程立平，劉文兆 ，李 志

(1.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，楊凌 712100;2.平頂山學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，平頂山 467000;3.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，楊凌 712100;4.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

土壤水資源作為水資源的重要組成部分，在植物生長(zhǎng)過(guò)程中起著非常重要的作用。黃土高原地區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，降水年際變化大，年內(nèi)分布不均;而深厚的黃土層猶如土壤水庫(kù)，具有保蓄和調(diào)節(jié)水分功能，能夠?qū)邓蛔愫蜁r(shí)間空間分布不均所導(dǎo)致的旱情能夠起到有效的緩解作用［1］。由于該區(qū)土壤的特殊性、降水資源的緊缺性，因而人們非常重視植被與土壤水資源的相互影響［2］，尤其是植被生長(zhǎng)對(duì)土壤水分生態(tài)環(huán)境影響的研究［3-12］。人工林草的強(qiáng)烈蒸騰作用所導(dǎo)致的深層土壤干燥化問(wèn)題，不僅對(duì)植被自身的生長(zhǎng)造成不利影響，而且對(duì)陸地水文循環(huán)產(chǎn)生了一定的影響［7］，因而深層土壤水分環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到研究者的關(guān)注，如樊軍等［11］對(duì)黃土旱塬農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤深層水分消耗與水分生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了研究;Wang等研究黃土丘陵區(qū)不同植被類型對(duì)0—10 m黃土剖面水分含量的影響［12］，并通過(guò)荒草地對(duì)照確定了不同植被類型的耗水深度［13］;程立平等對(duì)長(zhǎng)武塬區(qū)不同土地利用方式下0—20 m剖面土壤水分分布特征進(jìn)行了研究［14］，并分析了其土壤水氫氧同位素的組成特征［15］;王云強(qiáng)等通過(guò)對(duì)黃土高原382個(gè)點(diǎn)上土壤水分的調(diào)查，研究了整個(gè)黃土高原0—10 m土層土壤水分空間分布特征及其影響因素［16］，并對(duì)比研究了山西中陽(yáng)、陜西綏德、陜西神木、陜西吳起、寧夏固原、陜西長(zhǎng)武6個(gè)典型區(qū)域0—21 m土層水分剖面分布規(guī)律［17］;李軍等［10］通過(guò)對(duì)黃土高原半濕潤(rùn)區(qū)、半干旱區(qū)和半干旱偏旱區(qū)53類林地、草地和農(nóng)田深層土壤濕度的觀測(cè)，分析比較了各類型區(qū)各類林地、草地和農(nóng)田土壤濕度、土壤水分過(guò)耗量、土壤干燥化指數(shù)、土壤干層厚度等土壤干燥化效應(yīng)指標(biāo)。但是由于深層土壤取樣困難，黃土高原地區(qū)有關(guān)深層土壤水分的研究，存在以下局限:一是多為一次調(diào)查取樣研究，缺少長(zhǎng)期定位研究;二是多數(shù)研究未超過(guò)10 m深度。因此，本文利用長(zhǎng)武黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站深剖面水分運(yùn)動(dòng)觀測(cè)場(chǎng)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)研究了裸地、高產(chǎn)農(nóng)田、苜蓿草地和蘋果林地對(duì)深層土壤水分環(huán)境的影響，以期為黃土塬區(qū)土地利用方式的優(yōu)化配置以及旱作農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供土壤水分依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)武黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站(N35°14'，E107°40')位于陜西省長(zhǎng)武縣長(zhǎng)武塬上，海拔1 220m，屬溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，降水年際變化大，年內(nèi)分布不均，多年平均降水578 mm，主要集中在7—9月，占全年降水總量的55%以上。年均氣溫9.1℃，＞10℃積溫3029℃，無(wú)霜期171 d。長(zhǎng)武塬區(qū)為典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，作物一年一熟。黃土堆積深厚，土壤為黑壚土，母質(zhì)為中壤質(zhì)馬蘭黃土，地下水埋深40—80 m。0—20 m黃土剖面田間持水率和凋萎濕度分別為(21.39±0.13)% 和(8.06±0.45)%［14］，土壤容重在1.23—1.44 g/cm3之間［18］，容重變化主要在0—1 m土層內(nèi)，1 m以下土層容重變化較小，平均值為 1.3 g/cm3。

1.2 研究方法

選定長(zhǎng)武站深剖面水分運(yùn)動(dòng)觀測(cè)場(chǎng)和鄰近蘋果林地測(cè)定土壤水分。深剖面水分觀測(cè)場(chǎng)建于2005年(之前為農(nóng)田)，設(shè)3種土地利用方式樣地，分別為苜蓿草地、高產(chǎn)農(nóng)田和裸地，農(nóng)田輪作方式為冬小麥-冬小麥-春玉米。苜蓿草地、高產(chǎn)農(nóng)田和裸地3塊樣地面積均為10 m×10 m。蘋果林地為1994年種植，面積約為2 000 m2，目前處于盛果期。具體土壤水分測(cè)定樣地見(jiàn)表1。土壤水分采用美國(guó)CPN公司生產(chǎn)的CNC503(DR)智能中子土壤水分儀測(cè)定，測(cè)定深度為15 m，0—1 m以10 cm為間隔測(cè)定1次，1—15 m以20 cm為間隔測(cè)定1次。每塊樣地在其中心位置處埋設(shè)一根中子儀管，根據(jù)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，土壤水分于每月19號(hào)測(cè)定。其中苜蓿草地、高產(chǎn)農(nóng)田和裸地土壤水分測(cè)定時(shí)段為2009年4月至2011年10月，蘋果林地土壤水分測(cè)定時(shí)段為2009年11月至2011年10月。

表1 土壤水分測(cè)定樣地基本情況Table 1 General information on soil moisture plots

旱地土壤水量平衡計(jì)算式一般為:

式中，ΔW為土壤儲(chǔ)水量的變化量，P為降水量，U為向上進(jìn)入蒸散作用層的毛管水流量，U為地面徑流量，D為向下排出蒸散作用層的水量，ET為蒸散量，以上各量均以水的厚度(mm)表示。在黃土塬區(qū)，水量平衡計(jì)算公式一般被簡(jiǎn)化為下式:

式中符號(hào)意義同上。

土壤儲(chǔ)水量W計(jì)算公式為:

式中，W為一定厚度土壤內(nèi)的儲(chǔ)水量(mm)，n為一定厚度土壤所劃分的層次數(shù)，θi為第i層土壤的體積含水量，hi為第i層土壤的厚度(mm)。

2 結(jié)果與討論

2.1 0—15 m土層土壤水分剖面特征

因數(shù)據(jù)量大，本文選擇幾個(gè)具有代表性的測(cè)定日數(shù)據(jù)繪制0—15m黃土剖面土壤水分垂直分布曲線，分別為2009年6月19日和11月19日，2010年6月19日和11月19日，2011年6月19日和10月19日(圖1)。之所以選擇這幾個(gè)測(cè)定日，是因?yàn)橐荒戤?dāng)中6月屬雨季到來(lái)之前，土壤水分含量處于低值;而11月前后雨季已過(guò)，土壤水分在土體中的再分配過(guò)程基本完成，是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期。2009年6月測(cè)定日有降雨，24h累積降水量2.8 mm，為無(wú)效降水;離測(cè)定水分時(shí)間最近的上一次降雨發(fā)生在11d前，降水量為7.4 mm。2009年11月測(cè)定日無(wú)降雨，離測(cè)定水分時(shí)間最近的上一次降雨發(fā)生在3d前，降水量為3.6 mm。2010年6月測(cè)定日無(wú)降雨，離測(cè)定水分時(shí)間最近的上一次降雨發(fā)生在12d前，降水量為26.2 mm。2010年11月測(cè)定日無(wú)降雨，離測(cè)定水分時(shí)間最近的上一次降雨發(fā)生在24d前，降水量為7.5 mm。2011年6月測(cè)定日無(wú)降雨，離測(cè)定水分時(shí)間最近的上一次降雨發(fā)生在2d前，降水量為5.1 mm。2011年10月測(cè)定日無(wú)降雨，離測(cè)定水分時(shí)間最近的上一次降雨發(fā)生在10d前，降水量為27.9 mm。

通過(guò)0—15m黃土剖面土壤水分垂直分布曲線可以看出，不同土地利用類型之間土壤水分剖面具有共同的特征，即剖面上部含水量隨時(shí)間變化劇烈，下部含水量時(shí)間變化較小。在干濕季明顯的季風(fēng)條件下，黃土剖面上層土壤處于水分消耗、補(bǔ)充的交替過(guò)程之中，含水量波動(dòng)劇烈，為干濕交替層［3］，不同土地利用方式干濕交替層深度范圍不同。圖1可知，裸地干濕交替層約在0—5 m土層，高產(chǎn)農(nóng)田約在0—4 m土層，蘋果林地約在0—3.5 m土層，苜蓿草地約在0—2 m土層。干濕交替層以下黃土剖面，土壤含水量變化較小，可稱之為相對(duì)穩(wěn)定層。土壤含水率在土壤剖面上的這種變化特征是由于降水量的年際差異(表2)和降水入滲深度的不同所造成，降水入滲深度不同包括同一土地利用類型下不同年份之間和不同土地利用方式之間入滲深度的差異。從圖1可以看出，苜蓿草地2 m以下土層土壤水分隨苜蓿年限增加而逐年減少，尤其是在約6—12m土層范圍內(nèi)表現(xiàn)出了明顯年際變化，與Li等［3］的研究結(jié)論相符。其原因在于苜蓿根系直接吸水層超過(guò)10m深度［19］，能夠吸收利用深層土壤水分以滿足生長(zhǎng)所需，因而2 m以下深層土壤水分在在苜蓿的強(qiáng)烈蒸騰耗水作用下逐年減少，但是其與干濕交替層水分變化相比，則相對(duì)穩(wěn)定。

圖1 不同土地利用方式下土壤水分剖面Fig.1 Soil moisture profiles under different land use patterns

表2 研究區(qū)2007—2011年降水量Table 2 Annual precipitations from 2007 to 2011

2.2 土壤水分動(dòng)態(tài)變化

土壤水分由于受氣候、土壤、利用方式等因素的影響，經(jīng)常處于動(dòng)態(tài)變化之中。干濕交替層因易受降水入滲補(bǔ)給、蒸散耗水的影響，其水分具有明顯的季節(jié)性波動(dòng)變化特征。黃土高原在1a之中，土壤儲(chǔ)水量的變化可分為2個(gè)主要的時(shí)期，即雨季蓄水期(7—10月)和失水期(10月—翌年6月)［20］，蓄水期和失水期并無(wú)十分嚴(yán)格的時(shí)間界限，與雨季開(kāi)始時(shí)間及持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。由圖2可以看出，裸地、苜蓿草地和蘋果林地干濕交替層內(nèi)土壤儲(chǔ)水量具有相似的季節(jié)變化:因強(qiáng)烈的蒸騰蒸發(fā)作用，每年6月到7月期間土壤儲(chǔ)水量降至全年最低值，經(jīng)過(guò)雨季降水補(bǔ)償，至10—11月期間土壤儲(chǔ)水量升至全年最高值。而高產(chǎn)農(nóng)田干濕交替層土壤儲(chǔ)水量的季節(jié)變化與種植作物類型有關(guān)。冬小麥生育期處于當(dāng)年雨季后和翌年雨季來(lái)臨之前的旱季，小麥種植后至3月底拔節(jié)前，土壤水分含量較高且穩(wěn)定，3月底以后，土壤濕度逐層降低，至小麥?zhǔn)斋@期，土壤儲(chǔ)水量降至全年最低值;雨季開(kāi)始后，土壤水分逐漸恢復(fù)，恢復(fù)度受雨季降雨量影響。春玉米主要生長(zhǎng)期與雨季吻合，雨季降水能滿足其生長(zhǎng)發(fā)育的水分需求，因而干濕交替層內(nèi)土壤儲(chǔ)水量季節(jié)變化平緩。

圖2 不同土地利用方式下土壤儲(chǔ)水量的動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamics of soil water storage under different land use patterns

相對(duì)于干濕交替層，深層土層接受降水補(bǔ)給較少，其土壤水分狀況主要受植物利用影響，因而土壤儲(chǔ)水量動(dòng)態(tài)變化較小，且不同土地利用方式下深層土壤水分有著不同的動(dòng)態(tài)變化特征。裸地因整層土層濕潤(rùn)，因而其深層土壤水分能夠得到降水補(bǔ)給，但是這種補(bǔ)給往往是在雨季結(jié)束后土壤水分的再分配過(guò)程中發(fā)生的，且補(bǔ)給量有限;因而與干濕交替層相比，裸地深層土壤儲(chǔ)水量的季節(jié)變化具有一定的滯后性(圖2)，且變化較小。高產(chǎn)農(nóng)田深層土壤儲(chǔ)水量則基本不隨時(shí)間變化(圖2)，其原因有兩點(diǎn):一是農(nóng)作物根系較淺，對(duì)深層土壤水分利用有限;二是農(nóng)田深層土壤水分接受降水補(bǔ)償有限。相關(guān)研究表明長(zhǎng)武高產(chǎn)農(nóng)田條件下，年降水入滲深度至3 m土層以下需要9.8a才能出現(xiàn)1次［21］，說(shuō)明在絕大多數(shù)年份里高產(chǎn)農(nóng)田深層土壤水分將不能得到降水補(bǔ)給。苜蓿具有極深的吸水根系，因而苜蓿能夠吸收深層土壤儲(chǔ)水以供生長(zhǎng)之需。回歸分析顯示，苜蓿2—15m土層土壤儲(chǔ)水量與時(shí)間序列具有極顯著(P=0.01)的線性關(guān)系，其關(guān)系式為:

Y= －9.904 X+2940.3 (R2=0.958)(4)式中，Y為2—15 m土層土壤儲(chǔ)水量(mm)，X為時(shí)間(月)，2009年4月為第1次測(cè)定，2011年10月為第32次測(cè)定。表明隨著苜蓿生長(zhǎng)年限延長(zhǎng)，苜蓿草地深層土壤儲(chǔ)水量在研究時(shí)段內(nèi)表現(xiàn)出了直線下降的趨勢(shì)(圖3)。從圖2可以看出，從2009年4月到2011年10月，苜蓿草地深層儲(chǔ)水量由2925 mm減少到2644mm，減少了281mm。同苜蓿一樣，蘋果樹(shù)亦具有較深的根系，但是蘋果林地在大約4—10 m土層已經(jīng)形成了穩(wěn)定的低濕層(圖1)，其深層儲(chǔ)水量在研究時(shí)段內(nèi)由2380 mm減少到2323 mm，減少了57 mm，時(shí)間變化較小(圖2)。

圖3 苜蓿草地深層土壤儲(chǔ)水量變化Fig.3 The variation of soil water storage in deep soil layer of alfalfa grassland

2.3 土壤水分虧缺及土壤干層

在黃土地區(qū)，由于蒸發(fā)量大于降水量，地下水埋藏很深，致使土壤水分經(jīng)常處于虧缺狀態(tài)。土壤水分虧缺量是指土壤儲(chǔ)水量與田間持水量之間的差額［22］。由圖1可知，高產(chǎn)農(nóng)田土壤水分虧缺主要發(fā)生在10 m以上土層，虧缺量為309 mm，而苜蓿草地和蘋果林地在測(cè)定土層范圍內(nèi)都發(fā)生了土壤水分虧缺，虧缺量分別為1146 mm和1057 mm?？梢钥闯?，人工林草地土壤水分虧缺，不論在影響深度還是在虧缺程度上都遠(yuǎn)大于農(nóng)田，這種虧缺是人工林草逐年吸取深層土壤水分以補(bǔ)充植被蒸散所需缺額造成。

高耗水人工林草的參與，使水分虧缺向深層土層發(fā)展，土壤水分處于負(fù)平衡之中，最終將在土體某一深度范圍形成厚度不等的低濕層——土壤干層［20］。土壤干層具有以下特點(diǎn):一是土壤干層濕度介于萎蔫濕度和土壤穩(wěn)定濕度之間;二是位于土體某一深度范圍內(nèi);三是干燥化程度因植物種類和生長(zhǎng)年限而定［7，18］。研究區(qū)土壤穩(wěn)定濕度為田間持水量的70%［23］，約為15%。從圖1可以看出，除裸地外，高產(chǎn)農(nóng)田、苜蓿草地和蘋果林地均有土壤干層存在，所不同的是，高產(chǎn)農(nóng)田下土壤干層為暫時(shí)性干層，分布土層范圍約為1—3 m，在豐水年里，該層內(nèi)土壤水分將得到恢復(fù)［21］。而苜蓿草地和蘋果林地則已形成了持久性干層，具有較大的水分虧缺量和極深的干層厚度，因此即使在豐水年，此類干層也不能得到恢復(fù)。這種土壤干層，使深層土壤水庫(kù)調(diào)蓄水分作用減弱甚至消失，可能會(huì)對(duì)林草自身的生長(zhǎng)和區(qū)域水分循環(huán)造成一定的影響［7］。

2.4 不同土地利用方式對(duì)深層土壤水分環(huán)境的影響

黃土塬區(qū)，不同土地利用方式下土壤中水分的儲(chǔ)量和分布，受植物耗水特征的影響而產(chǎn)生分異。從圖1可以看出，經(jīng)過(guò)雨季降水補(bǔ)給，各土地利用方式下干濕交替層內(nèi)土壤水分得到一定程度的恢復(fù)，接近或達(dá)到田間持水量，然而其深層土壤濕度剖面有很大差異。圖1中4類土地利用方式下土壤水分曲線可以分為3類:第1類為裸地，第2類為高產(chǎn)農(nóng)田，第3類為苜蓿草地和蘋果林地。以2011年10月為例，利用方差分析來(lái)比較不同土地利用方式下0—15 m土層含水量，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 2011年10月不同土地利用方式下土壤含水量(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)/%Table 3 Soil water content under different land use patterns in October，2011(Mean± Standard Deviation)/%

裸地因無(wú)植被蒸騰耗水而整層濕潤(rùn)，0—15 m剖面內(nèi)平均濕度為23.1%，除13 m以下土層濕度稍低外，剖面其他部位均已達(dá)到或超過(guò)了田間持水量。因高產(chǎn)引起的高蒸散量，使得高產(chǎn)農(nóng)田2—10 m土層土壤含水率極顯著低于裸地，表明高產(chǎn)農(nóng)田對(duì)土壤水分環(huán)境影響深度已達(dá)10 m深度。研究區(qū)，高產(chǎn)作物根系直接吸水層約為0—3 m土層［3］，而3 m以下土壤儲(chǔ)水則是在土壤水勢(shì)梯度差的作用下向上運(yùn)動(dòng)，最終為農(nóng)作物所消耗。高產(chǎn)農(nóng)田0—15 m剖面內(nèi)平均濕度為20.6%。由于蒸散需水量超過(guò)年降水量，苜蓿草地和蘋果林地引起了深層土層干燥化，干燥化土層已延至10 m以下深度。由表3可以看出，苜蓿草地和蘋果林地在2—15 m土層范圍內(nèi)土壤含水率極顯著低于裸地和高產(chǎn)農(nóng)田，說(shuō)明了它們對(duì)土壤水分環(huán)境所能影響的深度。有研究表明，23a苜蓿草地干燥化土層已延伸至20 m以下土層［15］，因此可以認(rèn)為隨著苜蓿年限的增加，其下干燥化土層將繼續(xù)向更深土層發(fā)展。研究區(qū)14a蘋果林地和32年蘋果林地在0—10 m土層內(nèi)土壤水分分布相差不大［9］，表明14a以上的蘋果林地已形成了穩(wěn)定的深層土壤干層，深層土壤水庫(kù)調(diào)蓄水分作用減弱，果樹(shù)蒸散所需水分主要依靠年度降水供應(yīng)，其產(chǎn)量不可避免的隨年際降水變化而波動(dòng)。以上分析表明，不同土地利用方式對(duì)深層土壤水環(huán)境影響具有極顯著的差異，其影響大小依次為苜蓿草地＞蘋果林地＞高產(chǎn)農(nóng)田＞裸地。

2.5 不同土地利用方式下土壤水量平衡

水量平衡是說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)功能和特征的重要指標(biāo)之一。土壤水量平衡計(jì)算中，計(jì)算土體深度的選擇至關(guān)重要，深度選擇不當(dāng)會(huì)給植物與水分關(guān)系研究帶來(lái)失真的結(jié)論，以致給闡述二者的關(guān)系帶來(lái)困難。以苜蓿草地為例，分別按2 m和15 m深度計(jì)算時(shí)，其在2009年11月至2011年10月間蒸散量分別為1091 mm和1310 mm，與同期降水量(1212 mm)分別相差121 mm和－98 mm，土壤水分收支狀況分別為正補(bǔ)償和負(fù)補(bǔ)償。為此，本文選擇了不同土體深度，利用公式2對(duì)不同土地利用方式下2009年11月至2011年10月的蒸散量進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果如圖4所示。

圖4 計(jì)算深度對(duì)蒸散量計(jì)算結(jié)果的影響Fig.4 Influence of calculated thickness on calculated result for evapotranspiration

各土地利用方式下按照不同土體深度計(jì)算所得蒸散量具有明顯差異，原因在于各土地利用方式下蒸散作用層深度不同，其涉及到作物根系的吸水深度以及降水的入滲深度。通過(guò)對(duì)比一定時(shí)段內(nèi)不同深度土壤水量平衡結(jié)果，則可初步確定水量平衡分析所需選擇的土體深度。從圖4可以看出，裸地和高產(chǎn)麥田蒸散量計(jì)算結(jié)果隨著計(jì)算深度增加而減小，所不同的是裸地至5 m深度后基本保持穩(wěn)定，高產(chǎn)農(nóng)田4 m深度后基本保持穩(wěn)定。苜蓿草地和蘋果林地蒸散量計(jì)算結(jié)果首先隨著計(jì)算深度增加減小，在一定深度后又隨著計(jì)算深度增加而增加，至15 m深度時(shí)最大。苜蓿草地蒸散量計(jì)算結(jié)果在2 m深度后隨著計(jì)算深度增加而增加，其分別按2、5、10 m和15 m深度計(jì)算時(shí)，蒸散量分別為1091、1103、1233 mm和1310 mm，變化較大。蘋果林地蒸散量計(jì)算結(jié)果在4 m深度后隨著計(jì)算深度增加而增加，其分別按4、5、10 m和15 m深度計(jì)算時(shí)，蒸散量分別為1056、1059、1080 mm 和 1096 mm，變化不大。

可見(jiàn)，不同土地利用方式下進(jìn)行水量平衡計(jì)算時(shí)選擇的計(jì)算深度應(yīng)不同。對(duì)于裸地和高產(chǎn)農(nóng)田，計(jì)算深度分別不宜小于5和4 m。而對(duì)于高耗水的苜蓿草地和蘋果林地，不同的生長(zhǎng)階段所選計(jì)算深度也應(yīng)不同。人工林草種植初期至旺盛期的一段時(shí)間，因土壤深處儲(chǔ)水豐富，能夠滿足植物生長(zhǎng)所需水分要求，此時(shí)蘋果林地計(jì)算深度不宜小于10 m，苜蓿草地計(jì)算深度不宜小于15 m。隨著深層土壤水分的消耗，林草地下最終將會(huì)形成深厚而穩(wěn)定的土壤干層，土壤水庫(kù)水分調(diào)節(jié)作用減弱，植物生長(zhǎng)所需水分主要依靠年度降水供給，此時(shí)林草地計(jì)算深度可選取降水入滲深度為限。以1994年種植蘋果林為例，其按4 m深度以2a為時(shí)間尺度計(jì)算所得蒸散量為按15 m深度計(jì)算所得結(jié)果的96.3%，可見(jiàn)以降水入滲深度為計(jì)算深度對(duì)水量平衡分析結(jié)果影響不大。

3 結(jié)論

(1)不同土地利用方式下干濕交替層深度范圍有別，裸地、高產(chǎn)農(nóng)田、苜蓿草地和蘋果林地分別約為0—5 m，0—4 m，0—2 m和0—3.5 m。受降水入滲補(bǔ)給、蒸散等因素影響，干濕交替層內(nèi)土壤水分具有明顯的季節(jié)性波動(dòng)變化特征;而干濕交替層以下深層土壤水分主要受土地利用影響，各土地利用方式下表現(xiàn)出不同的動(dòng)態(tài)變化特征:裸地深層土壤儲(chǔ)水量的季節(jié)變化較干濕交替層具有一定的滯后性，且變化小;高產(chǎn)農(nóng)田深層土壤儲(chǔ)水量基本不隨時(shí)間變化;苜蓿草地深層土壤儲(chǔ)水量隨苜蓿年限增加而具有直線下降特征;蘋果林地因具有穩(wěn)定的深層土壤干層，其深層土壤儲(chǔ)水量隨時(shí)間變化較小。

(2)不同土地利用方式對(duì)深層土壤水環(huán)境影響具有極顯著差異，與裸地相比較，其影響大小依次為苜蓿草地＞蘋果林地＞高產(chǎn)農(nóng)田。除裸地外，高產(chǎn)農(nóng)田、苜蓿草地和蘋果林地均發(fā)生了土壤水分虧缺，并形成了土壤干層，所不同的是高產(chǎn)農(nóng)田下土壤干層為暫時(shí)性干層，分布土層范圍約為1—3 m;而苜蓿草地和蘋果林地因?qū)ι顚油寥浪值倪^(guò)度消耗，已形成了持久性干層，且干層已延至10 m以下土層。

(3)在黃土塬區(qū)進(jìn)行水量平衡計(jì)算時(shí)，不同土地利用方式選擇的計(jì)算深度應(yīng)不同，處于不同生長(zhǎng)階段的高耗水林草所選計(jì)算深度也應(yīng)不同。對(duì)于裸地和高產(chǎn)農(nóng)田，計(jì)算深度不宜小于5和4 m。對(duì)于未形成深厚穩(wěn)定土壤干層的苜蓿地和蘋果地來(lái)說(shuō)，其計(jì)算深度不宜小于15 m和10 m;而對(duì)于已經(jīng)形成穩(wěn)定土壤干層的苜蓿地和蘋果地來(lái)說(shuō)，進(jìn)行年尺度的水量平衡分析時(shí)，其計(jì)算深度可取降水入滲深度。

處于不同生長(zhǎng)階段的林草地對(duì)深層土壤水環(huán)境影響程度不同，其進(jìn)行水量平衡計(jì)算時(shí)所需選擇深度亦不同，但是不同類型林草地形成深厚且穩(wěn)定的土壤干層所需年限不同，土壤干層厚度亦不同，因而有關(guān)不同林草地下深層土壤干燥化發(fā)展過(guò)程是一個(gè)需要繼續(xù)長(zhǎng)期觀測(cè)研究的科學(xué)問(wèn)題。

致謝:感謝朱元俊老師對(duì)本文寫(xiě)作的幫助。

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