摘 要:土壤水分在黃土丘陵區(qū)具有特殊的生態(tài)學(xué)意義。本文通過(guò)具體的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)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(jìn)行了分析，在長(zhǎng)達(dá)16年的觀測(cè)記錄里，僅出現(xiàn)少數(shù)的土壤貯水量達(dá)到或略高于臨界有效貯水量，充分說(shuō)明了甘肅定西市安家溝流域土壤水分虧缺狀況較為嚴(yán)重。

關(guān)鍵詞:半干旱地區(qū) 植被覆蓋 土壤水分

中圖分類號(hào):S152.7\t\t文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A\t\t\t文章編號(hào):1672-3791(2011)10(a)-0148-02

土壤水分是監(jiān)控土地退化和干旱的重要指標(biāo)，是農(nóng)業(yè)、水文、生態(tài)等研究的關(guān)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(qū)，只有通過(guò)增加地表植被覆蓋來(lái)控制水土流失的發(fā)生和發(fā)展。土地利用/植被類型對(duì)土壤水分的收支狀況產(chǎn)生了很大影響。首先是土地利用/植被類型影響雨水資源進(jìn)入土壤的數(shù)量以及土壤表層的水分蒸發(fā);其次是通過(guò)根系延伸對(duì)土壤水分的消耗利用，從而對(duì)土壤深層土壤水環(huán)境產(chǎn)生顯著的影響。對(duì)于土壤的水分平衡來(lái)講，降水量與潛在蒸散的比值及差值均可表征一個(gè)地區(qū)農(nóng)田土壤水分的盈余與虧缺狀況。土壤貯水量的季節(jié)和年度變化反應(yīng)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(zhǎng)、演替過(guò)程必然引起土壤水分的變化。在半干旱黃土丘陵區(qū)土壤水分主要來(lái)源于自然降水，地下水不參與水循環(huán)過(guò)程，土壤貯水量絕大部分消耗于蒸發(fā)過(guò)程。

年降水量以及降水量的季節(jié)分布，是決定土壤貯水量的季節(jié)分布的重要因素，但由于植被的參與作用，影響土壤水循環(huán)的強(qiáng)度和深度，也改變了土壤貯水量的季節(jié)變化以及年度土壤水平衡狀況。張北贏等認(rèn)為土地利用方式對(duì)土壤水分的垂直變化和季節(jié)變化都會(huì)產(chǎn)生影響。土壤貯水量的年度變化是降水資源的補(bǔ)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(shuō)明年度土壤水盈虧程度。生長(zhǎng)期間，土壤水資源盈虧量占同期降水量的比率，也說(shuō)明土壤水消耗或補(bǔ)償強(qiáng)度。以土壤水分為研究對(duì)象，在半干旱黃土丘陵區(qū)，其輸入部分只有降水，輸出量則包括蒸發(fā)、蒸騰、徑流和植被截留量。輸入和輸出量的相對(duì)變化引起了土壤貯水量的變化，即形成土壤水分的盈虧過(guò)程。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)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(qū)定西縣城東約3km，流域面積10.06km2，按水土保持區(qū)劃屬于黃土丘陵溝壑區(qū)第五副區(qū)，按氣候區(qū)劃該區(qū)屬中溫帶半干旱氣候，孫秉強(qiáng)等將其劃分為隴中季節(jié)性土壤缺水區(qū)。年均氣溫6.3℃，年均≥10℃的活動(dòng)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(shí)空分布極不均勻，降水主要集中在7～9月，在植物生長(zhǎng)需水期嚴(yán)重缺水。年日照時(shí)數(shù)2409h，有效生理輻射49%，無(wú)霜期141d，蒸發(fā)量1510mm。流域內(nèi)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(jī)質(zhì)含量0.37%～1.34%，0～200cm土壤容重平均1.2g/cm3。該流域按植被區(qū)劃屬于森林草原帶干旱草原區(qū)，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(dāng)?shù)厝罕妼?duì)生態(tài)植被的干擾與破壞，該流域水土流失十分嚴(yán)重。

2 實(shí)驗(yàn)小區(qū)設(shè)計(jì)與研究方法

在實(shí)驗(yàn)區(qū)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(gè)徑流小區(qū)，開(kāi)展定位觀測(cè)研究。觀測(cè)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(nóng)作物和植物的生長(zhǎng)季節(jié)開(kāi)始，在每月月初(1日)和月中(15日)進(jìn)行定點(diǎn)取樣分析土壤水分動(dòng)態(tài)，若遇降雨，土壤水分采樣順延降雨停止后采樣。每個(gè)樣點(diǎn)以20cm為間隔分為均等的5層。土壤含水量通過(guò)恒溫烘干法測(cè)定，以質(zhì)量百分率表示，用環(huán)刀法取樣測(cè)定樣點(diǎn)的分層次容重，取樣深度為30cm，根據(jù)各個(gè)層次計(jì)算相應(yīng)的類型水分常數(shù)。

3 不同植被類型下的土壤水分狀況

根據(jù)研究區(qū)16年的實(shí)測(cè)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(jié)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(wú)明顯差異。

試驗(yàn)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(dāng)于穩(wěn)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(nóng)作物相對(duì)于其它自然植被耗水性大有很大的關(guān)系。

4 土壤水分平衡狀況分析

在生長(zhǎng)期中最大貯水量和最小貯水量出現(xiàn)的時(shí)間差異和降水分布，判斷各年度貯水量變化是補(bǔ)償還是消耗。試驗(yàn)期間，土壤水分平衡方向?yàn)槭杖牒椭С?。坡耕地土壤水分變化為消耗支出而減少的占10年，經(jīng)過(guò)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(xiàn)的時(shí)間多是春季或秋季，是土壤水分蒸發(fā)和蒸騰消耗較少的季節(jié)。但出現(xiàn)萎蔫貯水量的年份或次數(shù)明顯少于坡耕地;灌木林地多年平均蒸發(fā)量大于降水量，說(shuō)明灌木林的生長(zhǎng)過(guò)程對(duì)土壤水分的過(guò)度消耗，對(duì)于土壤上層土壤水分的補(bǔ)償是極為不利的，同時(shí)，也說(shuō)明灌木林地下層土壤土壤水分無(wú)法得到有效補(bǔ)償。郭忠升認(rèn)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(qiáng)烈吸水和蒸騰，造成根系分布范圍內(nèi)某層土壤水分的過(guò)量消耗。喬木林地多年平均蒸發(fā)量略小于降水量，說(shuō)明油松、喬木林生長(zhǎng)過(guò)程對(duì)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?zé)o植被發(fā)生，因此其消耗量相對(duì)較小;自然草地多年平均蒸發(fā)量略大于降水量，說(shuō)明針茅草地在生長(zhǎng)起始對(duì)表層土壤水分影響嚴(yán)重，這是由于高密度植被針茅對(duì)表層土壤貯水量的消耗。1986年至2003年試驗(yàn)期各土地利用類型土壤水分虧缺量除個(gè)別年份外，其計(jì)算值均超過(guò)了100mm，而且年度分布很不均勻，見(jiàn)圖1。

5 0～100cm層次土壤貯水量變化情況

年度生長(zhǎng)期初，各類型土壤貯水量沒(méi)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(zhǎng)期末，各類型土壤貯水量沒(méi)有顯著性差異，多重比較結(jié)果:喬木林地土壤貯水量顯著大于坡耕地和灌木林地，見(jiàn)表2。16年觀測(cè)結(jié)果表明:各土地利用／植被類型年度土壤水分盈余量不超過(guò)90mm，而最大土壤水分虧損量不超過(guò)150mm，這說(shuō)明了半干旱氣候條件下，土壤水分的補(bǔ)償能力以及蒸發(fā)、蒸騰引起土壤干旱強(qiáng)烈發(fā)生。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)試驗(yàn)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(xiàn)實(shí)。在0～100cm土壤層次里，除1986年外，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)土壤經(jīng)過(guò)降水補(bǔ)充達(dá)到田間持水量水平，這說(shuō)明土壤水分補(bǔ)償強(qiáng)度和深度有限。在長(zhǎng)達(dá)16年的觀測(cè)記錄里，僅出現(xiàn)少數(shù)的土壤貯水量達(dá)到或略高于臨界有效貯水量，充分說(shuō)明了甘肅定西市安家溝流域土壤水分虧缺狀況較為嚴(yán)重。

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

(3)一般地，土壤貯水量較低，充分補(bǔ)償?shù)母怕屎苄?，土壤水基本依賴?dāng)年降水狀況，年度土壤水分狀況在春季或秋季較好，也說(shuō)明了在蒸發(fā)和植被蒸騰耗水降低的情況下，經(jīng)過(guò)降水土壤水分能夠得到適度的補(bǔ)償，這對(duì)春季植物生長(zhǎng)極為有利。

參考文獻(xiàn)

[1] \t游松財(cái)，邸蘇闖.黃土高原地區(qū)1961年至2000年間土壤水分變化模擬與分析[J].自然資源學(xué)報(bào)，2010，25(7):1206～1212.

[2] \t姚小英，蒲金涌，等.甘肅黃土高原40a來(lái)土壤水分蒸散量變化特征[J].冰川凍土，2007，29(1):126～130.

[3] \t張北贏，徐學(xué)選，等.黃土丘陵區(qū)不同土地利用的土壤水分灰色關(guān)聯(lián)度[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，28(1):361～366.

[4] \t孫秉強(qiáng)，張強(qiáng)，等.甘肅黃土高原土壤水分氣候特征[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2005，20(9):1041～1045.

[5] \t郭忠升，邵明安.半干旱區(qū)人工林草地土壤旱化與土壤水分植被承載力[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23(8):1640～1645.