基金項(xiàng)目：寧夏重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（引才專項(xiàng)）（2022YCZX0054），寧夏農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)保護(hù)科技創(chuàng)新示范課題（NGSB-

2021-14-01、NGSB-2021-14-02、NGSB-2021-11-06），中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)（2021FRD05020），寧夏自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2019AAC03148），寧夏回族自治區(qū)第五批“青年科技人才托舉工程”項(xiàng)目“寧南山區(qū)山杏樹(shù)干液流密度及蒸騰量研究”。

作者簡(jiǎn)介：王會(huì)平（1976—），男，寧夏彭陽(yáng)人，林業(yè)工程師，研究方向?yàn)檗r(nóng)林建設(shè)。*為通信作者。

收稿日期：2023-05-14

摘 要：坡面是生態(tài)水文過(guò)程研究、植被結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整、陸表過(guò)程深入理解的基本空間單位，其土壤水分變化格局和動(dòng)態(tài)特征明顯。筆者闡述了土壤水分坡面變化的規(guī)律，即由坡頂?shù)狡碌祝寥浪只颈憩F(xiàn)為逐漸升高、持續(xù)降低、先升高后降低、先減少后增加、波浪狀等變化規(guī)律。分析了導(dǎo)致土壤水分坡面變化或坡位差異的主要原因?yàn)橥寥酪蜃印⒌匦翁卣?、人為活?dòng)、土地利用、氣候變化、植被要素等，且土壤水分坡面變化規(guī)律在不同水文年份、不同季節(jié)、不同土層存在差異。并論述了相關(guān)研究的不足，以期為此類研究提供一定參考。

關(guān)鍵詞：土壤水分; 坡面變化; 坡位差異; 影響因子

中圖分類號(hào)：S152.7" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " "文章編號(hào)：1002-204X（2023）08-0042-04

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2023.08.012

A Review of Slope Soil Moisture Research

Wang Huiping1， Han Xinsheng2*， Xu Xiuqin3， Hu Yongqiang3

（1.Ruhe Forest Farm of Pengyang County， Pengyang， Ningxia 756500; 2.Institute of Forestry and Grassland Ecology， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences/ Key Laboratory of Sand Control and Soil Conservation in Ningxia/ Ningxia Research Center for Ecological Restoration and Multifunctional Forestry， Yinchuan， Ningxia 750002; 3.Liupan Mountain Forestry Bureau， Guyuan， Ningxia 756401）

Abstract Slope is a fundamental spatial unit for studying ecohydrological processes， optimizing vegetation structure， and understanding land surface processes. The pattern and dynamic characteristics of soil moisture on slopes are distinct. This review summarizes the regularities of soil moisture changes on slopes. From the slope top to the slope bottom， soil moisture generally exhibits patterns of gradual increase， continuous decrease， increase followed by decrease， decrease followed by increase， and wave-like changes. The main factors causing soil moisture changes or slope position differences include soil properties， topographic features， human activities， land use， climate change， and vegetation factors. Moreover， the patterns of soil moisture changes on slopes vary in different hydrological years， seasons， and soil layers. The review also analyzes the shortcomings of relevant research， aiming to provide reference for future studies in this field.

Key words Soil moisture; Slope changes; Slope position differences; Influencing factors

土壤水分作為地表水和地下水聯(lián)系的紐帶，對(duì)大氣—陸表—土壤相互作用有很好的調(diào)節(jié)作用，還能影響天氣過(guò)程與氣候變化[1]，是土壤—植物—大氣聯(lián)系體中水分循環(huán)與能量流動(dòng)、生態(tài)系統(tǒng)水文與生物化學(xué)等相關(guān)過(guò)程的重要影響因子[2-3]。因此，定量評(píng)價(jià)與深入探究土壤水分時(shí)間動(dòng)態(tài)及空間差異，對(duì)提高水文模型模擬及預(yù)測(cè)水文過(guò)程精度、摸清反演氣候變化過(guò)程、刻畫(huà)植被生態(tài)與植物生長(zhǎng)等過(guò)程均具有重大的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。受土壤特性、植被類型及結(jié)構(gòu)、氣候變化、土地利用、地形因子等要素影響[4-5]，土壤水分時(shí)間動(dòng)態(tài)明顯，空間變異性大。因此，深入研究與量化分析土壤水分在時(shí)間和空間尺度上的變化是理解陸表生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程、指導(dǎo)退化生態(tài)系統(tǒng)重建的重要理論基礎(chǔ)。

相對(duì)于流域（區(qū)域）、樣地（樣點(diǎn)）等尺度，坡面是處于兩者中間的一個(gè)尺度。樣地主要表現(xiàn)的是固定點(diǎn)位的特征，流域主要代表較大范圍內(nèi)的總體概況，而坡面是認(rèn)識(shí)地表過(guò)程空間變化、預(yù)測(cè)流域及坡面產(chǎn)流、開(kāi)展植被經(jīng)營(yíng)管理等的基本空間單元。針對(duì)生態(tài)系統(tǒng)水文過(guò)程中的重要變量——土壤水分，量化和理解其坡面尺度上的變化規(guī)律是實(shí)現(xiàn)樣地與坡面、坡面與流域等尺度間相互轉(zhuǎn)化的最有效渠道?；诖耍C述土壤水分坡面變化（坡面上土壤水分動(dòng)態(tài)）的研究進(jìn)展及主要影響因素，并提出坡面尺度上土壤水分變化的展望，為厘清地下部分生態(tài)水文過(guò)程、確定地上部分植被管理方案提供理論依據(jù)。

1 土壤水分坡面變化進(jìn)展

坡面是由連續(xù)的樣地或樣點(diǎn)組成，可看作是多個(gè)點(diǎn)位的聯(lián)合整體。因坡面長(zhǎng)度和寬度均一性較差，多數(shù)研究均設(shè)置幾個(gè)樣點(diǎn)或按照坡位設(shè)置樣地分析土壤水分坡面變化（坡位差異），如王志杰等[6]在北京山區(qū)坡面0～50 cm土層的土壤水分監(jiān)測(cè)得出隨坡位下降土壤水分逐漸降低;韓湘云等[7]對(duì)低丘紅壤坡面土壤水分分析表明，橘園坡中土壤水分最好，其次為坡下部，坡上位最差，而花生地從坡上到坡下土壤水分逐漸升高;安文明等[8]分析退耕還林背景下，人工林地和撂荒草地沿坡頂?shù)狡碌淄寥浪终w呈升高的變化;韓新生等[9]在半干旱黃土區(qū)分析發(fā)現(xiàn)，陽(yáng)坡人工林和陰坡梯田土壤水分隨坡位降低呈先下降后升高的變化;馬耘秀等[10]在山西黃土丘陵區(qū)研究顯示，從上坡位至下坡位溝床土壤水分基本呈增加趨勢(shì);閔梓驍?shù)萚11]調(diào)查不同坡位沙棘林土壤水分得出，由坡頂?shù)狡碌状笾鲁式档偷淖兓?梁瀟瑜等[12]在北京土石山區(qū)監(jiān)測(cè)表明，坡面土壤水分隨土層加深而增加，坡位土壤水分大小排序總體表現(xiàn)為下坡位、中坡位、上坡位;張守綱等[13]在黃土坡面監(jiān)測(cè)得出，雨后苜蓿地土壤貯水量增加值隨坡位降低呈下降的趨勢(shì)，撂荒地降水入滲量隨坡位降低呈增加的變化;靖亭亭等[14]在東北黑土區(qū)春耕期間的調(diào)查顯示，土壤水分與坡位呈顯著負(fù)相關(guān)，且坡位可單獨(dú)解釋土壤水分空間變異的36.28%;辛軍偉等[15]在砒砂巖區(qū)監(jiān)測(cè)得出，坡面土壤水分隨土層加深呈升高的趨勢(shì)，且各層均為中等性變異，0～60 cm土壤水分坡中部和坡下部高于坡上部，而更深層次則表現(xiàn)為坡上部高于坡下部;沈晗悅等[16]在北京山區(qū)側(cè)柏林坡面調(diào)查發(fā)現(xiàn)，4個(gè)季節(jié)坡上位土壤水分均高于坡下位，且夏季和秋季差異顯著;劉源等[17]在庫(kù)布齊沙漠東段調(diào)查得出，油蒿林和檸條林土壤水分坡位差異（由大到小排序）表現(xiàn)為迎風(fēng)坡底部、中部、頂部，而在沙柳林土壤水分坡位差異表現(xiàn)為迎風(fēng)坡底部、頂部、中部;程諒等[18]在贛南小洋小流域臍橙果園研究顯示，雨季與旱季各坡位土壤水分由坡頂至坡腳均表現(xiàn)出逐漸增加的變化，且坡面各部位的差異較小;杜雨佳等[19]在黃土丘陵區(qū)調(diào)查得出，土壤水分在坡頂最高，坡中和坡下次之，坡上最低;陶吉楊等[20]對(duì)寧夏退耕還林區(qū)坡面土壤水分研究表明，天然沙棘林坡面在5月和7月，中坡位土壤水分最高，下坡位次之，上坡位最低，在8—10月土壤水分由大到小基本表現(xiàn)為上坡位、中坡位、下坡位，人工油松林坡面在5月和7月土壤水分由大到小表現(xiàn)為下坡位、中坡位、上坡位，在8—10月土壤水分由大到小基本表現(xiàn)為下坡位、上坡位、中坡位;趙鑫等[21]對(duì)毛烏素沙地分析顯示，長(zhǎng)柄扁桃土壤水分坡位差異由大到小表現(xiàn)為坡底、坡中（上）、坡上、坡頂、坡中（下）。多個(gè)學(xué)者探討不同區(qū)域典型坡面土壤水分變化特征，研究得出土壤水分在坡面的變化或坡位差異結(jié)論相同、相似、不同，大致表現(xiàn)為由坡頂?shù)狡碌淄寥浪直憩F(xiàn)為逐漸增加、逐漸降低、先升后降、先降后升等，且在不同季節(jié)、不同時(shí)間段、不同土層深度變化規(guī)律不完全一致。

2 土壤水分坡面變化影響因素

受坡面土壤特性、土壤結(jié)構(gòu)、坡面徑流匯流、土地利用、植被類型、植被結(jié)構(gòu)、人為活動(dòng)、坡度差異、微氣象要素、微地形特征等的影響，土壤水分呈現(xiàn)出不同的坡面變化或坡位差異。研究發(fā)現(xiàn)，橘園和花生地土壤水分坡位差異主要是由不同種植方式下土壤的物理屬性[7]所致;微氣象、土壤水分重力作用、坡面匯流等是黃土高原撂荒地坡面及刺槐林地坡面土壤水分坡面變化的主要影響因子[8];黃土丘陵區(qū)土壤水分坡位差異的主要原因是降水徑流從上坡位匯集到下坡位至溝床，而使下坡位和溝床易受到地下水及溝床徑流的補(bǔ)給[10];北京土石山區(qū)土壤水分坡面變化的主要影響因子為微地形[12];種植模式及覆蓋程度是影響苜蓿地土壤水分坡面變化的因素[13];各坡位樣地的坡度差異是導(dǎo)致東北黑土區(qū)土壤水分坡位差異的主要原因[14];坡面匯流及植被蒸騰耗水可能是砒砂巖區(qū)土壤水分坡面變化的主控因子[15];土壤水力學(xué)性質(zhì)、土壤結(jié)構(gòu)是影響黃土高原土壤水分坡面變化的主要因子[22];優(yōu)化及粗放整地等措施是導(dǎo)致坡面土壤水分差異的主要原因之一[18];土壤性質(zhì)、林分郁閉度、植被生物量等是影響退耕還林地土壤水分坡面變異的主導(dǎo)因素[20];土地利用和坡度等是造成東北黑土區(qū)農(nóng)林復(fù)合坡面土壤水分變化的主要因子[23];地形因子導(dǎo)致的壤中流及植被蒸散差異等是引起坡面土壤水分分布特征的主要因素[24];土壤黏粒、土壤有機(jī)質(zhì)、林木密度、土壤飽和持水量、土壤粉砂、土壤pH值和磷鉀含量對(duì)金沙江干熱河谷林草植被坡面土壤水分影響最為顯著[25];土壤孔隙度及土壤持水能力是影響六盤(pán)山華北落葉松林坡面土壤水分格局的主要因子[26]。上述研究發(fā)現(xiàn)，影響土壤水分坡面變化及格局特征的因子相同、相似、各異，主要是由研究區(qū)域、植被類型、土壤特性、降水等氣象要素及人類活動(dòng)等差異導(dǎo)致。

3 土壤水分坡面變化研究展望

坡面是研究生態(tài)水文過(guò)程、植被結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化的基本空間單位。受土地利用、土壤要素、地形特征、氣象因子、植被要素、人為活動(dòng)等多個(gè)因素的綜合影響，坡面土壤水分變化格局較為復(fù)雜，且在不同水文年份、不同季節(jié)、不同時(shí)段、不同土層土壤水分坡面變化均存在一定差異。以往主要針對(duì)不同氣候區(qū)域、植被類型、不同土壤特性等開(kāi)展土壤水分坡面動(dòng)態(tài)的相關(guān)研究，得出很多相同、相似或不同的變化規(guī)律，對(duì)于理解坡面生態(tài)水文過(guò)程、確定植被優(yōu)化方案起到極大的支撐作用。但研究對(duì)象單一、監(jiān)測(cè)時(shí)間較短、取樣次數(shù)較少、相關(guān)要素獲取不夠、坡面數(shù)量不足、影響因子分析不透、測(cè)定土層深度較淺、監(jiān)測(cè)手段有待提升等仍是坡面土壤水分格局特征研究領(lǐng)域存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。某些特征值（如土壤水分等）坡面變化明顯，同時(shí)還具有相應(yīng)的尺度效應(yīng)，即坡面尺度效應(yīng)。土壤水分坡面尺度效應(yīng)是今后研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。

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責(zé)任編輯：李曉瑞