黄土高原丘陵沟壑区不同植被类型土壤水分动态蔡燕.docx

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黄土高原丘陵沟壑区不同植被类型土壤水分动态蔡燕

黄土高原丘陵沟壑区不同植被类型土壤水分动态_蔡燕

第13卷第6期2006年12月水土保持研究

ResearchofSoilandWaterConservationVol.13　No.6

Dec.,2006

*

黄土高原丘陵沟壑区不同植被类型土壤水分动态

蔡　燕,王会肖

（北京师范大学水科学研究院水沙科学教育部重点实验室,北京　100875）

摘　要:

在黄土丘陵沟壑区选择典型植被油松林（Pinustabulaeformis）、柠条（Caraganamicrophylla）、人工草地

（Clover）、农田、荒地和裸地,对其土壤水分进行观测分析。

得出结论:

观测期内林地和草地的土壤储水量最低,农田和灌木的储水量较高。

与荒地和裸地相比,灌木的耗水量少,其次是草地、农田,林地最次。

灌木和草地的水分补偿程度较高,其次是农田,而林地是负补偿。

这些结果为该地区植被恢复中的植被选择提供了科学依据。

关键词:

黄土高原丘陵沟壑区;典型植被;土壤水分动态;耗水量中图分类号:

S152.7

　　文献标识码:

A

　　文章编号:

1005-3409（2006）06-0079-03

SoilWaterDynamicsofDifferentVegetationin

GullyandHillyRegionsoftheLoessPlateau

CAIYan,WANGHui-xiao

（CollegeofWaterSciences,BeijingNormalUniversity,KeyLaboratoryforWaterandSedimentSciences,MinistryofEducation,Beijing100875,China）

Abstract:

Thetypicalvegetation,suchasPinustabulaeformis,Caraganamicrophylla,grassland（Clover）,farmland,waste-landandbare-land,wereselectedingullyandhillyregionofLoessPlateau.Andthesoilwaterofthevegetationwasobservedandanalyzed.Theresultsshowasfollow.Thesoilwaterstorageofwoodlandandgrasslandistheleast;thatoffarmlandandshrubismore;thewaterconsumptionofshrubislessthanbare-landandwastelandinobservationperiod,thengrassland,farmlandandwoodlandinturn;thedegreeofwatercompensationofshrubandgrasslandishigher,thenisfarmland,thatofwoodlandisminus.Andtheresultscanbethesciencebasisofchoosingplantationtorenewthevegetationinthisdistrict.Keywords:

gullyandhillyregionsofLoessPlateau;typicalvegetation;soilwaterdynamics;waterconsumption　　黄土高原丘陵沟壑区位于我国的干旱半干旱区,植被破坏和水土流失十分严重。

但该地区的水分条件是制约植被生长和发育的重要条件,而土壤水是其水资源的重要组成部分。

充分认识各种土地利用条件下土壤的水分状况和水分利用情况是科学利用土地资源和治理该地区生态环境的前提。

通过研究,人们对该地区的土壤水分背景[1,2]有了一定的认识。

黄土高原的深厚土层像巨大的蓄水库,可形象的成为“土壤水库”[3],其总库容相当于土壤饱和持水量所容纳水量;但由于气候干燥和土壤结构难以持水,这部分水分一方面上行蒸发,另一方面向深层渗漏,致使土壤经常处于水分亏缺状态,甚至土体中出现“土壤干层”[1]。

因而如何选择适宜的植被类型,以降低水分的无效损耗和利用深层土壤水分并可以发挥水土保持的功效是合理有效的利用土壤水分的关键。

针对这种情况,各种土地利用类型下的土壤水分状况和变化规律得到较系统和充分的研究,杨文治（1985）指出林草植被强化了土壤水分亏缺[4];孙长忠等人[5]研究指出林地年际土壤储水量增加,荒坡的则减少;王志强等人[6]的研究表明农田土壤含水量及其有效性大于人工油松、天然灌木和荒坡草地,并且灌木在土壤上层存在低于6%的极低湿层;原

[7]

焕英等研究了黄土高原半干旱丘陵沟壑区人工林土壤水分动态后指出,人工林的生长主要依靠当年的降水,甚至上年的储水。

但这些研究多是以同种或两种植被类型为对象,很少全面的将试验区内的各种植被类型进行对照研究。

本文选取黄土高原丘陵沟壑区的几种典型的植被类型,其中包

*收稿日期:

2005-11-10

括树龄达20年的油松及柠条和很少研究的裸地,对其土壤

水分进行观测分析,以了解该地区不同植被类型土壤水分状况和土壤水分利用情况。

1　研究区概况与研究方法

1.1　研究区概况

试验区设在陕西省绥德县无定河流域内的辛店沟试验场,地理位置介于110°16′～110°26′E,37°33′～37°38′N,属典型的梁峁状丘陵沟壑区,土壤类型为黄绵土,土壤质地为轻-砂壤。

沟壑密度为7.26km/km2,海拔820～1180m。

气候属暖温带半干旱气候,气候干燥,年平均气温10.7℃,日均气温≥10℃的活动积温为3499.2℃,多年平均降雨量475.1mm,降雨分布不均,集中在7～9月。

植被地带属森林草原带,植被缺乏,土壤侵蚀严重,植被覆盖率低。

田间持水量19.75%,土壤凋萎湿度4.78%。

1.2　研究方法

根据不同土地利用类型,在试验场内选取6块典型样地（灌木、林地、农田、荒地、裸地、草地）。

6块样地南北方向宽均为5m,东西长为19～22m不等,坡度分别依次为29°、25°、25°、25°、32°、32°。

人工油松林是黄土高原森林草原区最典型的人工林之一,柠条是黄土高原大面积营造的灌木树种,苜蓿是常选择的牧草之一,而荒地、林地和裸地是黄土高原面积大、分布广的土地利用类型。

所以灌木树种选柠条,林地的树种为油松,农田的作物为马铃薯,荒地的植被主要

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水土保持研究

　　第13卷

是以麻黄为主的杂草,草地的植被主要以苜蓿为主。

试验是利用便携式时域反射仪（TDR,timedomainref-lectometry）采用A型探针（长为120cm）埋设于6块样地中于2002年8月-10月进行了两个月的连续观测,土壤含水量为容积含水量,测层分别为0～15cm、15～30cm、30～60cm、60～90cm、90～120cm。

2　结果与分析

2.1　不同植被类型的土壤水分条件2.1.1　土壤水分亏缺状况

表1　不同植被类型的土壤水分条件

裸地

土层/cm

土壤含水量/%

0～3030～6060～9090～120合　计

11.27.47.48.2

储水量/mm33.622.222.224.7102.7

草地

土层/cm

土壤含水量/%

0～3030～6060～9090～120合　计

9.66.26.26.00

储水量/mm28.618.718.518.083.81

灌木

土层/cm

土壤含水量/%

0～3030～6060～9090～120合　计

12.96.14.75.3

储水量/mm38.718.314.016.087.0

相对含水量/%65.430.923.727.0

亏缺量/mm20.540.945.243.3149.9

土壤含水量/%10.45.34.95.5

储水量/mm31.116.014.716.478.2

相对含水量/%52.527.024.727.6

亏缺量/mm28.243.244.642.9158.9

相对含水量/%48.331.531.330.4

亏缺量/mm30.740.640.741.2153.2

土壤含水量/%10.38.36.86.6

储水量/mm30.924.920.419.795.9

林地

相对含水量/%52.142.134.533.3

亏缺量/mm28.434.338.839.5141.0

相对含水量/%56.737.637.541.8

亏缺量/mm25.637.037.034.5134.1

土壤含水量/%12.86.05.36.4

储水量/mm38.318.015.819.391.4

农田

相对含水量/%64.630.426.632.5

亏缺量/mm21.041.243.540.0145.7

荒地

层含水量较低。

除表层含水量较低外,林地各层含水量均略

低于灌木。

该结论与王志强[6]的类似,不同之处在于灌木的亏缺量小于草地,即储水量大于草地,与之相反。

可以看出,二者的差别主要在0～30cm,原因是观测期内降雨充分,灌木林地表覆盖好,减少了降雨径流和地面蒸发,本试验中草地的种植期较短,根系相对较浅,主要消耗上层水分。

图1　不同植被的土壤水分状况

2.2　不同植被类型的耗水量

表2　不同植被类型的储水变化量及耗水量

裸地

测期始含水量/%测期始储水量/mm测期末含水量/%测期末储水量/mm有效水储量/mm储水变化量/mm降水量/mm总耗水量/mm

7.084.48.298.629.514.357.743.4

荒地5.667.66.779.912.712.357.745.4

草地5.869.16.578.514.29.457.748.6

农田6.679.67.185.124.75.457.752.3

灌木5.161.16.375.66.214.557.743.2

林地5.464.55.363.69.6-0.957.758.6

　　将观测期内土壤水分的数据按植被类型平均,以不同深度汇总比较,结果列于表1。

其中,土壤含水量为测期内的平均土壤含水量。

土壤水分亏缺量为土壤储水量低于田间持水量的值[1]。

从表中可以看出各种类型植被的0～120cm的土壤储水量在观测期都较低,处于亏缺状态,在78.1～102.8mm之间变动,相当于田间持水量的33.0%～43.3%,即亏缺量达56.7%～67.0%。

从图1可以看出亏缺次序为林地>草地>灌木>荒地>农田>裸地,与裸地的水分亏缺量相比较,植被的参与,蒸腾耗水强烈,加剧了土壤水分亏缺。

2.1.2　垂直剖面上不同植被类型的土壤水分特点

若以土壤相对湿度,即土壤含水量与田间持水量之比作为评价土壤水分对植物有效性的指标,根据杨文治等人[1]的土壤水分有效性分级,土壤相对湿度>80%为极易效水,60%～80%为易效水,25%～59%为中效水,<25%为难效水。

可以看出各种植被类型的各层土壤水分基本能达到中效水以上,尤其表层含水量较高。

因为观测期内降雨11次,共计57.7mm,其中大于10mm的有效降雨2次,分别为26.6mm和10.4mm可以补充土壤水分。

测期内,与裸地相比,荒地在表层有少量稀疏植被覆盖,蓄水能力优于裸地,说明该地区气候干旱,土壤蒸发潜力很大。

农田和草地表层含水量较高,其余各层稳定。

灌木在0～30cm的储水量最大,为38.74mm,占田间持水量的

65.,　　观测期处于雨季末,期间有57.7mm的降水量。

由表2

（有效水的下限是凋萎湿度）可以看出,除了林地,各种植被类型的土壤水分都有不