吳 昱，王曉艷

（1．黑龍江農(nóng)墾勘測設(shè)計研究院，黑龍江 哈爾濱150090；2．東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與建筑學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150030）

東北黑土區(qū)肩負(fù)著我國商品糧基地建設(shè)的重要任務(wù)。然而，由于自然條件與人為因素的影響，黑土區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境日益惡化，特別是坡耕地水土流失已成為制約本區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一［1］。該區(qū)屬中溫帶濕潤大陸性季風(fēng)氣候，降雨時空分布不均，全年降雨量的80%集中在7—9月，雨期過度集中，高強(qiáng)度降雨時有發(fā)生，且土壤質(zhì)地粘重，過多的雨水來不及入滲，導(dǎo)致地表徑流過大而造成嚴(yán)重的水土流失，威脅著黑土區(qū)農(nóng)業(yè)水土資源的可持續(xù)利用［2］。本研究將工程措施與農(nóng)業(yè)措施相結(jié)合用于坡耕地的水土保持，研究不同措施對土壤水分的影響，旨在為黑土區(qū)坡耕地水土保持提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2011年在位于東北黑土區(qū)典型黑土帶上的黑龍江省北安市紅星農(nóng)場3°坡耕地上的徑流小區(qū)內(nèi)進(jìn)行，土壤類型為草甸黑土。多年平均降水量553mm，7—9月為401．7mm，多年平均蒸發(fā)量1100～1200mm。

供試作物為大豆1778。選取鼠道、暗管兩種工程措施和壟向區(qū)田耕作技術(shù)，并將其有機(jī)集成，形成鼠道（SD）、壟向區(qū)田（LQ）、鼠道＋暗管（SA）、鼠道＋壟向區(qū)田（SQ）和鼠道＋暗管＋壟向區(qū)田（SAQ）5種坡耕地水土保持技術(shù)模式，另設(shè)常規(guī)耕作作為對照處理（CK）。將該5個處理布設(shè)在徑流小區(qū)內(nèi)，小區(qū)規(guī)格20m×5m。

土壤含水量的測定采用烘干法，按大豆生育期測定（播種、出苗、分枝、開花、結(jié)莢、鼓粒、乳熟），測定層位分別為0～10cm、10～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm 和80～100cm；降雨量采用自記雨量計自動記錄。

2 結(jié)果與分析

2．1 0～100cm土層儲水量動態(tài)變化

不同水土保持技術(shù)模式的0～100cm土層土壤儲水量動態(tài)變化如圖1所示。其中，降水量與灌水量的值為各個生育期內(nèi)的總水量值，土壤儲水量值為各個生育期內(nèi)觀測時間的水量值。

在東北黑土旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，土壤水分主要受大氣降水的補(bǔ)給［3］。由圖1可見，6種水土保持技術(shù)模式條件下的0～100cm土層土壤儲水量隨時間的變化的趨勢相同，其變化程度則因技術(shù)模式的不同而不同。開花期到乳熟期，由于降雨量較小，且大豆處于生長繁茂時期，蒸散發(fā)強(qiáng)度較大，使得土壤水分消耗過多。6月份土壤儲水量表現(xiàn)為降低狀態(tài)，各處理的土壤儲水量相差不大。7月初，壟向區(qū)田修筑完成，各處理土壤儲水量由大到小排序?yàn)椤笆蟮溃倒埽珘畔騾^(qū)田”、“鼠道＋壟向區(qū)田”、壟向區(qū)田、“鼠道＋暗管”、鼠道和對照。位于第一位的是“鼠道＋暗管＋壟向區(qū)田”，表明壟向區(qū)田具有較好的攔蓄降雨徑流、提高土壤儲水能力、控制水土流失的作用；鼠道在施工過程中可以疏松土壤，強(qiáng)化雨水入滲。在雨水集中的情況下，暗管加速土壤中雨水的排出。本研究在觀測期內(nèi)雨量較小，暗管的排水效應(yīng)需進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

圖1 不同處理的0～100cm土層土壤儲水量動態(tài)

2．2 土壤水分的剖面分布特征

不同處理各生育階段的土壤含水量垂直變化情況見圖2～圖8。由圖可以看出，不同技術(shù)模式均可提高土壤含水量，并且不同技術(shù)模式條件下的土壤水分變化趨勢相同，總的來說，土壤水分的剖面分布均呈提高趨勢。而土壤剖面各土層土壤水分的時程變化主要受降雨和蒸散的綜合作用。6月份降雨19mm，補(bǔ)灌60mm。圖2、圖3表明，自大豆播種至出苗，因風(fēng)大雨少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，0～40cm土層的土壤水分變化較大，40～100cm土層的變化則較小。不同處理的土壤水分由大到小排序?yàn)椋骸笆蟮溃倒埽珘畔騾^(qū)田”、“鼠道＋暗管”、“鼠道＋壟向區(qū)田”、鼠道、壟向區(qū)田和對照處理。因壟向區(qū)田修筑于7月初，除壟向區(qū)田和對照處理的土壤水分無明顯變化外，其余處理的土壤水分均有所提高，主要是由于鼠道在施工時對其上部土壤的擾動作用，鼠道犁在地表與鼠道之間形成縫隙，使降雨入滲加快而使得土壤含水量增加。

圖2 播種期土壤含水量的剖面分布

圖3 出苗期土壤含水量的剖面分布

圖4表明，因大豆分枝期雨量較大，不同處理的土壤水分由大到小排序?yàn)椋骸笆蟮溃倒埽珘畔騾^(qū)田”、“鼠道＋壟向區(qū)田”、壟向區(qū)田、“鼠道＋暗管”、鼠道和對照處理。該生育階段“鼠道＋暗管＋壟向區(qū)田”處理的分層土壤水分最高，這主要是壟向區(qū)田的修筑有效地攔蓄了徑流，同時鼠道也加強(qiáng)了土壤入滲，二者有機(jī)集成使得土壤蓄水能力顯著提高。鼠道和“鼠道＋暗管”處理的土壤水分均低于壟向區(qū)田處理，這是由于前兩種處理的水分下滲較快，而壟向區(qū)田處理將多余的雨水蓄于土擋間，而后慢慢下滲。各處理開花期土壤水分與分枝期具有同樣的變化趨勢，耕層土壤水分變化較大，而耕層以下變化則相對較緩（見圖5）。

圖4 分枝期土壤含水量的剖面分布

圖5 開花期土壤含水量的剖面分布

結(jié)莢期大豆枝葉繁茂，需水量較大，并且此時氣溫較高，耗水量增加，使得土壤含水量明顯低于前一生育階段。不同處理的土壤水分由大到小依次為：“鼠道＋暗管＋壟向區(qū)田”、“鼠道＋壟向區(qū)田”、壟向區(qū)田、“鼠道＋暗管”、鼠道和對照處理（見圖6）。鼓粒期降雨量少，實(shí)施補(bǔ)灌60mm。該時期為大豆產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時期，耕層土壤含水量變化劇烈，且不同處理間土壤水分差距逐漸減小，主要該時期為大豆耗水高峰期，前期積累的水分將被消耗（見圖7）。乳熟期土壤水分變化差異增大，各層含水量均明顯低于前一生育階段（見圖8）。

2．3 土壤水分的空間變異特征

不同土層的土壤含水量變化主要受降雨和蒸散過程的綜合影響。近年來，定量化的方法——變異系數(shù)法被廣泛用于描述土壤水分的垂向分布特征［4－6］。

圖6 結(jié)莢期土壤含水量的剖面分布

圖7 鼓粒期土壤含水量的剖面分布

圖8 乳熟期土壤含水量的剖面分布

式中：Cv為變異系數(shù)；s為樣本標(biāo)準(zhǔn)差。

經(jīng)計算，不同土層的土壤含水量及相應(yīng)的變異系數(shù)Cv如表1所示。不同處理的土壤含水量變異系數(shù)Cv隨著土層的加深而逐漸遞減，即土壤含水量在垂向上表現(xiàn)為：土層越深，其含水量的變化程度越小。其中，0～10cm土層含水量的Cv值最大，主要是因?yàn)樵搶优c大氣系統(tǒng)交界，對氣候變化較敏感。10～40cm土層的含水量的Cv值有所降低，主要是該層植物根系分布集中，增加了對該層土壤水分的吸收。40～100cm土層少有植被根系分布，土壤含水量相對穩(wěn)定。

表1 土壤水分的垂直變化特征

3 結(jié) 論

（1）0～100cm土層土壤儲水量受水土保持措施的影響明顯，但其影響程度因措施不同而不同。

由于研究時段內(nèi)土壤儲水量受氣候條件和農(nóng)田水文要素的影響，不同措施條件下的蓄雨減流能力有較大差異，以壟向區(qū)田筑擋時間為界分為前后兩個階段：前一階段，不同處理的土壤儲水量由大到小排序?yàn)椋骸笆蟮溃倒埽珘畔騾^(qū)田”、“鼠道＋暗管”、“鼠道＋壟向區(qū)田”、鼠道、壟向區(qū)田和常規(guī)耕作處理；后一階段，其順序?yàn)椋骸笆蟮溃倒埽珘畔騾^(qū)田”、“鼠道＋壟向區(qū)田”、“壟向區(qū)田”、“鼠道＋暗管”、鼠道和常規(guī)耕作處理。

（2）土壤水分受水土保持措施的影響明顯，其變化趨勢與降雨過程具有很好的相應(yīng)性。

仍以壟向區(qū)田筑擋時間為界，前一階段各處理的土壤含水量由大到小依次為：“鼠道＋暗管＋壟向區(qū)田”、“鼠道＋暗管”、“鼠道＋壟向區(qū)田”、鼠道、壟向區(qū)田和常規(guī)耕作處理；后一階段其順序?yàn)椋骸笆蟮溃倒埽珘畔騾^(qū)田”、“鼠道＋壟向區(qū)田”、壟向區(qū)田、“鼠道＋暗管”、鼠道和常規(guī)耕作處理。

（3）土壤剖面水分的垂直變化在一定程度上受降雨量的影響，土壤接受降雨補(bǔ)給的能力與土層所在深度呈負(fù)相關(guān)。

0～10cm土層的含水量Cv值最大，而10～40cm土層則有所降低，40～100cm土層土壤含水量則相對穩(wěn)定。

［1］黃志剛，李鋒瑞，曹云，等．南方紅壤丘陵區(qū)杜仲人工林土壤水分動態(tài)［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2007，18（9）：1937－1944．

［2］鄒文秀，韓曉增，李良皓，等．黑土區(qū)不同土地利用方式土壤水分動態(tài)變化特征研究［J］．水土保持學(xué)報，2009，23（2）：236－239．

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［4］王曉燕，陳洪松，王克林，等．不同利用方式下紅壤坡地土壤水分時空動態(tài)變化規(guī)律研究［J］．水土保持學(xué)報，2006，20（2）：110－114．

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