1、Vol.16,No.4Aug.,2009水土保持研究ResearchofSoilandWaterConservation黃土溝壑區(qū)砂石覆蓋果園土壤剖面水分分布張義I,謝永生，郝明德之(1.西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院，陜西楊陵712100:2.中國科學院水利部水土保持研究所，陜西楊陵712100)摘要：以黃土高原溝壑區(qū)砂石覆蓋蘋果園為研究對象.對600cm范圍內土壤削面水分含域的時間分異和空間分布狀況進行了研究.結果表明：600cm土層范圍內.一周年內可劃分為冬季增墻期和夏季失埼期兩個階段；土填剖面水分空間分布隨土壤深度的增加呈現(xiàn)波動性變化旦穩(wěn)定性不同，土壤含水量:變化幅度隨土層深度增加而變小

2、，據(jù)此可將600cm范圍內的土壤剖面劃分為速變層、相對穩(wěn)定層、緩變層和穩(wěn)定層；土壤水分在不同層次上的分布差異，8月土壤剖面不同層次含水址差異最大，11月次之，5月再次之，1月土壤不同層次含水量差異最小.綜合看來.除土壤表層因砂石覆蓋水分增加外，土壤剖面含水量隨土壤深度的增加而減少且趨于穩(wěn)定，水分下滲能力減弱；冬季土壤含水量多且分布均勻，夏季土壤水分減少且主要集中在上層，此時土壤不同層次水分含量差異大。關鍵詞：砂石覆蓋；果園；土壤剖面；水分含量中圖分類號：S152.7;S606文獻標識碼：A文章編號:1005-3409(2009)04-0156-04WaterContentontheSoilPr

3、ofileinAppleOrchardwithStoneMulchintheHighlandRegionoftheLoessPlateauZHANGYi',XIEYong-sheng2,HAOMing-de2(1.CollegeResourcesandEnvironment,NorthugestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100»Chinaj2.InstituteofSoilandWaterConservation,CAS&MWR,Yang/ingShaanxi712100.China)Abstract:Thestudyo

4、nsoilwatercontentinappleorchardinthehighlandregionoftheLoessPlateaushowedthatwithinthe600cmprofile*thevariationofsoilwatercouldbedividedintotwoperiodswhichwerewaterincreasedinwinteranddecreasedinsummer.Withtheincreaseofthedepthofsoilprofile»thewatercontentreducedandtendedtobestable.Thewatercont

5、entinwinterwasnotonlymorethanthatinsummer»butalsowelldistributedinthesoilprofile.However,insummerseasonthesoilwatermainlyconcentratedontheupperlayer.Basedonthestandarddeviationandvariationcoefficient,soilwaterchangeintheprofilecouldbedividedintofourlayers：quicklychanginglayer»relativestabl

6、echanginglayer,slowchanginglayerandlesschanginglayer.Keywords：stonemulch；appleorchard?soilprofile；watercontent收稿日期：2008-12-09基金項目：國家科技支拼計劃(2006BAD15BOl-03)l中國科學院農(nóng)業(yè)項目(KSCX2-ywN-46-04)作者簡介：張義(1984，弗，碩士研完生，從事土堵環(huán)境與果因生態(tài)環(huán)境調控研宣。E-mail：zhangyi.zy通信作者：謝永生(I960),務，研究員.從事上垓資源環(huán)境方面研完.E-mail：ysxic蘋果是我國第一大水果，栽培面積和

7、產(chǎn)量占我國水果總量的20%和30%,在國民經(jīng)濟中占有重要地位。同時，我國是世界第一大蘋果生產(chǎn)國，栽培面積和產(chǎn)擅占世界蘋果總依的30%以上。西北黃土高原是我國生產(chǎn)優(yōu)質蘋果的兩個最適宜地區(qū)之一，栽培面積和產(chǎn)量均居全國第一位。黃土高原溝壑區(qū)處于我國半濕潤易干旱地區(qū)，水分是影響該區(qū)果樹生長發(fā)育的主要生態(tài)因素之一。土壤水分的相對穩(wěn)定對穩(wěn)定樹勢、增加產(chǎn)量和提高果實品質具有極為重要的作用。因此土壤含水量的監(jiān)測，是必不可少和相當重要的。砂石覆蓋就是利用卵石、石礫、粗砂和細砂的混合體，在土壤表面鋪設一層厚度約5-15cm的覆蓋層。該技術是改善農(nóng)田小氣候的重要措施之一，不僅具有明顯的蓄水保墻、防止蒸發(fā)、減少徑流、

8、保持水土的功能，還有保護土壤結構、調節(jié)地溫、抑制雜草等多種作用。這種覆蓋技術自400多年前在我國黃土高原地區(qū)誕生以來，通過兒百年的不斷研究、改進，在我國西北地區(qū)得到了一定發(fā)展。雖然部分學者對砂石覆蓋下橘園、蘋果園等果園土壤水分影響作過研究，但研究的土層主要集中在表層和亞表層，缺乏對較深層次土壤水分的研究，而深層土壤水分對黃土高原地區(qū)果樹生長發(fā)育及產(chǎn)量的形成具有重要的意義，在研究方法上大多采用靜態(tài)的描述性方法，未能較好地揭示砂石覆蓋條件下果園土壤水分的時空動態(tài)變化問題3）。選擇陜西黃土高原蘋果產(chǎn)區(qū)的旱地“雨養(yǎng)”果園，通過監(jiān)測砂石覆蓋條件下2007年7月至2008年6月果園的土壤水分，研究土壤水分

9、在土壤剖面不同層次的分布及動態(tài)變化，以期為改進土壤水分管理以及進一步調控果園環(huán)境提供科學依據(jù)。1材料與方法1.1試驗區(qū)自然概況試驗區(qū)位于陜西省長武縣，地勢平坦，土層深厚，是黃土高原南部典型的高原溝壑區(qū)。平均海拔1200m,屬曖溫帶半濕潤大陸性易干早氣候區(qū)。年均氣溫9.1C,無霜期171d,多年平均降水量584mm,季節(jié)性分布不均，夏季多，冬季少，N10C活動積溫3029C.年日照時數(shù)為2230h,日照率51%,年輻射總量為4837kJ/cm2o試驗區(qū)土壤為黑垣土，質地為輕壤一中壤質，壘結疏松，降水的入滲深度最大可達300cm】田間持水量（容積含水域，下同）24%27%,萎篇濕度（容積含水量，下

10、同）9%12%。墟面蘋果園主要依靠天然降水，在降水時為果園補充水分。1.2試驗材料試驗果園建園時間為2000年，主栽品種為長富，株行距3.5mX4m,南北走向，砂石覆蓋厚度為5cm,無灌溉條件。果園內果樹生長健壯，樹勢中庸，管理一般。1.3試驗時間及方法試驗從2007年7月至2008年6月，在每月1日和15日測定，若遇雨雪天氣后延。用中子儀定位測定土壤含水最：中子儀采用美國503DR型中子儀，選擇直徑10cm、長6.3m的鋁制中子管作為監(jiān)測材料。分層測定：0100cm區(qū)間每10cm測定一次,100-600cm區(qū)間每20cm測定一次。重復3次，取平均值。1.4數(shù)據(jù)處理月貯水做為0600cm范圍內

11、各層貯水量之和；每層土壤含水雖為一周年12個月土壤每月每層含水址的算術平均值。所用軟件為MicrosofiOfficeExcel2007。用DPS3.0軟件計算土壤含水址的變幅、標準差及變異系數(shù)。土壤貯水量計算公式Dw=務"刃，式中：Dw土壤貯水土壤容積含水址（如不特別指出，土栗含水量即指土壤容積含水量）；h土壤厚度（mm）。2結果與分析2.1土壤剖面水分的年變化土壤水貯量的變化，是土壤內部水分向上蒸散、向下滲透及大氣降水共同作用、動態(tài)平衡的結果口。】。由0-600cm土層土壤貯水埴的年變化（圖1）可以看出，砂石覆蓋在一周年內土壤水分變化和清耕對比，具有一致的變化趨勢及特點。在砂石覆

12、蓋條件下，土壤貯水量的高峰期在2007年12月到2008年1月，此時0600cm土壤貯水母在15601567mm之間波動；土壤貯水量的最低值在2007年7-9月，此時0-600cm±壤貯水鼠在14241445mm之間波動。由此，可將土壤水分在時間上的變異分出冬季增墻期和夏季失墻期兩個階段。0-600cm±層除冬季增墻期外，其他各月的土壤貯水量均小于田間貯水量（1560mm）。說明一年當中，土壤因持水過多引起的水分重力下滲雖是有限的。e砂石覆蓋789101112123456月份圖10600cm土層土填貯水的年變化2.2土壤剖面水分空間分布特征土壤水分的剖面特征受到土壤剖面特征

13、、土壤質地、土壤表面狀況、植被根系及農(nóng)事活動等多種因素影響m。大氣降水是黃土高原地區(qū)土壤水分的唯一補充來源，降水最的大小決定降水的入滲深度|閉。砂石覆蓋土壤剖面水分分布圖（圖2）表明,土壤剖面含水雖隨土壤深度的增加呈現(xiàn)出“增一減一增”的波動變化特點。且在每一變化階段，土壤含水量的變化速率不同，土壤含水量變化幅度隨土層深度增加而變小，這與清耕條件下果園土壤水分變化結果（圖2）一致。整個剖面土壤含水量在20.85%30.52%之間波動.含水屈相對較高，沒有明顯的土壤干燥化現(xiàn)象。在030cm土層范圍內土壤含水星隨土壤深度的增加而提高.且增幅明顯，這個過程主要體現(xiàn)土壤表層的蓄水能力，這表明砂石覆蓋具有

14、良好的蓄水保墻能力。在30-280cm范圍內，土壤含水量隨土壤深度的增加而降低。其中，在30-60cm范圍內水分減少速率比60-280cm范圍內水分減少速率顯著。土壤水分含量降低的過程，也是體現(xiàn)果園土壤保水能力的過程在280-600cm范圍內，土壤含水量隨土層深度的增加又表現(xiàn)為不斷提高的趨勢，但增幅較為平緩，表現(xiàn)出較為穩(wěn)定的水分變化過程。該結果反映了大，降水、蒸發(fā)蒸騰和蘋果根系分布狀況以及相應的水分消耗區(qū)域對不同深度土壤剖面水分含量的影響。土壤水分的相對穩(wěn)定對穩(wěn)定樹勢、增加產(chǎn)鼠和提高提高果實的品質具有極為重要的作用。表1為砂石覆蓋下各層土壤水分儲最的分布特征。可以看表I不同深出，隨深度增加，土

15、壤水分標準差和變異系數(shù)顯著降低，說明隨深度的增加土壤水分含最更加趨于穩(wěn)定。據(jù)此可將土壤剖面劃分為：0-60cm為速變層，說明表層土壤水分受大氣降水和蒸發(fā)蒸騰的影響較大；60-100cm為相對穩(wěn)定層；100-240cm為緩變層；240cm以下為穩(wěn)定層，該層土壤水分受外界變化的影響很小，變異程度明顯降低。土房深度/cm年平均含水員/'%變幅/%標準差/%變異系數(shù)/%土壤層次0-6027.6321.514.5416.45速變層60-10026.619.592.569.63相對穩(wěn)定層100-24024.8112.103.3713.59緩變層240-60024.842.400.753.11穩(wěn)定層

16、2.3土埋水分在土壤剖面各層的年變化對土壤剖面上4個層次土壤含水量隨時間的變化，進行逐層逐月的土壤含水量分析（圖3）,速變層<0-60cm）受大氣降水，蒸發(fā)蒸騰和人為活動的共同影響，含水量浮動較大，水分含量最大值出現(xiàn)在10月，為32.02%,最低值出現(xiàn)在5月，為22.50%,兩者相差9.52%。雖然該層水分含量變化幅度較大，但在年周期內該層土壤水分含量都維持在田間持水量（27%）EJ上下，說明砂石覆蓋能夠提高土壤表層的蓄水保埼能力。與清耕相比，砂石覆蓋條件下，土壤含水量高于清耕3.87%,說明砂石覆蓋比清耕能夠更好的保蓄土壤水分，并且在夏季失墻期作用更為明顯，這使得砂石覆蓋能夠在降水量較

17、大的情況下，比清耕貯存更多的水分，以供果樹后續(xù)利用。同時，砂石覆蓋土壤水分變異系數(shù)比清耕降低了25.37%,說明砂石覆蓋能夠穩(wěn)定土壤水分，對穩(wěn)定樹勢，增加產(chǎn)量及改善品質具有積極作用。相對穩(wěn)定層（60-100cm）最高含水址在10月，為30.99%,最低含水量在7月，為21.86%,兩者相差9.13%。該層受大氣降水和人為活動影響減輕,受果樹根系活動影響增強，月較差與速變層和緩變層相比相對穩(wěn)定，變異系數(shù)分別降低了6.21%,15.65%,但比穩(wěn)定層變化幅度增大77.80%。該層土壤含水量超過田間持水量的月數(shù)與速變層相比減少5個月，反映出土壤水下滲能力減弱的趨勢。與清耕相比，砂石覆蓋僅能夠提高土壤

18、含水量0.75%,說明砂石對該層水分的保蓄能力明顯減弱。但是,砂石覆蓋土壤水分變異系數(shù)比清耕降低5.76%,表明砂石覆蓋在詼層起到穩(wěn)定土壤水分的作用。緩變層（100-240cm）最高含水量為27.61%（12月），最低含水量為20.20%（8月），兩者相差7.41%。該層水分含量受季節(jié)影響幅度減小，在時間上極值出現(xiàn)較淺層有延遲時間。該層的土壤水分含量只有冬季增墻期時能夠達到田間持水量，產(chǎn)生下滲。與清耕對比，該層砂石覆蓋處理能夠使土壤含水量比清耕提高0.89%,變異系數(shù)降低1.72%,砂石覆蓋的作用進一步減弱。穩(wěn)定層（240-600cm）含水址最高值為25.71%（5月），最低值為23.91%（

19、9月），兩者相差1.8%。該層土壤水分變化緩慢，且受季節(jié)影響變化幅度很小，土壤含水量年周期內較為穩(wěn)定，均小于27%的田間持水量，但土壤水分極值出現(xiàn)時間較淺層明顯滯后。與清耕作對照，砂石覆蓋對該層土壤水分的影響已不起作用。420333282624229砂石覆蓋白清餅789101112123456月份420864203332222234。砂石覆蓋緩變層322220。砂石覆蓋O清餅穩(wěn)定層圖3土壤剖面各層含水魔的年變化速變層口相對穩(wěn)定層日緩變層B穩(wěn)定層月份不同時間土埋水分在土壤剖面上的分布n2.4不同時間土壤水分在土壤剖面各層的分布由不同時間土壤水分在土壤剖面上的分布(圖4)可以看出，8月由于降水量大

20、，土壤水分主要集中在剖面的速變層，而緩變層由于土壤水分下滲的滯后性和植物根系的吸收利用，該層水分在該時間段內含最最少。該時段內，土壤剖面的不同層次含水量最大差異為8.83%,變異系數(shù)為14.61%。11月大氣降水明顯減少(僅為1.7mm),且隨著上層水分的不斷下滲，土壤剖面水分含量差異減小，不同層次含水量最大差異為5.38%,變異系數(shù)為9.22%。2008年1月試臆區(qū)內沒有降水，且果樹處于休眠期吸收水分減少，所以土壤剖面水分進一步平衡，最大含水量差異為2.36%,變異系數(shù)為4.05%。5月由于經(jīng)歷了一個少雨期，導致土壤表層含水量減少，同時，由于前段時間是果樹的休眠期，根系吸收土壤中水分的量也大

21、為減少，導致該段時間內，土壤水分主要集中在剖面的中下層，穩(wěn)定層的含水量達到了一年中的最大值。該時段不同層次間含水量最大差異為4.41%,變異系數(shù)為7.71%。通過以上分析，并結合表2得出，8月土壤剖面不同層次含水量差異最大，11月次之，5月再次之，1月土壤不同層次含水鼠差異最小。表2不同時間土壤水分在不同層次的變異特性時間最大變幅/%變異系數(shù)/%8月8.8314.6111月5.389.221月2.364.055月4.417.714結論(1) 600cm土層范圍內7月至次年6月的土壤貯水量年呈“減一增一減”的波動性變化。冬季土壤貯水量達到-年中的最大量此段時間可稱為冬季增墻期；夏季土壤貯水量為一

22、年當中的最小貯量，稱之為夏季失墻期。一年中，除冬季增墻期外，貯水量的變化主要受植物利用及土面蒸發(fā)制約。而在裸地上覆蓋砂石能夠有效的減少土面蒸發(fā)，有利于保蓄上層水分、穩(wěn)定土壤水分含量。(2) 土壤剖而水分空間分布隨土壤深度的增加呈現(xiàn)出“增一減一增”的波動變化特點。旦在每一變化階段，土壤含水量的變化速率不同，土壤含水仙變化幅度隨土層深度埴加而變小。該結果反映了大氣降水、蒸發(fā)蒸騰和蘋果根系分布狀況以及相應的水分消耗區(qū)域對不同深度土壤剖面水分含量的影響。(3) 根據(jù)土壤水分在土壤剖面上的變異程度，將0-600cm范圍內的土壤剖面分為速變層(0-60cm)、相對穩(wěn)定層(60-100cm)、緩變層(100

23、-240cm)及穩(wěn)定層(240600cm)。(下轉第164)地面積最大，因此其涵養(yǎng)水源總量最大，占66%。總體來看，涅水河流域水源湖養(yǎng)林中云杉和青楊涵養(yǎng)水分能力最好。4.2建議(1) 與淀水河流域現(xiàn)階段的缺水技3.94億t相比較，水源涵養(yǎng)林涵養(yǎng)水量遠遠不能滿足該區(qū)域用水的需要。為增加該流域水資源總所、改善水質、保證工農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)生活用水，必須加大水源涵養(yǎng)林建設工程，增加云杉、青物的喬木林種植面積，在一定區(qū)域內恢復與重建森林生態(tài)系統(tǒng)，不斷增強森林植被在水資源保護和配置中的作用。(2) 加強現(xiàn)有天然林的保護，通過人工造林、封山育林、低效林分改造等措施，擴大森林面積，提高森林質母和生態(tài)功能，建設完善的

24、水源涵養(yǎng)林管理體系。(3) 進一步利用國家的生態(tài)補償調節(jié)機制.調整生態(tài)環(huán)境保護和建設相關各方之間的利益關系，實現(xiàn)涅水河流域森林生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。參考文獻：1 王佑民.我國林冠降水再分配研究綜述J.西北林學院學報,2000,15(3)-1-7.2 青海省林業(yè)局.青海濕水河流域生態(tài)建設與保護發(fā)展(上接第159頁)(4) 與清耕相比，砂石覆蓋能提高土壤水分含量及穩(wěn)定性，但隨土層深度的加深，作用逐漸減弱。(5) 在年周期內，土壤水分在不同層次上分布差異，8月土壤剖面不同層次含水量差異最大，11月次之，5月再次之，1月土壤不同層次含水度差異最小。參考文獻：1 楊振峰，叢偏華，聶繼云，等.我國蘋果

25、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、存在問題及建議J.北方果樹,2006(5),34-36.2 郝淑英，劉蝴蝶，牛俊玲，等.黃土高原區(qū)果園生草覆蓋對土壤物理性狀、水分及產(chǎn)斌的影響J.土壤肥料,2003(1):25-27.3 平全榮.早地農(nóng)業(yè)覆蓋栽培技術研究應用進展與展望J.山西農(nóng)業(yè)科學,2007,36(2):63-66.4 李會科，趙政陽，張廣軍.種植不同牧草對消北蘋果園肥力的影響J.西北林學院學報,2004,19(2)：31-34.5 蘭彥平，瞥意，解自典，等.無芒雀麥對石灰?guī)r早地果園的保水效應J.落葉果樹,2000(6),15-16.6 徐明崗，文石林，高菊生.紅壤丘陵區(qū)不同種草模式的水土保持效果與生態(tài)環(huán)境效應口.水土保持學報,故略研究Z.2006.3 趙申申，景旭，辛文榮，等.青海浪水河流域水土流失原因及防治措施分析口.水土保持研究,2008,15(6),200-203.4 青海省林業(yè)局.背海省森林資源二類調查報告R.2005.5 姜東濤.森林生態(tài)效益估測與評價方法的研究口！華東森林經(jīng)理,2000,4(4):14-19.6 李銀霞.祁連山自然保護區(qū)森林生物多樣性經(jīng)濟價值評估D.蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學，2002.7常宗強，王金葉，常學向，等.祁連山水源涌養(yǎng)林枯枝落葉層水文生態(tài)功能J.西北林學院學報，2001,16(S)：8-13.82劉碩.青海省大通其主要造林樹種枯落物水文效應研究口.水土保持研