賀翔宇　馬禮　狄偉佳

摘要 以地處陰山北麓丘陵區(qū)化德縣七號鎮(zhèn)為研究區(qū)，選擇相互毗鄰的、配置方式不同的林草地，在距地表30 cm深處采集土樣，并測其含水量。結果表明：（1）草地土壤表層含水量總體高于灌木林地和喬木林地，自然草地高于人工草地和耕地。（2）平地檸條林地土壤表層含水量高于坡梁地，坡梁地上坡位土壤表層含水量不及中、下坡位。（3）檸條灌木林地耐旱性能較好，灌草帶狀相間是主要配置方式，造林密度以灌木帶寬1 m，帶間距6～8 m寬為宜。（4）不同植被類型生態(tài)耗水量不同，耗水量大的植被會吸收利用毗鄰耗水量小的植被地塊的土壤水分。因此，半干旱區(qū)要因地制宜選擇適宜的植被類型、科學的配置方式以及合理的管理措施，以減少土壤水分過度消耗，為即將開啟的新一輪退耕還林草工程提供科學依據。

關鍵詞：土壤表層含水量；退耕還林草；配置方式；化德縣

中圖分類號：S152.7；X37 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）08-136-03

陰山北麓丘陵區(qū)屬半干旱農牧交錯生態(tài)脆弱區(qū)，是我國北方的重要生態(tài)屏障。當地干旱少雨，植被稀疏，土地沙化，水土流失嚴重，生態(tài)環(huán)境已嚴重退化。為改善當地生態(tài)環(huán)境，保護京津冀乃至華北平原的生態(tài)安全，2000年以來實施了退耕還林草、京津風沙源治理工程，生態(tài)環(huán)境明顯好轉，土地沙漠化得到初步遏制。由于氣候干旱、水資源稀缺，水分成為植被恢復重建的最重要生態(tài)限制因子。如何因地制宜、量水而行地進行生態(tài)建設是亟待探索的科學問題。目前對于半干旱區(qū)土壤水分的研究多集中于黃土丘陵區(qū)的土壤水分分布及動態(tài)變化[1-3]；不同植被類型和不同林齡檸條林地土壤耗水深度變化[4-8]；植被根系層土壤水分特性及相互間的作用關系[9-10]。土壤表層含水量主要受降水、植被類型等因素影響，對比研究不同配置方式林草地對土壤表層含水量的影響，對植被恢復重建具有重要的實踐指導意義。目前關于土壤干層的研究為數不少，但多集中于黃土高原地區(qū)[11-13]。該文以陰山北麓丘陵區(qū)內蒙古化德縣為研究區(qū)，當地植被建設以灌草結合為主，通過對比分析不同配置方式林草地土壤表層含水量，探討有利于保持土壤水分的林草地配置方式，為新一輪京津風沙源治理、退耕還林草提供科學依據。

1 研究區(qū)自然概況

化德縣位于內蒙古自治區(qū)中部，陰山北麓丘陵區(qū)東段，41°37′～42°17′N，113°32′～114°48′E。選擇位于該縣東部的七號鎮(zhèn)為研究區(qū)，海拔1 290～1 380 m?！?0 ℃年積溫1 900 ℃左右，無霜期約110 d，年均降水量約300 mm，冬春季干旱少雨，風大沙多，屬中溫帶半干旱偏干大陸性氣候。干旱、大風、霜凍成為當地主要的災害性天氣。地帶性植被類型為干旱氣候條件下的典型草原類型。土壤類型以砂壤質栗鈣土為主，有少量草甸土和鹽土分布。

2 研究方法

2.1 樣地選擇及采樣時間 由于地貌、氣候水熱條件和植被等的空間組合不同，土壤水分會出現地塊尺度上的微域差異[14]。當地植被恢復重建主要是灌木檸條與雜類草帶狀相間配置的土地利用類型（以下簡稱灌木林地）。在七號鎮(zhèn)選擇典型地段的5個相互毗鄰的典型地塊采土樣，分別為平地檸條灌木林地，坡梁地（坡度約為10°）檸條灌木林地，平地榆樹片林地和檸條灌木林地，平地人工苜蓿地、油菜茬地和自然草地，平地小葉楊農田防護林地、自然草地和耕地。采樣時間為2014年5月底，正值當地氣溫急劇上升期，土壤水分蒸發(fā)強烈，無明顯降水，是全年土壤表層含水量最低時段。為盡量減少土壤水分受外界影響，選擇晴朗天氣1 d內采完。

2.2 實測項目及方法 采用野外勘踏與實驗室數據分析相結合的方法，在上述典型地塊采集土壤樣品，然后在實驗室烘干土壤，并測其土壤含水量。

2.2.1 野外取樣。

當地退耕還林草的主要空間配置方式為灌草帶狀間作，土壤腐殖質層厚20～40 cm，鈣積層在距地表30～40 cm處時有出現，而30 cm深處又是當地灌草植被類型根系密集處，即灌草耗水量較大的深度，研究該深度土壤含水量具有重要的生態(tài)意義。在上述5個地塊的各樣地中，用三點混合取樣法在距地表約30 cm深的土層采土樣，每一樣地布設3個取樣點，相鄰樣點間距約10 m以上，灌木林地的采樣布點位于灌木帶間距的中分線上，喬木林地和牧草地的采樣點呈S形布設。將采好的土樣進行密封，并遮光保存。

2.2.2 樣品測定與數據處理。

該試驗采用烘干稱重法測定土壤含水量，將采好的樣品于當日用電子秤稱凈濕重，風干后置于電熱恒溫鼓風干燥箱，在105～110 ℃高溫下烘干10 h，達到恒重時稱凈干重。計算土壤含水量W（土壤濕度），所用公式如下：

W=W水/W土×100%

式中W水為土體中實際所含水分重量，W土為干土重量。

對每個樣地內3個樣點的土壤含水量取平均值，得出每個樣地的土壤含水量（以下簡稱土壤表層含水量）。借助Excel軟件對數據進行統(tǒng)計、分析，結果見表1。

2.2.3 土壤干化程度等級劃分標準。

土壤干層現象在我國北方半干旱區(qū)普遍存在。王力等[17]認為，土壤干層的量化指標應以田間穩(wěn)定持水量為宜，該值以下的水分虧缺全部被看作土壤干層的范圍。根據云文麗等[16]關于內蒙古地區(qū)土壤田間持水量和凋萎濕度的研究，可知內蒙古栗鈣土30 cm深處土壤田間持水量為20%～22%，凋萎濕度為3%～4%。當地屬半干旱偏干氣候，且多砂壤土，為方便土壤干層的劃分，土壤田間持水量和凋萎濕度均取下限，分別為20%、3%。由于田間穩(wěn)定持水量占田間最大持水量的60%左右[15，17]，故田間穩(wěn)定持水量為12%，將水分含量低于12%的土層全部看作土壤干層。參考王力等[17]在黃土高原延安地區(qū)關于土壤干層的分級標準，將干層劃分為3個等級（表1）：輕度干層，含水量為9%～12%；中度干層，含水量為6%～9%；嚴重干層，含水量為6%以下。以上3個等級取值含下限，不含上限。

3 結果與分析

3.1 不同林草覆被類型對土壤表層含水量的影響 不同植被類型的需水量和土壤水分利用能力高低存在差異[18]，從而影響了土壤表層含水量。由表1可知，喬木林地（榆樹片林地和小葉楊農田防護林地）土壤表層含水量為2.0%～3.0%，屬嚴重干層；灌木林地（不同帶間距的檸條林地）土壤表層含水量為4.0%～6.5%，其中平地帶間距為6 m和8 m寬的灌木林地屬中度干層，其余灌木林地均屬嚴重干層，說明帶間距6～8 m寬的灌木林地配置較為適宜；草地（除地塊5的自然草地受其旁邊的楊樹林脅地作用外）土壤表層含水量為9.0%～11.0%，屬輕度干層。由此可見，草地、灌木林地、喬木林地土壤表層含水量由大到小的順序為草地、灌木林地、喬木林地，說明天然草地能較好地涵養(yǎng)土壤水，灌木林地次之，喬木林地因生態(tài)耗水量最大，且當地降水稀少，不能滿足其生長需要，其土壤表層含水量最少。對比地塊4中的人工苜蓿地、油菜茬地、自然草地土壤表層含水量可知，自然草地涵養(yǎng)土壤水的能力較強，與張素芳等[19-20]的研究結論一致。因此，在水分稀缺的半干旱區(qū)，植被栽植應選擇耐旱耐寒草種樹種，以草灌植被為主。

3.2 不同帶間距灌木林地土壤表層含水量的對比 針對土地沙漠化的嚴峻形勢，研究地區(qū)于2003～2004年實施耐旱的灌木檸條與草帶狀相間的生態(tài)恢復重建方式，恰逢這2年是豐水年而成活，但2005～2009年連續(xù)5年遭受大旱，灌木仍能適應環(huán)境而頑強生存，充分證明這種生態(tài)建設方式是行之有效的。由于不同帶間距的灌木林地對土壤水分的影響不同，選擇研究區(qū)4種帶間距不同的灌木林地，即帶間距分別為2、4、6、8 m寬的檸條林地。檸條帶帶寬為1 m，大多沿南北方向設置，帶之間均為雜類草地，土壤輕中度沙化。地塊1為平地，檸條成活率為70%，平均高度約70 cm；地塊2為坡梁地，檸條成活率為60%，因成活率低，長得稀疏，故比平地長得高，平均高度為90～100 cm。對比地塊1和地塊2中帶間距相同的檸條林地，可知平地土壤表層含水量高于坡梁地。平地不同帶間距的檸條林地土壤表層含水量由大到小依次為：8 m寬（6.21%）、6 m寬（6.11%）、4 m寬（5.18%）、2 m寬（4.43%）（表1）。顯然，8 m寬的檸條林地土壤表層含水量最高，2 m寬的最低。這是由于種植密度越大，灌木林地生態(tài)耗水量越大。坡梁地灌木林地測得的結果與之相反，即帶間距4 m寬土壤表層含水量（4.98%）>6 m寬土壤表層含水量（4.86%）>8 m寬土壤表層含水量（4.15%），這是由于采土樣的順序依次為下坡位、中坡位、上坡位。而土壤表層含水量來源于降水，上坡位坡度較陡，當地多急雨，不利于雨水下滲，即便有充足的降水，也只有有限的降水進入土中，且土壤活土層較薄，蓄水性能差，故土壤表層含水量較低；中、下坡位較緩，且土壤活土層相對較厚，故有利于土壤下滲蓄水，土壤表層含水量較高。因此，中、下坡位檸條林地帶間距雖較窄，其土壤表層含水量仍比上坡位帶間距較寬的檸條林地高。帶間距6 m寬的檸條林地比4 m寬的地勢低，土壤表層含水量雖比4 m寬的稍低，但相差無幾，也可能是由于在地塊2的1號樣地采土樣時土壤中石礫較多，使測得的土壤含水量存在一定誤差。故坡梁地不同帶間距檸條林地土壤表層含水量對比的結論與平地一致。

在今后的植被恢復重建中，要因地制宜，嚴禁在坡梁地種植喬木等生態(tài)耗水量較大的植被類型。灌木林的種植也要根據地形及土壤質量（主要是活土層厚度、土壤質地），合理控制其種植密度，以6～8 m寬的帶間距為宜，在坡梁地土層較薄的上坡位種植檸條林的帶間距應不低于8 m。隨著檸條林齡的增長，植物個體增大，耗水量增加，土壤水分下降[7]，土壤干層的程度逐漸加深。因此，要適時平茬，以減少其對土壤水分的過度消耗，利于植被恢復重建與土地可持續(xù)利用。

3.3 相互毗鄰的喬木林地、草地、耕地間的脅地作用 地塊5中，林地、草地、耕地3種土地利用類型地塊相毗鄰，由北向南依次是小葉楊樹農田防護林地、自然草地和耕地，三者間隔約8 m。楊樹樹齡約30 a，樹高約15 m，胸徑15～20 cm，行間距約3 m，株距約1 m，林間為羊草草地。喬木防護林地取3個采樣點，測得土壤表層含水量由北向南依次為2.02%、3.08%、3.14%，表明其土壤表層含水量隨靠近自然草地而有增加趨勢。自然草地3個采樣點的土壤表層含水量由北向南依次為3.59%、3.44%、4.40%，可見，其土壤表層含水量小于地塊4的自然草地，出現嚴重干層。一方面因受到毗鄰地塊喬木防護林地的脅地作用，另一方面因緊鄰耕地，受人畜踐踏，使得表層土緊實，草地退化，覆蓋度降低，地表蒸發(fā)量增加，因而土壤表層含水量較少。該地塊自然草地的土壤表層含水量基本上隨靠近喬木防護林地而降低，表明喬木防護林地吸收利用自然草地土壤表層含水量，這與喬艷琴等[18]的研究結論一致。由于耕地已平整、播種，土壤水分狀況受到干擾，故未測其土壤水分。研究區(qū)風沙危害較嚴重，喬木防護林可以起到防風作用，因而農田草場防護林不能完全排斥喬木林的栽種，但要與耕地保持一定距離，可在耕地與喬木防護林地間種草，或對喬木采取“截根保田”措施，即把向耕地方向延伸的成林喬木根截斷，以減少林地對耕地的脅地作用。

4 結論

通過測定位于半干旱區(qū)陰山北麓丘陵區(qū)的化德縣七號鎮(zhèn)不同配置方式林草地30 cm深處的土壤含水量，并對其進行土壤干層量化分級，得出以下結論：

（1）半干旱區(qū)喬、灌、草地的土壤表層含水量由大到小的順序為草地、灌木林地、喬木林地。其中，自然草地土壤表層含水量略高于人工草地和耕地。

（2）平地較坡梁地而言，更有利于土壤水分的保持；坡梁地中、下坡位土壤表層含水量比上坡位高。因此，嚴禁在坡梁地種植喬木，上坡位灌木林的種植密度應低于中、下坡位。

（3）檸條灌木林地保持土壤水分能力較好，但其土壤表層含水量的高低受造林密度影響，即隨造林密度增加而有降低趨勢。因此，半干旱區(qū)植被建設應以耐旱灌草為主，草灌結合，選擇適宜的植被配置方式，灌草帶狀相間配置是主要方式；厘定合理的灌木密度，灌木帶寬以1 m為宜，帶間距以6～8 m寬為宜。

（4）喬木生態(tài)耗水量大，為滿足自身需要，會吸收利用鄰近草地和農田的土壤水分，因此，宜在耕地與其毗鄰的喬木防護林地之間種適當寬度的草帶，或對喬木采取“截根保田”的措施，以降低喬木林對農田的脅地作用。

該研究僅是對不同配置方式林草地對土壤表層含水量影響的初步探討，以期能為北方半干旱區(qū)新一輪退耕還林草等生態(tài)建設工程提供科學參考依據，促進土地可持續(xù)利用。

參考文獻

[1] 何其華，何永華，包維楷.干旱半干旱區(qū)山地土壤水分動態(tài)變化[J].山地學報，2003，1（2）：149-156.

[2] 張建軍，李慧敏，徐佳佳.黃土高原水土保持林對土壤水分的影響[J].生態(tài)學報，2011，31（23）：7056-7066.

[3] 盧宗凡，張興昌，蘇敏，等.黃土高原人工草地的土壤水分動態(tài)及水土保持效益研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，1995，9 （1） ：40-49.

[4] 田晶會.黃土半干旱區(qū)水土保持林主要樹種耗水特性研究[D].北京：北京林業(yè)大學，2005.

[5] 郭忠升.半干旱區(qū)檸條林利用土壤水分深度和耗水量[J].水土保持通報，2009，29（5）：69-72.

[6] 王志強，劉寶元，劉剛，等.黃土丘陵區(qū)人工林草植被耗水深度研究[J].中國科學D輯：地球科學，2009，39（9）：1297-1303.

[7] 徐敬華，陳云明，鄧嵐.黃土丘陵半干旱區(qū)典型人工林土壤水分特征[J].水土保持通報，2010，30（3）：48-52.

[8] 李玲芬，延軍平，劉冬梅，等.干旱半干旱地區(qū)不同植被條件下土壤含水量變化及植被建設途徑分析[J].水土保持通報，2009，29（1）：18-22.

[9] 徐艷，軒留成，范迪，等.基于樣條插值方法的干旱半干旱區(qū)植被根系層土壤水分特性[J].北京農業(yè)，2013（30）：17-18.

[10] 崔向慧.干旱半干旱沙區(qū)人工植被與土壤水分環(huán)境相互作用關系研究進展[J].世界林業(yè)研究，2010，23（6）：50-54.

[11] 何福紅，黃明斌，黨廷輝.黃土高原溝壑區(qū)小流域土壤干層的分布特征[J].自然資源學報，2003，18（1）：30-36.

[12] 陳寶群，趙景波，李艷花.黃土高原土壤干層形成原因分析[J].地理與地理信息科學，2009，25（3）：85-89.

[13] 王力，邵明安，張青峰.陜北黃土高原土壤干層的分布和分異特征[J].應用生態(tài)學報，2004，15（3）：436-442.

[14] 徐學選，劉文兆，高鵬，等.黃土丘陵區(qū)土壤水分空間分布差異性探討[J].生態(tài)環(huán)境，2003，12（1）：52-55.

[15] 王力，邵明安，侯慶春.土壤干層量化指標初探[J].水土保持學報，2000，14（4）：87-90.

[16] 云文麗，侯瓊，李友文，等.內蒙古地區(qū)土壤水文特征的空間分布[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2013，27（2）：193-197.

[17] 王力，邵明安，張青峰.陜北黃土高原土壤干層的分布和分異特征[J].應用生態(tài)學報，2004，15（3）：436-442.

[18] 喬艷琴，樊軍，高宇，等.黃土高原水蝕風蝕交錯區(qū)植被間土壤水分競爭[J].自然資源學報，2014，29（5）：801-809.

[19] 張素芳，馬禮.壩上高原林草地表層土壤含水量對比研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2013，27（2）：167-170.

[20] 張素芳，馬禮，劉姣娜.壩上高原不同土地利用類型耕層土壤含水量對比——以康?？h為例[J].首都師范大學學報：自然科學版，2013，34（1）：66-71.