孫智妍， 周秋文， 羅雅雪， 韋小茶， 余軍林

(貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 貴州 貴陽(yáng) 550025)

1 研究背景

土壤水不僅是水文過(guò)程、區(qū)域小氣候、土壤侵蝕過(guò)程的主要影響因子, 而且是土壤系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的載體, 也是植物生長(zhǎng)和恢復(fù)的重要影響因素[1]。研究土壤水與環(huán)境要素之間的關(guān)系對(duì)水文過(guò)程的研究以及水土保持、水資源利用都具有重要意義[2]。

土壤濕度的影響因素較為復(fù)雜，主要有氣候類型、土地利用、植被覆蓋類型、地形地貌、土壤理化性質(zhì)、土壤厚度等[3-5]。已有研究認(rèn)為，在不同土地覆蓋或土地利用條件下，土壤濕度及變化特征具有不同的規(guī)律[6- 8]。植被覆蓋作為一種重要的環(huán)境因素，對(duì)降雨有截留、消耗作用[6，9]，并通過(guò)影響其他環(huán)境要素，如氣溫、風(fēng)速、土壤理化性質(zhì)等，間接地對(duì)土壤濕度產(chǎn)生影響[10]，因此植被覆蓋是影響土壤濕度的重要因素。已有關(guān)于植被對(duì)土壤濕度的影響研究中，不同植被類型對(duì)土壤濕度的影響研究較多，表明不同植被類型下，各季節(jié)土壤濕度水平與變化特征均存在差異，這與不同植被類型降雨的再分配，對(duì)土壤水分的消耗以及對(duì)土壤孔隙度、土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響有關(guān)[11-13]。而且由于不同地區(qū)的氣候、地形等地理環(huán)境不同，研究得出的各植被類型對(duì)土壤濕度的影響規(guī)律亦有差異。已有秦嶺、長(zhǎng)江源區(qū)、青藏高原等地區(qū)的相關(guān)研究表明，由于植被可改善土壤的持水能力，通常喬木林地與灌叢土壤濕度大于草地與荒地[14]，且植被覆蓋度較高的條件下土壤濕度較大[15-16]。也有研究發(fā)現(xiàn)在黃土高原等地區(qū)的干旱條件下，由于刺槐、油松、檸條等喬木或灌木耗水較多，可能導(dǎo)致土壤濕度較草地更低[17-18]。氣候類型對(duì)土壤濕度的影響較為明顯，而黃壤是亞熱帶濕潤(rùn)條件下的地帶性土壤之一，其分布地區(qū)的氣候與目前相關(guān)研究所在區(qū)域有所不同，因此上述研究不能反映黃壤區(qū)植被覆蓋對(duì)土壤濕度的影響。已有研究表明黃壤區(qū)不同植被類型條件下，土壤物理性質(zhì)、水源涵養(yǎng)能力以及土壤水分入滲特征不同，其土壤濕度必然也對(duì)不同植被覆蓋度表現(xiàn)出不同的響應(yīng)特征[19-21]。綜上所述，目前關(guān)于植被覆蓋度對(duì)土壤濕度影響的研究多集中于非黃壤區(qū)，黃壤區(qū)的研究主要為不同植被類型對(duì)土壤濕度的影響。因此，黃壤區(qū)不同植被覆蓋度條件下的土壤濕度特征是一個(gè)有待研究的問(wèn)題。

本研究設(shè)置植被覆蓋度不同的黃壤徑流小區(qū)，對(duì)研究時(shí)段整體、降雨影響時(shí)段、無(wú)降雨影響時(shí)段的土壤濕度及其變化特征分別進(jìn)行分析，對(duì)比各徑流小區(qū)土壤濕度及其變化特征，從而得出黃壤徑流小區(qū)尺度植被覆蓋度對(duì)土壤濕度影響的規(guī)律。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究區(qū)概況

本研究的徑流小區(qū)位于貴陽(yáng)市花溪區(qū)貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境生態(tài)實(shí)驗(yàn)站，地理坐標(biāo)為106°37′E、26°23′N(見(jiàn)圖1)。花溪區(qū)海拔約1 200 m，地貌以山地和丘陵為主，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，具有高原季風(fēng)濕潤(rùn)氣候特點(diǎn)。年平均氣溫14.9℃，年極端最高氣溫35.1℃，年極端最低氣溫-7.3℃，年平均降雨量1 178.3 mm，降雨較集中于夏季，年蒸發(fā)量738 mm。植被覆蓋較好，主要植被包括馬尾松、麻櫟、冬青、云南樟、楓香樹(shù)等喬木以及灌木和荒山草坡，主要土壤類型為黃壤和石灰土。

2.2 徑流小區(qū)與數(shù)據(jù)采集

共設(shè)置具有不同植被覆蓋度的4個(gè)徑流小區(qū)，每個(gè)徑流小區(qū)規(guī)格均為5 m×3 m，坡度為15°，坡向均為北坡。土壤類型為黃壤，人工填土后自然沉降一年。植被覆蓋度采用照相法計(jì)算，其中徑流小區(qū)Ⅰ全部為自然生長(zhǎng)雜草，植被類型40%為松香草、30%為插田泡，20%為何首烏，其余10%為狗尾草等，植被覆蓋度50%；徑流小區(qū)Ⅱ70%為人工種植的紅葉石楠，其余30%為松香草、狗尾草等自然生長(zhǎng)草本類型，植被覆蓋度70%；徑流小區(qū)Ⅲ為荒地，自然生長(zhǎng)少量何首烏與狗尾草，植被覆蓋度10%；徑流小區(qū)Ⅳ的植被類型80%為人工種植的玉米，其余為松香草等自然生長(zhǎng)雜草，植被覆蓋度75%。采用頻域反射(FDR)法測(cè)量土壤濕度，測(cè)量精度為±3%，工作溫度范圍為- 40～ 85℃，每個(gè)徑流小區(qū)設(shè)置3個(gè)土壤濕度探頭，放置土壤深度為20 cm。雨量、氣溫、蒸發(fā)量、風(fēng)速、土壤熱通量等氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于自動(dòng)氣象站，氣象站距徑流小區(qū)約50 m。土壤濕度與氣象數(shù)據(jù)記錄間隔均設(shè)置為1 h。

2.3 數(shù)據(jù)整理與分類

研究時(shí)段為2017年9月16日12時(shí)-12月4日12時(shí)，由于10月10日17時(shí)-10月11日16時(shí)土壤濕度記錄儀供電不足，未記錄土壤濕度，但此期間降雨量較少且降雨強(qiáng)度較小，并且未對(duì)土壤濕度形成明顯影響，因此忽略。分別計(jì)算各徑流小區(qū)內(nèi)各探頭每次記錄土壤濕度數(shù)據(jù)的平均值，作為該次記錄的土壤濕度數(shù)值。

通過(guò)對(duì)比研究時(shí)段的氣象數(shù)據(jù)與土壤濕度數(shù)據(jù)可知，降雨量較多時(shí)，土壤濕度明顯上升。因此，除了對(duì)研究時(shí)段數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析之外，將所有土壤濕度數(shù)據(jù)分為有降雨影響時(shí)段與無(wú)降雨時(shí)段兩類，并對(duì)這兩類數(shù)據(jù)分別進(jìn)行分析。降雨影響時(shí)段的數(shù)據(jù)選擇方法為：每個(gè)雨量連續(xù)大于0的時(shí)段為一場(chǎng)降雨，先選擇降雨開(kāi)始前1 h至降雨結(jié)束后12 h數(shù)據(jù)，作為每場(chǎng)降雨影響的時(shí)段，然后通過(guò)觀察每場(chǎng)降雨土壤濕度變化趨勢(shì)以及土壤濕度極差，選出降雨對(duì)土壤濕度有明顯影響的降雨場(chǎng)次，作為降雨影響時(shí)段數(shù)據(jù)，其余時(shí)段數(shù)據(jù)作為無(wú)降雨影響時(shí)段數(shù)據(jù)。

2.4 降雨影響時(shí)段數(shù)據(jù)分析

為研究不同植被覆蓋度條件下土壤濕度對(duì)降雨的響應(yīng)程度，計(jì)算各徑流小區(qū)各場(chǎng)降雨的土壤濕度極差的平均值；為研究不同植被覆蓋度條件下土壤濕度對(duì)降雨的響應(yīng)速度，計(jì)算各徑流小區(qū)各場(chǎng)降雨土壤濕度的變化速度以及各徑流小區(qū)各場(chǎng)降雨土壤濕度峰值開(kāi)始時(shí)間(從降雨前1 h開(kāi)始計(jì)時(shí))的總和。計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

(3)

式中：Ri為徑流小區(qū)i各場(chǎng)降雨土壤濕度極差的平均值；wijt為徑流小區(qū)i第j場(chǎng)降雨t時(shí)刻的土壤濕度數(shù)值(從降雨前1 h開(kāi)始計(jì)時(shí))；Vi為徑流小區(qū)i土壤濕度平均變化速度；wijs為土壤濕度受降雨影響開(kāi)始上升前的土壤濕度數(shù)值；wije為徑流小區(qū)i第j場(chǎng)降雨土壤濕度峰值結(jié)束到降雨結(jié)束后12 h土壤濕度下降到最小值時(shí)的土壤濕度數(shù)值；tijs為徑流小區(qū)i第j場(chǎng)降雨土壤濕度受降雨影響開(kāi)始上升前的時(shí)刻(從降雨前1 h開(kāi)始計(jì)時(shí))；tij max為徑流小區(qū)i第j場(chǎng)降雨土壤濕度峰值開(kāi)始的時(shí)刻(從降雨前1 h開(kāi)始計(jì)時(shí))；tij max′為徑流小區(qū)i第j場(chǎng)降雨土壤濕度峰值結(jié)束的時(shí)刻；Ti總為徑流小區(qū)i各土壤濕度峰值開(kāi)始時(shí)間(從降雨前1 h開(kāi)始計(jì)時(shí))累加。

2.5 描述統(tǒng)計(jì)、相關(guān)分析與回歸分析

采用SPSS軟件對(duì)研究時(shí)段總體、無(wú)降雨影響時(shí)段各徑流小區(qū)土壤濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)，包括平均值、最大值、最小值、極差、標(biāo)準(zhǔn)差。對(duì)比各徑流小區(qū)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，分析其土壤濕度的平均水平和變化特征。根據(jù)無(wú)降雨影響時(shí)段土壤濕度數(shù)據(jù)與風(fēng)速、蒸發(fā)量、氣溫、相對(duì)濕度、土壤熱通量等氣象數(shù)據(jù)關(guān)系的散點(diǎn)圖，選擇其中與土壤濕度相關(guān)的氣象因素。對(duì)各徑流小區(qū)土壤濕度與氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度、土壤熱通量等相關(guān)氣象因素進(jìn)行相關(guān)分析與回歸分析，最后比較各徑流小區(qū)土壤濕度的分析結(jié)果。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同植被覆蓋度條件下土壤濕度總體特征

各徑流小區(qū)的土壤濕度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。由表1可知，土壤濕度的極差與標(biāo)準(zhǔn)差均為徑流小區(qū)Ⅲ最大，徑流小區(qū)Ⅰ居中，徑流小區(qū)Ⅱ與徑流小區(qū)Ⅳ較小，總體上土壤濕度的極差、標(biāo)準(zhǔn)差與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明植被覆蓋度較低的徑流小區(qū)土壤濕度數(shù)值波動(dòng)較大，受外界環(huán)境變化影響的程度較大。土壤濕度的平均值與最大值徑流小區(qū)Ⅲ最大，徑流小區(qū)Ⅳ最小，總體上壤水的最大值與平均值均與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。各個(gè)徑流小區(qū)之間土壤濕度最小值差距不大。降雨量及每個(gè)徑流小區(qū)內(nèi)各探頭土壤濕度平均值隨時(shí)間變化如圖2所示。由圖2可知，較大程度的土壤濕度變化均是由降雨所引起的。

表1 各徑流小區(qū)土壤濕度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) %

注：表中徑流小區(qū)編號(hào)括號(hào)內(nèi)的數(shù)字為徑流小區(qū)的植被覆蓋度，單位為%，下同。

3.2 降雨影響時(shí)段不同植被覆蓋度條件下土壤濕度變化特征

研究時(shí)段降雨總量為123.32 mm。按照如前所述的降雨影響時(shí)段選擇方法，選出雨量大于0的14場(chǎng)降雨，研究時(shí)段各場(chǎng)降雨的總降雨量，平均降雨強(qiáng)度以及各樣地土壤濕度變化幅度如表2所示。由于降雨量較少時(shí)，土壤濕度變化幅度較小，因此選擇土壤濕度變化幅度較大的第1、6、7次降雨進(jìn)行研究，時(shí)間分別為9月19日19時(shí)-21日11時(shí)(降雨1)、10月10日12時(shí)-13日11時(shí)(降雨6)、10月16日11時(shí)-20日11時(shí)(降雨7)，不同植被覆蓋度條件下各次降雨的土壤濕度變化幅度及平均值見(jiàn)圖3。由表2與圖3可知，不同植被覆蓋度條件下土壤濕度極差的平均值有所不同，徑流小區(qū)Ⅲ最大，徑流小區(qū)Ⅰ與徑流小區(qū)Ⅱ居中，徑流小區(qū)Ⅳ最小，總體上降雨影響時(shí)段的土壤濕度極差與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表2各徑流小區(qū)的各次降雨土壤濕度變化幅度%

降雨場(chǎng)次降雨量/mm平均降雨強(qiáng)度/(mm·h-1)徑流小區(qū)編號(hào)Ⅰ(50)Ⅱ(70)Ⅲ(10)Ⅳ(75)121.59 0.77 9.50 7.07 10.60 7.67 20.31 0.03 0.80 0.57 0.85 0.53 30.33 0.03 0.60 0.27 0.50 0.30 41.96 0.12 0.45 0.40 0.75 0.47 52.21 0.06 0.40 0.50 0.90 0.47 627.56 0.78 8.00 5.70 10.70 5.13 740.54 0.48 6.70 8.47 7.30 4.83 80.51 0.03 0.40 0.33 0.50 0.20 92.79 0.15 0.15 0.33 0.40 0.13 1017.53 0.20 0.85 0.40 0.45 0.33 110.58 0.03 0.80 0.37 0.65 0.27 120.74 0.03 0.50 0.43 0.60 0.30 130.46 0.03 0.25 0.27 0.40 0.13 146.22 0.07 0.50 0.43 0.75 0.30

降雨影響時(shí)段各徑流小區(qū)的土壤濕度上升和下降以及總體變化的平均速度分別見(jiàn)表3和4。

表3 降雨影響時(shí)段各徑流小區(qū)的土壤濕度上升和下降的平均速度

由表3和4可看出，徑流小區(qū)Ⅲ的土壤濕度上升速度最大，Ⅰ居中，Ⅱ與Ⅳ較??；徑流小區(qū)Ⅱ的土壤濕度下降速度最大，Ⅲ與Ⅰ居中，Ⅳ較小，各徑流小區(qū)的土壤濕度變化平均速度差距不大；徑流小區(qū)Ⅲ的土壤濕度變化速度最大，Ⅰ與Ⅱ居中，Ⅳ最小?？傮w看來(lái)，降雨影響時(shí)段土壤濕度的變化與植被覆蓋度的關(guān)系為：土壤濕度上升速度、變化速度與植被覆蓋度大致呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，土壤濕度下降速度未顯示出隨植被覆蓋度變化的趨勢(shì)。

表4 降雨影響時(shí)段各徑流小區(qū)的土壤濕度變化平均速度

不同植被覆蓋度條件下的土壤濕度變化速度與峰值開(kāi)始時(shí)間總和見(jiàn)圖4。圖4中峰值開(kāi)始時(shí)間(從降雨前1 h開(kāi)始計(jì)時(shí))總和反映了土壤濕度峰值開(kāi)始出現(xiàn)時(shí)間的先后。其中，徑流小區(qū)Ⅳ(157 h)數(shù)值最大，徑流小區(qū)Ⅰ(154 h)與Ⅱ(155 h)數(shù)值相近，Ⅲ(150 h)數(shù)值最小。土壤濕度峰值開(kāi)始時(shí)間總和總體上與植被覆蓋度呈正相關(guān)關(guān)系，植被覆蓋度較高的徑流小區(qū)土壤濕度峰值出現(xiàn)較晚，說(shuō)明較高植被覆蓋度使土壤濕度對(duì)降雨響應(yīng)的滯后效應(yīng)增強(qiáng)。

3.3 無(wú)降雨時(shí)段不同植被覆蓋度條件下土壤濕度變化特征

無(wú)降雨時(shí)段各徑流小區(qū)的土壤濕度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。表5表明，各徑流小區(qū)的土壤濕度最小值相差不大，最大值在徑流小區(qū)Ⅲ最大，Ⅰ與Ⅳ居中，Ⅱ最小，平均值在徑流小區(qū)Ⅲ最大，Ⅱ居中，Ⅰ與Ⅳ較小。因此，土壤濕度的平均值、最大值總體上均與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。而各徑流小區(qū)土壤濕度最小值差距不大，由此可知，不同植被覆蓋度條件下，土壤濕度平均值的差異主要是受土壤濕度數(shù)據(jù)中的較大數(shù)值影響而形成。

表5無(wú)降雨時(shí)段各徑流小區(qū)的土壤濕度數(shù)據(jù)%

徑流小區(qū)編號(hào)極差最小值最大值平均值標(biāo)準(zhǔn)差Ⅰ(50)7.9540.0548.0042.881.94Ⅱ(70)3.3342.8046.1344.060.68Ⅲ(10)11.3041.8053.1046.043.07Ⅳ(75)5.7741.0046.7742.771.50

徑流小區(qū)Ⅲ的土壤濕度的極差、標(biāo)準(zhǔn)差最大，Ⅰ與Ⅳ居中，Ⅱ較小。因此，總體上土壤濕度的極差、標(biāo)準(zhǔn)差與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明植被覆蓋度較低的徑流小區(qū)土壤濕度數(shù)值波動(dòng)較大，受外界環(huán)境變化影響的程度較大。

無(wú)降雨時(shí)段各徑流小區(qū)土壤濕度隨主要?dú)庀笠氐淖兓厔?shì)見(jiàn)圖5。由圖5可知，土壤濕度與氣溫可能呈正相關(guān)，與風(fēng)速、土壤相對(duì)濕度及熱通量等要素未顯示出明顯的相關(guān)性。

對(duì)各徑流小區(qū)土壤濕度與氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析和一元線性回歸分析，其結(jié)果分別見(jiàn)表6和7。表6的Pearson相關(guān)分析結(jié)果表明，各徑流小區(qū)的相關(guān)系數(shù)均大于0，說(shuō)明兩者呈正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.01置信水平的檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)未顯示出隨植被覆蓋度變化的趨勢(shì)。結(jié)合圖2可知，氣溫較高的9和10月降雨量多，而11和12月降雨量較少，因此氣溫較高時(shí)段土壤水受降雨補(bǔ)給較多，土壤濕度偏高，進(jìn)而圖4呈現(xiàn)出土壤濕度隨氣溫升高而上升的趨勢(shì)。

圖1實(shí)驗(yàn)站地理位置圖

圖2 降雨量及每個(gè)徑流小區(qū)內(nèi)土壤濕度平均值隨時(shí)間變化圖

圖3不同植被覆蓋度條件下各次降雨的 圖4不同植被覆蓋度條件下的土壤濕度

土壤濕度變化幅度及平均值 變化速度與峰值開(kāi)始時(shí)間總和

表6 各徑流小區(qū)土壤濕度與氣溫?cái)?shù)據(jù)Pearson相關(guān)分析結(jié)果

表7 各徑流小區(qū)土壤濕度與氣溫?cái)?shù)據(jù)線性回歸分析結(jié)果

表7的一元線性回歸分析的結(jié)果表明，回歸系數(shù)徑流小區(qū)Ⅲ最大，其次為徑流小區(qū)Ⅰ與徑流小區(qū)Ⅳ，徑流小區(qū)Ⅱ最小，總體上與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此，植被覆蓋度越低，土壤濕度隨溫度的變化程度越大。一元線性回歸方程的截距與R2未顯示出隨植被覆蓋度變化的趨勢(shì)。

圖5 無(wú)降雨時(shí)段各徑流小區(qū)土壤濕度隨主要?dú)庀笠氐淖兓厔?shì)

4 討 論

4.1 土壤濕度特征與相關(guān)研究的對(duì)比

本研究中植被覆蓋度越高土壤濕度平均值及最大值越小，其中最大值受植被覆蓋度影響的趨勢(shì)較平均值更明顯，而最小值未顯示出隨植被覆蓋度變化的趨勢(shì)。結(jié)合降雨量和各徑流小區(qū)土壤濕度隨時(shí)間變化特征可知(圖2)，不同植被覆蓋度條件下土壤濕度受降雨的影響程度不同。這是由于植被覆蓋度較高的條件下，降雨較多被植被截留，對(duì)土壤水補(bǔ)給較少。雖然通常植被覆蓋度較高時(shí)植被耗水較多[22-23]，但植被可降低地表溫度并減小風(fēng)速，使土壤水蒸發(fā)速度較慢[24]，因此各徑流小區(qū)土壤濕度最小值差異不大。各徑流小區(qū)土壤濕度平均值受降雨補(bǔ)給差異的影響，也與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中無(wú)降雨影響時(shí)段土壤濕度平均值同樣與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這是由于土壤水補(bǔ)給來(lái)源主要為降雨，而且研究時(shí)段多陰雨天氣且氣溫不高，土壤蒸發(fā)量不大，因此土壤濕度主要受降雨補(bǔ)給影響，與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。此外，由于不同植被類型的高度與結(jié)構(gòu)的差異會(huì)導(dǎo)致降雨截留的差異，再加上不同植被類型根系特征與土壤屬性對(duì)土壤濕度的影響[25]，不同植被類型的耗水與蒸散特征以及不同植被對(duì)其他環(huán)境因素(近地表風(fēng)速，土壤溫度等)的影響，也會(huì)對(duì)土壤濕度產(chǎn)生影響[26-27]。而徑流小區(qū)的植被覆蓋包括草地、灌叢、作物3種不同類型，因此植被類型可能會(huì)對(duì)本研究的結(jié)果產(chǎn)生影響。

已有研究中，關(guān)于植被覆蓋對(duì)土壤濕度的影響有著不同的結(jié)論。馬菁等[28]在云南元陽(yáng)梯田設(shè)置徑流小區(qū)，對(duì)土壤水分動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的研究表明，由于灌木及喬木對(duì)降水的再分配作用大于裸土較多的坡耕地，0～20 cm深度的土壤含水率依次為坡耕地>灌木地>喬木林地，該研究區(qū)土壤類型主要為黃棕壤，且氣溫、降雨與黃壤區(qū)相近，其研究結(jié)果與本研究植被截留作用使土壤水補(bǔ)給減少的結(jié)果相符。張晶晶等[24]對(duì)黃土高原溝壑區(qū)坡面土壤水分的研究表明，土壤水分與植被覆蓋度呈正相關(guān)關(guān)系，與本研究結(jié)果相反。這可能是由于該地區(qū)較高的植被覆蓋度減少了土壤蒸發(fā)，而黃壤區(qū)降雨量較黃土高原區(qū)多，研究時(shí)段9-12月與全年相比蒸發(fā)減弱，降雨對(duì)濕度的影響較大，土壤蒸發(fā)對(duì)土壤濕度的影響較小，因此土壤濕度受不同植被覆蓋度截留作用差異的影響大于蒸發(fā)差異的影響，導(dǎo)致土壤濕度與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)。張志才等[1]研究了貴州喀斯特峰叢山體土壤水分布特征及其影響因素，結(jié)果表明，由于植被可改善土壤保水能力，在其他條件相同的情況下，植被覆蓋區(qū)土壤含水率明顯高于裸露土壤，且不同類型植被對(duì)土壤保水作用的影響依次為林地>低矮灌叢>草地，與本研究結(jié)果相反。這可能是由于本研究樣地為人工填土的徑流小區(qū)，植被生長(zhǎng)時(shí)間較短，且各樣地植被類型差異不大，未對(duì)土壤理化性質(zhì)形成明顯影響，因此植被主要通過(guò)對(duì)降雨進(jìn)行再分配以及改變近地表小氣候來(lái)影響土壤水循環(huán)。李菲[29]研究了不同植被類型下典型喀斯特山區(qū)土壤水分動(dòng)態(tài)及影響因素，結(jié)果表明，原生林與灌叢的土壤水分高于次生林與荒草地，其原因與植被改變土壤理化性質(zhì)有關(guān)，進(jìn)一步說(shuō)明植被增加土壤水分的作用主要是通過(guò)改變土壤理化性質(zhì)形成的。

本研究計(jì)算并對(duì)比了同一坡度不同植被覆蓋度徑流小區(qū)土壤濕度的極差與標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果呈現(xiàn)出植被覆蓋度越高土壤濕度極差與標(biāo)準(zhǔn)差越小的規(guī)律。原因除植被覆蓋度越大降雨時(shí)的截留量越多外，也包括無(wú)降雨影響時(shí)土壤濕度受地表其他環(huán)境變化影響較少，如減小近地表風(fēng)速導(dǎo)致蒸發(fā)減慢、減小地表溫度變化范圍從而使土壤濕度變化程度減小等，也可能與土壤濕度平均值較低使土壤水蒸發(fā)過(guò)程中供水狀況較差從而減慢蒸發(fā)速度有關(guān)。

4.2 降雨影響時(shí)段土壤濕度與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)的原因

有降雨影響時(shí)段，土壤濕度上升速度與變化速度均與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。這是由于同一場(chǎng)降雨中，植被覆蓋度越大，降雨截留量越大，到達(dá)地表并向土壤入滲的降雨量越少，土壤濕度變化速度越慢。較高植被覆蓋度增加了土壤濕度對(duì)降雨響應(yīng)的滯后時(shí)間，是由于在較高植被覆蓋度條件下，降雨通過(guò)植被層及枯落物層的過(guò)程經(jīng)歷了更多的時(shí)間，到達(dá)地表并開(kāi)始向土壤入滲的時(shí)間較晚。而且，在降雨初期，降雨被植被截留的比例較大，截留量達(dá)到截留容量以后，降雨才開(kāi)始大部分降落到地表并下滲，而通常植被覆蓋度越高時(shí)截留容量越大，因此，在同樣的降雨強(qiáng)度下，植被覆蓋度越高則降雨量達(dá)到截留容量越晚，降雨開(kāi)始較大比例穿透植被到達(dá)地表并向土壤入滲的時(shí)間較晚，因此植被覆蓋度越高土壤濕度峰值出現(xiàn)越晚。

4.3 土壤濕度與氣溫的相關(guān)關(guān)系的復(fù)雜性

土壤濕度與氣溫呈正相關(guān)關(guān)系并通過(guò)P=0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，但相關(guān)關(guān)系并不等同于因果關(guān)系。理論上氣溫較高時(shí)土壤溫度也較高，土壤蒸發(fā)相應(yīng)增加從而導(dǎo)致土壤濕度降低，與研究結(jié)果相反。因此可推測(cè)是與氣溫同步變化的其他因素使土壤濕度降低，并且這種因素對(duì)土壤濕度的影響大于氣溫對(duì)土壤濕度的影響。研究時(shí)段為9-12月，理論上氣溫與降水均呈現(xiàn)出總體減少的趨勢(shì),土壤水的補(bǔ)給也因降水減少而相應(yīng)減少[30-31]。結(jié)合圖2可知降雨量更多分布于氣溫較高的9月與10月，研究時(shí)段降雨對(duì)土壤水的補(bǔ)給總體上呈減少趨勢(shì)，且降雨補(bǔ)給減少對(duì)土壤濕度的影響大于氣溫降低蒸發(fā)減少對(duì)土壤濕度的影響。因此，土壤濕度與氣溫呈正相關(guān)關(guān)系的現(xiàn)象應(yīng)理解為，在研究時(shí)段，由于降雨補(bǔ)給減少，從而土壤濕度與氣溫呈正相關(guān)關(guān)系。而各徑流小區(qū)土壤濕度及氣溫的回歸系數(shù)與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，是由于植被覆蓋度越大，降雨對(duì)土壤濕度的影響程度越小，因此植被覆蓋度越大，土壤濕度季節(jié)變化程度越小。

5 結(jié) 論

不同植被覆蓋度的徑流小區(qū)土壤濕度平均值、最大值與降雨補(bǔ)給有關(guān)。由于不同植被覆蓋度條件下植被對(duì)降雨的截留作用不同，總體上土壤濕度的平均值、最大值與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,植被覆蓋度為分別75%、70%、50%、10%的條件下，土壤濕度平均值分別為43.04%、44.34%、43.33%、46.59%。土壤濕度隨時(shí)間的變化主要是受降雨、蒸發(fā)等氣象要素的影響，本研究中土壤濕度的極差、標(biāo)準(zhǔn)差等與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明土壤濕度對(duì)降雨、蒸發(fā)等氣象要素變化的響應(yīng)程度與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

雨強(qiáng)較小時(shí)，不同植被覆蓋度條件下的土壤濕度均無(wú)明顯變化，雨強(qiáng)較大時(shí)，土壤濕度的變化速度以及上升速度、下降速度均與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明土壤濕度對(duì)降雨的響應(yīng)速度與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。植被覆蓋度較高條件下，植被的截留容量增加，降雨通過(guò)植被層所用時(shí)間增加，因此土壤濕度峰值出現(xiàn)時(shí)間較晚，植被覆蓋度為分別75%、70%、50%、10%的條件下，各場(chǎng)降雨土壤濕度峰值開(kāi)始時(shí)間總和分別為157、155、154、150 h。土壤濕度對(duì)降雨響應(yīng)的滯后效應(yīng)與植被覆蓋度呈正相關(guān)關(guān)系。

由于土壤濕度平均水平與降雨對(duì)土壤水的補(bǔ)給作用有關(guān)，而研究區(qū)具有季風(fēng)區(qū)雨熱同期的氣候特點(diǎn)，在氣溫較高的季節(jié)，土壤水受降雨補(bǔ)給較多，且降雨補(bǔ)給變化對(duì)土壤濕度的影響程度大于氣溫變化引起的土壤蒸發(fā)變化，因此在9-12月，土壤濕度呈現(xiàn)出隨季節(jié)變化的特點(diǎn)，與氣溫呈顯著正相關(guān)(P=0.05)。綜上所述，在9-12月，黃壤徑流小區(qū)土壤濕度的動(dòng)態(tài)特征主要受降雨影響，不同植被覆蓋度條件下植被對(duì)降雨的截留作用不同，是導(dǎo)致土壤濕度差異的主要原因。與較干旱地區(qū)及一些自然樣地的研究對(duì)比，土壤濕度受不同植被條件下土壤理化性質(zhì)差異的影響較小。