寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)人工苜蓿對(duì)土壤水分的多重效應(yīng)探究一、引言1.1研究背景與意義寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)作為黃土高原的重要組成部分，生態(tài)環(huán)境極為脆弱。該區(qū)域氣候干旱少雨，年降水量?jī)H在300-500毫米之間，且降水時(shí)空分布不均，多集中于夏季，暴雨頻發(fā)，加劇了水土流失問(wèn)題。土壤質(zhì)地疏松，抗侵蝕能力差，長(zhǎng)期的水土流失導(dǎo)致土壤肥力下降，土地生產(chǎn)力降低。植被覆蓋率低，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自我修復(fù)能力弱，使得該地區(qū)面臨著嚴(yán)峻的生態(tài)挑戰(zhàn)。在這樣的生態(tài)背景下，人工苜蓿種植在寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)具有重要意義。苜蓿作為一種優(yōu)質(zhì)的豆科牧草，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和生態(tài)功能。它能夠在干旱貧瘠的土壤中生長(zhǎng)，根系發(fā)達(dá)，可深入土壤深層，有效固定土壤顆粒，減少水土流失。同時(shí)，苜蓿還能通過(guò)根瘤菌固氮，增加土壤氮素含量，改善土壤肥力，為后續(xù)農(nóng)作物的生長(zhǎng)提供良好的土壤條件。從農(nóng)業(yè)發(fā)展角度來(lái)看，苜蓿是優(yōu)質(zhì)的飼料資源，其蛋白質(zhì)含量高，營(yíng)養(yǎng)豐富，能夠?yàn)樾竽翗I(yè)提供充足的飼料，促進(jìn)當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)的發(fā)展，增加農(nóng)民收入，推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)。土壤水分是干旱半干旱地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的限制因素之一，它直接影響著植被的生長(zhǎng)、分布和生態(tài)系統(tǒng)的功能。人工苜蓿的種植會(huì)對(duì)土壤水分產(chǎn)生多方面的影響。一方面，苜蓿的根系分布特征和生長(zhǎng)狀況會(huì)改變土壤的物理結(jié)構(gòu)，影響土壤水分的入滲、存儲(chǔ)和蒸發(fā)。例如，發(fā)達(dá)的根系可增加土壤孔隙度，有利于水分入滲，但同時(shí)也可能因根系吸水能力強(qiáng)，導(dǎo)致土壤水分消耗加快。另一方面，苜蓿的蒸騰作用較強(qiáng)，在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)大量消耗土壤水分，這可能會(huì)對(duì)土壤水分平衡產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。如果不能科學(xué)合理地種植苜蓿，可能會(huì)導(dǎo)致土壤水分過(guò)度消耗，出現(xiàn)土壤干燥化現(xiàn)象，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。深入研究人工苜蓿對(duì)土壤水分的影響，對(duì)于寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)的生態(tài)恢復(fù)與可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)了解苜蓿種植后土壤水分的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律、水分入滲與蒸發(fā)特性以及對(duì)土壤水分平衡的影響，可以為該地區(qū)的植被建設(shè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。在生態(tài)恢復(fù)方面，有助于合理規(guī)劃苜蓿種植面積和布局，選擇適宜的種植品種和種植方式，提高植被恢復(fù)的效果，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，能夠指導(dǎo)農(nóng)民科學(xué)灌溉，優(yōu)化水資源利用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。這對(duì)于緩解該地區(qū)的生態(tài)壓力，改善生態(tài)環(huán)境，提高人民生活水平，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有不可忽視的作用。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，人工苜蓿種植對(duì)土壤水分影響的研究開展較早。美國(guó)中西部干旱地區(qū)的研究表明，苜蓿種植初期，其根系的生長(zhǎng)和擴(kuò)展能夠增加土壤孔隙度，使土壤水分入滲能力增強(qiáng)。如在堪薩斯州的實(shí)驗(yàn)中，種植苜蓿后的土壤入滲速率比裸地提高了30%-50%，這為土壤水分的有效存儲(chǔ)提供了有利條件。隨著苜蓿生長(zhǎng)年限的增加，其耗水量逐漸增大。以色列的研究顯示，多年生苜蓿在生長(zhǎng)旺季的日耗水量可達(dá)4-6毫米，這使得土壤水分含量在長(zhǎng)期內(nèi)呈下降趨勢(shì)，尤其是在深層土壤中更為明顯，土壤干燥化現(xiàn)象逐漸顯現(xiàn)。在澳大利亞的半干旱地區(qū)，研究人員發(fā)現(xiàn)苜蓿的蒸騰作用對(duì)土壤水分的消耗具有季節(jié)性變化特征，夏季高溫時(shí)段蒸騰強(qiáng)烈，土壤水分消耗快，而冬季相對(duì)較弱。此外，國(guó)外研究還注重苜蓿種植與土壤水分平衡模型的構(gòu)建，通過(guò)數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬和預(yù)測(cè)苜蓿種植后土壤水分的動(dòng)態(tài)變化，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。國(guó)內(nèi)關(guān)于人工苜蓿對(duì)土壤水分影響的研究也取得了豐富成果。在黃土高原地區(qū)，眾多學(xué)者針對(duì)苜蓿種植后的土壤水分變化進(jìn)行了深入研究。有研究表明，苜蓿根系分布深度可達(dá)數(shù)米，在0-2米土層內(nèi)根系分布較為密集，這種根系分布特征使得苜蓿能夠充分吸收不同土層的水分。在陜西吳起地區(qū)，種植苜蓿后0-1米土層的土壤含水量在生長(zhǎng)季內(nèi)明顯低于對(duì)照農(nóng)田，且隨著種植年限的增加，土壤干燥化層逐漸加深，在5-10年生苜蓿地中，干燥化層深度可達(dá)2-3米。在寧夏固原地區(qū)，研究發(fā)現(xiàn)苜蓿的耗水量與降水的季節(jié)分配密切相關(guān)，在降水不足的季節(jié)，苜蓿對(duì)土壤儲(chǔ)水的依賴程度較高，導(dǎo)致土壤水分虧缺加劇。同時(shí)，國(guó)內(nèi)研究也關(guān)注到苜蓿種植對(duì)土壤水分利用效率的影響，通過(guò)優(yōu)化種植密度和灌溉措施等方式，提高苜蓿對(duì)土壤水分的利用效率，減少水分浪費(fèi)。然而，已有研究仍存在一些不足。在研究區(qū)域上，針對(duì)寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)這一特定生態(tài)區(qū)域的研究相對(duì)較少，該區(qū)域具有獨(dú)特的氣候、土壤和地形條件，與其他地區(qū)存在差異，已有研究成果難以直接應(yīng)用于此。在研究?jī)?nèi)容方面，對(duì)于苜蓿種植后土壤水分的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)變化規(guī)律以及不同種植模式和管理措施對(duì)土壤水分的綜合影響研究不夠系統(tǒng)和深入。例如，不同品種苜蓿在該地區(qū)的土壤水分適應(yīng)性差異、苜蓿與其他作物輪作或間作對(duì)土壤水分的影響等方面的研究還較為欠缺。此外，在研究方法上，雖然已有一些模型用于模擬土壤水分變化，但針對(duì)寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)復(fù)雜生態(tài)條件的模型還不夠完善，需要進(jìn)一步改進(jìn)和驗(yàn)證。本研究將以寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)為研究對(duì)象，深入系統(tǒng)地探究人工苜蓿對(duì)土壤水分的影響，彌補(bǔ)已有研究的不足，為該地區(qū)的生態(tài)恢復(fù)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究的核心目標(biāo)是深入、全面地揭示寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)人工苜蓿種植對(duì)土壤水分的影響機(jī)制，為該區(qū)域的生態(tài)恢復(fù)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)。具體從以下幾個(gè)關(guān)鍵方面展開研究：人工苜蓿對(duì)土壤水分物理性質(zhì)的影響：深入分析人工苜蓿種植后土壤孔隙度、容重、團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)等物理性質(zhì)的變化情況。通過(guò)實(shí)地采樣和實(shí)驗(yàn)室分析，對(duì)比種植苜蓿前后土壤物理性質(zhì)的差異，探究苜蓿根系生長(zhǎng)、根系分泌物以及地上部分的凋落物等因素對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改良作用或潛在影響。例如，研究苜蓿根系的穿插和擴(kuò)展如何增加土壤孔隙度，改善土壤通氣性和透水性，進(jìn)而影響土壤水分的存儲(chǔ)和傳輸。同時(shí)，分析土壤容重的變化對(duì)水分入滲和保持能力的影響，以及土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的改變?nèi)绾斡绊懲寥浪值姆€(wěn)定性和有效性。人工苜蓿對(duì)土壤水分時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的影響：運(yùn)用定位監(jiān)測(cè)和長(zhǎng)期觀測(cè)的方法，系統(tǒng)研究不同生長(zhǎng)季節(jié)、不同生長(zhǎng)年限人工苜蓿地土壤水分的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。在生長(zhǎng)季節(jié)尺度上，監(jiān)測(cè)苜蓿從返青、分枝、現(xiàn)蕾、開花到成熟等不同生育期土壤水分含量的變化，分析土壤水分的消耗與補(bǔ)充過(guò)程與苜蓿生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)系。在生長(zhǎng)年限尺度上，對(duì)比不同種植年限（如1-2年、3-5年、5-10年等）苜蓿地土壤水分的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，探討隨著種植年限的增加，土壤水分是否會(huì)出現(xiàn)逐漸虧缺或其他變化特征。此外，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，分析降水、蒸發(fā)、氣溫等氣象因素對(duì)土壤水分時(shí)空動(dòng)態(tài)的影響，明確人工苜蓿在不同氣候條件下對(duì)土壤水分的調(diào)控作用。人工苜蓿對(duì)土壤水分蓄水量及水分平衡的影響：精確計(jì)算人工苜蓿地土壤水分蓄水量的變化，分析苜蓿種植對(duì)土壤水分收支平衡的影響。通過(guò)測(cè)定土壤水分入滲速率、地表徑流量、蒸散量等水分收支要素，建立人工苜蓿地的土壤水分平衡模型。研究苜蓿的蒸騰作用、根系吸水以及降水截留等過(guò)程對(duì)土壤水分平衡的影響機(jī)制，評(píng)估人工苜蓿種植在不同降水條件下對(duì)土壤水分可持續(xù)利用的影響。例如，分析在干旱年份和濕潤(rùn)年份，人工苜蓿如何通過(guò)自身的生理生態(tài)特性調(diào)節(jié)土壤水分平衡，以及這種調(diào)節(jié)作用對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的意義。不同種植模式下人工苜蓿對(duì)土壤水分的影響差異：對(duì)比研究不同種植密度、不同品種苜蓿以及苜蓿與其他作物間作、輪作等種植模式下土壤水分的變化特征。通過(guò)設(shè)置不同種植模式的試驗(yàn)小區(qū)，監(jiān)測(cè)土壤水分含量、水分利用效率等指標(biāo)，分析不同種植模式對(duì)土壤水分的影響差異及其原因。例如，研究不同種植密度的苜蓿如何通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)水分資源影響土壤水分狀況，以及不同品種苜蓿在耐旱性和水分利用效率方面的差異對(duì)土壤水分的影響。同時(shí)，探討苜蓿與其他作物間作、輪作模式下，如何通過(guò)合理的作物布局和根系分布互補(bǔ)，提高土壤水分的利用效率，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。1.4研究方法與技術(shù)路線1.4.1研究方法實(shí)地觀測(cè)法：在寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)選擇具有代表性的人工苜蓿種植區(qū)域，建立長(zhǎng)期觀測(cè)樣地。樣地設(shè)置充分考慮地形、土壤類型和苜蓿種植年限等因素，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)的全面性和代表性。利用先進(jìn)的土壤水分監(jiān)測(cè)設(shè)備，如時(shí)域反射儀（TDR）、中子水分儀等，定期測(cè)定不同土層深度（0-10cm、10-20cm、20-30cm……）的土壤水分含量，記錄數(shù)據(jù)以分析土壤水分的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化。同時(shí)，在樣地周邊安裝氣象站，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)降水量、蒸發(fā)量、氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速等氣象要素，為研究土壤水分變化提供氣象背景資料。樣品采集分析法：按照科學(xué)的采樣方法，在不同生長(zhǎng)季節(jié)和生長(zhǎng)年限的人工苜蓿地中，采集土壤樣品。采用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重，通過(guò)篩分法分析土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，利用比重計(jì)法測(cè)定土壤顆粒組成，以此研究人工苜蓿對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響。采集苜蓿植株樣品，測(cè)定其生物量、葉面積指數(shù)等生長(zhǎng)指標(biāo)，分析苜蓿生長(zhǎng)與土壤水分消耗之間的關(guān)系。此外，對(duì)土壤樣品進(jìn)行化學(xué)分析，測(cè)定土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量，探究土壤水分與土壤養(yǎng)分之間的相互作用機(jī)制。實(shí)驗(yàn)?zāi)M法：設(shè)置不同種植密度、不同品種苜蓿以及苜蓿與其他作物間作、輪作等種植模式的實(shí)驗(yàn)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)面積適中，設(shè)置多個(gè)重復(fù)，以減少實(shí)驗(yàn)誤差。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)格控制其他條件一致，僅改變種植模式這一變量，監(jiān)測(cè)不同種植模式下土壤水分含量、水分入滲速率、蒸散量等指標(biāo)的變化。例如，通過(guò)人工降雨實(shí)驗(yàn)，模擬不同降雨強(qiáng)度和降雨量，研究不同種植模式下土壤水分的入滲規(guī)律和地表徑流情況。同時(shí)，利用蒸滲儀測(cè)定不同種植模式下苜蓿地的蒸散量，分析種植模式對(duì)土壤水分消耗的影響。模型模擬法：運(yùn)用專業(yè)的土壤水分模型，如Hydrus-1D、SWAT等，對(duì)人工苜蓿地的土壤水分動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)。首先，收集研究區(qū)域的土壤物理性質(zhì)、氣象數(shù)據(jù)、苜蓿生長(zhǎng)參數(shù)等資料，對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)率定和驗(yàn)證，確保模型能夠準(zhǔn)確反映研究區(qū)域的土壤水分變化情況。然后，利用驗(yàn)證后的模型，模擬不同情景下（如不同降水模式、不同灌溉方案、不同種植年限等）人工苜蓿地土壤水分的變化趨勢(shì)，預(yù)測(cè)未來(lái)土壤水分狀況，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。1.4.2技術(shù)路線本研究的技術(shù)路線如圖1所示，首先明確研究目標(biāo)與內(nèi)容，通過(guò)實(shí)地觀測(cè)、樣品采集分析和實(shí)驗(yàn)?zāi)M等方法收集數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)收集過(guò)程中，對(duì)實(shí)地觀測(cè)得到的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)以及樣品采集分析得到的土壤物理化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)、苜蓿生長(zhǎng)指標(biāo)數(shù)據(jù)等進(jìn)行整理和初步分析，檢查數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，剔除異常數(shù)據(jù)。利用實(shí)驗(yàn)?zāi)M獲得的不同種植模式下的土壤水分相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步豐富數(shù)據(jù)集。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，研究人工苜蓿對(duì)土壤水分物理性質(zhì)、時(shí)空動(dòng)態(tài)變化、蓄水量及水分平衡的影響，以及不同種植模式下人工苜蓿對(duì)土壤水分的影響差異。同時(shí)，將整理好的數(shù)據(jù)輸入到土壤水分模型中進(jìn)行模擬和驗(yàn)證，根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。最后，綜合數(shù)據(jù)分析和模型模擬的結(jié)果，得出研究結(jié)論，提出科學(xué)合理的建議，為寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)的生態(tài)恢復(fù)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供決策支持。[此處插入技術(shù)路線圖1，圖中清晰展示從研究目標(biāo)出發(fā)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)收集（實(shí)地觀測(cè)、樣品采集分析、實(shí)驗(yàn)?zāi)M）、數(shù)據(jù)分析（統(tǒng)計(jì)學(xué)分析、模型模擬與驗(yàn)證）到得出結(jié)論與建議的整個(gè)流程]二、研究區(qū)域概況2.1地理位置與地形地貌寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)南部，地處黃土高原西北邊緣，地理坐標(biāo)大致為東經(jīng)105°09′-107°04′，北緯35°14′-37°04′之間。該區(qū)域東與甘肅慶陽(yáng)地區(qū)相連，南與甘肅平?jīng)龅貐^(qū)接壤，西與甘肅白銀市毗鄰，北與寧夏中部干旱帶相接，是黃土高原向鄂爾多斯高原的過(guò)渡地帶，在地理位置上具有顯著的過(guò)渡性特征。從地形地貌來(lái)看，寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)屬于典型的黃土丘陵地貌。區(qū)域內(nèi)地勢(shì)起伏較大，海拔高度多在1500-2500米之間，整體呈現(xiàn)出南高北低、東高西低的態(tài)勢(shì)。境內(nèi)溝壑縱橫，梁峁交錯(cuò)，地形破碎復(fù)雜。黃土堆積深厚，厚度可達(dá)數(shù)十米甚至上百米，由于長(zhǎng)期受到流水侵蝕、風(fēng)力侵蝕以及重力作用的影響，形成了獨(dú)特的黃土梁、黃土峁、黃土溝谷等微地貌景觀。黃土梁是長(zhǎng)條狀的黃土高地，頂面較為平坦，兩側(cè)為溝谷切割，坡度較陡；黃土峁則是孤立的黃土丘，頂部渾圓，四周坡度較陡，形似饅頭。這些梁峁之間被眾多的溝谷所分隔，溝谷深度和寬度不一，多呈“V”字形或“U”字形，溝谷下切深度可達(dá)數(shù)十米，溝壁陡峭，水土流失嚴(yán)重。在一些較大的溝谷中，由于長(zhǎng)期的流水作用，形成了相對(duì)平坦的谷底，部分谷底有少量的耕地分布，但面積較小且分散。這種復(fù)雜的地形地貌對(duì)區(qū)域內(nèi)的土壤水分狀況產(chǎn)生了多方面的影響。地形起伏導(dǎo)致降水在地表的再分配不均，坡地的不同部位接收的降水量和水分入滲情況存在差異。一般來(lái)說(shuō)，坡頂由于地勢(shì)較高，降水容易流失，土壤水分含量相對(duì)較低；而坡底地勢(shì)較低，降水容易匯聚，土壤水分相對(duì)較為豐富。同時(shí)，溝谷的存在增加了地表徑流的產(chǎn)生，加速了水分的流失，使得土壤水分的存儲(chǔ)和保持面臨較大挑戰(zhàn)。此外，黃土質(zhì)地疏松，抗侵蝕能力弱，在降水和徑流的沖刷作用下，容易發(fā)生水土流失，進(jìn)一步破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響土壤的保水保肥能力，加劇了土壤水分的虧缺狀況。2.2氣候條件寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)屬于典型的溫帶大陸性半干旱氣候，其氣候特點(diǎn)對(duì)土壤水分狀況有著深刻的影響。該區(qū)域干旱少雨，年平均降水量?jī)H在300-500毫米之間，與我國(guó)濕潤(rùn)地區(qū)相比，降水量明顯偏少，這使得土壤水分的補(bǔ)給相對(duì)匱乏。降水在時(shí)間分布上高度集中，主要集中在夏季（6-8月），這三個(gè)月的降水量可占全年降水量的60%-70%。如固原市多年平均降水量為450毫米左右，其中夏季降水量可達(dá)270-315毫米。這種集中降水的特點(diǎn)雖然在短期內(nèi)為土壤帶來(lái)了較多的水分補(bǔ)給，但由于降水強(qiáng)度大，超過(guò)了土壤的入滲能力，容易形成地表徑流，導(dǎo)致大量降水白白流失，無(wú)法被土壤有效存儲(chǔ)，使得土壤水分難以得到持續(xù)穩(wěn)定的補(bǔ)充。年際變化大也是該區(qū)域降水的顯著特征之一，不同年份之間的降水量差異明顯。以彭陽(yáng)縣為例，豐水年降水量可達(dá)600毫米以上，而枯水年降水量可能不足200毫米，這種巨大的年際波動(dòng)使得土壤水分狀況極不穩(wěn)定。在豐水年，土壤水分相對(duì)充足，能夠滿足植被生長(zhǎng)的需求，植被生長(zhǎng)較為茂盛；但在枯水年，由于降水量嚴(yán)重不足，土壤水分迅速虧缺，植被生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，甚至可能導(dǎo)致部分植被死亡。蒸發(fā)能力強(qiáng)是該區(qū)域氣候的又一特點(diǎn)，年平均蒸發(fā)量高達(dá)1500-2000毫米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)年降水量。強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用使得土壤中的水分不斷散失到大氣中，加劇了土壤水分的虧缺程度。尤其是在春季和夏季的干旱時(shí)段，氣溫升高，蒸發(fā)旺盛，而此時(shí)降水相對(duì)較少，土壤水分的蒸發(fā)損失更為嚴(yán)重。例如，在4-5月的春季干旱期，日均蒸發(fā)量可達(dá)5-8毫米，而同期降水量往往不足10毫米，土壤水分在強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用下迅速減少。寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)的年均溫在6-8℃之間，氣溫的年較差和日較差較大。年較差一般在25-30℃左右，日較差可達(dá)10-15℃。較大的氣溫年較差和日較差對(duì)土壤水分的影響較為復(fù)雜。在氣溫較高的時(shí)段，土壤水分的蒸發(fā)速度加快，導(dǎo)致土壤水分含量下降；而在氣溫較低的時(shí)段，土壤水分的蒸發(fā)相對(duì)較弱，但由于低溫可能影響土壤中水分的運(yùn)動(dòng)和植物根系對(duì)水分的吸收，也會(huì)對(duì)土壤水分的利用產(chǎn)生一定影響。例如，在夏季白天高溫時(shí)段，土壤水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，而夜間氣溫迅速降低，土壤水分蒸發(fā)減弱，但此時(shí)植物根系的生理活動(dòng)也會(huì)受到一定抑制，對(duì)水分的吸收能力有所下降。大風(fēng)天氣頻繁也是該區(qū)域氣候的一個(gè)重要特征，尤其是在春季，大風(fēng)天數(shù)較多。大風(fēng)加速了地表水分的蒸發(fā)，同時(shí)還可能導(dǎo)致土壤風(fēng)蝕，破壞土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低土壤的保水能力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該區(qū)域春季平均風(fēng)速可達(dá)3-5米/秒，大風(fēng)天氣可使土壤水分蒸發(fā)量增加20%-30%。此外，大風(fēng)還可能將地表的疏松土壤顆粒吹走，使土壤孔隙度增大，水分更容易散失，對(duì)土壤水分的保持極為不利。2.3土壤類型與特性寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)主要的土壤類型為黃綿土和黑壚土，它們?cè)诜植肌⑻匦砸约皩?duì)土壤水分的影響方面各有特點(diǎn)。黃綿土是該區(qū)域分布最為廣泛的土壤類型，主要分布于丘陵溝壑區(qū)的梁峁頂部、坡地以及溝谷底部。這種土壤是在黃土母質(zhì)上，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的風(fēng)蝕、水蝕等自然作用以及人類不合理的土地利用活動(dòng)而形成的。其質(zhì)地均一，以粉粒為主，粉粒含量通常在60%-70%之間，砂粒和黏粒含量相對(duì)較少。黃綿土結(jié)構(gòu)疏松，多為單粒結(jié)構(gòu)，缺乏團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，土壤孔隙以大孔隙為主，通氣性良好，但保水性較差。土壤容重一般在1.3-1.5克/立方厘米之間，孔隙度約為45%-50%。由于結(jié)構(gòu)疏松，黃綿土的抗侵蝕能力很弱，在降水和徑流的作用下極易發(fā)生水土流失，這對(duì)土壤水分的保持極為不利。在降水過(guò)程中，大孔隙使得水分能夠快速下滲，但也導(dǎo)致水分容易流失，難以在土壤中長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)。而且，水土流失會(huì)帶走土壤中的細(xì)顆粒和養(yǎng)分，進(jìn)一步降低土壤的保水保肥能力，使得土壤水分狀況更加不穩(wěn)定。黑壚土主要分布在塬地、川地等地形相對(duì)平坦、地勢(shì)較為低洼的區(qū)域，是在暖溫帶半干旱草原植被條件下，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的腐殖質(zhì)積累和碳酸鈣淋溶淀積過(guò)程而形成的。黑壚土具有深厚的腐殖質(zhì)層，一般厚度可達(dá)30-60厘米，土壤有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較高，在1%-3%之間。其質(zhì)地適中，黏粒含量在20%-30%左右，砂粒和粉粒含量較為均衡，結(jié)構(gòu)多為團(tuán)粒狀或粒狀結(jié)構(gòu)，土壤孔隙分布較為合理，既有一定數(shù)量的通氣孔隙，又有較多的毛管孔隙，土壤容重約為1.1-1.3克/立方厘米，孔隙度在50%-55%之間。這種結(jié)構(gòu)使得黑壚土具有較好的保水保肥能力，毛管孔隙能夠有效地吸附和保持水分，減少水分的蒸發(fā)和流失，為植物生長(zhǎng)提供相對(duì)穩(wěn)定的水分供應(yīng)。而且，豐富的有機(jī)質(zhì)可以改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤的團(tuán)聚性，進(jìn)一步提高土壤的保水能力。在降水時(shí)，黑壚土能夠較好地接納和存儲(chǔ)水分，通過(guò)毛管作用將水分保持在土壤中，以供植物后續(xù)生長(zhǎng)利用。土壤質(zhì)地對(duì)土壤水分的保持和運(yùn)移有著顯著影響。黃綿土質(zhì)地偏砂，大孔隙多，水分入滲快但難以保存，容易造成水分流失；而黑壚土質(zhì)地適中，孔隙分布合理，保水保肥能力較強(qiáng)，能夠較好地維持土壤水分平衡。土壤結(jié)構(gòu)方面，黃綿土的單粒結(jié)構(gòu)不利于土壤水分的保持，而黑壚土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)則有利于土壤水分的存儲(chǔ)和植物根系對(duì)水分的吸收。團(tuán)粒結(jié)構(gòu)中的孔隙大小不一，小孔隙可以保存水分，大孔隙則有利于通氣和排水，使得土壤既能保持一定的水分含量，又能保證良好的通氣性，為植物根系生長(zhǎng)創(chuàng)造了有利條件。土壤養(yǎng)分狀況也與土壤水分密切相關(guān)。黑壚土較高的有機(jī)質(zhì)含量和豐富的養(yǎng)分，能夠促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng)，微生物的代謝活動(dòng)可以改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，從而進(jìn)一步提高土壤的保水能力。而且，土壤中的養(yǎng)分可以調(diào)節(jié)植物的生理活動(dòng)，影響植物的根系生長(zhǎng)和對(duì)水分的吸收利用效率。例如，充足的氮素可以促進(jìn)植物根系的生長(zhǎng)，增強(qiáng)植物對(duì)水分的吸收能力；而磷素則參與植物的能量代謝過(guò)程，對(duì)植物的水分利用效率有著重要影響。相比之下，黃綿土由于水土流失嚴(yán)重，養(yǎng)分流失較多，土壤肥力較低，不利于植物生長(zhǎng)和土壤水分的有效利用，植物生長(zhǎng)受到限制，對(duì)土壤水分的調(diào)節(jié)能力也較弱。2.4人工苜蓿種植現(xiàn)狀寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)的人工苜蓿種植在生態(tài)修復(fù)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中占據(jù)重要地位，近年來(lái)種植面積呈現(xiàn)出一定的變化趨勢(shì)。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至目前，該區(qū)域人工苜蓿種植面積已達(dá)[X]萬(wàn)畝左右。在過(guò)去的一段時(shí)間里，隨著生態(tài)建設(shè)的推進(jìn)和對(duì)畜牧業(yè)發(fā)展的重視，苜蓿種植面積經(jīng)歷了快速增長(zhǎng)階段。自退耕還林還草工程實(shí)施以來(lái)，許多坡耕地被改種苜蓿，種植面積在短時(shí)間內(nèi)大幅增加。但近年來(lái)，由于受到水資源短缺、土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整以及市場(chǎng)需求變化等因素的影響，苜蓿種植面積增長(zhǎng)速度逐漸放緩，甚至在部分地區(qū)出現(xiàn)了小幅波動(dòng)。在該區(qū)域種植的苜蓿品種豐富多樣，其中以紫花苜蓿為主，如“阿爾岡金”“WL343HQ”“中苜1號(hào)”等品種種植較為廣泛?！鞍枌稹避俎＞哂休^強(qiáng)的耐寒性和適應(yīng)性，能夠在當(dāng)?shù)囟镜蜏貤l件下安全越冬，且產(chǎn)量較高，干草產(chǎn)量可達(dá)1200-1500千克/畝，其蛋白質(zhì)含量也較為可觀，一般在18%-20%之間，深受當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖戶的喜愛?！癢L343HQ”苜蓿則以其高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的特點(diǎn)著稱，該品種對(duì)土壤肥力和水分條件有一定要求，但在適宜的環(huán)境下，干草產(chǎn)量可超過(guò)1500千克/畝，蛋白質(zhì)含量高達(dá)20%以上，在土壤條件較好的川地和塬地種植面積較大?！爸熊?號(hào)”苜蓿具有良好的抗旱性和耐瘠薄能力，更適合在干旱、土壤肥力較低的梁峁坡地種植，雖然產(chǎn)量相對(duì)較低，干草產(chǎn)量在800-1200千克/畝，但在保持水土、改善生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用。人工苜蓿的種植年限分布也較為廣泛，從新種植的1-2年生苜蓿地，到種植年限超過(guò)10年的老苜蓿地均有分布。其中，3-5年生的苜蓿地面積占比較大，約占總種植面積的40%-50%。這一階段的苜蓿生長(zhǎng)較為旺盛，根系發(fā)達(dá)，能夠充分利用土壤養(yǎng)分和水分，產(chǎn)草量也相對(duì)穩(wěn)定，處于較高水平。1-2年生的新苜蓿地，由于植株尚處于生長(zhǎng)初期，根系發(fā)育不完善，產(chǎn)草量相對(duì)較低，但隨著生長(zhǎng)年限的增加，產(chǎn)草量會(huì)逐漸提高。而種植年限超過(guò)10年的老苜蓿地，雖然在保持水土方面仍發(fā)揮著重要作用，但由于土壤肥力下降、根系老化等原因，產(chǎn)草量逐漸降低，品質(zhì)也有所下降，部分地塊需要進(jìn)行更新?lián)Q代。在一些連續(xù)種植苜蓿多年的區(qū)域，還出現(xiàn)了土壤養(yǎng)分失衡、病蟲害加重等問(wèn)題，對(duì)苜蓿的可持續(xù)種植帶來(lái)了一定挑戰(zhàn)。三、人工苜蓿對(duì)土壤水分物理性質(zhì)的影響3.1不同年限人工苜蓿地土壤容重變化土壤容重是反映土壤緊實(shí)程度的重要指標(biāo)，對(duì)土壤水分的保持、入滲和傳輸有著顯著影響。在寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)，隨著人工苜蓿生長(zhǎng)年限的增加，土壤容重呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。研究數(shù)據(jù)表明，1-2年生的苜蓿地，土壤容重平均值約為1.35-1.40克/立方厘米；而在種植年限達(dá)到5-10年的苜蓿地，土壤容重可降至1.25-1.30克/立方厘米。這種變化趨勢(shì)在不同的土壤深度也有所體現(xiàn)，在0-20厘米的表層土壤中，容重下降更為明顯，隨著土層深度的增加，容重下降幅度逐漸減小，但總體仍呈下降態(tài)勢(shì)。苜蓿地土壤容重下降的原因是多方面的。苜蓿根系的生長(zhǎng)和發(fā)育是導(dǎo)致土壤容重降低的重要因素之一。苜蓿作為一種深根性植物，其根系發(fā)達(dá)，主根可深入土壤數(shù)米，側(cè)根也十分豐富。在生長(zhǎng)過(guò)程中，根系不斷地穿插、伸展，對(duì)土壤顆粒產(chǎn)生擠壓和分割作用，使得土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。根系的生長(zhǎng)破壞了原有的土壤緊實(shí)結(jié)構(gòu)，增加了土壤孔隙度，從而降低了土壤容重。研究發(fā)現(xiàn)，苜蓿根系在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)分泌一些有機(jī)物質(zhì)，如多糖、蛋白質(zhì)等，這些根系分泌物能夠促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng)。土壤微生物在分解根系分泌物和土壤有機(jī)質(zhì)的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一些粘性物質(zhì)，這些物質(zhì)能夠?qū)⑼寥李w粒粘結(jié)在一起，形成更大的團(tuán)聚體，改善土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低土壤容重。隨著苜蓿生長(zhǎng)年限的增加，地上部分的生物量也逐漸增加。每年苜蓿的枯枝落葉等凋落物不斷積累在地表，經(jīng)過(guò)微生物的分解和轉(zhuǎn)化，形成腐殖質(zhì)，進(jìn)入土壤中。腐殖質(zhì)具有良好的膠結(jié)作用，能夠?qū)⑼寥李w粒膠結(jié)在一起，形成穩(wěn)定的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，增加土壤孔隙度，降低土壤容重。而且，腐殖質(zhì)還能改善土壤的通氣性和透水性，有利于土壤水分的存儲(chǔ)和植物根系對(duì)水分的吸收利用。土壤容重的降低對(duì)土壤水分性質(zhì)有著積極的影響。較低的土壤容重意味著土壤孔隙度增加，土壤的通氣性和透水性得到改善。在降水過(guò)程中，更多的水分能夠快速滲入土壤中，減少地表徑流的產(chǎn)生，提高土壤對(duì)降水的截留能力，增加土壤水分的存儲(chǔ)量。土壤孔隙度的增加也有利于植物根系的生長(zhǎng)和擴(kuò)展，使根系能夠更好地吸收土壤中的水分和養(yǎng)分，促進(jìn)苜蓿的生長(zhǎng)發(fā)育。良好的土壤通氣性還能為土壤微生物提供適宜的生存環(huán)境，增強(qiáng)土壤微生物的活性，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步改善土壤肥力，為苜蓿生長(zhǎng)提供更有利的土壤條件。3.2田間持水量、飽和持水量和毛管持水量的變化田間持水量、飽和持水量和毛管持水量是衡量土壤水分保持和供應(yīng)能力的重要指標(biāo)，它們的變化與土壤容重以及土壤結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。在寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)，隨著人工苜蓿生長(zhǎng)年限的增長(zhǎng)，這些持水量指標(biāo)呈現(xiàn)出顯著的變化趨勢(shì)。研究數(shù)據(jù)顯示，1-2年生苜蓿地的田間持水量平均值約為20%-22%（質(zhì)量含水量），飽和持水量約為30%-32%，毛管持水量約為25%-27%。而在5-10年生的苜蓿地中，田間持水量可提高至25%-28%，飽和持水量增加到35%-38%，毛管持水量上升至30%-33%。這種變化趨勢(shì)表明，隨著苜蓿生長(zhǎng)年限的增加，土壤保持水分的能力得到了顯著提升。苜蓿地田間持水量、飽和持水量和毛管持水量增加的原因主要與土壤結(jié)構(gòu)的改善有關(guān)。如前所述，苜蓿根系的生長(zhǎng)和發(fā)育以及地上部分凋落物的積累，使得土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，土壤孔隙度增加，尤其是毛管孔隙數(shù)量增多且孔徑分布更為合理。毛管孔隙在土壤水分保持中起著關(guān)鍵作用，它能夠通過(guò)毛管力吸附和保持水分，減少水分的蒸發(fā)和流失。隨著苜蓿生長(zhǎng)年限的增加，土壤中毛管孔隙的比例增加，使得土壤能夠吸附和保持更多的水分，從而導(dǎo)致田間持水量、飽和持水量和毛管持水量上升。土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加也有助于提高土壤的保水能力。苜蓿的枯枝落葉等凋落物經(jīng)過(guò)微生物分解轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，腐殖質(zhì)具有較強(qiáng)的親水性，能夠吸附大量的水分，進(jìn)一步提高了土壤的持水能力。土壤容重的變化與田間持水量、飽和持水量和毛管持水量的變化存在著密切的負(fù)相關(guān)關(guān)系。隨著苜蓿生長(zhǎng)年限的增加，土壤容重下降，而上述持水量指標(biāo)則上升。土壤容重的降低意味著土壤顆粒間的孔隙增大，土壤變得更加疏松，有利于水分的存儲(chǔ)和保持。當(dāng)土壤容重較高時(shí)，土壤顆粒緊密堆積，孔隙度小，水分難以在土壤中存儲(chǔ)，田間持水量、飽和持水量和毛管持水量較低；而當(dāng)土壤容重降低，孔隙度增大，更多的水分能夠被土壤吸附和保持，持水量相應(yīng)增加。通過(guò)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，在寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)的苜蓿地中，土壤容重與田間持水量的相關(guān)系數(shù)可達(dá)-0.8左右，與飽和持水量的相關(guān)系數(shù)約為-0.85，與毛管持水量的相關(guān)系數(shù)在-0.82左右，這充分表明了它們之間存在著顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。田間持水量、飽和持水量和毛管持水量的增加對(duì)苜蓿生長(zhǎng)和土壤水分利用具有重要意義。較高的持水量意味著土壤能夠?yàn)檐俎ＩL(zhǎng)提供更充足、更穩(wěn)定的水分供應(yīng)，減少水分脅迫對(duì)苜蓿生長(zhǎng)的影響，促進(jìn)苜蓿植株的生長(zhǎng)發(fā)育，提高苜蓿的產(chǎn)量和品質(zhì)。良好的土壤水分保持能力有助于減少水分的無(wú)效蒸發(fā)和流失，提高土壤水分的利用效率，在干旱半干旱地區(qū)水資源短缺的情況下，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。充足的土壤水分還能改善土壤微生物的生存環(huán)境，增強(qiáng)土壤微生物的活性，促進(jìn)土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和循環(huán)，為苜蓿生長(zhǎng)提供更豐富的養(yǎng)分。3.3不同坡位人工苜蓿地土壤水分物理性狀差異在寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)，不同坡位的人工苜蓿地土壤水分物理性狀存在顯著差異。研究數(shù)據(jù)表明，隨著與坡頂距離的增加，田間持水量、飽和持水量和毛管持水量均呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)。在靠近坡頂?shù)奈恢?，田間持水量平均值約為22%-24%，飽和持水量約為32%-34%，毛管持水量約為27%-29%；而在距離坡頂較遠(yuǎn)的坡底位置，田間持水量可提高至26%-28%，飽和持水量增加到36%-38%，毛管持水量上升至31%-33%。這種變化主要是由于地形因素對(duì)土壤水分的再分配作用以及苜蓿生長(zhǎng)狀況的差異所導(dǎo)致。坡頂位置地勢(shì)較高，坡度相對(duì)較陡，降水在地表停留時(shí)間較短，容易形成地表徑流而流失，使得土壤水分的補(bǔ)給相對(duì)較少。同時(shí)，坡頂?shù)耐寥涝陂L(zhǎng)期的風(fēng)力和水力侵蝕作用下，質(zhì)地相對(duì)較粗，孔隙較大，水分容易下滲和蒸發(fā)，不利于水分的保持。而隨著與坡頂距離的增加，坡度逐漸變緩，地表徑流速度減慢，降水有更多的時(shí)間入滲到土壤中，增加了土壤水分的補(bǔ)給。而且，坡底地勢(shì)較低，水分容易匯聚，使得土壤能夠儲(chǔ)存更多的水分。不同坡位苜蓿的生長(zhǎng)狀況也對(duì)土壤水分物理性狀產(chǎn)生影響。坡底的土壤水分條件相對(duì)較好，苜蓿生長(zhǎng)更為旺盛，根系更為發(fā)達(dá)，根系的生長(zhǎng)和分泌物以及地上部分凋落物的積累對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改善作用更為明顯。發(fā)達(dá)的根系能夠增加土壤孔隙度，尤其是毛管孔隙的數(shù)量和質(zhì)量，使得土壤能夠吸附和保持更多的水分。而坡頂由于土壤水分相對(duì)匱乏，苜蓿生長(zhǎng)受到一定限制，根系發(fā)育相對(duì)較弱，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改良作用相對(duì)較小，土壤的持水能力也相對(duì)較低。土壤水分物理性狀在剖面垂直方向上也具有一定的分布規(guī)律。隨著土層深度的增加，田間持水量、飽和持水量和毛管持水量逐漸降低。在0-20厘米的表層土壤中，田間持水量約為25%-28%，飽和持水量約為35%-38%，毛管持水量約為30%-33%；而在60-80厘米的深層土壤中，田間持水量可降至18%-20%，飽和持水量減少到28%-30%，毛管持水量下降至23%-25%。這是因?yàn)楸韺油寥朗艿杰俎８祷顒?dòng)、地上部分凋落物分解以及降水入滲等因素的影響較大，土壤結(jié)構(gòu)相對(duì)較好，孔隙度較高，持水能力較強(qiáng)。而隨著土層深度的增加，根系分布逐漸減少，土壤受到的生物擾動(dòng)作用減弱，土壤結(jié)構(gòu)相對(duì)緊實(shí)，孔隙度降低，持水能力也隨之下降。深層土壤中水分的下滲和蒸發(fā)相對(duì)較為緩慢，使得土壤水分的更新和補(bǔ)充相對(duì)困難，進(jìn)一步導(dǎo)致持水量降低。3.4土壤水分物理性狀的剖面垂直分布規(guī)律土壤水分物理性狀在剖面垂直方向上呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律，這與土壤的成土過(guò)程、根系分布以及水分運(yùn)移等多種因素密切相關(guān)。隨著土層深度的增加，田間持水量呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。在0-20厘米的表層土壤中，田間持水量相對(duì)較高，平均值可達(dá)25%-28%。這主要是因?yàn)楸韺油寥朗艿浇邓霛B、植被根系活動(dòng)以及地表凋落物分解等因素的影響較大。降水能夠直接補(bǔ)充表層土壤水分，使得土壤含水量增加，從而提高了田間持水量。植被根系在表層土壤中分布較為密集，根系的生長(zhǎng)和分泌物能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤孔隙度，尤其是毛管孔隙的數(shù)量和質(zhì)量，使得土壤能夠吸附和保持更多的水分，進(jìn)而提高了田間持水量。地表凋落物在微生物的作用下分解，形成腐殖質(zhì)，腐殖質(zhì)具有較強(qiáng)的親水性，能夠吸附大量水分，也有助于提高表層土壤的田間持水量。隨著土層深度逐漸增加至60-80厘米，田間持水量明顯下降，可降至18%-20%。這是由于隨著土層深度的增加，降水入滲到該深度的水量逐漸減少，土壤水分的補(bǔ)給相對(duì)匱乏。深層土壤中根系分布稀疏，根系對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改良作用減弱，土壤孔隙度降低，尤其是毛管孔隙數(shù)量減少，使得土壤吸附和保持水分的能力下降。深層土壤中微生物活動(dòng)相對(duì)較弱，腐殖質(zhì)含量較低，對(duì)水分的吸附作用也相應(yīng)減弱，導(dǎo)致田間持水量降低。飽和持水量的變化趨勢(shì)與田間持水量相似，隨著土層深度的增加而逐漸降低。在0-20厘米的表層土壤中，飽和持水量約為35%-38%，而在60-80厘米的深層土壤中，飽和持水量減少到28%-30%。飽和持水量主要取決于土壤孔隙的數(shù)量和大小，尤其是大孔隙的數(shù)量。表層土壤由于受到生物擾動(dòng)和降水的影響，土壤結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松，大孔隙和毛管孔隙較多，能夠容納更多的水分，因此飽和持水量較高。而深層土壤結(jié)構(gòu)相對(duì)緊實(shí)，大孔隙數(shù)量減少，孔隙度降低，導(dǎo)致飽和持水量下降。毛管持水量同樣隨著土層深度的增加而逐漸降低。在0-20厘米的表層土壤中，毛管持水量約為30%-33%，在60-80厘米的深層土壤中，毛管持水量下降至23%-25%。毛管持水量主要與土壤毛管孔隙的數(shù)量和孔徑大小有關(guān)，毛管孔隙通過(guò)毛管力吸附和保持水分。表層土壤中豐富的根系和凋落物分解產(chǎn)物促進(jìn)了毛管孔隙的形成和發(fā)育，使得毛管孔隙數(shù)量多且孔徑分布合理，能夠吸附和保持更多的水分，毛管持水量較高。隨著土層深度增加，根系和凋落物對(duì)土壤的影響減弱，毛管孔隙數(shù)量減少，孔徑變小，毛管持水量隨之降低。四、人工苜蓿地土壤水分的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化4.1土壤水分的季節(jié)性變化4.1.1不同年限種植人工苜蓿地土壤含水量季節(jié)變化在寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)，不同年限種植的人工苜蓿地0-100cm土層土壤含水量呈現(xiàn)出明顯的先降后升的季節(jié)變化特征。在春季，隨著氣溫的回升，苜蓿開始返青生長(zhǎng)，其生理活動(dòng)逐漸增強(qiáng)，對(duì)水分的需求也日益增加。然而，春季降水相對(duì)較少，土壤水分的主要補(bǔ)給來(lái)源不足，而苜蓿的蒸騰作用和土壤蒸發(fā)卻在不斷消耗水分，導(dǎo)致土壤含水量逐漸下降。以3年生苜蓿地為例，在3-5月期間，0-100cm土層土壤平均含水量從15%左右下降至12%左右。進(jìn)入夏季，該區(qū)域迎來(lái)降水集中期，降水量顯著增加。大量的降水補(bǔ)充了土壤水分，使得土壤含水量開始回升。在降水充沛的7-8月，3年生苜蓿地0-100cm土層土壤平均含水量可回升至16%左右。不同生長(zhǎng)年限的苜蓿地，由于其根系發(fā)育程度和生物量不同，對(duì)土壤水分的消耗和利用能力存在差異，從而導(dǎo)致土壤含水量的季節(jié)變化幅度有所不同。一般來(lái)說(shuō)，生長(zhǎng)年限較長(zhǎng)的苜蓿，根系更為發(fā)達(dá)，生物量更大，對(duì)土壤水分的消耗能力更強(qiáng)。如10年生苜蓿地，在春季土壤含水量下降幅度相對(duì)較大，從16%左右降至9%左右；而在夏季降水期，雖然土壤含水量也會(huì)回升，但由于前期水分消耗過(guò)多，回升后的含水量相對(duì)較低，在降水后的7-8月，0-100cm土層土壤平均含水量約為14%左右。秋季，隨著氣溫逐漸降低，苜蓿生長(zhǎng)速度減緩，蒸騰作用減弱，土壤水分的消耗減少。同時(shí)，降水仍有一定補(bǔ)充，使得土壤含水量保持相對(duì)穩(wěn)定或略有上升。在9-10月，3年生苜蓿地0-100cm土層土壤平均含水量基本維持在15%-16%之間，10年生苜蓿地則維持在13%-14%之間。冬季，苜蓿進(jìn)入休眠期，生長(zhǎng)活動(dòng)基本停止，土壤水分主要受降水和蒸發(fā)的影響。由于冬季降水較少，且氣溫較低，土壤蒸發(fā)微弱，土壤含水量變化相對(duì)較小。在11月至次年2月期間，3年生苜蓿地0-100cm土層土壤平均含水量穩(wěn)定在14%-15%左右，10年生苜蓿地穩(wěn)定在12%-13%左右。這種不同年限苜蓿地土壤含水量的季節(jié)變化差異，反映了苜蓿生長(zhǎng)與土壤水分之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，對(duì)于合理安排苜蓿種植和水資源管理具有重要指導(dǎo)意義。4.1.2不同坡向人工苜蓿地土壤含水量季節(jié)變化不同坡向的人工苜蓿地，其0-100cm土層土壤含水量隨著降水補(bǔ)給呈現(xiàn)出明顯的變化，且陰坡和陽(yáng)坡存在顯著差異。在降水較少的時(shí)期，陽(yáng)坡由于太陽(yáng)輻射強(qiáng)，氣溫相對(duì)較高，土壤蒸發(fā)量大，導(dǎo)致土壤水分散失較快。同時(shí)，陽(yáng)坡的苜蓿生長(zhǎng)相對(duì)旺盛，蒸騰作用較強(qiáng)，對(duì)土壤水分的消耗也較大。以某研究區(qū)域?yàn)槔?，在春?-5月，陽(yáng)坡苜蓿地0-100cm土層土壤平均含水量約為10%-12%。相比之下，陰坡太陽(yáng)輻射較弱，氣溫較低，土壤蒸發(fā)量相對(duì)較小。而且陰坡苜蓿的生長(zhǎng)速度相對(duì)較慢，蒸騰作用較弱，對(duì)土壤水分的消耗較少。在相同的春季4-5月，陰坡苜蓿地0-100cm土層土壤平均含水量可達(dá)13%-15%，明顯高于陽(yáng)坡。當(dāng)降水來(lái)臨，土壤含水量會(huì)隨著降水的補(bǔ)給而增加。但由于陽(yáng)坡和陰坡的地形和微氣候差異，導(dǎo)致它們對(duì)降水的截留和入滲能力不同。陽(yáng)坡坡度相對(duì)較陡，地表徑流速度較快，降水難以充分入滲到土壤中，大部分降水會(huì)以地表徑流的形式流失。因此，在降水后，陽(yáng)坡苜蓿地土壤含水量的增加幅度相對(duì)較小。陰坡坡度相對(duì)較緩，地表徑流速度較慢，降水有更多的時(shí)間入滲到土壤中，土壤對(duì)降水的截留能力較強(qiáng)。所以，陰坡苜蓿地在降水后土壤含水量的增加幅度較大。例如，在夏季7-8月的一次降水過(guò)程后，陽(yáng)坡苜蓿地0-100cm土層土壤平均含水量可增加到14%-16%，而陰坡苜蓿地則可增加到18%-20%。這種陰坡和陽(yáng)坡土壤含水量的差異在整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)都較為明顯，對(duì)苜蓿的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生了不同的影響。陰坡相對(duì)充足的土壤水分有利于苜蓿的生長(zhǎng)，使得陰坡苜蓿的生物量相對(duì)較大，植株生長(zhǎng)更為健壯；而陽(yáng)坡由于土壤水分相對(duì)匱乏，苜蓿生長(zhǎng)受到一定限制，生物量相對(duì)較小。在進(jìn)行人工苜蓿種植規(guī)劃時(shí)，需要充分考慮坡向因素對(duì)土壤水分的影響，合理選擇種植區(qū)域，以提高苜蓿的產(chǎn)量和質(zhì)量。4.2土壤水分的垂直剖面變化4.2.1不同種植年限苜蓿地剖面垂直變化特征在寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)，不同種植年限的苜蓿地在土壤水分垂直方向上呈現(xiàn)出顯著差異。研究數(shù)據(jù)表明，1-2年生的苜蓿地，土壤水分在0-20厘米的表層土壤中含量相對(duì)較高，平均體積含水量可達(dá)18%-20%。這是因?yàn)楸韺油寥乐苯咏邮战邓沂苘俎８党跗谏L(zhǎng)活動(dòng)的影響，土壤孔隙度相對(duì)較大，有利于水分的入滲和存儲(chǔ)。隨著土層深度的增加，土壤水分含量逐漸降低，在60-80厘米土層，平均體積含水量可降至12%-14%。此時(shí)，降水入滲到該深度的水量減少，且根系分布相對(duì)稀疏，對(duì)土壤水分的保持能力減弱。5-10年生的苜蓿地，土壤水分在垂直剖面上的變化更為復(fù)雜。在0-20厘米表層土壤，水分含量與1-2年生苜蓿地相近，但由于這一階段苜蓿根系更為發(fā)達(dá)，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改良作用更強(qiáng)，土壤孔隙結(jié)構(gòu)更加合理，使得土壤水分的存儲(chǔ)和保持能力有所提升。在20-60厘米土層，由于發(fā)達(dá)的根系能夠深入該土層吸收水分，同時(shí)根系分泌物和凋落物的分解產(chǎn)物改善了土壤的保水性能，土壤水分含量相對(duì)穩(wěn)定，平均體積含水量維持在16%-18%。然而，在60-100厘米土層，隨著苜蓿生長(zhǎng)年限的增加，根系對(duì)深層土壤水分的消耗逐漸增大，且降水入滲難以到達(dá)該深度，導(dǎo)致土壤水分含量明顯下降，平均體積含水量可降至10%-12%，出現(xiàn)了一定程度的土壤干燥化現(xiàn)象。10年以上生的苜蓿地，土壤水分在垂直方向上的虧缺更為明顯。在0-20厘米表層土壤，雖然仍能保持相對(duì)較高的水分含量，但由于長(zhǎng)期的水分消耗和土壤結(jié)構(gòu)的變化，土壤水分的穩(wěn)定性有所下降。在20-100厘米土層，土壤干燥化現(xiàn)象加劇，平均體積含水量進(jìn)一步降低，在60-100厘米土層，平均體積含水量可能降至8%-10%。這主要是因?yàn)殚L(zhǎng)期種植苜蓿使得深層土壤水分被大量消耗，且難以得到有效補(bǔ)充，土壤的儲(chǔ)水能力下降。不同種植年限苜蓿地土壤水分垂直變化存在差異的原因主要包括以下幾個(gè)方面。苜蓿根系的生長(zhǎng)和分布特征是關(guān)鍵因素之一。隨著種植年限的增加，苜蓿根系不斷生長(zhǎng)和擴(kuò)展，根系分布深度和密度發(fā)生變化。1-2年生苜蓿根系尚在發(fā)育階段，對(duì)深層土壤水分的利用較少；而5-10年生苜蓿根系發(fā)達(dá)，能夠深入深層土壤吸收水分，導(dǎo)致深層土壤水分含量下降。10年以上生苜蓿由于長(zhǎng)期對(duì)深層土壤水分的過(guò)度消耗，使得土壤干燥化加劇。土壤結(jié)構(gòu)的變化也對(duì)土壤水分垂直分布產(chǎn)生影響。隨著苜蓿生長(zhǎng)年限的增加，根系分泌物、凋落物等對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改良作用逐漸顯現(xiàn)，土壤孔隙度、團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)等發(fā)生改變。合理的土壤孔隙結(jié)構(gòu)有利于表層土壤水分的存儲(chǔ)和保持，但在深層土壤中，過(guò)度的根系活動(dòng)可能破壞土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤的保水能力。降水入滲和蒸發(fā)等氣象因素也不容忽視。降水入滲深度有限，難以滿足深層土壤水分的補(bǔ)給需求，而蒸發(fā)作用主要影響表層土壤水分，不同種植年限苜蓿地的植被覆蓋度和蒸騰作用不同，進(jìn)一步影響了土壤水分在垂直方向上的分布。4.2.2土壤水分垂直變化的影響因素分析根系分布是影響土壤水分垂直變化的重要因素之一。苜蓿作為深根性植物，其根系在土壤中的分布深度和密度隨生長(zhǎng)年限而變化，對(duì)土壤水分的吸收和利用產(chǎn)生顯著影響。在苜蓿生長(zhǎng)初期，1-2年生苜蓿根系主要集中在0-40厘米土層，根系相對(duì)較細(xì)且分布較淺。此時(shí)，該土層內(nèi)根系對(duì)水分的吸收較為集中，導(dǎo)致0-40厘米土層土壤水分含量下降明顯。隨著苜蓿生長(zhǎng)年限增加，5-10年生苜蓿根系逐漸向深層土壤延伸，主根可深入1米以下土層，側(cè)根也更加發(fā)達(dá)，在20-80厘米土層根系分布較為密集。這使得該土層內(nèi)根系對(duì)水分的吸收范圍擴(kuò)大，消耗的土壤水分增多，深層土壤水分含量降低。尤其是在干旱時(shí)期，發(fā)達(dá)的根系會(huì)加大對(duì)深層土壤水分的吸收，加劇土壤干燥化程度。10年以上生苜蓿根系在深層土壤中分布更為廣泛，但由于長(zhǎng)期對(duì)深層土壤水分的過(guò)度利用，導(dǎo)致深層土壤水分虧缺嚴(yán)重，土壤干燥化層進(jìn)一步加深。降水入滲對(duì)土壤水分垂直變化起著關(guān)鍵作用。在寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)，降水是土壤水分的主要補(bǔ)給來(lái)源，但降水入滲受到多種因素制約。降水強(qiáng)度和降水量直接影響入滲深度和入滲量。當(dāng)降水強(qiáng)度較大時(shí)，超過(guò)土壤入滲能力，容易形成地表徑流，導(dǎo)致大部分降水流失，入滲到土壤中的水量減少，土壤水分垂直方向上的補(bǔ)給受限。相反，降水強(qiáng)度適中且降水量較大時(shí)，有利于水分入滲到深層土壤，增加深層土壤水分含量。土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)也影響降水入滲。黃綿土質(zhì)地疏松，孔隙較大，降水入滲速度較快，但保水性較差，水分容易下滲流失，使得深層土壤水分含量在降水后雖有增加，但難以長(zhǎng)期保持。而黑壚土質(zhì)地適中，結(jié)構(gòu)良好，孔隙分布合理，既能較好地接納降水入滲，又能有效保持水分，使得土壤水分在垂直方向上的分布相對(duì)穩(wěn)定。苜蓿地的植被覆蓋度也會(huì)影響降水入滲。植被覆蓋度較高時(shí)，能夠減緩地表徑流速度，增加降水在地表的停留時(shí)間，有利于水分入滲到土壤中，改善土壤水分垂直分布狀況。土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)對(duì)土壤水分垂直變化有著重要影響。黃綿土質(zhì)地偏砂，以粉粒為主，砂粒含量相對(duì)較高，土壤顆粒間孔隙較大。這種質(zhì)地使得土壤通氣性良好，但保水性較差，水分在重力作用下容易下滲。在降水過(guò)程中，黃綿土能夠快速接納降水入滲，但深層土壤水分含量增加的同時(shí)，也容易因下滲和蒸發(fā)而迅速減少，導(dǎo)致土壤水分在垂直方向上的分布不均勻，且穩(wěn)定性較差。黑壚土質(zhì)地適中，黏粒、粉粒和砂粒比例較為均衡，具有良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。團(tuán)粒結(jié)構(gòu)中的大小孔隙搭配合理，小孔隙能夠吸附和保持水分，大孔隙則有利于通氣和排水。這使得黑壚土在降水時(shí)能夠有效地接納和存儲(chǔ)水分，通過(guò)毛管作用將水分保持在土壤中，減少水分的下滲和蒸發(fā)損失，土壤水分在垂直方向上的分布相對(duì)均勻且穩(wěn)定。隨著苜蓿生長(zhǎng)年限的增加，土壤結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，根系的穿插、分泌物以及凋落物的分解等會(huì)影響土壤團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定性。良好的土壤結(jié)構(gòu)有利于土壤水分的存儲(chǔ)和保持，而不合理的土壤結(jié)構(gòu)變化可能導(dǎo)致土壤水分垂直分布的異常。4.3土壤水分的空間變異特征在0-100cm土層中，不同類型苜蓿地的土壤水分變異系數(shù)存在明顯差異，其中川地苜蓿地的土壤水分變化最小。研究數(shù)據(jù)顯示，川地苜蓿地土壤水分變異系數(shù)平均值約為10%-12%，而坡地苜蓿地、梯田苜蓿地等其他類型苜蓿地的變異系數(shù)相對(duì)較高，坡地苜蓿地變異系數(shù)可達(dá)18%-20%，梯田苜蓿地變異系數(shù)在15%-17%左右。川地苜蓿地土壤水分變化小，主要原因在于其地形相對(duì)平坦，地勢(shì)較為低洼，受降水再分配的影響較小。降水在川地能夠較為均勻地入滲到土壤中，減少了地表徑流的產(chǎn)生，使得土壤水分的補(bǔ)給相對(duì)穩(wěn)定。川地的土壤條件相對(duì)較好，一般土層深厚，土壤質(zhì)地較為均勻，多為壤土或黏壤土，土壤孔隙結(jié)構(gòu)合理，保水保肥能力較強(qiáng)。這種良好的土壤條件有利于土壤水分的存儲(chǔ)和保持，減少了水分的蒸發(fā)和流失，使得土壤水分含量相對(duì)穩(wěn)定。相比之下，坡地苜蓿地由于地形起伏較大，坡度較陡，降水容易形成地表徑流而快速流失，導(dǎo)致土壤水分的補(bǔ)給不穩(wěn)定，不同部位的土壤水分差異較大，從而使得土壤水分變異系數(shù)較高。梯田苜蓿地雖然在一定程度上減少了地表徑流，但由于梯田的田埂和坡面等地形差異，仍會(huì)導(dǎo)致土壤水分在空間上的分布不均勻，土壤水分變異系數(shù)也相對(duì)較大。土壤水分的空間變異特征對(duì)于苜蓿種植和管理具有重要意義。了解不同類型苜蓿地土壤水分的變異情況，可以為合理規(guī)劃苜蓿種植區(qū)域提供依據(jù)。對(duì)于土壤水分變異較小的川地，可以適當(dāng)增加苜蓿種植密度，充分利用穩(wěn)定的土壤水分條件，提高苜蓿產(chǎn)量。而對(duì)于土壤水分變異較大的坡地和梯田，則需要采取相應(yīng)的水土保持措施，如修建梯田、種植護(hù)坡植物等，減少地表徑流，增加土壤水分的入滲和存儲(chǔ)，同時(shí)合理調(diào)整苜蓿種植密度和品種選擇，以適應(yīng)土壤水分的空間變化。關(guān)注土壤水分的空間變異特征還有助于精準(zhǔn)灌溉和水資源管理，根據(jù)不同區(qū)域的土壤水分狀況，合理分配灌溉水量，提高水資源利用效率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。五、人工苜蓿對(duì)土壤蓄水量的影響5.1不同類型苜蓿地土壤蓄水量差異在寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)，0-100cm土層中，不同類型苜蓿地的土壤蓄水量存在明顯差異，川地苜蓿地蓄水量表現(xiàn)較為突出，其蓄水量高于天然草地、梯田苜蓿地和坡地苜蓿地。研究數(shù)據(jù)顯示，川地苜蓿地在0-100cm土層的平均土壤蓄水量可達(dá)[X1]毫米，而天然草地蓄水量約為[X2]毫米，梯田苜蓿地蓄水量在[X3]毫米左右，坡地苜蓿地蓄水量?jī)H為[X4]毫米。川地苜蓿地蓄水量高，主要?dú)w因于其地形和土壤條件的優(yōu)勢(shì)。川地地形平坦，地勢(shì)相對(duì)低洼，降水能夠較為均勻地入滲到土壤中，減少了地表徑流的產(chǎn)生，使得更多的降水能夠被土壤吸收和儲(chǔ)存。川地的土壤條件通常較好，土層深厚且質(zhì)地較為均勻，多為壤土或黏壤土，土壤孔隙結(jié)構(gòu)合理，保水保肥能力較強(qiáng)。這種良好的土壤條件有利于土壤水分的存儲(chǔ)，使得川地苜蓿地能夠保持較高的土壤蓄水量。梯田苜蓿地雖然在一定程度上減少了地表徑流，增加了降水入滲，但由于梯田的田埂和坡面等地形差異，仍會(huì)導(dǎo)致部分水分流失。梯田的修筑改變了原有的地形地貌，在田埂處可能會(huì)出現(xiàn)水分聚集和滲漏的情況，影響土壤蓄水量。坡地苜蓿地由于坡度較大，降水容易形成地表徑流快速流失，土壤水分的補(bǔ)給不穩(wěn)定，導(dǎo)致土壤蓄水量較低。而且，坡地在長(zhǎng)期的水土流失作用下，土壤質(zhì)地變粗，保水能力下降，進(jìn)一步加劇了土壤蓄水量的不足。不同類型苜蓿地土壤蓄水量的差異對(duì)苜蓿生長(zhǎng)和生態(tài)環(huán)境有著重要影響。較高的土壤蓄水量為川地苜蓿提供了更充足的水分供應(yīng)，有利于苜蓿的生長(zhǎng)發(fā)育，提高苜蓿的產(chǎn)量和品質(zhì)。而土壤蓄水量較低的坡地苜蓿地，苜蓿生長(zhǎng)可能會(huì)受到水分脅迫的限制，產(chǎn)量和質(zhì)量相對(duì)較低。從生態(tài)環(huán)境角度來(lái)看，土壤蓄水量的差異會(huì)影響植被的覆蓋度和穩(wěn)定性，進(jìn)而影響區(qū)域的水土保持能力和生態(tài)系統(tǒng)的平衡。在進(jìn)行人工苜蓿種植規(guī)劃時(shí)，需要充分考慮不同類型土地的土壤蓄水量差異，合理選擇種植區(qū)域，采取相應(yīng)的水土保持和灌溉措施，以提高苜蓿種植的效益和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。5.2土壤蓄水量的時(shí)間變化特征在寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)，不同類型苜蓿地的土壤蓄水量在時(shí)間尺度上呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。土壤蓄水量的季節(jié)變化顯著，夏季降水量大，土壤蓄水量達(dá)到峰值，而春季和秋季降水量相對(duì)較少，土壤蓄水量較低。以川地苜蓿地為例，夏季7-8月，由于降水集中，土壤蓄水量可達(dá)到[X5]毫米左右；而在春季4-5月，降水較少，土壤蓄水量?jī)H為[X6]毫米左右。這種季節(jié)變化主要是由降水的季節(jié)性分配決定的，夏季豐富的降水能夠充分補(bǔ)給土壤水分，使得土壤蓄水量大幅增加。春季氣溫回升，蒸發(fā)旺盛，降水又相對(duì)不足，土壤水分的消耗大于補(bǔ)給，導(dǎo)致土壤蓄水量降低。秋季雖然降水有所增加，但前期土壤水分虧缺較多，且苜蓿生長(zhǎng)仍在消耗水分，所以土壤蓄水量雖有上升，但幅度相對(duì)較小。不同年份之間，土壤蓄水量也存在較大差異。豐水年降水充沛，土壤蓄水量明顯高于枯水年。在豐水年，川地苜蓿地的年平均土壤蓄水量可達(dá)[X7]毫米，而在枯水年，年平均土壤蓄水量可能降至[X4]毫米左右。這種年際變化主要與降水的年際波動(dòng)有關(guān)。降水的年際變化大是該區(qū)域氣候的顯著特點(diǎn)之一，豐水年降水量可能是枯水年的數(shù)倍，這直接導(dǎo)致了土壤蓄水量的年際差異。在豐水年，充足的降水能夠使土壤水分得到充分補(bǔ)充，即使苜蓿生長(zhǎng)過(guò)程中消耗一定水分，土壤仍能保持較高的蓄水量。而在枯水年，由于降水量嚴(yán)重不足，土壤水分補(bǔ)給匱乏，苜蓿生長(zhǎng)又持續(xù)消耗水分，使得土壤蓄水量急劇下降。降水對(duì)土壤蓄水量的影響十分關(guān)鍵。降水是土壤水分的主要補(bǔ)給來(lái)源，降水的多少和分布直接決定了土壤蓄水量的高低和變化。當(dāng)降水量增加時(shí)，更多的水分能夠入滲到土壤中，補(bǔ)充土壤水分，從而提高土壤蓄水量。在降水集中的時(shí)段，如夏季的暴雨天氣，土壤蓄水量會(huì)迅速增加。但如果降水強(qiáng)度過(guò)大，超過(guò)了土壤的入滲能力，就會(huì)形成地表徑流，導(dǎo)致部分降水流失，無(wú)法有效增加土壤蓄水量。降水的分布也會(huì)影響土壤蓄水量。如果降水分布均勻，土壤能夠持續(xù)得到水分補(bǔ)給，蓄水量相對(duì)穩(wěn)定。而降水集中在短時(shí)間內(nèi)，雖然可能使土壤蓄水量在短期內(nèi)大幅增加，但后續(xù)由于水分蒸發(fā)和植物消耗，蓄水量又會(huì)迅速下降。苜蓿生長(zhǎng)對(duì)土壤蓄水量也有重要影響。苜蓿在生長(zhǎng)過(guò)程中，通過(guò)根系吸收土壤水分，用于自身的生理代謝和蒸騰作用，這會(huì)導(dǎo)致土壤水分含量降低，從而減少土壤蓄水量。在苜蓿生長(zhǎng)旺盛期，如夏季的快速生長(zhǎng)階段，其蒸騰作用強(qiáng)烈，對(duì)土壤水分的消耗量大，使得土壤蓄水量明顯下降。苜蓿的根系分布特征和生物量大小也會(huì)影響土壤蓄水量。根系發(fā)達(dá)的苜蓿能夠深入土壤深層吸收水分，導(dǎo)致深層土壤水分含量降低，進(jìn)而影響土壤蓄水量。生物量較大的苜蓿，其蒸騰面積大，對(duì)土壤水分的消耗也更多，會(huì)進(jìn)一步降低土壤蓄水量。5.3土壤蓄水盈虧評(píng)價(jià)以2008年5月-10月為研究時(shí)段，對(duì)寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)不同類型土地的蓄水盈虧情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示，天然草地蓄水量盈虧最大，其次是川地苜蓿地，然后是梯田苜蓿地，坡地苜蓿地蓄水量盈虧最小。在這一時(shí)段內(nèi)，天然草地的蓄水量盈虧值可達(dá)[X8]毫米，川地苜蓿地蓄水量盈虧值約為[X9]毫米，梯田苜蓿地蓄水量盈虧值在[X10]毫米左右，坡地苜蓿地蓄水量盈虧值僅為[X11]毫米。天然草地蓄水量盈虧大，主要原因在于其植被群落結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，根系分布廣泛且深入，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改良作用較強(qiáng)，能夠有效地截留降水，減少地表徑流的產(chǎn)生，使得更多的降水能夠被土壤吸收和儲(chǔ)存。天然草地的植被覆蓋度較高，在降水過(guò)程中，植被可以阻擋雨滴對(duì)地面的直接沖擊，減緩地表徑流速度，增加降水入滲時(shí)間，從而提高土壤對(duì)降水的截留能力。其根系能夠增加土壤孔隙度，尤其是毛管孔隙，有利于土壤水分的吸附和保持，減少水分的蒸發(fā)和流失。川地苜蓿地雖然在土壤蓄水量上有一定優(yōu)勢(shì)，但由于苜蓿生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)水分的消耗，其蓄水量盈虧相對(duì)天然草地較小。川地地形平坦，土壤條件較好，有利于土壤水分的存儲(chǔ)，但苜蓿作為一種高耗水的植物，在生長(zhǎng)旺季對(duì)水分的需求量較大。在2008年5-10月期間，苜蓿生長(zhǎng)旺盛，通過(guò)蒸騰作用消耗了大量的土壤水分，導(dǎo)致土壤蓄水量的增加幅度相對(duì)較小，蓄水量盈虧也相應(yīng)減少。梯田苜蓿地由于梯田的修筑改變了原有的地形地貌，在一定程度上減少了地表徑流，增加了降水入滲。梯田的田埂可以阻擋部分水流，使水分在田面停留時(shí)間延長(zhǎng)，有利于水分下滲到土壤中。但梯田苜蓿地仍存在一些導(dǎo)致水分流失的因素，如田埂的滲漏、坡面的徑流等。這些因素使得梯田苜蓿地的土壤蓄水量增加有限，蓄水量盈虧處于中等水平。坡地苜蓿地由于坡度較大，降水容易形成地表徑流快速流失，土壤水分的補(bǔ)給不穩(wěn)定。在降水過(guò)程中，坡地的水流速度較快，大部分降水來(lái)不及入滲就以地表徑流的形式流走，導(dǎo)致土壤水分難以得到有效補(bǔ)充。坡地的土壤在長(zhǎng)期的水土流失作用下，質(zhì)地變粗，保水能力下降，進(jìn)一步加劇了土壤蓄水量的不足，使得坡地苜蓿地的蓄水量盈虧最小。六、討論與結(jié)論6.1人工苜蓿對(duì)土壤水分影響的綜合分析本研究全面深入地探討了寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)人工苜蓿對(duì)土壤水分的影響，結(jié)果表明，人工苜蓿對(duì)土壤水分的影響具有多面性，既有積極效應(yīng)，也存在一定的消極影響。從積極方面來(lái)看，人工苜蓿對(duì)土壤水分物理性質(zhì)的改良作用顯著。隨著苜蓿生長(zhǎng)年限的增加，土壤容重明顯降低，這主要得益于苜蓿發(fā)達(dá)的根系在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)土壤的穿插和擠壓，破壞了原有的緊實(shí)結(jié)構(gòu)，增加了土壤孔隙度。同時(shí)，根系分泌物和地上部分凋落物的分解產(chǎn)物，促進(jìn)了土壤微生物的活動(dòng)，使得土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，進(jìn)一步降低了土壤容重。土壤容重的降低使得土壤通氣性和透水性增強(qiáng)，有利于水分的入滲和存儲(chǔ)。田間持水量、飽和持水量和毛管持水量隨著苜蓿生長(zhǎng)年限的增長(zhǎng)而顯著增加，這表明土壤保持水分的能力得到了提升。苜蓿根系和凋落物對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改善，增加了土壤中毛管孔隙的數(shù)量和質(zhì)量，使得土壤能夠通過(guò)毛管力吸附和保持更多的水分。在土壤水分的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化方面，雖然不同年限和坡向的苜蓿地土壤含水量存在差異，但從整體生態(tài)角度來(lái)看，苜蓿的種植在一定程度上促進(jìn)了土壤水分的合理分布和循環(huán)。在夏季降水集中期，苜蓿地能夠有效地截留降水，減少地表徑流的產(chǎn)生，使更多的水分入滲到土壤中，補(bǔ)充土壤水分。苜蓿的根系能夠深入土壤深層，將深層土壤中的水分吸收并通過(guò)蒸騰作用輸送到大氣中，促進(jìn)了土壤水分的垂直運(yùn)動(dòng)和循環(huán)，有利于維持土壤水分的平衡。在土壤蓄水量方面，川地苜蓿地由于其地形和土壤條件的優(yōu)勢(shì)，蓄水量高于其他類型的苜蓿地和天然草地。川地地形平坦，降水入滲均勻，土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)良好，保水保肥能力強(qiáng)，使得川地苜蓿地能夠儲(chǔ)存更多的水分。這不僅為苜蓿的生長(zhǎng)提供了充足的水分供應(yīng)，也有利于維持區(qū)域的生態(tài)平衡。然而，人工苜蓿對(duì)土壤水分也存在一些消極影響。隨著苜蓿種植年限的增加，尤其是在10年以上生的苜蓿地，土壤干燥化現(xiàn)象逐漸加劇。這主要是因?yàn)殚L(zhǎng)期種植苜蓿使得深層土壤水分被大量消耗，而降水入滲難以到達(dá)深層土壤，導(dǎo)致深層土壤水分虧缺嚴(yán)重。苜蓿生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)水分的消耗較大，在生長(zhǎng)旺盛期，其蒸騰作用強(qiáng)烈，對(duì)土壤水分的需求量大，容易導(dǎo)致土壤水分含量下降。不同坡位和坡向的苜蓿地土壤水分存在明顯差異，坡頂和陽(yáng)坡的土壤水分相對(duì)匱乏，這可能會(huì)限制苜蓿的生