翟國(guó)爽

（朝陽(yáng)市建平縣白山鄉(xiāng)水利服務(wù)站，遼寧 建平 122406）

為恢復(fù)遼西低山丘陵區(qū)的生態(tài)植被，在這一地區(qū)國(guó)家先后啟動(dòng)了防護(hù)林建設(shè)、退耕還林草和天然林防護(hù)等一系列生態(tài)工程[1]。工程措施、農(nóng)業(yè)耕作措施和植被措施被稱為三大水保措施，措施的實(shí)施會(huì)給土壤水分的靜態(tài)分布和動(dòng)態(tài)過(guò)程造成影響，反之土壤水分的動(dòng)態(tài)變化和分布特征也會(huì)影響水保措施的實(shí)施及效益[2]。目前，中國(guó)研究土壤水分受水保措施影響的較多，主要側(cè)重于不同林、草地及林分密度的對(duì)比分析，而系統(tǒng)探討不同地形林草地特別是遼西低山丘陵區(qū)人工刺槐林土壤水分的還較少。自然條件下，在植被、地形、土壤及氣候的共同作用下土壤水分表現(xiàn)出很強(qiáng)的尺度效應(yīng)和顯著的時(shí)空異質(zhì)性，地表形態(tài)水分的動(dòng)態(tài)過(guò)程和靜態(tài)分布的改變會(huì)導(dǎo)致土壤含水率發(fā)生變化[3-6]。從垂直剖面上，受植被根系吸收、蒸騰、土壤蒸發(fā)、降水、氣溫等外界環(huán)境的共同影響，不同植被類型土壤含水量表現(xiàn)出不同的變化特征。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者廣泛研究了不同用地方式下黃土丘陵區(qū)土壤水分的動(dòng)態(tài)變化、效應(yīng)影響等，并提出降水等大氣屬性是影響大尺度上土壤含水量空間異質(zhì)性的關(guān)鍵因素，而小尺度范圍內(nèi)土壤含水量的主控因素有土壤理化性質(zhì)、土地利用類型、植被、地形條件、有機(jī)質(zhì)含量等[7-10]。在諸多因子綜合作用下土壤水分的時(shí)空異質(zhì)性極其顯著，土壤水分的時(shí)空異質(zhì)性受植被、土地利用、坡位、坡度、坡向、降雨、溫度等影響顯著[11]。鑒于此，文章結(jié)合相關(guān)研究成果，以遼西低山丘陵區(qū)紅山小流域次生草地和高、中、低密度人工刺槐林的土壤水分觀測(cè)為依據(jù)，全面考慮大面積退耕還林這一植被治理措施的林分密度及草地、林地等不同用地方式的土壤水分特征，并提出不同地形部位的適宜種植密度和植被類型，為合理配置該區(qū)植被措施提供一定支持。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)設(shè)于遼西低山丘陵區(qū)紅山小流域，屬遼河中下游，介于E119°33′57″～119°38′26″、N41°51′49″～41°55′10″之間，流域總面積21.66km2，海拔高程669～971m。流域?qū)俅箨懶约撅L(fēng)氣候，日照時(shí)數(shù)2858h，無(wú)霜期129d，平均氣溫8.3℃，降水量433mm/a，降水年季間變化大且年內(nèi)分配不均勻，多集中在7、8、9月，蒸發(fā)量1823mm/a，相對(duì)濕度53%，日照充足，雨熱同期，有溝谷、溝臺(tái)、梁坡和坡面。流域內(nèi)以人工林為主，樹種主要有沙棘、荊條、棉槐，刺槐等，經(jīng)濟(jì)林主要有山杏，林木成材率較低，草種以狗尾草、沙打旺、胡枝子、馬藺草、蒲公英、燕麥草、披堿草等為主，林草覆蓋率40.71%。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

2020年4-10月在建平縣紅山小流域林地進(jìn)行試驗(yàn)，將試驗(yàn)區(qū)內(nèi)10個(gè)林地樣地按前期林分結(jié)構(gòu)調(diào)查結(jié)果劃分成低、中、高3個(gè)密度等級(jí)，所對(duì)應(yīng)的種植密度1000～2000株/hm2、2000～4000株/hm2、≥4000株/hm2。樣地信息統(tǒng)計(jì)表，見表1。

表1 樣地信息統(tǒng)計(jì)表

在流域內(nèi)溝臺(tái)、梁坡、坡面三種地表形態(tài)上設(shè)置3個(gè)草地和4個(gè)林地，各樣地土壤利用土鉆采樣法分層取樣并測(cè)定含水率。分層范圍為0～10cm、10～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm、100～120cm，土 層 總 深 度0～120cm，為保證數(shù)據(jù)精度，在自然無(wú)人為擾動(dòng)情況下每層隨機(jī)選取上、中、下3個(gè)采樣點(diǎn)。烘箱溫度108～110℃，各土壤樣品烘8h至恒重，測(cè)定含水量并取算數(shù)平均值，含水率=(濕土質(zhì)量-烘干土質(zhì)量)/烘干圖質(zhì)量×100%。

2.2 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)采用Excel 2012、Origin 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖形繪制，應(yīng)用SPSS軟件計(jì)算單因素方差，以此反映不同林分密度刺槐林地和不同水土治理方式的土壤水分含量差異。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林分密度刺槐林地土壤含水量

1）土壤水分隨土層深度的變化。不同土層深度的土壤含水量變化，見圖1。結(jié)果顯示：①人工刺槐林地土壤水分在高、中、低3個(gè)密度等級(jí)上的變化趨勢(shì)基本相同，隨土層深度增加(0～60cm近地表)土壤含水量逐漸減小，其中0～40cm內(nèi)變幅較大，40～60cm內(nèi)變幅趨于平緩；②60cm處土壤含水量出現(xiàn)拐點(diǎn)，此后隨深度進(jìn)一步增大開始趨于緩和，其中高、低密度林地略有增大，中密度基本不變；③中、低密度刺槐林土壤含水量在0～60cm近地表差異最小，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高密度林地，高出約3.0%，0～15cm近地表的中密度林地土壤含水量最大達(dá)到20.8%。

圖1 不同土層深度的土壤含水量變化

2）土壤水分隨季節(jié)的變化。不同時(shí)間的土壤含水量變化，見圖2。結(jié)果顯示：①隨時(shí)間變化3種林分密度土壤含水率變化趨勢(shì)相似，整體表現(xiàn)出對(duì)稱變化特征，并且8-10月、4-6月變化較緩，6-8月變幅較大；②6-8月土壤含水率變幅最大的是高密度林地，8月后中、低密度林地土壤含水率略有上升，同時(shí)段高密度等級(jí)緩慢減小，7-8月份中、低密度林地土壤含水率比較接近；③在4-6月生長(zhǎng)季高、低密度林地土壤含水率降幅低于中密度。

圖2 不同時(shí)間的土壤含水量變化

3.2 草地和林地土壤水分垂直分布差異

為揭示土壤水分受地表形態(tài)的影響特征，比較分析了溝谷、梁坡、坡面3種地形部位的草地與領(lǐng)地的土壤含水率。不同地形的土壤含水量變化，見圖3。

圖3 不同地形的土壤含水量變化

1）坡面草地和林地土壤含水率變化。由圖3(a)可知，隨土層深度變化坡面草地、林地土壤含水率變化趨勢(shì)基本一致，均為土層越深則含水率越小。具體而言：①坡面草地含水率明顯小于林地，變幅也較小，而0～40cm深度時(shí)林地土壤含水率銳減，在40cm深度從含水率出現(xiàn)拐點(diǎn)，從20.2%減小到13.5%，減小了6.7%，隨后逐漸趨于穩(wěn)定；②草地相對(duì)于林地土壤含水率小約10%，淺表層(0～10cm之間)土壤含水率達(dá)到6.1%，80cm深時(shí)最小達(dá)到2.2%，隨土層深度變化草地土壤含水率變幅要明顯低于林地，0～40cm深度時(shí)呈緩慢減小趨勢(shì)，40cm以下的變幅更小。

2）梁坡草地和林地土壤含水率變化。由圖3(b)可知：①在表層上梁坡草地和林地土壤含水率變化趨勢(shì)相反，0～40cm深度內(nèi)林地土壤含水率不斷減小至最低點(diǎn)，而草地土壤含水率呈現(xiàn)出逐漸增大趨勢(shì)；②40cm以下時(shí)草地和林地土壤含水率變化趨于平穩(wěn)，深層土壤的梁坡草地與林地土壤含水率相差較小。

3）溝臺(tái)草地和林地土壤含水率變化。由圖3(c)可知：①在0～20cm深度時(shí)溝臺(tái)草地、林地土壤含水率變化趨勢(shì)基本相同，土層越深則含水率越??；②隨著深度的進(jìn)一步加大，林地土壤含水率逐漸減小至60cm深度的最低值，而草地在20cm埋深以下逐漸增大，隨土層深度的增大草地與林地土壤含水率不斷減小的態(tài)勢(shì)僅發(fā)生在表層，20cm以下林草地土壤含水率隨土層深度的增大表現(xiàn)出相反趨勢(shì)，在20～60cm深度范圍內(nèi)林地繼續(xù)減小，而草地表現(xiàn)出增大趨勢(shì)，60cm以下時(shí)草地與林地土壤含水率隨土層深度的增大不再發(fā)生明顯變化；③總體而言，隨土層深度變化溝臺(tái)林地土壤含水率變化趨勢(shì)最明顯，整體呈減少趨勢(shì)。

3.3 草地和林地土壤水分季節(jié)變化特征

從圖4可以看出，草地與林地土壤含水率季節(jié)變化特征非常明顯，總體變化趨勢(shì)相同，整個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)表現(xiàn)出緩降、急升、速降、緩升的特征，不同地形部位的土壤含水率動(dòng)態(tài)變化規(guī)律大致相同：4～6月緩慢下降、6～7月急速上升、7～8月快速下降、9～10月緩慢上升，其中6～8月變幅最大，7月土壤含水率達(dá)到最高，對(duì)于不同地形部位草地土壤含水率低于林地。

圖4 不同地形的土壤含水量季節(jié)性變化

3.4 不同植被類型土壤水分深度差異性

由表2可知，對(duì)于不同地形部位草地的土壤含水率變異系數(shù)總體小于林地。結(jié)果表明：不同地形部位林地土壤含水率在0～60cm范圍內(nèi)隨土層深度的增加表現(xiàn)出減小趨勢(shì)，而草地土壤含水率變化不明顯。其中，同一列字母不同則代表土壤含水率差異顯著(P＜0.05)，同一列有相同字母則代表差異不顯著(P＞0.05)。

表2 不同土層深度剖面的土壤含水率差異

通過(guò)分析0～20cm之間土壤含水率可知：①坡面草地土壤含水率比林地低，梁坡差異較大而溝臺(tái)差異較小；②對(duì)于40～120cm之間，梁坡草地土壤含水率高于林地，坡面草地土壤含水率與林地相差不大，溝臺(tái)林地土壤含水率遠(yuǎn)低于草地。對(duì)不同埋深不同密度的林地土壤含水率高密度＜中密度＜低密度，但在0～60cm近地表中、低密度人工刺槐林土壤含水率明顯高于高密度林地，并且中、低密度差異較??；此外，生長(zhǎng)季內(nèi)高、中、低密度林地土壤含水率均表現(xiàn)出緩降、急升、速降、緩升的變化特征；6-9月(夏季)三個(gè)密度等級(jí)土壤含水率最接近，6-7月急速上升并達(dá)到峰值，隨后開始下降，7-8月中、低密度林地土壤含水率曲線基本重合，相差較小。

4 結(jié) 論

1）對(duì)于0～60cm近地表，隨土層深度的增加不同地表形態(tài)的草地、林地和不同密度的林地土壤含水率均呈減小趨勢(shì)，并且深層土壤含水率變異系數(shù)小于表層，0～60cm之間土壤含水率波動(dòng)較大，土壤水分變化劇烈，變異系數(shù)明顯減小，而在60cm以下時(shí)土壤含水率逐漸穩(wěn)定。

2）對(duì)于不同時(shí)段各剖面深度，不同密度人工刺槐林的土壤含水率變化特征呈高密度＜中密度＜低密度。在0～60cm近地表范圍內(nèi)中、低密度林地土壤水分相差較小，特別是7-8月中、低密度林地含水率較為接近。從生態(tài)效應(yīng)的層面上，認(rèn)為2000～4000株/hm2為遼西低山丘陵區(qū)林地種植密度最佳。

3）隨著土層深度的變化不同地形部位草地和林地土壤含水率變化不一，面源草地＜林地，梁坡0～40cm深度時(shí)草地＜林地，40cm以下范圍草地與林地土壤含水率處于穩(wěn)定狀態(tài)，林地略低于草地但兩者差異很小，溝臺(tái)0～20cm深度時(shí)草地＜林地，40cm以下范圍時(shí)林地＜草地；對(duì)于土層深厚的坡面，林地的水源涵養(yǎng)能力強(qiáng)于草地，適宜于坡面種植，梁坡表層草地土壤含水率小于林地，40cm以下時(shí)林草地含水量相差不大，5月份梁坡地土壤含水率快速上升，所以梁坡地適合種植林木，溝臺(tái)更加適宜種草。