半干旱地區不同植被覆蓋下土壤水分變化狀況分析

摘 要:土壤水分在黃土丘陵區具有特殊的生態學意義。本文通過具體的觀測數據對定西市安家溝流域5中不同的土地利用/植被覆蓋類型的土壤水分及水平衡狀況進行了分析，在長達16年的觀測記錄里，僅出現少數的土壤貯水量達到或略高于臨界有效貯水量，充分說明了甘肅定西市安家溝流域土壤水分虧缺狀況較為嚴重。

關鍵詞:半干旱地區 植被覆蓋 土壤水分

中圖分類號:S152.7\t\t文獻標識碼:A\t\t\t文章編號:1672-3791(2011)10(a)-0148-02

土壤水分是監控土地退化和干旱的重要指標，是農業、水文、生態等研究的關鍵因子之一，也是植物賴以生存的源泉。在半干旱黃土丘陵區，只有通過增加地表植被覆蓋來控制水土流失的發生和發展。土地利用/植被類型對土壤水分的收支狀況產生了很大影響。首先是土地利用/植被類型影響雨水資源進入土壤的數量以及土壤表層的水分蒸發;其次是通過根系延伸對土壤水分的消耗利用，從而對土壤深層土壤水環境產生顯著的影響。對于土壤的水分平衡來講，降水量與潛在蒸散的比值及差值均可表征一個地區農田土壤水分的盈余與虧缺狀況。土壤貯水量的季節和年度變化反應了土壤水分可能的供水量和潛在能力。在氣候比較干旱的黃土高原，地表植被的生長、演替過程必然引起土壤水分的變化。在半干旱黃土丘陵區土壤水分主要來源于自然降水，地下水不參與水循環過程，土壤貯水量絕大部分消耗于蒸發過程。

年降水量以及降水量的季節分布，是決定土壤貯水量的季節分布的重要因素，但由于植被的參與作用，影響土壤水循環的強度和深度，也改變了土壤貯水量的季節變化以及年度土壤水平衡狀況。張北贏等認為土地利用方式對土壤水分的垂直變化和季節變化都會產生影響。土壤貯水量的年度變化是降水資源的補償和消耗后土壤水資源的凈收入或支出。各年度最大貯水量、最小貯水量與田間持水量的比率說明年度土壤水盈虧程度。生長期間，土壤水資源盈虧量占同期降水量的比率，也說明土壤水消耗或補償強度。以土壤水分為研究對象，在半干旱黃土丘陵區，其輸入部分只有降水，輸出量則包括蒸發、蒸騰、徑流和植被截留量。輸入和輸出量的相對變化引起了土壤貯水量的變化，即形成土壤水分的盈虧過程。

1 研究區概況

研究區位于甘肅定西市安家溝流域，是黃河流域祖厲河水系的一條小支溝，位于104°38′13″～104°40′25″E，35°33′02″～35°35′29″N，海拔1900m～2250m，距隴中半干旱地區定西縣城東約3km，流域面積10.06km2，按水土保持區劃屬于黃土丘陵溝壑區第五副區，按氣候區劃該區屬中溫帶半干旱氣候，孫秉強等將其劃分為隴中季節性土壤缺水區。年均氣溫6.3℃，年均≥10℃的活動積溫2239.1℃，極端最高、最低氣溫為34.3℃和-27.1℃;年均降水427mm，但時空分布極不均勻，降水主要集中在7～9月，在植物生長需水期嚴重缺水。年日照時數2409h，有效生理輻射49%，無霜期141d，蒸發量1510mm。流域內有大小溝壑42條，溝道深30m～50m，溝谷斷面呈V型，溝壑密度3.14km/km2，土壤主要為黃綿土，有機質含量0.37%～1.34%，0～200cm土壤容重平均1.2g/cm3。該流域按植被區劃屬于森林草原帶干旱草原區，全流域共由野生植物23科，79種，栽培植物23科，64種。由于干旱缺水、植被稀少，以多年生禾本科、菊科、豆科植物為主，加之當地群眾對生態植被的干擾與破壞，該流域水土流失十分嚴重。

2 實驗小區設計與研究方法

在實驗區選擇了5種有代表性的植被覆蓋類型，取樣位置在坡面中上坡位，各選擇3種坡度類型建立了15個徑流小區，開展定位觀測研究。觀測樣地分別為:坡耕地(春小麥)、牧草坡地(苜蓿)、灌木林地(沙棘)、喬木林地(油松)和自然草地(針茅為主)。自農作物和植物的生長季節開始，在每月月初(1日)和月中(15日)進行定點取樣分析土壤水分動態，若遇降雨，土壤水分采樣順延降雨停止后采樣。每個樣點以20cm為間隔分為均等的5層。土壤含水量通過恒溫烘干法測定，以質量百分率表示，用環刀法取樣測定樣點的分層次容重，取樣深度為30cm，根據各個層次計算相應的類型水分常數。

3 不同植被類型下的土壤水分狀況

根據研究區16年的實測資料，各年貯水量差別很大。主要原因是各年降雨量的差異以及降雨的季節分配不均所引起的土壤水分的差異變化。由表1可知，不同土地利用/植被覆蓋類型的土壤貯水量差異主要在于喬木林地，其最小貯水量明顯高于其它類型，而最大貯水量和年度貯水量的變化無明顯差異。

試驗期間，坡地年平均最小土壤貯水量為85.6mm，略高于凋萎持水量;年平均最大土壤貯水量為169.91mm，僅相當于穩定貯水量。其它諸如牧草地、灌木林地、喬木林地、自然草地的土壤貯水量均高于坡地，很明顯與坡地人為的犁耕破壞土壤表層以及農作物相對于其它自然植被耗水性大有很大的關系。

4 土壤水分平衡狀況分析

在生長期中最大貯水量和最小貯水量出現的時間差異和降水分布，判斷各年度貯水量變化是補償還是消耗。試驗期間，土壤水分平衡方向為收入和支出。坡耕地土壤水分變化為消耗支出而減少的占10年，經過雨季后土壤水分逐步積累增加的年份占6年;苜蓿草地土壤貯水量在臨界有效水量以上，出現的時間多是春季或秋季，是土壤水分蒸發和蒸騰消耗較少的季節。但出現萎蔫貯水量的年份或次數明顯少于坡耕地;灌木林地多年平均蒸發量大于降水量，說明灌木林的生長過程對土壤水分的過度消耗，對于土壤上層土壤水分的補償是極為不利的，同時，也說明灌木林地下層土壤土壤水分無法得到有效補償。郭忠升認為:在多年生檸條密林地，由于植物根系在土壤剖面分布不均和植物強烈吸水和蒸騰，造成根系分布范圍內某層土壤水分的過量消耗。喬木林地多年平均蒸發量略小于降水量，說明油松、喬木林生長過程對表層土壤水分的消耗要低于沙棘灌木林，這是由于油松林地無植被發生，因此其消耗量相對較小;自然草地多年平均蒸發量略大于降水量，說明針茅草地在生長起始對表層土壤水分影響嚴重，這是由于高密度植被針茅對表層土壤貯水量的消耗。1986年至2003年試驗期各土地利用類型土壤水分虧缺量除個別年份外，其計算值均超過了100mm，而且年度分布很不均勻，見圖1。

5 0～100cm層次土壤貯水量變化情況

年度生長期初，各類型土壤貯水量沒有顯著性差異，各土地利用／植被類型貯水量近乎相同;年度生長期末，各類型土壤貯水量沒有顯著性差異，多重比較結果:喬木林地土壤貯水量顯著大于坡耕地和灌木林地，見表2。16年觀測結果表明:各土地利用／植被類型年度土壤水分盈余量不超過90mm，而最大土壤水分虧損量不超過150mm，這說明了半干旱氣候條件下，土壤水分的補償能力以及蒸發、蒸騰引起土壤干旱強烈發生。

6 結語

(1)試驗期間，所有土地利用／植被類型的土壤貯水量(最大貯水量、最小貯水量)反映了土壤水分有效性很低的現實。在0～100cm土壤層次里，除1986年外，沒有出現過土壤經過降水補充達到田間持水量水平，這說明土壤水分補償強度和深度有限。在長達16年的觀測記錄里，僅出現少數的土壤貯水量達到或略高于臨界有效貯水量，充分說明了甘肅定西市安家溝流域土壤水分虧缺狀況較為嚴重。

(2)各年度出現的最小貯水量接近或等于凋萎濕度，說明土壤極度干旱發生頻率較高，說明氣候干旱和植被耗水共同作用導致土壤水環境惡化。

(3)一般地，土壤貯水量較低，充分補償的概率很小，土壤水基本依賴當年降水狀況，年度土壤水分狀況在春季或秋季較好，也說明了在蒸發和植被蒸騰耗水降低的情況下，經過降水土壤水分能夠得到適度的補償，這對春季植物生長極為有利。

參考文獻

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