羅 敘, 李建平,2, 張 翼, 井 樂, 王譽(yù)陶, 張 娟

(1.寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院, 銀川 750021; 2.西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 銀川 750021)

隨著全球氣候變暖，降水分布格局也發(fā)生了一系列變化[1]，研究發(fā)現(xiàn)氣候變暖會(huì)增加我國(guó)降水和極端降水事件發(fā)生的頻率[2]，然而自然降水或者人為灌溉均要先通過轉(zhuǎn)化為土壤水分才能被植物吸收利用[3]。在干旱、半干旱地區(qū)，土壤水分作為降水、地下水和地表水之間相互傳輸?shù)臉蛄翰粌H對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要[4-5]，而且直接影響植被的分布與穩(wěn)定[6]。在荒漠草原區(qū)，降水作為土壤水分補(bǔ)給的主要方式[7]決定著草原植被的分布及生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定。土壤水分因受降水[8]、植被等[9]因素的影響，存在明顯的時(shí)空變化特征[10]，而深層土壤水分作為植物生長(zhǎng)的儲(chǔ)備水源，在植物應(yīng)對(duì)干旱等極端天氣方面發(fā)揮著重要作用[11]。

全球氣候變化使降水的不可預(yù)測(cè)性難度增大，在干旱缺水的地區(qū)，土壤水分的時(shí)空變化越來越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注[12]。已有研究表明，在大尺度上，如全球中緯度地區(qū)和大陸尺度，降水等氣象因素對(duì)土壤水分空間異質(zhì)性影響明顯[13]；而在黃土丘陵小流域等小尺度上，地形和植被等環(huán)境因子和土壤結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)等理化性質(zhì)為主導(dǎo)因子[14]。Brocca等[15]在田間和流域尺度上，利用遙感反演土壤水分變化規(guī)律并結(jié)合土壤水分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究土壤水分的時(shí)空變異性。Matsui等[16]研究了土壤水分入滲與土壤含水量的關(guān)系。王正安等[12]在六盤山半干旱區(qū)對(duì)華北落葉松林研究發(fā)現(xiàn)，0—10 cm土層土壤含水率與降雨量變化趨勢(shì)具有一致性，并且土壤含水率對(duì)不同雨強(qiáng)的響應(yīng)表現(xiàn)出顯著的差異。符娜等[17]在黃土區(qū)人工林地研究發(fā)現(xiàn)，土壤含水率隨土層深度的增加而逐漸降低，并長(zhǎng)期維持在較為穩(wěn)定的范圍內(nèi)。沈志強(qiáng)等[18]通過野外坡面降雨試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)不同土層對(duì)降雨的響應(yīng)不同，植被密度大的試驗(yàn)區(qū)土壤水分對(duì)降雨的表現(xiàn)較為平緩與延遲。李小英等[19]發(fā)現(xiàn)，黃土高原地區(qū)表層土壤水分與降水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，同時(shí)表層土壤水分分布存在較大時(shí)空差異和明顯的季節(jié)性變化。蘇瑩等[20]研究發(fā)現(xiàn)降雨量的時(shí)間變化對(duì)于土壤體積含水率的時(shí)間變化具有重要影響。方楷等[21]研究發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)初期的土壤水分是植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵影響因子，并且植物生長(zhǎng)耗水主要來自60—100 cm土層。綜上，相關(guān)研究人員對(duì)林地土壤水分在垂直方向的變化、降水量與表層土壤水分的關(guān)系、以及植被生長(zhǎng)對(duì)土壤水分的消耗狀況和利用層次進(jìn)行了相關(guān)研究，而對(duì)不同降雨量下荒漠草原深層土壤含水量的研究比較少。鑒于此，本試驗(yàn)通過設(shè)置不同降雨梯度，分析研究荒漠草原不同土層土壤水分的時(shí)空變化規(guī)律以及對(duì)植被生長(zhǎng)的影響，揭示降雨量對(duì)荒漠草原不同土層土壤含水量的影響，以期為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)提供理論參考。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)鹽池縣花馬池鎮(zhèn)四墩子村(37°76′N，107°28′E)，其北鄰毛烏素沙地，南接黃土高原，由南向北從黃土高原丘陵區(qū)向鄂爾多斯臺(tái)地過渡。平均海拔1 600 m，年平均氣溫8.1℃，年降水量289 mm，大部分集中在6—9月[22]；年均蒸發(fā)量2 132 mm，≥0℃年積溫為3 430℃，屬于典型的中溫帶大陸性氣候[23]。地帶性植被類型為荒漠草原，地帶性土壤為灰鈣土，土壤質(zhì)地多為沙壤和粉砂壤，肥力低下。植被以旱生和中旱生植物類型為主，主要分布有胡枝子(Lespedezabicolor)、蒙古冰草(Agropyronmongolicum)、遠(yuǎn)志(Polygalatenuifolia)、砂珍棘豆(Oxytropisracemosa)和豬毛蒿(Artemisiascoparia)等[24]。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)來源

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年6月—10月在鹽池縣四墩子基地進(jìn)行，通過對(duì)試驗(yàn)區(qū)近40 a的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，以年平均降水量和波動(dòng)極值為依據(jù)，利用遮雨棚和人工補(bǔ)水的方式模擬了5個(gè)不同梯度的降水處理，分別為正常降雨的33%，66%，100%，133%，166%，按蛇形法隨機(jī)設(shè)置小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為36 m2(6 m×6 m)，間距20 m，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共設(shè)置15個(gè)小區(qū)。試驗(yàn)前期各小區(qū)植被生長(zhǎng)狀態(tài)及植被數(shù)量基本一致，土壤水分無顯著差異。整個(gè)試驗(yàn)期間，對(duì)33%和66%減雨區(qū)采用鋼架結(jié)構(gòu)和凹型長(zhǎng)條透明塑料板通過人工遮雨的方式分別遮擋小區(qū)面積的2/3，1/3，對(duì)133%和166%增雨區(qū)，每次降雨之后利用雨量筒測(cè)定降雨量，按照小區(qū)面積計(jì)算增雨量，并用灑壺補(bǔ)充到增雨區(qū)(補(bǔ)充的水為遮雨棚收集的自然降雨)，正常降雨為100%(圖1)。利用HOBO MX2301(Onset Computer Corporation，USA)檢測(cè)各小區(qū)溫度，溫度采集間隔為15 min。為防止水分?jǐn)U散，每個(gè)小區(qū)四周利用1.2 m寬的塑料板進(jìn)行水分隔離，地下埋藏深度1.1 m，地上漏出10 cm阻止地表徑流。小區(qū)中心設(shè)置一個(gè)2 m深的TDR管，每半個(gè)月(分別為每月的第1天和第15天)定點(diǎn)測(cè)定不同土層土壤含水量，每40 cm作為一個(gè)土層，共5個(gè)土層，每個(gè)月的數(shù)據(jù)取本月兩次測(cè)量的平均值。采用收獲法[25]測(cè)定植被特征，在每個(gè)小區(qū)中隨機(jī)設(shè)置1個(gè)1 m×1 m的小樣方，測(cè)定各降水處理下植物的密度、蓋度、頻度、高度及地上和地下生物量，稱鮮重(g/m2)，作為總生物量。

圖1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖

2.2 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS 22.0(IBM Corporation，USA)對(duì)各降水處理下不同土層土壤含水量采用One-way ANOVA和Duncan法進(jìn)行單因素方差分析、多重比較(p<0.05)及對(duì)土壤水分影響因素進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，采用Origin Pro 2017(OriginLab Corporation，USA)對(duì)分析結(jié)果作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 降雨量與各處理土壤含水量的動(dòng)態(tài)分析

試驗(yàn)期間隨著季節(jié)變化降雨量呈波動(dòng)降低的趨勢(shì)(圖2)，6月、7月、8月份降水較多，分別為58.2，55.5，55.3 mm；9月、10月份降水量分別為40.1，38.0 mm。6月份平均氣溫為23.15℃，7月份平均氣溫為25.82℃，8月份平均氣溫為25.18℃，9月份平均氣溫為19.35℃，10月份出現(xiàn)了零下溫度，平均氣溫為12.15℃；除166%降水處理的土壤含水量在9月份最大外，其余各降水處理土壤含水量均在7月份達(dá)到最大值，之后33%，66%和100%降水處理出現(xiàn)了不同程度的下降，133%和166%降水處理在降水較少的9月、10月份土壤含水量出現(xiàn)了不同程度的回升。

圖2 降水變化與土壤含水量的動(dòng)態(tài)變化

3.2 不同降水梯度下土壤平均含水量的月變化動(dòng)態(tài)

由圖3可知，9月份之前土壤含水量由高到低依次為100%>66%>33%>166%>133%，增雨處理下土壤含水量相對(duì)較低，正常降雨處理下的土壤含水量均高于同期其他降水處理。每月土壤平均含水量由高到低依次為7月>6月>8月>9月>10月，33%，66%和100%降水處理隨著季節(jié)變化土壤含水量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)；133%降水處理在6月、7月份土壤含水量保持在9.16%，9月份下降至8.31%，10月份呈現(xiàn)小幅回升；166%降水處理在降水較少的9月、10月份土壤含水量高于相較降雨較多的6月、7月、8月份。6月、7月份增雨處理與對(duì)照呈顯著性差異(p<0.05)，8月份只有133%降水處理與對(duì)照呈顯著性差異(p<0.05)，9月、10月份，同期各處理之間無顯著性差異。

注：不同小寫字母表示不同降水處理在同一月份差異顯著(p<0.05)，下同。

3.3 不同土層土壤水分對(duì)降雨變化的響應(yīng)

不同降水處理下0—40 cm土層土壤含水量的月動(dòng)態(tài)變化見圖4A，各處理土壤含水量均在7月份達(dá)到最大值。166%降水處理在6月、7月、8月份土壤含水量均高于同期其他處理，9月、10月份除對(duì)照處理外，166%降水處理下土壤含水量高于同期其他處理。除33%降水處理外，其他處理均隨季節(jié)變化呈升—降—升的變化趨勢(shì)；100%和133%降水處理在9月份出現(xiàn)回升，66%和166%降水處理在10月份出現(xiàn)回升。6月份，166%降水處理與33%和133%降水處理呈顯著性差異(p<0.05)；7月份，166%降水處理與33%，66%和133%降水處理呈顯著性差異(p<0.05)；8月份，166%降水處理與同期各處理均呈顯著性差異(p<0.05)；9月、10月份100%和166%降水處理無顯著性差異。

不同降水處理下40—80 cm土層土壤含水量的月動(dòng)態(tài)變化見圖4B，各處理土壤含水量依然均在7月份達(dá)到最大值，減雨處理和對(duì)照處理在6月、7月、8月份土壤含水量高于9月、10月份。對(duì)照處理在該層土壤含水量最高，增雨處理在該層土壤含水量相對(duì)較低。減雨處理與對(duì)照處理在6月、7月、8月份無顯著性差異，增雨處理與對(duì)照呈顯著性差異，但隨著時(shí)間的推遲此差異逐漸變?。?月、10月份，雖然增雨處理與對(duì)照相比土壤含水量百分點(diǎn)分別降低了4.04%，1.49%和2.38%，1.47%，但同期各處理之間未達(dá)到顯著差異。

不同降水處理下80—120 cm土層土壤含水量的月動(dòng)態(tài)變化見圖4C，增雨處理下土壤含水量低于其他處理。8月份之后33%，66%和100%降水處理在該層土壤含水量出現(xiàn)了不同程度的下降，而增雨處理在該層土壤含水量出現(xiàn)了一定程度的增加。6月份，增雨處理與對(duì)照呈顯著性差異，之后隨著季節(jié)變化這種差異逐漸減小。9月份，133%和166%增雨處理相較于對(duì)照百分點(diǎn)分別降低了2.91%，0.33%；10月份，133%和166%增雨處理相較于對(duì)照百分點(diǎn)分別降低了1.20%，1.60%，但均未達(dá)到顯著差異。

不同降水處理下120—160 cm土層土壤含水量的月動(dòng)態(tài)變化見圖4D，對(duì)照處理在該層的土壤含水量高于其他人為干擾處理。8月份之前各處理土壤含水量保持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，之后66%，100%和133%降水處理土壤含水量開始下降，9月、10月份增、減雨處理與對(duì)照處理之間土壤含水量差值呈逐漸減小的趨勢(shì)。6月、7月、8月份各處理與對(duì)照呈顯著性差異(p<0.05)，9月、10月份除66%降水處理外，同期各處理之間無顯著性差異。

不同降水處理下160—200 cm土層土壤含水量的月動(dòng)態(tài)變化見圖4E，對(duì)照處理的土壤含水量均高于其他處理。6月、7月、8月份不同時(shí)期各處理之間土壤含水量差異呈相同的變化趨勢(shì)，土壤含水量由高到低依次為100%>66%>33%>133%>166%。9月份之后各處理土壤含水量趨于12%。6月、7月、8月份同期各處理之間呈顯著性差異(p<0.05)，9月、10月份同期各處理之間無顯著性差異。

圖4 不同降水處理下各土層土壤含水量的月動(dòng)態(tài)變化

3.4 不同土層土壤含水量的變異系數(shù)

不同降水處理下各土層土壤含水量的變異系數(shù)見圖5。變異系數(shù)在一定程度上能表現(xiàn)土壤水分在空間上的分布，變異系數(shù)越大，說明土壤含水量變化就越劇烈，反之土壤含水量變化就越小。一般認(rèn)為變異系數(shù)<0.1為弱變異，變異系數(shù)在0.1～1.0為中等變異，變異系數(shù)>1.0為強(qiáng)變異[26]。整體來看，6月、7月、8月份深層(120—200 cm)土壤水分變異系數(shù)較上層小，120 cm以下變異系數(shù)均呈現(xiàn)出弱變異。9月、10月份各處理變異系數(shù)呈現(xiàn)升—降—升的“S”型變化。6月、7月、8月份133%降水處理在40—80 cm土層處土壤水分變異系數(shù)明顯高于其他處理，其值分別為0.25，0.31，0.22，表現(xiàn)出中等變異。對(duì)照處理在8月份最大變異出現(xiàn)在80—120 cm，9月、10月份的最小變異系數(shù)出現(xiàn)在80—120 cm土層。6月份，33%，100%和166%降水處理最大變異出現(xiàn)在0—40 cm，66%和133%降水處理最大變異系數(shù)出現(xiàn)在40—80 cm；7月、8月份，減雨處理和133%降水處理土壤水分變異系數(shù)最大值出現(xiàn)在0—40 cm，166%降水處理變異系數(shù)最大值出現(xiàn)在40—80 cm；9月、10月份，減雨處理和166%降水處理最大變異系數(shù)出現(xiàn)在0—80 cm，133%降水處理出現(xiàn)在40—120 cm。

圖5 各處理在不同時(shí)期各土層的變異系數(shù)

3.5 植被特征對(duì)降雨變化的響應(yīng)

不同降雨處理下植被特征變化見圖6。增雨處理下植被密度大于減雨處理，除133%降水處理外，植被密度隨著降雨量的增加表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。166%降水處理的植被密度最大，較對(duì)照處理高17.70%，但各降水處理之間均未達(dá)到顯著差異；植被蓋度隨降雨量的增加呈先增加后減小的趨勢(shì)，增雨處理的植被蓋度低于減雨處理，33%，66%和133%，166%降水處理分別較對(duì)照低43.50%，33.40%，47.03%，54.14%。33%，133%和166%降水處理與對(duì)照呈顯著差異(p<0.05)；增雨處理和減雨處理的植被頻度均高于對(duì)照，各處理之間未達(dá)到顯著差異；66%和133%降水處理的植被高度較對(duì)照高，分別高出30.70%，18.72%，各處理之間未達(dá)到顯著差異水平；除133%降水處理外，地上、地下生物量隨降水的增加呈增加趨勢(shì)，166%增雨處理下根系生物量與減雨處理和133%降水處理達(dá)到顯著差異水平(p<0.05)，與對(duì)照相比未達(dá)到顯著差異。

圖6 各降水處理下植被特征的變化

3.6 土壤水分影響因素關(guān)聯(lián)分析

表1統(tǒng)計(jì)了不同土層土壤水分與各影響因素之間的相關(guān)系數(shù)，土壤含水量與植被蓋度、頻度和高度呈負(fù)相關(guān)，與降水、溫度、植被密度和地上、地下生物量呈正相關(guān)。

表1 土壤水分影響因素相關(guān)分析

33%降水處理在土層深度為0—40 cm和80—120 cm時(shí)土壤含水量與溫度呈顯著相關(guān)(p<0.05)，33%和66%降水處理在土層深度為40—80 cm時(shí)土壤含水量與溫度表現(xiàn)出極顯著相關(guān)(p<0.01)。66%和100%降水處理在120—200 cm時(shí)土壤含水量與溫度呈顯著相關(guān)(p<0.05)，133%降水處理在120—160 cm時(shí)土壤含水量與溫度表現(xiàn)出極顯著相關(guān)(p<0.01)。33%和166%降水處理下土壤淺層(0—40 cm)土壤含水量與降雨量在0.05水平上顯著相關(guān)，66%和100%降水處理的0—80 cm和120—200 cm土層土壤含水量與降水量在0.01水平上顯著相關(guān)。減雨處理在深層(160—200 cm)時(shí)植被密度與土壤含水量呈正相關(guān)，而增雨處理在淺層表現(xiàn)出正相關(guān)，并且隨著降雨量的增加正相關(guān)土層減少。隨著降水量的增加160—200 cm土層土壤含水量與植被蓋度的相關(guān)性呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，正常降雨處理下相關(guān)性最強(qiáng)，當(dāng)降水量增加到166%時(shí)該層土壤含水量與植被蓋度呈負(fù)相關(guān)。減雨處理下植被頻度的相關(guān)性強(qiáng)于增雨處理。33%和133%降水處理在土層深度為40—120 cm，66%降水處理下土層深度為0—160 cm，166%降水處理土層深度為80—200 cm時(shí)，土壤含水量與高度呈正相關(guān)關(guān)系。除33%降水處理的0—40 cm土層外，減雨處理各土層地上、地下生物量與對(duì)應(yīng)的土層土壤含水量的相關(guān)性相反，而增雨處理的相關(guān)性一致。

4 討 論

土壤水分是限制植被形成與發(fā)展的關(guān)鍵因子，其在氣候干旱、生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱的荒漠草原區(qū)發(fā)揮著重要作用[27]。本研究通過對(duì)2019年6—10月植物生長(zhǎng)期降雨量變化對(duì)荒漠草原不同土層土壤含水量在時(shí)間和空間變化的分析，得出除166%降水處理土壤含水量在9月份最高外，其余各降水處理土壤含水量均在7月份達(dá)到最大值，且增雨處理在9月、10月份土壤含水量相較于8月份表現(xiàn)出不同程度的回升。說明是土壤含水量的變化對(duì)增雨變化有一定的滯后性；正常降水處理的土壤含水量在同期各處理之間最高，不同降水處理土壤水分含量變化趨勢(shì)不同。其原因是2019年6月份開始測(cè)量時(shí)，此時(shí)寧夏中部干旱帶處于春末夏初，植被剛剛萌發(fā)，風(fēng)速較大，空氣濕度相對(duì)低，土壤水分蒸發(fā)強(qiáng)烈。6月15日開始，自然降雨增加，土壤開始補(bǔ)充水分，相應(yīng)的土壤含水量逐漸增加，較高的土壤含水量有利于補(bǔ)充植被消耗和土壤蒸散的水分，7月份測(cè)得土壤含水量達(dá)到最大。8月份自然降水減少，加之該時(shí)期是植被生長(zhǎng)的旺盛期，對(duì)水分的需求非常敏感。同時(shí)該區(qū)氣溫高，導(dǎo)致植物、土壤蒸騰蒸發(fā)量升高。9月、10月份自然降雨較8月份更少，植被只能消耗土壤貯存的水分，并且此時(shí)試驗(yàn)地日照時(shí)間縮短，蒸發(fā)量減少。說明植被對(duì)水分的利用影響了土壤水分在時(shí)間尺度上的變異[28]。

增雨處理植被密度大于減雨處理，原因是增雨處理下的一部分土壤水分用于植物生長(zhǎng)且166%降水處理豐富的地上生物量(主要植被為胡枝子、蒙古冰草和遠(yuǎn)志)對(duì)雨水有很好的截留和保持能力；而減雨處理伴隨干旱脅迫的持續(xù)導(dǎo)致植被生長(zhǎng)弱小，土表裸露面積較增雨處理大，加上試驗(yàn)期間植物正處于生長(zhǎng)期，土壤水分只能蓄積在深層以保證植物正常蒸騰需水。說明土壤水分對(duì)降雨的響應(yīng)受樣地植被及草本植物密度大小的影響[18]。8月份之后，土壤含水量出現(xiàn)了不同程度的下降，9月、10月份時(shí)各降水處理之間土壤含水量未達(dá)到顯著性差異。由此可見，土壤含水量與降雨量表現(xiàn)一致，這與李新榮等[29]研究一致。

不同土層對(duì)降雨量變化的響應(yīng)不同，166%最大降水處理的土壤含水量在土壤淺層(0—40 cm)最高，這與馬生花等[7]研究一致。原因是33%，66%，100%，133%降水處理植被生物量低，表層土壤與大氣直接接觸，地表蒸發(fā)強(qiáng)烈，即使降雨較多的月份表層土壤含水量仍然不會(huì)有太大的升高。在40—120 cm土層中增雨處理土壤含水量低于其他降水處理，因?yàn)椴菰脖簧L(zhǎng)耗水主要是在60—100 cm土層[21]；隨著土層深度的增加降水對(duì)土壤水分的補(bǔ)給減弱，對(duì)土壤含水量的影響越來越小。這與潘顏霞等[30]研究的降雨是引起土壤水分空間變異的主要影響因素的結(jié)論一致。不同深度的土壤含水量受降雨的影響不同，其中0—40 cm最大，降雨量較小時(shí)，深層土壤含水量幾乎不受影響。不同降水處理土壤含水量隨著時(shí)間的推遲呈現(xiàn)“S”型變化，且減雨處理表層土壤含水量低于深層土壤含水量，這與王艷莉等[28]在人工固沙植被區(qū)研究結(jié)果有所差異，但總體說明了土壤含水量對(duì)降水變化的響應(yīng)比較敏感[30]。增雨處理下土壤水分變化的土層深度大于減水處理，這與王艷莉等[28]研究的干旱年份與濕潤(rùn)年份結(jié)果一致。除133%降水處理平均變異系數(shù)為0.117外，其他降水處理土壤含水量的平均變異系數(shù)均表現(xiàn)出弱變異水平，說明不同降水變化對(duì)土壤水分變異的影響較小，這與前人研究結(jié)果一致[31-32]。不同降水處理下表層土壤含水量變異系數(shù)大于深層土壤含水量的變異系數(shù)，變異系數(shù)較小值集中在深層，這與李小英等[19]研究一致。說明降雨量變化對(duì)土壤水分蒸發(fā)和植被蒸騰對(duì)0—80 cm土層的影響最大，隨著土層深度的增加變異系數(shù)逐漸減小。166%增雨處理在降雨較多的6月、7月、8月份變異系數(shù)較小，因?yàn)槠陂g該樣地較大的植被覆蓋度使一部分雨水被截留，同時(shí)也減少了土壤水分的蒸發(fā)，在一定程度上減小了土壤水分的損失。33%減雨處理變異系數(shù)較大是因?yàn)橹脖簧w度低，降雨進(jìn)入土壤后容易被蒸發(fā)。9月、10月份增雨處理和正常降雨0—200 cm土層土壤水分變異系數(shù)大于減雨處理，分析其原因是正常降雨和增雨處理下植被覆蓋度大，降雨量減少時(shí)消耗的土壤水分多[33]。

增雨處理較減雨處理的植被密度大，說明在荒漠草原降水較少的情況下增加降水可以促進(jìn)一年生植物的萌發(fā)。原因是在降水較少的荒漠草原區(qū)，表層土壤水分相對(duì)比較匱乏，減水處理進(jìn)一步降低了土壤水分，從而限制植物對(duì)水分的吸收。此外，研究區(qū)優(yōu)勢(shì)植物群落主要是多年生植物(蒙古冰草、砂珍棘豆、遠(yuǎn)志)，其根系分布于土壤淺層[34]，對(duì)表層土壤水分利用效率較高[35]。在一定降水量范圍內(nèi)，植被蓋度隨降水量的增加呈增加的趨勢(shì)，這主要是增水能增加植物的生長(zhǎng)；各降水處理植被頻度和高度均未達(dá)到顯著差異水平。

荒漠草原區(qū)植被生物量對(duì)降水的響應(yīng)敏感[36]，166%降水處理地上、地下生物量均高于33%降水處理，這與Zhang等[37]研究得出的較高的植被密度能使植物更好地利用環(huán)境資源，從而提高生物量的結(jié)論一致。降水量在正常降水范圍波動(dòng)時(shí)生物量維持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，可能與植被生長(zhǎng)狀況密切相關(guān)[38]；133%降水處理下植被高度較低的原因可能與樣方內(nèi)植被類型分布有關(guān)。

本研究發(fā)現(xiàn)，除33%降水處理120—160 cm土層、100%降水處理0—40 cm土層和133%降水處理40—120 cm，160—200 cm土層以及166%降水處理的80—200 cm土層外，土壤含水量與降雨量、溫度均呈正相關(guān)關(guān)系。減雨處理下土壤水分與溫度的相關(guān)性土層較增雨處理的淺，說明減雨處理下溫度對(duì)淺層土壤含水量有顯著影響。66%降水處理的土層土壤含水量與植被高度的正相關(guān)土層(0—160 cm)的分布淺于增水處理的土層(80—200 cm)，表明增雨處理下深層土壤水和減雨處理下淺層土壤水可以促進(jìn)荒漠草原植被的生長(zhǎng)高度。減雨處理下植被蓋度與頻度的相關(guān)性強(qiáng)可能與一年生草本的蓋度值較低有關(guān)[38]。

5 結(jié) 論

在荒漠草原區(qū)，土壤含水量主要受降雨量的影響，且兩者呈正相關(guān)關(guān)系。雨季后增雨處理的土壤水分表現(xiàn)出明顯的滯后性，當(dāng)自然降水減少時(shí)，正常降水處理更有利于土壤保水；降雨量對(duì)土壤含水量的影響主要集中在土壤淺層(0—40 cm)，對(duì)深層影響較?。唤邓慷嗟脑路?6—8月)土層深度對(duì)變異系數(shù)的影響大于降雨量對(duì)其的影響，降水較少的月份(9月和10月)深層土壤水分變異增大；166%降水處理能提高荒漠草原生產(chǎn)力，適度的減水(66%)和增水(133%)處理下，降雨量與各土層土壤含水量能保持較強(qiáng)的相關(guān)性且能增加荒漠草原植被高度；極度缺水情況下，淺層土壤水分與溫度呈顯著相關(guān)。