林 坤，焦 峰，2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌712100;2.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西楊凌712100)

土壤水分是影響作物生長(zhǎng)和植被恢復(fù)的重要因子。由于降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，地表水資源極其匱乏，而且地下水通常埋深達(dá)40～100 m[1]，植物很難能夠利用，所以土壤水是極為寶貴而且有限的水資源，是決定該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵因子，對(duì)植被生長(zhǎng)和旱作農(nóng)業(yè)具有重要的意義[2]。土壤水分狀況對(duì)土壤物理性質(zhì)和植被生長(zhǎng)狀況有重要影響[3-5]，是決定土壤生產(chǎn)力的一個(gè)重要因素[6]。以小流域水分行為、生態(tài)效應(yīng)及其優(yōu)化調(diào)控為主線，深入了解流域水文生態(tài)特征，有助于持續(xù)、扎實(shí)地推進(jìn)生態(tài)環(huán)境建設(shè)[7]。由于小流域地形起伏，加上土地利用條件的不同，形成多種多樣的土壤水分再分配的微域分異。在黃土高原丘陵溝壑區(qū)，坡向、坡位和土地利用類(lèi)型是影響土壤水分時(shí)空變異最重要的3個(gè)因子[8-9]，因此，研究黃土丘陵區(qū)的各因子對(duì)土壤水分的影響程度有重要意義。本研究擬通過(guò)對(duì)賀莊溝流域不同土層深度下土壤水分影響因子的權(quán)重分析，定量描述各影響因子對(duì)土壤水分的影響程度，從而為小流域恢復(fù)生態(tài)建設(shè)等提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 流域概況

賀莊溝流域位于延河流域安塞縣，地處東經(jīng)108°52′35″-109°04′30″，北緯 37°02′00″-37°05′45″，流域面積80 km2，地形地貌復(fù)雜多樣，境內(nèi)溝壑縱橫、川道狹長(zhǎng)、梁峁遍布，山高、坡陡、溝深，屬典型的黃土丘陵區(qū)。土壤類(lèi)型為黃土母質(zhì)上發(fā)育而成的黃綿土，土質(zhì)疏松，抗蝕抗沖性差，土壤侵蝕劇烈，水土流失嚴(yán)重。流域內(nèi)自然植被破壞殆盡，墾殖指數(shù)較高，土地利用以農(nóng)耕地、果園、天然草地、灌木林和喬木林為主。

1.2 研究方法

1.2.1 立地類(lèi)型劃分 在賀莊溝流域，水分虧缺是限制這一地區(qū)林業(yè)等發(fā)展的主要障礙因素之一。因此，該地區(qū)在進(jìn)行立地分類(lèi)時(shí)，以影響土壤水分的主導(dǎo)環(huán)境因子作為依據(jù)，在此主要是指影響植被生長(zhǎng)的坡向、坡位和坡度因子。賀莊溝流域立地類(lèi)型劃分見(jiàn)表1。

表1 賀莊溝流域立地類(lèi)型劃分

1.2.2 數(shù)據(jù)采集 采用斷面采樣法，樣點(diǎn)間隔100 m，充分照顧立地類(lèi)型。土鉆法采樣，烘干法(105℃)測(cè)定[10]，測(cè)深2 m，取樣間隔20 cm。采樣的同時(shí)記錄采樣地點(diǎn)的經(jīng)緯度、土地利用類(lèi)型、高程、坡度、坡位和主要植被類(lèi)型等基本信息。采樣時(shí)間為2010年7月。

1.2.3 土壤水分剖面劃分 根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)將賀莊溝流域0-200 cm土壤剖面水分分布分為速變微利用層(0-20 cm)、活躍利用層(20-60 cm)、次活躍利用層(60-120 cm)、次活躍調(diào)節(jié)層(120-200 cm)[11-12]。

1.2.4 熵權(quán)法確定權(quán)重系數(shù) 在大多數(shù)評(píng)價(jià)問(wèn)題中，權(quán)重的確定都受到主觀因素的影響，評(píng)價(jià)結(jié)果不統(tǒng)一，也沒(méi)有可比性。屬性識(shí)別模型是以屬性集理論和屬性測(cè)度為基本概念，在有序分割類(lèi)和屬性識(shí)別準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，能對(duì)事物進(jìn)行有效的識(shí)別和比較分析。該模型在一定程度上減小了主觀因素的影響[13-14]。運(yùn)用基于熵權(quán)法進(jìn)行土壤水分綜合評(píng)價(jià)的基本思路:首先分別計(jì)算樣本各評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性測(cè)度及其權(quán)重系數(shù)，利用加乘法原則求出樣本的屬性測(cè)度，最后根據(jù)置信度準(zhǔn)則和評(píng)分準(zhǔn)則對(duì)樣本進(jìn)行分類(lèi)、比較和排序。本研究運(yùn)用熵值法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，對(duì)賀莊溝流域土壤水分進(jìn)行多因素綜合評(píng)價(jià)[15-17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤水分不同影響因子在速變微利用層的影響

由圖1可以看出，0-20 cm土層深度下，坡度的熵權(quán)值最大，為0.329;其次分別為坡位(0.265)、坡向(0.209)和土地利用類(lèi)型(0.198)。這說(shuō)明，在速變微利用層，坡度對(duì)土壤水分的影響最大，其次為坡位、坡向，土地利用類(lèi)型的影響程度最小。在地表，降雨對(duì)土壤表層水分的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于植被對(duì)其影響。坡度影響坡面接受降水的有效面積，影響水分和徑流在坡面的停留和入滲時(shí)間，從而影響土壤水分。通常，在其他條件相同的情況下，坡度越大，土壤水分狀況越差。坡位影響水分在坡面的蒸發(fā)、入滲、匯集等水分的再分配過(guò)程。坡向影響坡面接受太陽(yáng)輻射能量的數(shù)量，而在表層，其影響相對(duì)降雨入滲也很小，比土地利用類(lèi)型的影響更大。

圖1 0一20 cm土層深度土壤水分不同影響因子的熵權(quán)

2.2 土壤水分不同影響因子在活躍利用層的影響

由圖2可以看出，20-60 cm土層深度下，土地利用類(lèi)型的熵權(quán)值最大，為0.269;其次分別為坡位(0.255)、坡度(0.247)和坡向(0.229)。這說(shuō)明，在活躍利用層，土地利用類(lèi)型對(duì)土壤水分的影響最大，其次為坡位、坡度，坡向的影響程度最小。這是因?yàn)樵搶訛橹参锔抵饕植嫉姆秶涤陱纳蠈訚B入的水分大都儲(chǔ)存在該層，是林木根系直接利用水分的范圍[12]。植被的根系對(duì)水分的吸收利用程度在20-60 cm土層差異最大，而坡位影響降雨的匯集。降水的影響相對(duì)0-20 cm土層有所減弱，所以影響接收降雨有效面積的坡度的影響也相對(duì)減小。坡向?qū)ν寥浪值挠绊懽畈幻黠@。

2.3 土壤水分不同影響因子在次活躍利用層的影響

由圖3可以看出，60-120 cm土層深度下，坡位的熵權(quán)值最大，為0.305;其次分別為坡度(0.273)、土地利用類(lèi)型(0.222)、和坡向(0.199)。這說(shuō)明，在次活躍利用層，坡位對(duì)土壤水分的影響最大，其次為坡度、土地利用類(lèi)型，坡向的影響程度最小。這是因?yàn)椋鄬?duì)20-60 cm土層，此時(shí)植被的根系吸水對(duì)土壤水分的影響程度減弱。相反，坡位和坡度的影響程度就相對(duì)有所提升。

圖2 20一60 cm土層深度土壤水分不同影響因子的熵權(quán)

圖3 60一120 cm土層深度土壤水分不同影響因子的熵權(quán)

2.4 土壤水分不同影響因子在次活躍調(diào)節(jié)層的影響

由圖4可以看出，120-200 cm土層深度下，坡位的熵權(quán)值最大，為 0.313;其次分別為坡度(0.273)、土地利用類(lèi)型(0.210)和坡向(0.204)。這說(shuō)明，在次活躍調(diào)節(jié)層，坡位對(duì)土壤水分的影響最大，其次為坡度、土地利用類(lèi)型，坡向的影響程度最小。這與60-120 cm土層深度下各影響因子的影響一致。

圖4 120一200 cm土層深度土壤水分不同影響因子的熵權(quán)

3 結(jié)語(yǔ)

在速變微利用層，坡度對(duì)土壤水分的影響最大，其次為坡位、坡向，土地利用類(lèi)型的影響程度最小，坡向和土地利用類(lèi)型的影響相差不大;在活躍利用層，土地利用類(lèi)型對(duì)土壤水分的影響最大，其次為坡位、坡度，坡向的影響程度最小;在次活躍層，坡位對(duì)土壤水分的影響最大，其次為坡度、土地利用類(lèi)型，坡向的影響程度最小。

坡向?qū)ν寥浪值挠绊懺? m以內(nèi)都較小。土地利用類(lèi)型除在活躍利用層對(duì)土壤水分的影響相對(duì)較大以外，其它都比較小，這與黃奕龍等[18]的研究結(jié)果一致。坡位和坡度對(duì)土壤水分的影響明顯要高于土地利用類(lèi)型和坡向的影響，這與劉世梁等[19]的研究結(jié)果一致。而坡位對(duì)土壤水分的影響，除峁頂和溝臺(tái)地外，坡上、坡中和坡下部分都受到坡度的影響。因此，提高小流域土壤水分的有效措施就是調(diào)整立地的坡度。

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