岳學(xué)文，方海東，錢坤建，方 晉，奎建蕊，潘志賢，楊艷鮮，紀(jì)中華，彭 輝

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所，云南 元謀651300）

金沙江干熱河谷是長(zhǎng)江上游典型的生態(tài)脆弱區(qū)。干燥、炎熱的自然環(huán)境使得該區(qū)域內(nèi)植被易破壞、難恢復(fù)，水土流失嚴(yán)重。土壤干旱、干化是金沙江干熱河谷造林困難的主要原因［1］。論文以金沙江干熱河谷的典型區(qū)域云南省元謀縣為例?？h境內(nèi)干而熱的氣候特征，引起以“土壤干化”為主的生態(tài)問題，植被根際區(qū)土壤水分長(zhǎng)時(shí)間嚴(yán)重虧缺［1］。特殊的自然環(huán)境使元謀干熱 河谷的 成因［2－3］、植被恢 復(fù)［4－6］、農(nóng)業(yè)發(fā)展［7－9］、土壤水 分［10－13］、荒漠 化［14－16］、土 壤侵蝕［17－18］等成為研究的焦點(diǎn)。不同土地利用下的土壤含水量對(duì)降雨的響應(yīng)有一定差別［19］，雨季林地獲得的降水是土壤水分的唯一來源，雨季林地內(nèi)儲(chǔ)存水分的多少，直接影響旱季土壤水分的供給能力。土壤水分的供給能力是影響干熱河谷植被分布的主要原因［1］。坡度對(duì)土壤水分的影響主要在地表30 c m以下，且為陰坡含水量高于陽坡［11］，但通過人工改變局地微地形，強(qiáng)化降雨入滲，可增加土壤含水量［20］，土壤水分變化在年內(nèi)表現(xiàn)出緩慢失墑期、土壤水分積累期、土壤水分緩慢消耗期和土壤水分穩(wěn)定期等4個(gè)時(shí)期［21］。降水是影響干熱河谷土壤含水量的主要因素。深入研究不同林地內(nèi)土壤水分的來源、儲(chǔ)存、分配、利用對(duì)治理干熱河谷脆弱生態(tài)環(huán)境具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省元謀縣，地理坐標(biāo)為25°29′－26°06′N 101°35′－102°06′E 是典型的南亞熱帶季風(fēng)河谷干熱氣候區(qū)［22］，年均氣溫約21．9℃，≥10℃年積溫7 786℃，持續(xù)天數(shù)350 d，終年基本無霜［22］。土壤主要為燥紅土和變性土。稀樹灌草叢是適應(yīng)金沙江干熱河谷自然環(huán)境的頂極植物群落［23］，在土層較厚、陰坡等立地環(huán)境有少量的喬木。草本種類較多，其中以扭黃茅（Heteropogon cantortus）、龍須草（Enl ariopsis binata）、孔穎草（Bothrichloa ca mus）等為主；灌木多 為 車 桑子 （Dodonaea angustif olia）、余 甘 子（Phyll anthus emblice）；喬木較少，常見的是攀枝花（Gossampinus mal abarica）、羅 望 子 （Tamarindus indica）。

2 研究方法

海拔1 500 m是土壤含水量的分水嶺，1 500 m以下影響土壤水分的氣象因子影響程度近似［24］，而典型的金沙江干熱河谷區(qū)也主要分布在海拔1 500 m以下。鑒于此，本研究選取了海拔在950～1 050 m之間的燥紅土林內(nèi)的6個(gè)土地利用類型，分別是：銀合歡＋羅望子、羅望子純林、銀合歡間伐林、羅望子＋自然草被、羅望子＋余甘子＋自然草被、麻瘋樹＋自然草被6種（表1）。在6類樣地中，樣地Ⅱ內(nèi)的羅望子已栽種15 a左右，林下郁閉度高，草本植物較少。其余樣地的喬木、灌木林下陽光照射均較充足。實(shí)驗(yàn)設(shè)一個(gè)光板地作為對(duì)照。在每個(gè)人工林內(nèi)埋3個(gè)土壤水分測(cè)試管，每根測(cè)試管可測(cè)試深度為1 m，以德國(guó)生產(chǎn)TRI ME－PICO－IPH TDR土壤剖面水分測(cè)量系統(tǒng)獲取土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)。根據(jù)元謀干熱河谷多年降雨特征，分析7－10月雨季不同人工林內(nèi)土壤含水量變化特征。測(cè)量深度分別為0－20，20－40，40－60，60－80，80－100 c m。測(cè)量結(jié)果為土壤水分體積百分?jǐn)?shù)（%）。

表1 樣地基本特征

3 結(jié)果與結(jié)論

3．1 不同人工林下土壤含水量的變化

土壤含水量差異主要是由于不同植被類型對(duì)土壤的改良作用和對(duì)蒸發(fā)、截留的影響所造成的［19］。在金沙江干熱河谷，不同土地利用方式對(duì)土壤含水量影響顯著，土壤含水量隨土壤深度的增加而增加（表2）。在草本植物蓋度較高的土地中，草本植物蓋度的高低與土壤含水量變化成反比關(guān)系，即地表草本植物蓋度越高，土壤含水量越低。如在類型Ⅴ中，扭黃茅的蓋度比Ⅳ低，其土壤含水量反而比Ⅳ高，同時(shí)也大于其他人工林。究其主要原因：在這兩類人工林中，草本蓋度高，而草本層的根系主要集中在地下20－60 c m處，其根系吸收了大量的土壤水分，從而使得土壤含水量下降明顯。干熱河谷土壤表層的水分主要以蒸發(fā)形式散失，很少為植物吸收利用［11］。在Ⅱ中，地表郁閉度高、林下物種稀少，太陽輻射和地面輻射帶走的水分相對(duì)較少，在Ⅱ中土壤含水量相對(duì)較高且隨深度的增加而緩慢增加。把Ⅱ與Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，草本植物蓋度偏高、太陽輻射是導(dǎo)致土壤含水量差異的主要因素。在郁閉度高、草本層蓋度低的林地內(nèi)，土壤含水量相對(duì)較高。

表2 不同用地類型剖面土壤含水量 %

在Ⅰ和Ⅲ中，雨季80－100 c m處土壤含水量有小幅度下降。土壤含水量受植物根系的分布深度影響顯著。這與莊建琦［19］研究的合歡林對(duì)土壤含水量的影響較為顯著，降低了深層土壤的含水量。而在Ⅵ內(nèi)，車桑子和麻瘋樹均是抗干旱、抗貧瘠樹種，樹種的生理結(jié)構(gòu)對(duì)調(diào)節(jié)土壤水分有一定作用，其土壤含水量在所有土地利用類型中相對(duì)較高。

3．2 不同土地利用方式中土壤含水量變異系數(shù)

變異系數(shù)是衡量一組觀測(cè)數(shù)據(jù)變化程度的統(tǒng)計(jì)值。變異系數(shù)的大小反映了受環(huán)境水熱交換的影響強(qiáng)弱，反映了層間水分的穩(wěn)定性［25］。在統(tǒng)計(jì)學(xué)中，以標(biāo)準(zhǔn)差和平均數(shù)的比值記為變異系數(shù)。

CV＝S／X （1）

式中：CV——變異系數(shù)；S——觀察數(shù)據(jù)組標(biāo)準(zhǔn)差；X——觀測(cè)數(shù)據(jù)組的平均值。

圖1 不同深度土壤水分變異系數(shù)

圖2 不同用地類型土壤水分變異系數(shù)

利用變異系數(shù)可揭示不同深度以及不同土地利用方式中含水量變化幅度。隨著深度的增加變異系數(shù)逐漸降低，0－20 c m的變異系數(shù)最大。40－60，60－80，80－100 c m處變異系數(shù)相對(duì)平緩。由于物種組成、地表覆蓋、林齡等的差異，不同用地類型中的變異系數(shù)起伏較大（圖2）。相對(duì)而言，Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ的變異系數(shù)大體在同一水平上，Ⅴ是所有類型中喬木和灌木較多的一個(gè)，同時(shí)也是所有類型中含水量差異最大的一個(gè)（表3），其變異系數(shù)也最大。林內(nèi)物種數(shù)量過多，消耗的土壤水分也最多，當(dāng)沒有外界水源補(bǔ)充時(shí)，土壤含水量下降迅速，土壤含水量變異大。

3．3 不同人工林對(duì)土壤水分的利用研究

3．3．1 水分劇烈變化層、弱利用層 0－20 c m是干熱河谷植被對(duì)土壤水分的弱利用層。降水是林地土壤水分的主要來源，而支出則主要是地表水分的蒸發(fā)和草本層的蒸騰。即使在雨季，若是半個(gè)月內(nèi)無降雨，土壤表層水分迅速下降到凋萎系數(shù)以下，而一旦有降雨，土壤含水量迅速增加。在0－20 c m含水量最高12．1%，最低2．1%，土壤含水量變化劇烈，變異系數(shù)高達(dá)58%，土壤含水量穩(wěn)定性差。元謀干熱河谷的典型土壤是燥紅土［26］。據(jù)黃成敏［13］的研究，金沙江干熱河谷普通燥紅土的凋萎濕度是9．4%，而表1的數(shù)據(jù)表明，在0－20 c m 除Ⅱ和Ⅵ外，其他人工林內(nèi)的土壤含水量均低于凋萎濕度，植物生長(zhǎng)難以利用。

3．3．2 草本植物水分利用層 從表2可以看出，在所有用地類型中，20－80 c m土壤含水量的處最大值、最小值的均值分別為 14．9%、10．2%，相差4．7%，土壤含水量差異較大。在20－80 c m，是金沙江干熱河谷地區(qū)草本植物根系的主要分布區(qū)，同時(shí)也是部分喬木和灌木根系的分布區(qū)。在植物種類和數(shù)量均較多的樣地內(nèi)，該層的土壤含水量較其他林地低，如在樣地Ⅳ和Ⅴ中，扭黃茅、羅望子、車桑子大量吸收了40－60 c m和60－80 c m的土壤水分，含水量明顯低于其他人工林，土壤水分利用率高、利用量大。

表3 不同林地20－80 c m土壤含水量差異 %

3．3．3 土壤水分微調(diào)節(jié)層 伴隨著土壤深度的增加，土壤水分受地表蒸發(fā)的影響顯著下降。在80－100 c m，吸收該深度土壤水分的植物主要是一些喬木和大灌木。由于物種組成的差異，土壤水分調(diào)節(jié)層的深度存在一定差異，例如在銀合歡分布較多的Ⅰ和Ⅲ中，該層是土壤水分的利用層含水量有小幅下降（表2）。但在其他人工林內(nèi)，該層則起著調(diào)節(jié)土壤水分的承上啟下作用。在旱季持續(xù)干旱期和雨季的間歇性干旱期，100 c m下的土壤水分在土壤水勢(shì)的作用下，向植物根系附近富集，幫助植物渡旱。

4 結(jié) 論

以扭黃茅為主的草本植物在金沙江干熱河谷區(qū)發(fā)布廣、蓋度大，土壤水分含量低、物種多樣性差。羅望子青年林內(nèi)郁閉度大，可有效防止土壤水分蒸發(fā)。在土壤侵蝕嚴(yán)重的區(qū)域栽種銀合歡、麻瘋樹等抗旱性能強(qiáng)的物種可在短期內(nèi)控制土壤侵蝕，但銀合歡林內(nèi)深層土壤含水量較其他人工林內(nèi)低，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因有待深入研究。

［1］ 蔣俊明，費(fèi)世民，何亞平，等．金沙江干熱河谷植被恢復(fù)探討［J］．西南林學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，27（6）：11－15．

［2］ 明慶忠，史正濤．三江并流區(qū)干熱河谷成因新探析［J］．中國(guó)沙漠，2007 27 1 99－104．

［3］ 何永彬，盧培澤，朱彤．橫斷山－云南高原干熱河谷形成原因研究［J］．資源科學(xué)，2000，22（5）：67－72．

［4］ 何錦峰，楊忠，陳國(guó)階．金沙江干熱河谷泥巖坡地植被恢復(fù)研究［J］．重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，28（2）：319－322．

［5］ 青翠，王龍，李靖．金沙江干熱河谷區(qū)生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系初探［J］．中國(guó)水土保持，2006（4）：39－41．

［6］ 楊忠，莊澤，秦定懿，等．元謀干熱河谷水保林營(yíng)造技術(shù)研究［J］．水土保持通報(bào)，1999，19（1）：38－42．

［7］ 紀(jì)中華，楊艷鮮，廖承飛，等．元謀干熱河谷退化坡地立體種養(yǎng)生態(tài)農(nóng)業(yè)模式建設(shè)［J］．西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，18（3）：1－4．

［8］ 楊艷鮮，紀(jì)中華，沙毓滄，等．元謀干熱區(qū)退化山地復(fù)合生態(tài)農(nóng)業(yè)模式自然資源的利用研究［J］．西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，19（增刊）：206－209．

［9］ 楊艷鮮，廖承飛，沙毓滄，等．元謀干熱河谷旱坡地雙鏈型羅望子：牧草生態(tài)農(nóng)業(yè)模式高效配套技術(shù)研究［J］．中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，16（2）：464－468．

［10］ 穆軍，李占斌，李鵬，等．干熱河谷干季土壤水分動(dòng)態(tài)研究［J］．長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2009，26（12）：22－25．

［11］ 蔣俊明，費(fèi)世民，王鵬，等．干熱河谷陰坡和陽坡土壤水分動(dòng)態(tài)研究［J］．四川林業(yè)科技，2005，26（5）：30－35．

［12］ 楊艷鮮，方海東，潘志賢，等．云南元謀干熱河谷區(qū)早坡地不同生態(tài)農(nóng)業(yè)模式土壤水分差異性分析［J］．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2009，27（2）：248－252．

［13］ 黃成敏，何毓蓉．云南省元謀干熱河谷土壤水分的動(dòng)態(tài)變化［J］．山地研究，1997，15（4）：234－238．

［14］ 劉淑珍，張建平，范建蓉，等．云南元謀土壤退化特征及原因分析［J］．中國(guó)沙漠，1996，16（1）：1－2．

［15］ 劉淑珍，黃成敏．云南元謀土地荒漠化特征及原因分析［J］．中國(guó)沙漠，1996，16（1）：1－8．

［16］ 張建平．元謀干熱河谷土地荒漠化的人為影響［J］．山地研究，1997，15（1）：53－56．

［17］ 張建平，楊忠，莊澤．元謀干熱河谷區(qū)水土流失現(xiàn)狀及治理對(duì)策［J］．云南地理環(huán)境研究，2001，13（2）：22－27．

［18］ 周紅藝，李輝霞，范建容．元謀干熱河谷土壤侵蝕敏感性評(píng)價(jià)［J］．中國(guó)水土保持，2009（4）：39－41．

［19］ 莊建琦，葛永剛，王道杰，等．干熱河谷生態(tài)恢復(fù)區(qū)土壤水分變化研究［J］．水土保持研究，2009，16（6）：35－39．

［20］ 李艷梅，王克勤，劉芝芹，等．云南干熱河谷不同坡面整地方式對(duì)土壤水分環(huán)境的影響［J］．水土保持學(xué)報(bào)，2006，20（1）：15－19．

［21］ 李艷梅，王克勤，劉芝芹，等．云南干熱河谷微地形改造對(duì)土壤水分動(dòng)態(tài)的影響［J］．浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，22（3）：259－265．

［22］ 王克勤，沈有信，陳奇伯，等．金沙江干熱河谷人工植被土壤水環(huán)境［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，15（5）：809－813．

［23］ 何毓蓉，徐建忠，黃成敏．金沙江干熱河谷區(qū)變性土的特征及系統(tǒng)分類［J］．土壤學(xué)報(bào)，1995．32（增刊）：102－103．

［24］ 柴宗新，范建容．金沙江干熱河谷植被恢復(fù)的思考［J］．山地學(xué)報(bào)，2001，19（4）：381－384．

［25］ 穆軍，李占斌，李鵬，等．干熱河谷干季土壤水分動(dòng)態(tài)研究［J］．長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2009，26（12）：22－25．

［26］ 何毓蓉，黃成敏．云南省元謀干熱河谷的土壤系統(tǒng)分類［J］．山地研究，1995，13（2）：73－78．