六道沟小流域主要灌木林地土壤干化研究

摘要 本文通过野外定位试验研究了黄土高原水蚀风蚀交错带典型区域陕西神木县六道沟小流域沙柳、柠条林地土壤水分状况。该区域主要灌木林地土壤水分亏缺严重，在沙柳林地，天然降水的补给深度约为0－100cm土层，土壤干层范围为0－480cm，在柠条林地，天然降水的补给深度约为0－200 cm土层，土壤干层超过600 cm，土壤质地、坡位等也影响灌木林地土壤干化层分布。

关键词 小流域 灌木 土壤水分

中图分类号 S152.7 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2007)05-0095-04

土壤干层是黄土高原地区半干旱和半湿润环境条件下，人工林草植被过渡耗水导致土壤水分收支负平衡而形成的一种特殊的水文现象［1～4］。土壤干化现象最早发现于20世纪60年代，然而当时并没有引起足够的重视［5］，80年代，黄土高原人工林草地普遍出现土壤干化现象，土壤干层厚度不断增加，甚至可以达到8～10 m左右［6～8］，由此引发了人们的关注，并对土壤干层的形成、危害及其缓解对策进行了探讨［4, 9～10］。

陕北黄土高原的土壤水分生态环境整体处于亏缺状态，土壤干层的存在比较普遍。土壤干层最为严重的地区位于陕北黄土高原北端，主要为长城以北的大部分地区，为毛乌素沙漠地的东南缘。该区域为水蚀风蚀交错带，土壤沙化严重，水分亏缺极为严重，土壤干化极大地限制了林草植被的生存，是陕北黄土高原生态最为恶劣的地区［4］。

1 研究区简介

六道沟小流域地处黄土高原北端陕西省神木县，是黄土高原水蚀风蚀交错带的强烈侵蚀中心，水蚀风蚀全年交错进行，土壤干化严重。试验区各类土壤水分性质见表1。该区多年平均降水437 mm，年平均干燥度1.8，年蒸发量1 400 mm，人工林树种以柠条、沙柳等灌木为主［11］，由于水分亏缺，均出现不同程度的老化、衰败，人工草地主要以紫花苜蓿、沙打旺等为主［12］。

黄土高原地区土壤含水量经常处于低储水量水平，水分亏缺较多，一般占到田间最大持水量的50％～70％［4］，在黄土高原北部轻壤土或砂壤土，只有49%～54％，成为田间稳定持水量，南部质地较重的地区，此值较高，丰水年可达田间持水量的80％。一般认为，这种亏缺是一种正常状态的亏缺，不是生物作用引起的，而是土壤条件和气象因子决定的，因此在确定土壤干层的量化指标时不应该把这部分亏缺计算在内。根据黄土高原的普遍情况，土壤干层的判断标准多以其湿度介于田间稳定持水量和凋萎湿度之间为依据［2～4,10］。

2 沙柳林地土壤干层分布

2004年春在六道沟小流域选择一块20年生沙柳林地布设6 m中子管，定期测定土壤含水量。该沙柳林地0～380 cm为风沙土，380 cm以下为沙黄土质地。

2004,2005年沙柳生长季末土壤剖面含水量如图1所示。2004年沙柳林地土壤干层范围在0～380 cm，2005年土壤干层范围在0～480 cm。2005年沙柳林地土壤干化加剧，土壤干层加深的主要原因是降水明显偏少，全年降水仅294.5mm，为多年平均降水量的67.4%，沙柳根系吸收深层土壤水来满足自身正常的生理需要，造成深层土壤水减少。

2005年天然降水仅仅补给了沙柳林地0～100 cm土层土壤水，180 cm以下土层土壤含水量均减少，尤其是380 cm以下土层土壤含水量减少较多，土壤干层从0～380 cm增加到0～480 cm。

2004年10月沙柳林地0～100 cm土层土壤平均含水量为2.47%,2005年10月增加到3.47%，增幅为40.6%，2004年180～380 cm土层土壤平均含水量为5.72%，2005年减少为4.59%，380～600 cm土层土壤平均含水量则从2004年的12.99%减少到2005年的10.49%。

2004,2005年沙柳生长季末0～380 cm土层土壤平均含水量分别为4.07%和4.02%，接近萎蔫湿度，土层干化十分严重。与2004年相比，2005年沙柳林地0～600 cm土层土壤储水量减少62.38 mm，这主要是由于土壤干层加深，沙柳林地深层土壤含水量继续减少造成的。

3 柠条林地土壤干层分布

3.1 柠条林地土壤干层分布特征

2004年春在六道沟小流域选择三块不同土壤质地20年生柠条人工林地，布设6m中子管，定期测定土壤含水量。

2004，2005年柠条生长季末风沙土、沙黄土以及硬黄土质地柠条林地土壤水分含量如图2所示。

风沙土柠条林地0～600 cm土层土壤水分含量均低于稳定田间持水量。2005年降水较少，降水补给深度仅达到50cm土层。2004年柠条生长季末50～260cm土层平均土壤水分含量为7.36%，2005年只有4.36%，减少了33.7%，土壤干化现象加剧，260～600cm土层土壤水分基本不变，稍高于凋萎湿度，可能已成为永久干层。

2005年降水并没有使得沙黄土柠条林地土壤水分得到补给，0～200cm土层土壤水分减少。2004年降水稍多，柠条生长季末，0～200cm土层平均土壤含水量为10.2%，土壤干化现象轻微，2005年同期只有6.9%，减少了32.2%，土壤干化严重。沙黄土柠条林地0～200 cm土层土壤水分受天然降水影响较大，降水充沛时，土壤水分可以得到补充，因此2005年的干化现象应属于临时干化。200～600cm土层土壤水分年季间基本没有变化，接近凋萎湿度，土壤发生严重干化，土壤水分难以得到降水的补给，水分亏缺主要是由于柠条根系吸收深层土壤水引起的，可能已发生永久干化。

硬黄土柠条林地0～220cm土层土壤水分随降水量的变化而变化。2004年柠条生长季末0～220 cm土层平均土壤含水量为7.8%，2005年同期只有5.5%，减少了28.7%，土壤临时干化严重。220～600cm土层土壤含水量受降水影响较少，年季间基本没有变化，而且随着土层加深，土壤水分含量逐渐增加，出现轻度干化现象。

3.2 质地对柠条林地土壤干层形成的影响

2005年10月底不同质地柠条林地土壤水分含量如图3所示。不同质地柠条林地土壤水分含量差异非常明显。土层深度0～200cm左右，各种质地土壤水分含量均受天然降水影响，土壤水分含量变异较大。风沙土柠条林地0～200cm土层土壤平均含水量为5.3％，硬黄土为5.5％，沙黄土稍大，为6.9％。然而，200cm土层以下，硬黄土柠条林地土壤水分含量远大于风沙土和沙黄土，干化现象也较轻；320 cm以下，风沙土柠条林地土壤水分大于沙黄土，这可能的原因是风沙土柠条林地风沙土的厚度在[KG)]0～380cm之间，380cm以下土壤质地为黄土，水分条件较好。风沙土和沙黄土柠条林地均出现比较严重的土壤干化现象，在200cm土层以下可能已经出现了永久干化层。

3. 坡位对柠条林地土壤干层形成的影响

为了明确坡位对柠条林地土壤干层形成的影响，我们于2004年10月在硬黄土柠条坡地（坡长80 m，坡度9°）测定了坡上、坡中和坡下位0～600cm土层土壤水分含量（图4）。

坡位对土壤水分的影响主要发生在0～200 cm土层，200cm以下坡位对土壤水分影响很小。0～200 cm土层土壤平均水分含量，坡上为8.9%、坡中为8.3%、坡下为10.8%，坡下土壤水分含量较高，主要原因是较多的降水在坡下聚集、入渗，土壤水分补给较好，土壤临时干化现象较轻。

200～600cm土层平均土壤含水量，坡上为8.1%、坡中为7.7%、坡下为8.5%，差异不明显，出现比较明显的土壤干层。坡上位土壤水分稍好于坡中位，这可能是由于坡上柠条林地时常受到人畜破坏，柠条长势较差，蒸腾较弱引起的。

4 结 论

天然降水是六道沟小流域土壤水分的唯一补给源，然而该研究区地处黄土高原北部风沙区，天然降水少而且年季变化大，土壤水分得不到有效补给，灌木林地土壤水分亏缺，干化现象严重，植被出现明显的退化。

不同灌木林地土壤干化层范围不同。风沙土、沙黄土柠条林地土壤临时干化层出现在0～200 cm之间，200 cm以下土壤可能出现永久干化，硬黄土柠条林地土壤干化现象较轻。不同质地柠条林地土壤干化现象差异明显。不同坡位对柠条林地土壤干化也有影响，总的来说，坡下位干化现象较轻，坡上位较重。明确灌木林地土壤干层范围，对该区域植被恢复、生态重建具有一定的指导作用。

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