繆 凌, 董建國,2, 汪有科,2, 蔣觀滔

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 2.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌712100)

?

黃土丘陵區(qū)不同土地利用類型下的深層土壤水分變化特征

繆 凌1, 董建國1,2, 汪有科1,2, 蔣觀滔1

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 2.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌712100)

人工林草地土壤干化問題正在日益嚴(yán)重的威脅著黃土高原人工植被建設(shè)成效。利用2013年5月—2014年11月的定位監(jiān)測0—900 cm深層土壤水分資料分析得出：(1) 研究區(qū)四種不同土地利用類型剖面土壤水分均表現(xiàn)出上層波動(dòng)劇烈，下層變化較小的特征。上層土壤含水量具有與明顯的季節(jié)性波動(dòng)變化特征，代表當(dāng)年降水的入滲深度，棗林、苜蓿草地、杏林和農(nóng)地降水入滲深度范圍分別為0—240，0—180，0—200和0—120 cm。(2) 深層土壤含水量年內(nèi)變化較小，棗林、苜蓿草地和杏林土壤水分在根系吸水作用下有微弱減少，農(nóng)地作物對深層土壤水分利用有限，得到降水補(bǔ)給土壤水分有所增加。土地利用方式對深層土壤水環(huán)境的影響大小依次為苜蓿草地>杏林>棗林>農(nóng)地。(3) 棗林、苜蓿草地和杏林深層土壤水分均存在一定的虧缺，苜蓿草地虧缺最為嚴(yán)重，平均虧缺度為67.7%，杏林和棗林平均虧缺度為55.4%和48.7%。深層土壤水分的變化規(guī)律能夠反映長時(shí)段不同土地利用類型對土壤水分生態(tài)環(huán)境的深刻影響，對黃土高原植被的恢復(fù)、建設(shè)及評價(jià)具有重要意義。

黃土高原; 土地利用; 深層土壤水分; 水分虧缺

土壤水分是影響黃土丘陵半干旱區(qū)植被生長發(fā)育和生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的主要因子[1-2]。該區(qū)土層深厚，降水不足，外加長期不合理的土地利用，致使土壤水分過度開發(fā)，出現(xiàn)了嚴(yán)重的土壤水分虧缺問題，土壤干層成為黃土高原地區(qū)半干旱和半濕潤環(huán)境條件下的一種特殊的水文現(xiàn)象[3-5]。20世紀(jì)80年代以來，黃土高原地區(qū)人工林草地土壤干層現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，干層厚度也在不斷加深[6-7]。國內(nèi)眾多學(xué)者圍繞土壤干層的特征、成因、分布、評價(jià)指標(biāo)、危害及緩解對策進(jìn)行了大量研究。李玉山[8]研究了黃土高原森林植被對陸地水循環(huán)的影響，分析闡明了土層干燥化的成因及其帶來的影響。王進(jìn)鑫等[9]定位監(jiān)測了人工林地0—320 cm土層土壤水分虧缺與恢復(fù)特征。程積民等[10-11]定位測定了半干旱區(qū)沙棘和檸條林地土壤水分動(dòng)態(tài)與水分過耗特征。李軍等[12]比較分析了黃土高原南、中、北部3個(gè)植被類型區(qū)的蘋果、刺槐、檸條等23種不同立地和樹齡林地深層土壤水分，定量評價(jià)了各類林地深層土壤干燥化效應(yīng)。以上研究結(jié)果表明，黃土高原人工林草地土壤干燥化效應(yīng)已成為制約黃土高原退耕還林與植被恢復(fù)成效的嚴(yán)重生態(tài)隱患。目前黃土高原地區(qū)有關(guān)土壤水分的研究，多為一次調(diào)查取樣研究，缺少長期定位研究，對林地土壤水分的觀測深度不足(通常不超過500 cm)，未能反映人工林草地深層土壤水分利用特征。因此，本研究通過在陜西省米脂縣遠(yuǎn)志山布設(shè)中子管長期定位監(jiān)測0—900 cm深層土壤水分，分析不同土地利用類型對土壤深層水分環(huán)境的影響，有助于了解黃土高原丘陵溝壑區(qū)土壤水分虧缺狀況，以期為合理利用土壤水分，制定科學(xué)精確的植被布局及管理措施，緩解土壤干層提供科學(xué)的理論支撐。

1　資料與方法

1.1研究區(qū)概況

試驗(yàn)于陜西省米脂縣遠(yuǎn)志山西北農(nóng)林科技大學(xué)試驗(yàn)基地(37°40′—38°06′N，100°15′—110°16′E)進(jìn)行，研究區(qū)屬典型的黃土高原丘陵溝壑區(qū)。該區(qū)屬中溫帶半干旱氣候，年均氣溫8.8℃，日照時(shí)數(shù)2 372.7 h，年均無霜期165 d。年均降雨量451.6 mm，降水多集中于7—9月，占全年降水量的50%以上。研究區(qū)土壤屬于粉質(zhì)砂壤土，0—1 m土壤容重平均為1.30 g/cm3，1—5 m土壤容重有所增加，平均為1.31 g/cm3，環(huán)刀法測定田間持水量平均為23.4%、飽和含水率平均為39.8%(質(zhì)量含水率)。有效N，P，K 含量分別為34.73，2.90，101.9 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為2.1 g/kg，pH為8.6，土壤較貧瘠。該區(qū)土層深厚，土質(zhì)均一，地下水埋深50 m以下。

1.2研究方法

1.2.1試驗(yàn)布置在研究區(qū)立地條件基本一致的緩坡面(坡度<10°)上選擇四種不同的土地利用方式(棗林、苜蓿草地、杏林和農(nóng)地)安裝中子管(鋁管)監(jiān)測土壤水分(表1)。其中棗林和杏林是每4棵樹作為一塊樣地，在4棵樹的中心位置安放鋁管作為中子儀土壤水分測定點(diǎn)，并選擇臨近的1塊樣地作為重復(fù)。苜蓿草地與農(nóng)地兩塊樣地面積均為10 m×10 m，在樣地中心位置處安放1根中子管作為中子儀土壤水分測定點(diǎn)，并在水平間隔2 m處安放中子管作為重復(fù)。土壤水分觀測深度為1 000 cm，以20 cm為間隔測定。

表1　土壤水分測定樣地基本情況

1.2.2數(shù)據(jù)采集與處理本研究選擇2013年5月至2014年11月的土壤水分觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。土壤水分利用CNC503 DR型中子土壤水分儀觀測，測定深度為0—1 000 cm，具體觀測期為：2013年5月至2014年11月每月觀測兩次，由于冬季土壤水分變化不大，監(jiān)測次數(shù)有所減少。中子儀不定期校核可以提高土壤含水量的精度，試驗(yàn)區(qū)分別在2013年10月3日、2014年5月3日和2014年7月21日對中子儀進(jìn)行校核，中子儀標(biāo)定公式分別為y=70.04x-0.500，y=66.27x-0.132，y=63.91x+0.359。由于人為測量誤差等原因，本文均采用0—900 cm的實(shí)際觀測數(shù)據(jù)(苜蓿地由于儀器故障，采用0—700 cm觀測數(shù)據(jù))。降水量由試驗(yàn)區(qū)安裝的自動(dòng)氣象站記錄，每30 min記錄一次數(shù)據(jù)。2013年降水量為521.6 mm，2014年降水量為444.2 mm，最大降雨為2014年7月8日，日降水量為90.0 mm。數(shù)據(jù)分析和作圖采用Excel 2007，SPSS 21，Surfer 11進(jìn)行。

1.2.3土壤水分虧缺度計(jì)算土壤水分虧缺程度計(jì)算公式[9,13]：

(1)

Da=F-Wc

(2)

式中：D——土壤水分虧缺度；Da——植物水分虧缺量；F——土壤田間持水量；Wc——土壤實(shí)際儲(chǔ)水量。當(dāng)D<0時(shí)水分不虧缺，D<25%時(shí)水分輕度虧缺，25%≤D≤50%時(shí)水分中度虧缺，D>50%時(shí)水分嚴(yán)重虧缺。

2　結(jié)果與分析

2.1不同土地利用類型0-900 cm土層土壤水分剖面特征

因數(shù)據(jù)較多，本文選擇具有代表性的2013年5月，8月，11月和2014年5月，8月，11月的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)，繪制棗林、苜蓿草地、杏林和農(nóng)地四種土地利用類型的土壤水分垂直剖面分布圖。之所以這樣選擇，是因?yàn)橐荒戤?dāng)中的5月屬于雨季到來之前，8月正值雨季，而11月雨季已過，對研究土壤水分年內(nèi)變化特征具有一定意義。從圖1中可以看出剖面土壤水分均表現(xiàn)出上部含水量隨時(shí)間變化劇烈，下部含水量隨時(shí)間變化較小的特征。土壤含水量在土壤剖面上的這種變化特征是由于降水量的時(shí)間差異和不同土地利用類型下降水入滲深度的不同所造成。垂直方向上，棗林和杏林土壤水分表現(xiàn)出先減小后增大的“S”型變化趨勢，苜蓿草地土壤含水量在400—440 cm處雖略有增加，但總體趨勢表現(xiàn)為隨著深度的增加土壤含水量逐漸減少的變化規(guī)律。李玉山[14]認(rèn)為黃土區(qū)降水入滲深度與降水量相對應(yīng)，降水愈豐入滲愈深，入滲深度多為1～2.5 m。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)充的交替過程之中，含水量波動(dòng)劇烈，該層能夠反映降水的入滲深度以及植物當(dāng)年的吸水深度。不同土地利用方式下的降水入滲深度存在一定差異，棗林的降水入滲深度大約在0—240 cm土層，苜蓿草地約在0—180 cm土層，杏林大約在0—200 cm土層，農(nóng)地大約在0—120 cm范圍。農(nóng)地的降水入滲深度最淺，是因?yàn)榛实氖褂闷茐牧送寥赖膱F(tuán)粒結(jié)構(gòu)，容易造成土壤板結(jié)，影響土壤水分的下滲。深層土壤難以有水分入滲補(bǔ)充，土壤含水量變化不大，棗林、苜蓿草地、杏林和農(nóng)地深層土壤水分的含水量變異系數(shù)小，分別為3.03%，3.60%，6.19%，3.88%。

圖1　不同土地利用方式下土壤水分剖面特征

2.2不同土地利用類型土壤含水量年內(nèi)變化特征

黃土區(qū)上層土壤含水量易受降水入滲補(bǔ)給和蒸散耗水的影響，因此該層的土壤含水量具有明顯的季節(jié)性變化特征[15]。從圖2中可以看出，四種土地利用方式上層的土壤含水量隨時(shí)間變化可以劃分為3個(gè)主要時(shí)期，平衡期(11月—翌年4月)、失水期(5—6月)和雨季蓄水期(7—10月)。2013年11月至翌年4月土壤水分基本沒有發(fā)生變化，此時(shí)段降水極少，溫度較低，植物耗水較少，土壤水分處于收支平衡；2014年5月下旬至6月底的降水量僅有26 mm，平均氣溫為21.7 ℃，土面蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，土壤含水量迅速降低；7月至10月由于降水補(bǔ)給使得土壤水分逐漸累積。農(nóng)地的土壤水分變化不僅與降水有關(guān)，還與其種植的作物有關(guān)。冬小麥一般在9月中下旬至10月上旬播種，此時(shí)的土壤含水量處于年內(nèi)最大值，有利于種子的發(fā)芽出苗。3月中旬小麥進(jìn)入拔節(jié)展葉期，蒸散強(qiáng)度增加，土壤含水量逐漸下降，至7月土壤含水量降至全年最低。夏玉米成熟至冬小麥播種以前，土壤水分恢復(fù)較為迅速。

深層土壤接受降水補(bǔ)給較少，其土壤水分主要受植物利用影響，因而土壤含水量動(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。農(nóng)地的深層土壤含水量最高，而且土壤水分略有增加，是因?yàn)檗r(nóng)地作物的根系較淺，對深層土壤水分利用有限，降水的補(bǔ)給使得土壤含水量有所提升。苜蓿具有極深的吸水根系，能夠吸收利用深層土壤水分以供生長需要，因此苜蓿草地深層土壤水分隨時(shí)間的延長逐漸減少。棗林和杏林的吸水根系也較深，在深層土壤內(nèi)形成了穩(wěn)定的低濕層(圖2)，土壤含水量也表現(xiàn)出隨著時(shí)間逐漸減小的規(guī)律。以上分析結(jié)果表明農(nóng)地深層土壤在經(jīng)過降水再分配過程，土壤水分有所積累，棗林、苜蓿草地和杏林深層土壤平均含水量在植物根系吸水的作用下逐漸減少。

圖2不同土地利用方式上層和深層土壤體積含水量動(dòng)態(tài)變化

2.3土壤水分虧缺及土壤干層

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。根據(jù)式(1)和(2)，對四種不同土地利用深層土壤水分虧缺度進(jìn)行計(jì)算并作圖。圖3中的三條直線分別表示不同的土壤水分虧缺程度。從圖中可以看出四種土地利用類型降水入滲層均存在水分虧缺的情況，Liu等[16]認(rèn)為該層出現(xiàn)的水分虧缺在得到降水的補(bǔ)充后能夠緩解。棗林、苜蓿草地、杏林和農(nóng)地深層土壤水分均表現(xiàn)出不同程度的虧缺。其中，苜蓿草地土壤水分虧缺最為嚴(yán)重，平均虧缺度達(dá)到67.7%，土壤干層深度達(dá)到700 cm。杏林在200—560 cm處于嚴(yán)重虧缺，560 cm以下為中度虧缺，杏林土壤水分平均虧缺度為55.4%。棗林較杏林虧缺情況有所緩解，主要為中度虧缺，在400—500 cm處嚴(yán)重虧缺，平均虧缺度為48.7%。農(nóng)地土壤水分以輕度虧缺和中度虧缺為主，水分狀況相對良好。由此可以看出，高耗水的人工林草的種植，使水分虧缺向深層發(fā)展，土壤水分處于負(fù)平衡狀態(tài)，最終在土體某一深度范圍形成厚度不等土壤干層。這種土壤干層使得深層土壤水分的調(diào)蓄作用減弱甚至消失，地上植被轉(zhuǎn)而依靠當(dāng)年降雨進(jìn)行生長，易受干旱氣候條件的制約[6]。同時(shí)，巨大的水分虧缺層阻止了表層土壤水分向深土層運(yùn)移，進(jìn)而改變了降水—地表水—土壤水—地下水之間的循環(huán)過程[17]。

2.4不同土地利用類型對深層土壤水分的影響

黃土區(qū)0—2 m 土層處在水分消耗、補(bǔ)充的不斷交替過程中，不能反映長時(shí)段土壤水分環(huán)境的變化趨勢[18]。而2 m 以下土壤水分很難得到降水入滲補(bǔ)充，可以反映土地利用方式對土壤水分生態(tài)環(huán)境的深刻影響。將每100 cm土壤平均含水量進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表2所示：在0.01顯著性水平下，不同的土地利用類型土壤剖面每一層的平均含水量均表現(xiàn)出顯著性差異，說明植被能夠影響到深層的土壤水分。根據(jù)0—900 cm土層平均含水量大小可以看出，土壤含水量大小依次為：農(nóng)地>棗林>杏林>苜蓿草地。苜蓿草地土壤含水量最低，僅為7.2%。主要原因是苜蓿在生長過程中長期劇烈耗水，年耗水量約為300～1 450 mm[15]，其平均值遠(yuǎn)高于米脂縣當(dāng)?shù)啬杲邓恐?，根系吸水層超過10 m深度[19-20]，能夠吸收利用深層土壤水分，滿足其生長所需。農(nóng)地不同深度土壤平均含水量變化范圍為10.9%～21.3%，顯著高于其他土地利用類型的土壤含水量。農(nóng)作物在上一期收獲下一期播種前為休閑期，蓄存的水分能夠入滲到深層，且一般一年生的農(nóng)作物根系較淺[21]，消耗的深層水分有限。研究表明農(nóng)地作物根系直接吸水深度大約為300 cm，從圖1中發(fā)現(xiàn)，農(nóng)地300—450 cm處土壤含水量仍在減少，該處土壤水分在土壤水勢梯度差的作用下能夠向上運(yùn)動(dòng)而被農(nóng)作物利用消耗，農(nóng)地作物能夠影響到的土層范圍大約在450 cm。。從表2中可以發(fā)現(xiàn)，棗林與杏林0—900 cm范圍內(nèi)土壤平均含水量差別并不大，但在200—600 cm范圍內(nèi)，杏林平均含水量為8.07%，遠(yuǎn)小于棗林的11.25%，說明杏林對該范圍內(nèi)的水分消耗遠(yuǎn)大于棗林，結(jié)合圖1土壤水分剖面特征分析得出，杏林吸水深度大約在560 cm處左右，棗林根系吸水深度大約在500 cm左右。以上分析結(jié)果表明，不同土地利用方式對深層土壤水環(huán)境的影響具有顯著性差異，其影響的大小依次為苜蓿草地>杏林>棗林>農(nóng)地。

圖3　不同土地利用類型土壤水分虧缺度

注：顯著性水平均為α=0.01。

3　結(jié)論與討論

(1) 黃土區(qū)上層土壤受降水入滲補(bǔ)給、蒸散等因素影響，土壤水分變化劇烈，具有明顯的季節(jié)性波動(dòng)變化特征。該層反映的是降水的入滲深度以及植物當(dāng)年的吸水深度，不同土地利用類型的降水入滲深度不盡相同，棗林大約在0—240 cm范圍，苜蓿草地大約在0—180 cm，杏林大約在0—200 cm，農(nóng)地大約為0—120 cm。降水入滲層以下難有水分入滲補(bǔ)充，深層土壤水分隨時(shí)間變化較小。

(2) 深層土壤接受降水補(bǔ)給較少，其土壤水分主要受植物根系吸水影響。棗林、苜蓿草地和杏林根系較深，能夠利用深層的土壤水分以供生長需要。苜蓿草地吸水深度超過700 cm，棗林和杏林的影響范圍接近600 cm，農(nóng)地達(dá)450 cm。棗林、苜蓿草地和杏林深層土壤含水量隨著年限的增加逐漸減少，農(nóng)地作物根系較淺，深層含水量在降水的補(bǔ)給下有所增加。

(3) 不同土地利用方式對深層土壤水環(huán)境影響具有極顯著差異，其影響的大小依次為苜蓿草地>杏林>棗林>農(nóng)地。棗林、苜蓿草地、杏林對深層土壤水分過度消耗，表現(xiàn)出不同程度的水分虧缺，形成永久性干層。其中苜蓿草地水分虧缺最為嚴(yán)重，杏林次之，棗林土壤水分狀況相對較好。

黃土丘陵區(qū)上層土壤含水量動(dòng)態(tài)變化與當(dāng)?shù)亟涤甑募竟?jié)性保持一致，因此，探討土地利用方式對土壤水環(huán)境的影響必須要了解更深層次土壤水分變化規(guī)律。黃土丘陵區(qū)深層土壤水分虧缺現(xiàn)象是在氣候干旱的環(huán)境背景下，不合理的人工植被配置導(dǎo)致植被蒸騰作用過度消耗土壤儲(chǔ)水造成的。隨著大規(guī)模退耕還林還草工程的實(shí)施，人工植被將成為該地區(qū)最主要的植被類型，倘若這種植被恢復(fù)模式以耗竭土壤水庫為代價(jià)，必將對區(qū)域土壤水環(huán)境造成重大影響，危及當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)安全和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。因此，必須依據(jù)當(dāng)?shù)赝寥浪直尘扒闆r進(jìn)行人工植被恢復(fù)，選擇合適的植被類型，控制合理的植被密度，并輔以相應(yīng)的水土保持措施，以攔蓄有限的降水補(bǔ)充土壤水分，改善嚴(yán)重土壤水分虧缺狀況。本研究存在的不足及問題：(1) 土壤水分監(jiān)測時(shí)間有限，研究深層土壤水分隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化僅靠一年的監(jiān)測數(shù)據(jù)缺乏說服力；(2) 由于儀器故障，苜蓿草地的監(jiān)測深度僅達(dá)到700 cm，而有研究表明苜蓿根系吸水深度能夠延伸到1 000 cm以下。因此，為了更加深入地了解不同土地利用方式對深層土壤水分的影響，需要長期穩(wěn)定的監(jiān)測數(shù)據(jù)提供支撐。

[1]陳洪松,邵明安.黃土區(qū)坡地土壤水分運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)化機(jī)理研究進(jìn)展[J].水科學(xué)進(jìn)展,2003,14(4):513-520.

[2]張哲,焦峰,梁寧霞,等.延河流域不同植被帶土地利用方式的土壤水分分析評價(jià)[J].水土保持研究,2014,21(4):74-77.

[3]陳洪松,王克林,邵明安.黃土區(qū)人工林草植被深層土壤干燥化研究進(jìn)展[J].林業(yè)科學(xué),2005，41(4):155-161.

[4]侯慶春,韓蕊蓮,韓仕鋒.黃土高原人工林草地“土壤干層”問題初探[J].中國水土保持，1999(5):13-16.

[5]王力,邵明安,王全九,等.黃土區(qū)土壤干化研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2004,20(5):27-31.

[6]陳洪松,邵明安,王克林.黃土區(qū)深層土壤干燥化與土壤水分循環(huán)特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2005,25(10):2491-2498.

[7]程立平,劉文兆.黃土塬區(qū)土壤水分分布特征及其對不同土地利用方式的響應(yīng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2011,27(9):203-207.

[8]李玉山.黃土高原森林植被對陸地水循環(huán)影響的研究[J].自然資源學(xué)報(bào),2001,16(5):427-432.

[9]王進(jìn)鑫,黃寶龍,羅偉祥.黃土高原人工林地水分虧缺的補(bǔ)償與恢復(fù)特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2004,24(11):2395-2401.

[10]程積民,萬惠娥,雍紹萍,等.黃土丘陵區(qū)沙棘灌木林地土壤水分動(dòng)態(tài)研究[J].西北植物學(xué)報(bào),2003,23(8):1352-1356.

[11]程積民,萬惠娥,王靜,等.半干旱區(qū)檸條生長與土壤水分消耗過程研究[J].林業(yè)科學(xué),2005,41(2):37-41.

[12]李軍,陳兵,李小芳,等.黃土高原不同植被類型區(qū)人工林地深層土壤干燥化效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(4):1429-1445.

[13]李小英,段爭虎,劉理臣,等.黃土高原西部不同集雨保水措施下土壤水分變異特征[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2014,45(3):118-123.

[14]李玉山.黃土區(qū)土壤水分循環(huán)特征及其對陸地水分循環(huán)的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),1983,3(2):91-101.

[15]程立平,劉文兆,李志.黃土塬區(qū)不同土地利用方式下深層土壤水分變化特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(8):1975-1983.

[16]Liu W, Zhang X C, Dang T, et al. Soil water dynamics and deep soil recharge in a record wet year in the southern Loess Plateau of China[J]. Agricultural Water Management, 2010,97(8):1133-1138.

[17]張晨成,邵明安,王云強(qiáng).黃土區(qū)坡面尺度不同植被類型下土壤干層的空間分布[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012,28(17):102-108.

[18]樊軍,郝明德,邵明安.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)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2004,20(1):61-64.

[19]李玉山.苜蓿生產(chǎn)力動(dòng)態(tài)及其水分生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[J].土壤學(xué)報(bào),2002,39(3):404-411.

[20]方新宇,李軍,王學(xué)春,等.黃土高原半濕潤區(qū)苜蓿草地土壤干燥化與草糧輪作水分恢復(fù)效應(yīng)[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010,43(16):3348-3356.

[21]王燕培,柴守璽,陳玉章,等.不同秸稈還田處理對旱地冬小麥土壤水分的影響[J].水土保持研究,2014,21(6):164-170.

Soil Water in Deep Layers Under Different Land Use Patterns in the Loess Hilly and Gully Region

MIAO Ling1, DONG Jianguo1,2, WANG Youke1,2, JIANG Guantao1

(1.Institute of Soil and Water Conservation, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; 2.Institute ofSoilandWaterConservation,ChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources,Yangling,Shaanxi712100,China)

In the Loess Hilly and Gully Region where climatic conditions are dry with severe water shortage, several plants causes soil dessication and ecological degradation. In order to compare the differences and characteristics of deep soil water under different land use patterns, relevant water moisture data in 0—900 cm soil layers was analyzed through May 2013 to November 2014. Results showed that: (1) the soil profile under different land use patterns could be divided into two layers according to the vertical variation. The upper content changed dramatically, and the deep soil moisture was stable; the temporal variations of the upper soil water were accordance with the change of rainfall in the wet season, it represented the depths of rainfall infiltration and plant-root water uptake, the depths of rainfall infiltration for jujube, almond, alfalfa and farmland were 240, 200, 180 and 120 cm, respectively; (2) soil water in deep layers changed little within a year, soil water contents of alfalfa grassland, jujub and almonds decreased slightly, however, crops had a shallow root system, utilization of deep layer soil water was limited; the water environment in deep soil layers was significantly affected by plant types, and the effect degrees decreased in the order: alfalfa grassland>jujube>almonds>farmland; (3) alfalfa grassland had led to the serious soil moisture deficit, the average degree was 67.7%, and jujube and almonds were 55.4%, 48.7%, respectively. It is vital to investigate temporal variability of deep soil moisture for the restoration, reconstruction and evaluation of vegetation in the Loess Plateau.

Loess Plateau; land use pattern; deep soil moisture; soil moisture deficit

2015-04-27

2015-05-08

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“山地紅棗生態(tài)經(jīng)濟(jì)林增效關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(201404709)

繆凌(1990—),女,陜西楊凌人，碩士研究生,研究方向?yàn)樗帘３趾娃r(nóng)業(yè)水土資源利用與保護(hù)。E-mail:miaoling@nwsuaf.edu.cn

汪有科(1956—),男,甘肅民勤人，研究員,博士生導(dǎo)師,主要從事節(jié)水灌溉方面的研究。E-mail:gjzwyk@vip.sina.com

S152.7

A

1005-3409(2016)02-00013-06