行观测, 其中产流产沙的有效降雨共有12场(表 5)。研究区的年降水量分布不均匀, 降雨大多集中在6—9月, 其中8月份的降雨量占比最大, 约占全年总降雨量的74.86%。年内降雨总历时为36.55h, 降雨总量为274.9mm。观测期间第六场降雨的动能和最大30min雨强最大, 为3.67MJ/hm²和31.6mm/h。8月的降雨多以大暴雨的形式为主, 因此8月的降雨侵蚀力达到年内最高, 为489.87MJ mm hm^-2 h^-1 a^-1, 占年降雨侵蚀力的80.05%。

根据降雨量、降雨历时、最大30min降雨强度和K-均值聚类法将研究区12场降雨划分为典型3种降雨类型(图 2), 分别记作雨型Ⅰ、雨型Ⅱ、雨型Ⅲ。雨型Ⅰ的特征为中历时(平均降雨历时为235.6min)、中雨量(次降雨量平均值为22.36mm)、小雨强(I₃₀平均值为14.08mm/h), 频率为42%。雨型Ⅱ发生次数最少, 频率为17%, 其特征为长历时(平均降雨历时为418min)、大雨量(次降雨量平均值为52.5mm)、大雨强(I₃₀平均值为21.8mm/h)。雨型Ⅲ的特征为短历时(平均降雨历时为35.8min)、小雨量(次降雨量平均值为11.62mm)、中雨强(I₃₀平均值为15.68mm/h), 频率为42%。由此可见, 雨型Ⅰ和雨型Ⅲ是该地区主要的降雨类型。

2.2 植被坡面下景观指数特征

不同植被格局下景观指数特征见表 6, 可以看出斑块密度PD、最大斑块指数LPI、景观形状指数LSI、Simpson多样性指数SIDI、斑块连结度COHESION、斑块分离度SPLIT指标均有差异。三种植被格局下斑块连结度COHESION无显著差异。均匀分布的景观形状指数LSI显著高于随机分布和聚集分布, 随机分布和聚集分布间无显著差异, 均匀分布的景观形状指数LSI分别是随机分布和聚集分布的1.21倍和1.23倍。三种植被格局下最大斑块指数LPI和多样性指数SIDI变化规律一致, 均表现为聚集分布＞随机分布＞均匀分布。聚集分布和随机分布的最大斑块指数LPI分别是均匀分布的1.51倍和1.13倍。聚集分布的多样性指数SIDI是随机分布的1.28倍, 是均匀分布的2.75倍, 随机分布是均匀分布的2.15倍。随机分布的斑块密度显著高于均匀分布, 聚集分布位于二者之间。斑块分离度SPLIT表现为随机分布＞聚集分布＞均匀分布, 随机分布的斑块分离度SPLIT分别是聚集分布和均匀分布的1.27倍和2.22倍。

2.3 降雨条件下坡面产流产沙特征分析

通过对各径流小区产流产沙特征分析, 表明雨季是该区域产流产沙的主要阶段。本文选取2022年12场有效降雨及各径流小区产流产沙数据(表 7)。总体来看, 不同坡面的产流产沙量随雨强I₃₀的增大表现出增大的趋势, 这表明雨强I₃₀是影响产流产沙的主要降雨特征指标^[17]。相同降雨条件下各径流小区产流、产沙量存在差异, 有植被覆盖的径流小区产流产沙量明显小于裸坡, 表明植被能够显著的减少坡面径流和土壤的流失^[18]。综合12次降雨的产流产沙量来看, 裸坡的平均产流量最高、为52.76L, 平均产沙量为21.64kg, 其余各植被格局的平均产流量为28.28L, 平均产沙量为12.17kg, 分别占裸坡的53.60%和56.24%。

研究区观测期内的年均侵蚀性降雨量为313.5mm(表 8), 4种植被坡面径流输沙模数由大到小依次为裸坡、随机分布、聚集分布、均匀分布。裸坡的径流输沙模数分别为31652m³km^-2a^-1和12985.50t km^-2a^-1, 均匀分布的径流输沙模数分别为23175m³km^-2a^-1和6322.50t km^-2a^-1。均匀、随机、聚集分布相比于区域多年平均径流模数分别降低23.38%、8.41%和21.93%。平均输沙模数分别降低42.19%、21.33%和36.16%, 这说明该区域有植被的坡面拦截泥沙作用更强, 其中均匀分布格局效果最佳。

雨型Ⅰ下, 均匀分布的径流量和泥沙量均最小(图 3), 相比于聚集分布、随机分布和裸坡, 均匀分布的径流量分别减少了45.49%、49.52%、60.73%, 泥沙量分别减少了23.64%、45.76%、53.81%。与聚集分布、随机分布和裸坡相比, 雨型Ⅱ下均匀分布的产沙量分别降低了11.64%、19.46%、49.48%, 径流量却达到了最高, 可能因为随着降雨时间的延长, 坡面土壤水分逐渐达到饱和状态, 坡面产生大量的地表径流, 由于该格局破碎程度较高, 均匀分布下的植被斑块间形成多股流道从而加剧了细沟侵蚀的机会。雨型Ⅲ条件下, 聚集分布的径流量和泥沙量最小。对于随机分布、均匀分布、裸坡来说, 聚集分布的径流量分别减少了24.73%、11.33%、37.57%, 泥沙量分别减少了26.12%、3.57%、52.21%。由此可见, 不同植被格局下的水土流失对降雨类型的响应存在着一定的差异。

从雨型Ⅰ到雨型Ⅱ是一个降雨强度不断增加的过程, 聚集分布、随机分布、均匀分布和裸坡4种坡面的径流量分别增加3.21、3.07、7.14、2.13倍, 泥沙量分别增加4.49、3.28、5.36、4.81倍。可能是由于在降雨强度较小的情况下, 雨滴的溅蚀能力较弱, 径流对坡面的冲刷作用较小, 水流中的泥沙多数是降雨打击到坡面上而产生的土粒。随着降雨强度增大, 雨滴不断打击坡面, 径流紊动性增强, 甚至发生崩塌从而产生大量泥沙, 使得径流量和泥沙量呈现出强烈波动^[19]。

不同雨型下各植被坡面减流率、减沙率、土壤侵蚀量见图 4。雨型Ⅱ导致严重的土壤侵蚀, 雨型Ⅱ导致径流量(84.6—89.1L)、泥沙量(22.39—44.32kg)、土壤侵蚀量(1012—2216t/km²)最大。雨型Ⅰ导致径流量(10.94—27.86L)、泥沙量(3.52—7.62kg)、土壤侵蚀量(176—381t/km²)最小。雨型Ⅱ导致土壤侵蚀量占总侵蚀量的55.75%, 其中聚集分布、随机分布和均匀分布下的土壤侵蚀量分别高达1012、1390、1112t/km², 表明该地区雨型Ⅱ导致的土壤侵蚀最为严重。不同植被格局坡面均表现出良好的减流减沙效益, 使平均径流量相对于裸坡降低(0.42%—61.84%), 平均产沙量降低(20.80%—68.38%)。整体上看, 植被格局下坡面减沙效益优于减流效益。

雨型Ⅰ条件下均匀分布和裸坡的径流量分别为10.94L和27.86L, 相比于裸坡, 均匀分布的减流效应极其显著(P＜0.01), 减流率为60.73%。裸坡产沙量最大, 为7.62kg, 聚集分布和均匀分布产沙量分别为4.61kg和3.52kg, 与裸坡相比, 聚集分布和均匀分布减沙率分别为39.50%和53.81%, 减沙效益显著(P＜0.05), 可见雨型Ⅰ下均匀分布具有更佳的减流减沙效益。这是因为该格局下植物根系均匀分布在整个坡面上, 植物根系在固持土壤上所起到的作用更强, 所以在减流减沙效益上更佳。然而在雨型Ⅲ条件下, 聚集分布的减流减沙率均大于均匀分布, 一方面聚集分布比均匀分布具有更佳的减流减沙效益, 另一方面可能是由于聚集分布坡下部分植被密度较大。有研究表明^[20], 坡下植被的减沙效果比坡上和坡中植被的减沙效果好。坡下部分的植被不仅可以利用自身机械作用来阻挡泥沙流失, 还可以利用泥沙沉积改变坡面地貌形态, 降低坡度进而减少水土流失。本实验中两种植被格局盖度相差不大, 但受自然因素影响, 聚集分布的坡下植被密度大于均匀分布, 因此聚集分布拦截径流泥沙的效果更佳。

2.4 景观格局指数与土壤侵蚀的关系

将坡面产流量、产沙量和土壤侵蚀量与6个景观指数进行相关分析。结果表明(图 5)雨型Ⅰ条件下: 产沙量和土壤侵蚀量与最大斑块指数无显著相关性。产流量和产沙量与斑块连结度呈极显著负相关(P＜0.01);与斑块分离度、斑块密度呈极显著正相关(P＜0.01);与多样性指数呈显著正相关。土壤侵蚀量与斑块密度和斑块分离度呈极显著正相关(P＜0.01);与斑块连结度呈极显著负相关(P＜0.01);与多样性指数呈显著正相关; 与景观形状指数呈显著负相关。雨型Ⅱ条件下, 产流量与最大斑块指数呈极显著负相关(P＜0.01);与多样性指数呈显著负相关; 与景观形状指数呈显著正相关。产沙量与斑块密度和斑块分离度呈极显著正相关(P＜0.01);与斑块连结度呈极显著负相关(P＜0.01);与多样性指数呈显著正相关。土壤侵蚀量与斑块密度和斑块分离度呈显著正相关; 与最大斑块指数和斑块连结度呈显著负相关; 与景观形状指数和多样性指数无显著相关性。雨型Ⅲ条件下, 产流量与景观形状指数和多样性指数无明显的相关关系; 与斑块密度和斑块分离度呈显著正相关; 与最大斑块指数和斑块分离度呈显著负相关。产沙量、土壤侵蚀量与斑块密度和斑块分离度呈显著正相关; 与斑块连结度呈显著负相关; 与最大斑块指数和景观形状指数呈显著负相关。

经过多元回归分析可知, 景观形状指数(LSI)、斑块分离度(SPLIT)能够较好的拟合坡面径流泥沙过程。其中, 斑块分离度与径流量和泥沙量始终存在显著的正相关关系, 而景观形状指数与产流量和产沙量始终存在显著的负相关关系。这说明, 坡面尺度上植被斑块的分离程度越高, 则侵蚀程度越强, 反之植被斑块的形状越复杂, 水土流失的可能性越小。利用多元回归, 建立坡面产流量、产沙量与LSI、SPLIT的回归方程(表 9)。回归系数代表了自变量对因变量的影响程度。由表可知, 雨型Ⅰ下分离度指数相比于景观形状指数对产流产沙影响大。在雨型Ⅱ、Ⅲ下, 景观形状指数影响相比分离度指数对产流影响大, 景观形状指数影响相对比分离度指数对产沙影响较小。雨型Ⅲ下景观形状指数和分离度指数系数相差不大, 这说明景观形状指数、分离度指数共同影响着坡面植被斑块的产流产沙过程。从决定系数上来看, 3类雨型整体上模拟产流的效果要优于产沙, 这说明坡面侵蚀产沙的过程相对更加复杂。

3 讨论

降雨是地表径流的主要来源, 也是水力侵蚀中首要控制因素。坡面水土流失是降雨因子、地形地貌、植被格局和土壤性质等多种因素共同作用的结果^[21]。其他条件相同时, 要探究植被格局对坡面产流产沙的影响, 必须将降雨因素考虑进来。已有研究表明, 坡面产流产沙是雨强、降雨量、降雨历时等降雨因素综合影响的过程^[22], 研究中更要注重其共同作用。但以往的研究大多以单个因素对降雨类型进行划分, 不能体现出降雨指标间的综合作用^[23], 本研究根据降雨历时、降雨量、I₃₀为特征指标将研究区侵蚀性降雨分为3类。不同降雨指标(降雨历时、降雨量、最大30min雨强、降雨动能、降雨侵蚀力、降雨强度)与坡面产流产沙量进行相关分析(表 10)。结果表明在降雨因子中, 降雨量和I₃₀对坡面土壤侵蚀能够产生显著影响, 且I₃₀的影响较大, 与产流量和产沙量呈极显著正相关关系(P＜0.01), 这也进一步证明I₃₀和降雨量是主导该地区土壤侵蚀的降雨因子。由此可知, 雨型Ⅱ是导致砒砂岩地区发生水土流失最主要的降雨类型, 需要重点强化对雨型Ⅱ的应对之策。有研究^[24]发现, 降雨动能与最大30min雨强的乘积EI₃₀与土壤流失量存在着显著的相关性关系, 这是因为降雨量和降雨强度会对开始产流时间及之后入渗过程产生影响。黄凯^[25]在坡面侵蚀研究中发现, 降雨量、降雨历时和雨强的乘积与产流量有着很强的相关性。杜映妮^[16]在研究丹江口库区植被措施控制土壤侵蚀效果中发现, 径流系数和含沙量受到I₃₀的影响, 而土壤侵蚀力主要受降雨量和I₃₀的共同作用。由此可知, 不同地区由于土壤和植被存在差异, 所以影响区域土壤侵蚀的主要降雨因子也不相同。

植被是影响坡面侵蚀的关键因子, 直接影响地表产流产沙的形成和发展, 在坡面抗蚀减沙和生态修复中发挥着重要作用。砒砂岩地处干旱半干旱地区, 坡面植被多以斑块的离散形式存在, 植被斑块间的组合方式对区域产流产沙的贡献尚不明确。对植被斑块间的空间分布和配置方式与产流产沙关系进行研究, 可为黄土高原人工植被的布局方式和生态恢复工作提供重要的参考依据。目前, 大多研究集中在不同坡长^[26—27]、植被类型^[28—30]、植被覆盖度^[31—32]对产流产沙过程的响应, 而结合降雨因素和坡面植被格局对土壤侵蚀的影响研究较少。根据本研究试验设计, 从景观格局角度出发探究不同雨型下均匀分布、随机分布、聚集分布对坡面产流产沙的影响。结果表明, 雨型Ⅰ下不同植被斑块格局均可以显著降低坡面土壤侵蚀量, 但不同格局对其降低的幅度也不同, 具体表现为均匀分布效果最好, 这与张鹏^[5]对植被斑块格局影响产流产沙研究结果具有一致性。均匀分布格局较裸土坡面可显著降低产流产沙量, 这主要是由于植被斑块均匀分布在坡面上, 斑块连通度更好而分离度较其他植被覆盖坡面更小, 对径流和泥沙的拦截作用更强。这与刘宇^[33]阐明土壤侵蚀过程中产流产沙量会随着斑块分离度的增加而增大的结论一致。加之雨型Ⅰ中景观分离度(SPLIT)系数大于景观形状指数(LSI)(表 9), 说明分离度指标对产流产沙的影响更大, 同时也验证了从景观格局角度定性分析的结果。雨型Ⅱ中, 减沙效益表现为均匀分布>聚集分布>随机分布, 但三种植被格局的减流率并不明显(图 4), 这说明当降雨超过一定范围时, 坡面汇流较快, 一旦超出植被斑块的拦蓄上限, 就会造成比面蚀更严重的侵蚀, 也侧面表明雨型Ⅱ下, 植被斑块分布格局对减流效果并不显著。雨型Ⅲ中, 从减轻径流泥沙的作用来看, 表现为聚集分布>均匀分布>随机分布, 这是因为雨型Ⅲ的产流产沙量与景观形状指数(LSI)呈负相关关系, 并且分离度指数(SPLIT)和景观形状指数(LSI)的系数差距不大, 表明SPLIT、LSI共同影响着坡面的产流产沙过程, 在今后的植被配置中要更加注重斑块形状的多样化和复杂化。然而, 也有研究认为块状斑块镶嵌格局的阻蚀减沙效果要优于点状均匀格局^[34], 这是因为在研究侵蚀产沙过程中没有考虑划分具体降雨类型, 加之砒砂岩地区相较于其他地区更易发生水土流失, 土壤性质与入渗过程相比于黄土都有明显差异^[35]。

本文着重探索了不同植被格局下分离度指数(SPLIT)和景观形状指数(LSI)与坡面产流产沙量的定量关系, 并考虑了降雨因素的影响。坡面水力侵蚀过程除了降雨因素外仍受到其他不确定因素的影响, 其他因素的共同作用对坡面产流产沙过程可作为今后研究的重点方向之一。

4 结论

(1) 砒砂岩区侵蚀性降雨发生在6—9月, 降雨主要分为3种类型: 雨型Ⅰ(中历时、中雨量、小雨强)、雨型Ⅱ(长历时、大雨量、大雨强)、雨型Ⅲ(短历时、小雨量、中雨强), 其中雨型Ⅱ是导致该地区发生水土流失最主要的降雨类型。降雨量、I₃₀显著影响产流量和产沙量, 相关系数达0.695以上, 是预测该区域水土流失的主要降雨因子。

(2) 不同植被格局的土壤侵蚀对降雨类型的响应存在差异。雨型Ⅰ下, 均匀分布的减流减沙效果最好, 其减流减沙率分别为61.84%, 62.41%;雨型Ⅱ下, 3种植被格局在减流减沙方面无明显差异(P>0.05);雨型Ⅲ下, 聚集分布的减流减沙作用最优, 减流减沙率分别为43.09%, 52.29%。3种植物均能有效地减少径流量和泥沙量, 且减沙作用强于减流作用。

(3) 年际尺度上, 不同植被格局的水土保持效应从大到小依次为均匀分布、聚集分布、随机分布, 且在雨型Ⅰ中效果最好, 雨型Ⅲ中效果最差。均匀分布格局更适用于防治降雨量<18.6mm导致的水土流失, 而聚集分布更适用于18.6mm<降雨量<36.6mm导致的土壤侵蚀。

(4) 不同植被格局坡面产流、产沙量和斑块分离度(SPLIT)呈显著的正相关, 而景观形状指数(LSI)与产流、产沙量呈显著的负相关, 相关系数为0.905。这说明, 坡面尺度上植被斑块间的分离度越小, 形状越复杂, 坡面阻力增大, 抗侵蚀能力越强。