田 璐 張敬曉 高建恩 董建國 汪有科

(1.中國科學(xué)院水利部水土保持研究所， 陜西楊凌 712100； 2.中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049；3.河北水利電力學(xué)院水利工程學(xué)院， 滄州 061000； 4.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院， 陜西楊凌 712100)

0 引言

黃土高原位于我國腹地，是東南季風(fēng)氣候向西北內(nèi)陸干旱氣候過渡帶[1]，存儲(chǔ)于深厚黃土層中的土壤水對(duì)維持和調(diào)節(jié)植物的生長非常重要[2]。長期以來黃土高原一直面臨著水資源嚴(yán)重不足的問題[3]，大面積、高密度的人工林建設(shè)造成了土壤水分的嚴(yán)重虧缺，形成了土壤干層[4-5]。王志強(qiáng)等[6]最新研究表明，干層一旦形成，其土壤濕度就會(huì)處于穩(wěn)定的低水平，且具有持久性，林后放牧荒坡土壤水分要恢復(fù)到持續(xù)放牧荒坡至少需要150年。孫劍等[5]研究表明，6年生苜蓿草地0～1 000 cm土壤水分恢復(fù)到當(dāng)?shù)赝寥婪€(wěn)定濕度需要23.8年。干層的存在使樹木生長衰退，難以成林[7]；植被提早衰退，生長周期短，林下更新不良[8]；衰敗的草地重新造林難度更大[9-10]。棗樹由于耐旱、耐貧瘠、營養(yǎng)價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，在黃土丘陵區(qū)的種植規(guī)模不斷擴(kuò)大，是該區(qū)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一[11]。刺槐是黃土高原常見的造林樹種，長期種植會(huì)消耗深層土壤水分，形成干層[8]。多年來，眾多科研工作者為黃土高原區(qū)域保蓄土壤水分、提高土壤水分利用效率開展了大量的研究工作[12-14]。

國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了許多關(guān)于不同覆蓋措施下土壤水分恢復(fù)的研究。文獻(xiàn)[15-18]研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋措施能夠提高土壤水分的利用效率，可以抑制土壤水分的蒸發(fā)，增加降水入滲。但這些研究大部分是在有植物根系消耗土壤水分的情況下進(jìn)行，不能反映無植物利用情況下不同覆蓋措施對(duì)土壤水分的影響，且很多是短期對(duì)土壤水分進(jìn)行監(jiān)測(cè)，鮮有對(duì)連續(xù)幾年覆蓋下土壤水分的恢復(fù)研究。本文在野外建造10 m深模擬干化土壤的大型土柱，以當(dāng)?shù)仄赂貫閰⒄?，分析不同覆蓋措施下土壤水分和儲(chǔ)水量的恢復(fù)情況，以及干化土壤中栽植棗樹與刺槐的耗水規(guī)律，綜合評(píng)價(jià)栽植植物和無植物情況下的深層干化土壤水分恢復(fù)特征，以期為該地區(qū)防治土壤干化的研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省米脂縣境內(nèi)遠(yuǎn)志山紅棗示范基地(37°40′～38°06′N，100°15′～110°16′E)，為典型黃土丘陵溝壑區(qū)；屬中溫帶半干旱性氣候，年平均氣溫8.4℃，最高氣溫38.2℃，最低氣溫-25.5℃。多年平均降雨量為450 mm，試驗(yàn)期間年均降雨量為518.3 mm。土壤以黃土母質(zhì)發(fā)育的黃綿土為主，質(zhì)地為粉質(zhì)沙壤土，容重1.29～1.31 g/cm3，田間持水率為22%。試驗(yàn)區(qū)土層深厚，地下水埋深在50 m以下，對(duì)根系吸水影響可忽略。試驗(yàn)地為前期栽植蘋果23年伐后再利用地，試驗(yàn)土柱平均土壤體積含水率約7.5%，接近棗樹凋萎系數(shù)6.5%。試驗(yàn)區(qū)附近坡耕地0～10 m土層平均含水率為15.3%，儲(chǔ)水量為1 526 mm。

2 試驗(yàn)方法

2.1 樣地布設(shè)

圖1 不同覆蓋措施實(shí)體圖Fig.1 Entity pictures of different mulching measures

2014年5月在同一水平階地上建造18個(gè)直徑0.8 m、深10 m的大型土柱，間距1.6 m。分別設(shè)置裸地、石子覆蓋、樹枝覆蓋、薄膜覆蓋以及栽植棗樹、刺槐6個(gè)處理(圖1)，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，覆蓋方式見表1。人工開挖后土柱內(nèi)壁用防水塑料膜與周圍土層隔開，避免土柱內(nèi)外水分的擴(kuò)散以及周圍植物根系對(duì)水分的影響，上邊界為高出地面0.1 m的混凝土井圈，防止降雨流失，水分變化只通過蒸散和入滲完成?；靥钔两?jīng)過均勻摻混后每隔30 cm踩實(shí)一次，盡量保持土壤的密實(shí)度與周圍實(shí)際原狀土壤一致。圖2a為土柱縱截面示意圖，圖2b為薄膜覆蓋方式縱截面示意圖。

表1 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.1 Design of field experiment

圖2 土柱縱截面示意圖Fig.2 Sketches of vertical sections of soil column

2.2 氣象數(shù)據(jù)采集

利用小型綜合氣象觀測(cè)站(BLJW-4型)測(cè)定氣象數(shù)據(jù)。氣象站設(shè)有溫度和濕度傳感器、翻斗式雨量筒、風(fēng)速儀和凈輻射傳感器，分別用來獲取環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、降水量、風(fēng)速和凈輻射值等氣象數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集器每隔30 min讀取數(shù)據(jù)一次。

2.3 土壤含水率測(cè)定

每個(gè)土柱中間位置安放10 m長鋁合金套管，利用CNC-503DR型中子土壤水分儀測(cè)定0～1 000 cm深度內(nèi)的土壤含水率，每20 cm為一個(gè)測(cè)層。觀測(cè)期為2014年5月—2017年12月，其中2014年5月—2016年5月每10 d采集一次數(shù)據(jù)，本文中所用數(shù)據(jù)為每月月末所采集。2016年6月、2016年12月、2017年12月月末各采集一次數(shù)據(jù)定期對(duì)中子儀進(jìn)行校準(zhǔn)，土壤含水率均為體積含水率。

2.4 相關(guān)指標(biāo)計(jì)算

土壤儲(chǔ)水量計(jì)算公式為

W=10θd

(1)

式中W——土壤儲(chǔ)水量，mm

θ——土壤體積含水率，%

d——土層厚度，cm

儲(chǔ)水量變化量計(jì)算公式為

ΔW=Wfinial-Winitial

(2)

式中 ΔW——儲(chǔ)水量變化量，mm

Winitial——計(jì)算時(shí)段初期土壤儲(chǔ)水量，mm

Wfinial——計(jì)算時(shí)段末期土壤儲(chǔ)水量，mm

試驗(yàn)區(qū)植物蒸散量利用農(nóng)田水量平衡法計(jì)算。試驗(yàn)區(qū)植物為雨養(yǎng)，無灌水，無地下水補(bǔ)給，試驗(yàn)期間未發(fā)生地表徑流，當(dāng)植物耗水深度達(dá)到1 000 cm時(shí)停止對(duì)蒸散量的計(jì)算。因此，0～1 000 cm深度范圍內(nèi)，植物蒸散量公式可簡(jiǎn)化為

ET=Pr-ΔW

(3)

式中ET——植物蒸散量，mm

Pr——降雨量，mm

降雨貯存效率[19](Precipitation storage efficiency, PSE)為計(jì)算時(shí)段內(nèi)儲(chǔ)水量變化量占降雨總量的百分比，即

(4)

式中IPSE——降雨貯存效率，%

為定量評(píng)價(jià)土壤水分恢復(fù)程度，比較各種覆蓋處理不同時(shí)期的土壤水分恢復(fù)能力，根據(jù)王美艷等[20]提出的土壤水分恢復(fù)度(Soil water restoration degree, SWR)的計(jì)算方法加以修改，將其定義為某土層已經(jīng)恢復(fù)的土壤儲(chǔ)水量占應(yīng)恢復(fù)土壤儲(chǔ)水量的百分比，公式為

(5)

式中ISWR——土壤水分恢復(fù)度，%

Wslopeland——坡耕地0～1 000 cm土壤儲(chǔ)水量，mm

2.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，采用Origin 9.0軟件進(jìn)行繪圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同覆蓋下土壤含水率變化

圖3 不同覆蓋措施各月0～1 000 cm土壤平均含水率 和降雨量Fig.3 Average soil water content in 0～1 000 cm soil depth of different mulching measures and monthly precipitation

圖4 不同覆蓋措施剖面土壤含水率年際分布圖Fig.4 Interannual distributions of soil water content of different mulching measures

圖3為各覆蓋措施試驗(yàn)期間0～1 000 cm土壤平均含水率和各月降雨量。從圖中可看出，薄膜覆蓋、石子覆蓋、樹枝覆蓋、裸地、棗樹以及刺槐的初始土壤含水率(2014年5月)接近，且均處于干化狀態(tài)(土壤含水率僅在7.5%左右)。經(jīng)過2014年5月—2015年2月的水分積累，各覆蓋下的土壤含水率均有明顯提升，但已經(jīng)出現(xiàn)不同覆蓋下的土壤水分差異。2014年是栽植棗樹與刺槐的第1年，栽植樹木以成活為主，生長量很小，所以生長耗水較小，因此土壤含水率在干化情況下還是略有增大，到2015年3月土壤含水率由大到小順序?yàn)楸∧じ采w、石子覆蓋、樹枝覆蓋、棗樹、裸地、刺槐。2015年3月刺槐開始萌發(fā)生長，其下的土壤含水率持續(xù)降低，5月棗樹開始萌發(fā)生長，其下的土壤含水率開始持續(xù)降低。5—9月是試驗(yàn)區(qū)雨季，薄膜覆蓋、石子覆蓋、樹枝覆蓋、裸地的土壤含水率整體呈上升趨勢(shì)，與降雨量變化趨勢(shì)貼近；5—9月是棗樹與刺槐生長最旺盛、耗水最大的時(shí)期，土壤含水率呈下降趨勢(shì)。刺槐土壤含水率小于棗樹土壤含水率，說明刺槐耗水量大于棗樹，3—6月刺槐含水率下降速率是棗樹下降速率的4倍，這個(gè)期間也是刺槐和棗樹耗水的主要時(shí)期。

至觀測(cè)期結(jié)束，薄膜覆蓋、石子覆蓋、樹枝覆蓋、裸地土壤含水率持續(xù)上升，較初始含水率分別增大12.1%、8.5%、6.5%、5.2%，說明覆蓋措施能夠提高土壤含水率，薄膜覆蓋效果最好，石子覆蓋次之，樹枝覆蓋效果最差。棗樹土壤含水率較初始含水率上升0.2%，刺槐比初始含水率降低2.4%，說明試驗(yàn)期間刺槐耗水大于棗樹耗水，種植刺槐比棗樹更加消耗土壤水分。

3.2 不同覆蓋下的土壤水分恢復(fù)狀況

通過上面分析可看出，除了栽植棗樹與刺槐，其他4個(gè)處理土壤含水率最高階段為11—12月，選取2014—2017年每年12月不同覆蓋措施0～1 000 cm深度各土層土壤含水率作土壤水分剖面分布曲線(圖4)，并且和就近的坡耕地土壤平均含水率(15.26%)及其實(shí)際含水率作比較分析，土壤含水率大于坡耕地含水率的土層稱為恢復(fù)層，視其土壤水分完全恢復(fù)。

從圖4可看出，薄膜覆蓋、石子覆蓋、樹枝覆蓋、裸地2014年末入滲深度分別為420、320、260、200 cm，以坡耕地平均含水率為恢復(fù)目標(biāo)的恢復(fù)層厚度分別為280、180、160、120 cm。2015年末各覆蓋措施入滲深度分別為720、500、340、320 cm，恢復(fù)層厚度在2014年的基礎(chǔ)上分別增加400、200、100、80 cm；到2016年底，薄膜覆蓋0～1 000 cm深度土壤水分完全恢復(fù)，完全恢復(fù)所需時(shí)長為3年，石子覆蓋入滲深度為840 cm，恢復(fù)層厚度為740 cm，較2015年增加260 cm，樹枝覆蓋入滲深度為600 cm，恢復(fù)層厚度為520 cm，較2015年增加260 cm，裸地入滲深度為460 cm，恢復(fù)層厚度為340 cm，較2015年增加140 cm；2017年薄膜覆蓋土壤含水率繼續(xù)增大，平均含水率達(dá)19.6%，石子覆蓋0～1 000 cm土壤水分完全恢復(fù)，完全恢復(fù)所需時(shí)長為4年，平均含水率達(dá)16%，樹枝覆蓋入滲深度達(dá)800 cm，恢復(fù)層厚度為700 cm，裸地入滲深度達(dá)580 cm，恢復(fù)層厚度為480 cm。圖中坡耕地實(shí)際土壤含水率在180～340 cm以及440～540 cm兩個(gè)深度范圍內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)峰值，由于土柱中土壤顆粒組成比較均一，土壤含水率變化曲線沒有發(fā)生如此大的波動(dòng)，因此在兩個(gè)波峰附近的土壤含水率與坡耕地實(shí)際含水率相差較大。至試驗(yàn)期結(jié)束，以坡耕地實(shí)際含水率及其平均含水率為參考得出的薄膜覆蓋與石子覆蓋恢復(fù)深度一致，均為1 000 cm，樹枝覆蓋恢復(fù)深度為700 cm，裸地恢復(fù)深度為480 cm。

整個(gè)觀測(cè)期內(nèi)，薄膜覆蓋、石子覆蓋、樹枝覆蓋以及裸地的土壤水分恢復(fù)深度逐年增大，且每年的恢復(fù)層厚度變化量由大到小均為薄膜覆蓋、石子覆蓋、樹枝覆蓋、裸地。土壤水分入滲過程體現(xiàn)為上部高含水土層土壤含水率的降低，下層低含水土層土壤含水率的升高以及入滲深度的增加，且土壤水分入滲過程中存在滯后效應(yīng)，因此各覆蓋措施入滲深度均大于恢復(fù)深度。

黃土高原干旱環(huán)境條件下，降雨不足以滿足人工植物生長耗水時(shí)，為維持其正常生長，需從深層土壤吸收水分，導(dǎo)致土壤干化程度加劇。觀測(cè)期內(nèi)棗樹土壤含水率變化范圍在0～300 cm深度，300 cm以下土壤含水率基本保持在2014年的水平?jīng)]有發(fā)生變化，說明4年生棗樹根系沒有到達(dá)300 cm以下；2014年刺槐土壤含水率在0～140 cm范圍內(nèi)有所增大，隨樹齡增加，耗水深度不斷增加，導(dǎo)致耗水層逐漸下移，2015年12月耗水深度已達(dá)720 cm，0～1 000 cm土層平均土壤含水率由初始的7.7%降低到6.6%；2016年底，耗水深度達(dá)1 000 cm，平均土壤含水率約為5.2%；2017年深層土壤含水率與2016年基本相同，說明土壤儲(chǔ)藏水分已經(jīng)不能利用，在0～1 000 cm深度范圍內(nèi)消耗的只有當(dāng)年降雨量。由于土柱底部未密封，監(jiān)測(cè)深度只有1 000 cm，因此刺槐根系是否消耗1 000 cm以下土壤水分還需做進(jìn)一步研究。

綜上，4種覆蓋措施對(duì)土壤水分恢復(fù)效果最好的為薄膜覆蓋，其次是石子覆蓋、樹枝覆蓋，裸地恢復(fù)效果最差；在干化土壤上種植棗樹，其干化程度基本不變，刺槐使土壤水分虧缺狀態(tài)更加嚴(yán)重，說明棗樹比刺槐更適合在當(dāng)?shù)胤N植。

3.3 不同覆蓋下土壤儲(chǔ)水量及降雨貯存效率變化

表2為2014年5月—2017年12月不同覆蓋措施0～1 000 cm深度儲(chǔ)水量變化量、降雨貯存效率及土壤水分恢復(fù)度。從表中可看出，薄膜覆蓋、石子覆蓋、樹枝覆蓋、裸地的土壤儲(chǔ)水量增量均為正值，說明土壤儲(chǔ)水量逐年增大，且每年的儲(chǔ)水增加量以及降雨貯存效率由大到小均表現(xiàn)為薄膜覆蓋、石子覆蓋、樹枝覆蓋、裸地。到2017年末薄膜覆蓋、石子覆蓋、樹枝覆蓋、裸地土壤儲(chǔ)水量分別增大1 211.4、853.4、662.5、523.2 mm；薄膜覆蓋儲(chǔ)水量總增量分別是裸地、石子覆蓋、樹枝覆蓋的2.3、1.4、1.8倍。試驗(yàn)區(qū)2014年5—12月降雨總量為428 mm，2015年降雨總量為434.8 mm，2016年降雨總量為590.8 mm，2017年降雨總量為619.6 mm，年均降雨量為518.3 mm。2017年降雨量最大，但薄膜覆蓋與石子覆蓋土壤儲(chǔ)水量以及降雨貯存效率較2016年小，原因在于2016年底薄膜覆蓋土壤水分入滲深度達(dá)1 000 cm，石子覆蓋2016—2017年間入滲深度達(dá)1 000 cm(圖4)，且土柱底部未密封，當(dāng)水分入滲深度超過1 000 cm后會(huì)繼續(xù)向下運(yùn)移，監(jiān)測(cè)到的土壤儲(chǔ)水量減小，降雨貯存效率減小。因此薄膜覆蓋全年平均降雨貯存效率為63.4%，石子覆蓋全年平均降雨貯存效率為42.4%。樹枝覆蓋與裸地在觀測(cè)期內(nèi)土壤水分入滲深度未達(dá)到1 000 cm，因此樹枝覆蓋全年平均降雨貯存效率為29.4%，裸地為23.0%。

表2 不同覆蓋措施0～1 000 cm土壤儲(chǔ)水量變化量、降雨貯存效率及土壤水分恢復(fù)度Tab.2 Variation of soil water storage in 0～1 000 cm soil depth and precipitation storage efficiency and soil water restoration of different mulching measures

由圖4可知，2017年底棗樹耗水深度未達(dá)1 000 cm，土壤儲(chǔ)水量增加17.8 mm，棗樹2015—2017年年均蒸散量為586.4 mm，大于試驗(yàn)期年均降雨量，到2017年末棗樹高146 cm，冠幅為73.8 cm×88.2 cm。2016年底刺槐耗水深度超過1 000 cm,其2015—2016年年均蒸散量為666.5 mm，是棗樹的1.1倍，顯著大于試驗(yàn)期年均降雨量。為滿足生長需消耗一部分土壤水分，當(dāng)土壤含水率降低到4.8%(圖4)左右時(shí)不再降低，之后生長依靠降雨和更深層土壤水分；2017年末，刺槐土壤儲(chǔ)水量減小235.7 mm，2017年監(jiān)測(cè)到其蒸散量為608.8 mm，顯著低于2015—2016年蒸散量，且小于當(dāng)年降雨量，但生命力旺盛,樹高480 cm，冠幅為189.3 cm×197.4 cm。

到2017年底，薄膜覆蓋恢復(fù)度為155.6%，石子覆蓋恢復(fù)度為110.1%，土壤水分完全恢復(fù)，樹枝覆蓋恢復(fù)度為86.3%，裸地為67.6%，樹枝覆蓋與裸地土壤水分要完全恢復(fù)分別還需1年和3年時(shí)間，總時(shí)長約需5年和7年。棗樹降雨貯存效率為-8.5%，顯著大于刺槐的降雨貯存效率-20.3%。

4 討論

本試驗(yàn)在模擬干化土壤的基礎(chǔ)上，研究在自然降雨條件下薄膜覆蓋、石子覆蓋、樹枝覆蓋、栽植棗樹、刺槐以及裸地的土壤含水率變化情況。室內(nèi)由于空間和操作限制，土柱體積不夠大，且水分補(bǔ)充與蒸發(fā)條件也不能完全與野外吻合，對(duì)于研究土壤水分恢復(fù)狀況的真實(shí)性有較大距離，野外建造土柱更符合實(shí)際情況。

土壤干化是由于自然降水、土壤儲(chǔ)水以及作物耗水關(guān)系失衡導(dǎo)致的，其結(jié)果為土壤水庫儲(chǔ)水量顯著降低[21]。眾多學(xué)者[22-26]對(duì)干化土壤水分恢復(fù)研究發(fā)現(xiàn)，在自然條件下土壤水分恢復(fù)年限較長，且土壤水分入滲深度較淺，但這些研究多在考慮自然情況下有植物生存耗水問題，所以恢復(fù)時(shí)間較長，本研究結(jié)果主要體現(xiàn)了沒有植物繼續(xù)耗水情況下的干化土壤恢復(fù)特點(diǎn)，結(jié)果顯示在全年地表覆蓋下，薄膜覆蓋0～1 000 cm土壤水分完全恢復(fù)至當(dāng)?shù)仄赂厮叫枰?年時(shí)間，石子覆蓋需要4年，樹枝覆蓋需要5年，裸地需要7年。說明沒有植物耗水情況下干化土壤水分恢復(fù)很快，這個(gè)結(jié)果較以往研究更樂觀，也為今后干化土壤水分恢復(fù)提供了新途徑。

前人研究中對(duì)于土壤干層劃分的標(biāo)準(zhǔn)并不一致[27]，干化土壤濕度上限為土壤穩(wěn)定持水率[28]，土壤穩(wěn)定持水率在數(shù)值上相當(dāng)于田間持水率50%～80%[29]，常見的是將田間最大持水率的60%作為劃分土壤干層的指標(biāo)[30]。坡耕地0～200 cm由于地表耕作及土面蒸發(fā)等作用土壤含水率較小，但該層水分經(jīng)過降雨可以很快修復(fù)，屬于臨時(shí)性干層[27]，200 cm以下土壤含水率均大于田間最大持水率的50%，因此認(rèn)為試驗(yàn)區(qū)坡耕地土壤沒有干化現(xiàn)象，坡耕地平均含水率(15.3%)大于田間最大持水率的60%(13.2%)，所以按均值分析的土壤水分恢復(fù)狀況較按田間最大持水率的60%恢復(fù)狀況好，兩者的恢復(fù)深度結(jié)果差異不大。張文飛等[31]研究表明，坡耕地土壤含水率由于不同深度土壤顆粒組成不同，在垂直方向上土壤含水率有一定幅度的變化，但由于土柱內(nèi)的土壤是回填土，在回填過程中進(jìn)行了充分混勻，其土壤顆粒組成相對(duì)均一，土壤含水率變化波動(dòng)較小，因此以坡耕地平均土壤含水率為恢復(fù)目標(biāo)。李玉山[28]曾用直線表示農(nóng)地的田間持水率，用以說明森林中土壤干層的存在。WANG等[32]也曾用一年生棗樹0～1 000 cm平均土壤含水率為基準(zhǔn)確定多年生棗樹根系分布深度，效果較好。以坡耕地實(shí)際土壤含水率為恢復(fù)目標(biāo)得出的最終恢復(fù)深度與以其平均土壤含水率為恢復(fù)目標(biāo)得出的最終恢復(fù)深度差異不大，恢復(fù)度相同。

在以天然降雨為土壤水分唯一補(bǔ)給源的黃土高原丘陵溝壑區(qū)，降雨相對(duì)不足，林地土壤水分長期處于負(fù)平衡，隨植物的生長和林齡的增大，土壤干化程度加劇[33]。本研究也表明了這一現(xiàn)象，到2015年棗樹與刺槐樹體恢復(fù)正常生長，生育期由于蒸散量較大，造成土壤含水率降低。當(dāng)淺層土壤水分消耗殆盡，植物根系繼續(xù)向下延伸，深層土壤儲(chǔ)水不斷消耗，造成深層土壤更加干化。針對(duì)在降水不足的半干旱黃土丘陵區(qū)棗樹高耗水情況，汪有科等[34]提出節(jié)水型修剪技術(shù)，提高棗樹水分利用效率，研究結(jié)果表明節(jié)水型修剪能夠有效提高水分利用效率，證明節(jié)水型修剪技術(shù)在生產(chǎn)中具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

本研究發(fā)現(xiàn)，在干化土壤中栽植的棗樹與刺槐能夠正常生長，且棗樹耗水小于試驗(yàn)期年均降雨量，說明在前期干化土壤中再造植被仍然可行。但刺槐具有發(fā)達(dá)的垂直和水平根系，對(duì)深層土壤水分消耗強(qiáng)烈，加劇土壤干化程度，刺槐林下土壤含水率在4.8%左右，這樣低的土壤含水率是否仍然可以再造其他植被，需要后續(xù)更多試驗(yàn)研究驗(yàn)證?？紤]到植被耗水狀況對(duì)土壤干化程度的影響，建議在造林時(shí)考慮結(jié)合降雨造林，在半干旱區(qū)選擇像棗樹類耗水較小的樹種。

5 結(jié)論

(1)以坡耕地0～1 000 cm平均土壤含水率為恢復(fù)目標(biāo)，薄膜覆蓋土壤含水率經(jīng)過3年全部恢復(fù)，石子覆蓋經(jīng)過4年全部恢復(fù)，樹枝覆蓋土壤水分經(jīng)過4年入滲深度達(dá)800 cm，恢復(fù)層厚度為700 cm，完全恢復(fù)需要5年時(shí)間，裸地經(jīng)過4年入滲深度達(dá)580 cm，恢復(fù)層厚度為480 cm，完全恢復(fù)需要7年時(shí)間。以坡耕地0～1 000 cm實(shí)際土壤含水率為恢復(fù)目標(biāo)，薄膜覆蓋與石子覆蓋在恢復(fù)深度上一致，樹枝覆蓋恢復(fù)深度為740 cm，裸地恢復(fù)深度為440 cm，以儲(chǔ)水量計(jì)算的恢復(fù)度兩者結(jié)果一致?？傮w來看，沒有植物情況下深達(dá)1 000 cm的干化土壤在短期內(nèi)可以得到較好的恢復(fù)。

(2)薄膜覆蓋、石子覆蓋、樹枝覆蓋、裸地、棗樹、刺槐0～1 000 cm土壤儲(chǔ)水量增加量分別為1 211.4、853.4、662.5、523.2、17.8、-235.7 mm，全年覆蓋降雨貯存效率分別為63.4%、42.4%、29.4%、23.0%、-8.5%、-20.3%，土壤水分恢復(fù)度分別為155.6%、110.1%、86.3%、67.6%、2.3%、-31.2%。

(3)4年生棗樹耗水深度在0～300 cm范圍內(nèi)，300 cm以下土壤含水率幾乎不發(fā)生變化，4年生刺槐耗水深度超過1 000 cm。棗樹年均蒸散量為586.4 mm，年均降雨能夠滿足棗樹生長需水。刺槐年均蒸散量為666.5 mm，是棗樹的1.1倍，年均降雨不能滿足其生長需水，需消耗土壤水分。當(dāng)刺槐林下土壤含水率降低到4.8%左右時(shí)不再變化，棗樹土壤水分略有恢復(fù)，種植刺槐導(dǎo)致土壤更加干燥。