黃土高原丘陵區(qū)人工檸條林地土壤水分狀況研究

洛杉磯高原西部年平均降水量不足300毫米，生態(tài)環(huán)境脆弱，人地矛盾突出，生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化。人工植被恢復(fù)是該地區(qū)生態(tài)恢復(fù)的主要措施。水是植被恢復(fù)過程中起著決定性因素的植物，植被是影響土壤水分最活躍、最積極的因素。該區(qū)從20世紀(jì)30年代開始植樹種草,以灌溉為主的措施導(dǎo)致了生態(tài)建設(shè)范圍非常有限,投入與效益之比遠(yuǎn)低于預(yù)期目標(biāo).2000年以來,隨著綠化工程的大規(guī)模開展,無灌溉雨養(yǎng)植被恢復(fù)與建設(shè)技術(shù)受到重視.灌木檸條(CaraganaKorshinskii)是該區(qū)人工雨養(yǎng)造林綠化中常見的樹種.但隨著人工灌木林的成長和蓋度的增大,逐漸出現(xiàn)了樹木萎蔫干枯的現(xiàn)象,因此,研究該區(qū)年生長季中不同生長時期不同坡向和不同坡位檸條林地土壤水分變化的異同是目前植被恢復(fù)中急需解決的問題.1試驗設(shè)計1.1降水量、地質(zhì)及分布特點試驗區(qū)位于甘肅省蘭州市青白石大浪溝村,N36.06°,E103.56°,屬典型的溫帶半干旱氣候,年平均氣溫11.2℃,多年平均降水量265.5mm,且年內(nèi)分布極其不均勻,6~9月的降水量占全年的70%,年蒸發(fā)量1437mm,年日照時數(shù)2446h,無霜期180d以上.該區(qū)土壤田間持水量為19.96%.土壤以淡灰鈣土為主,顆粒較粗,溝坡分布有紅膠泥和紅沙土,pH8.0~9.0.南部是瀕臨河畔的二級階地(坪)和小面積的河谷、河灘地,北部是群山起伏、溝壑縱橫的山地.1.2土壤水分中性管和土壤含水量的監(jiān)測1.2.1樣地布設(shè)以2003年種植的檸條林地為研究對象,試驗地采用魚鱗坑整地保水措施,分別在不同的坡向(陰坡、半陰坡、半陽坡),坡位(坡底、坡中、坡頂)布設(shè)土壤水分中子管,對土壤水分進(jìn)行定期監(jiān)測.中子管的具體布設(shè)方法為:分別在陰坡、半陰坡、半陽坡各選取8株檸條(分布于不同坡位),共24株,距每株檸條根部10、30、50cm水平布設(shè)3個中子管,共72個.并測量不同土層的土壤容重.1.2.2土壤含水量的測定用土壤水分中子儀每隔10d,分層(0~10、10~20、20~40、40~60、60~80、80~100、100~120、120~140、140~160、160~180cm)測定土壤含水量.2結(jié)果與分析2.1cm土層深度年生長季內(nèi),不同生長時期、不同土層間檸條林的土壤含水量分析結(jié)果見表1.由表1分析可知,年生長季節(jié)內(nèi),生長初期,10~20cm土層深度的土壤含水量遠(yuǎn)小于0~10cm、20~40cm土層的土壤含水量,表層0~10cm土壤含水量最大,在0~60cm土層深度內(nèi)土壤含水量先降低(10~20cm土層深度)又增加再降低,屬于土壤水分的劇變層;60~180cm各土層深度的土壤含水量,隨著土層深度的增加,呈現(xiàn)小幅度增長.經(jīng)多重比較(Duncan法),生長初期0~10、10~20和20~40cm各土層深度的土壤含水量差異極顯著,40~180cm各土層深度的土壤含水量之間無顯著差異.生長旺季0~10cm土層深度的土壤含水量仍為最大,不同土層深度的土壤含水量垂直變化與生長初期一致.經(jīng)多重比較結(jié)果可知,0~10、10~20、20~40cm各個土層深度的土壤含水量均為差異極顯著,40~180cm土層內(nèi)各土層深度的土壤含水量之間無顯著差異.生長末期0~60cm各土層深度的土壤含水量隨深度增加逐漸降低,60~180cm各土層深度的土壤含水量隨深度增加穩(wěn)步增長略有起伏.經(jīng)多重比較結(jié)果可知,0~10、10~20、20~40cm各土層深度的土壤含水量差異極顯著,40~180cm各土層深度的土壤含水量差異不顯著.2.2年生長不同時期和立地條件下各立地條件下的含水量的變化規(guī)律土壤含水量以變化顯著、測定簡便、直觀性強(qiáng)等優(yōu)點通常作為水分虧缺的診斷指標(biāo),根據(jù)已測的土壤含水量動態(tài)變化過程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析,具體如表2所示.從表2可以看出,年生長初期、生長旺季、生長末期3個時期的土壤含水量差異顯著性比較結(jié)果是一致的,三個立地條件之間,土壤含水量均值從大到小順序為:半陽坡>半陰坡>陰坡.各立地條件之間,半陰坡和陰坡土壤含水量差異極顯著;半陰坡和半陽土壤含水量無顯著差異.2.3生長中期的土壤含水量由圖1、2可以看出,生長初期和生長旺季,半陰坡和半陽坡的土壤含水量變化與表1中同時期土壤含水量的總體變化趨勢一致;陰坡土壤含水量在10~20cm土層深度降至最低,之后在20~40cm土層深度土壤含水量又急劇增加,40cm以下土層深度的土壤含水量緩慢增加.由圖3可以看出,生長末期,半陰坡和半陽坡的土壤含水量變化仍與表1中同時期總體變化趨勢一致;陰坡土壤含水量呈現(xiàn)先減少后緩慢增加的趨勢.由圖1~3可以看出,在年生長季內(nèi),不同坡向、不同土層深度、不同生長時期的檸條林地的土壤含水量都發(fā)生不同程度地改變.總體對比分析,可以看出各生長時期間土壤含水量劇變層是0~60cm土層,60~180cm土層為土壤水分相對穩(wěn)定層,這與表1得出的結(jié)論相同;在整個生長季內(nèi)不同坡向不同土層的土壤含水量動態(tài)變化規(guī)律是相似的,為先減少再增加.從生長初期到生長旺季,0~180cm土層深度的土壤含水量都有不同程度地降低,劇變層的土壤含水量變化最為明顯,其中陰坡在10~20cm土層深度的土壤含水量降低的最多,其次是半陽坡;生長旺季到生長末期,各層的土壤含水量都有了一定程度地增長,劇變層的土壤含水量變化最為明顯,陰坡土壤含水量增加最多,半陽坡次之,半陽坡和半陰坡的土壤含水量總量相差不大.2.4土壤深度和距根的變化本試驗在每株檸條根部10、30、50cm水平距離處分別測量了土壤的水分含量,選取生長旺季的土壤水分劇變層來研究不同水平距離處的土壤含水量變化.由圖4~6可以看出,檸條對周邊土壤含水量的影響隨著距離的增長而減小.陰坡3條土壤含水量曲線的變化趨勢一致,都是先減少后增加,0~10cm和10~20cm土層深度,距根越遠(yuǎn)土壤含水量越高;20~40cm土層深度3個水平距離處測得的土壤含水量相差很小,說明在土壤含水量較低的同一水平面上,檸條對周邊土壤含水量的影響范圍較大.半陰坡3條土壤含水量曲線,0~20cm土層深度土壤含水量距根越遠(yuǎn)含水量越低;20~40cm土層深度3個水平距離處測得的土壤含水量,30cm、50cm距離處的土壤含水量相同,明顯大于10cm距離處的土壤含水量,說明在土壤含水量較高的同一水平面上,檸條對周邊土壤含水量的影響范圍很小.半陽坡3條土壤含水量曲線,30、50cm距離處的土壤含水量曲線幾乎重合,半陽坡0~40cm土層深度的土壤含水量都很高,所以檸條對周圍土壤含水量的影響范圍較小.3.土壤含水量本試驗土壤以淡灰鈣土為主,各土層土壤容重在1.35~1.45g/cm生長季內(nèi)不同立地條件、不同生長時期,土壤含水量表現(xiàn)為陰坡<半陰坡<半陽坡,陰坡的土壤含水量都是最低的,半陰