西安地區(qū)豐水年之后人工林地土壤水分恢復(fù)與消耗.pdf

1、黃土高原地處半干旱地區(qū)，降雨量少并且集中，加之地下水埋藏深度大，使土壤水分在黃土高原的植被建設(shè)中顯得尤為重要。地表的蒸發(fā)和植物的蒸騰，使土壤水分嚴(yán)重虧損，部分植被下的土壤中出現(xiàn)了土壤干層，尤其在人工林草植被下的土壤中表現(xiàn)尤為突出。土壤干層不僅影響植被的生長(zhǎng)和更新，而且威脅后續(xù)植被建設(shè)。因此，研究土壤水分變化對(duì)促進(jìn)黃土高原人工林正常生長(zhǎng)、林業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)，以及減輕可能造成的環(huán)境災(zāi)害有重要的實(shí)際意義。 本文通過對(duì)西安地區(qū)北郊、

2、南郊和東郊不同類型人工林地和農(nóng)田0～6m土壤含水量的測(cè)定，研究了該地區(qū)豐水年之后人工林地和農(nóng)田的土壤水分恢復(fù)狀況和消耗過程，以及土壤水分的變化規(guī)律與影響因素等問題。樣品的采集利用的是輕型人力鉆，鉆孔深度為6m，采樣間距為10cm，每孔采樣一般為60個(gè)。土壤含水量的測(cè)定采用了被認(rèn)為是準(zhǔn)確可靠的烘干稱重法。所選研究地點(diǎn)包括西安地區(qū)北郊高陵縣團(tuán)莊、南郊吳家墳和長(zhǎng)安區(qū)，以及東郊灞橋區(qū)邵平店等。所選人工林地樹種有梨樹林、杏樹林、中國梧桐林、法國梧

3、桐林、楊樹林、雪松林、中國槐樹林、白蠟樹林和側(cè)柏等。此外，為便于對(duì)比，對(duì)荒草地的土壤含水量也進(jìn)行了一些測(cè)定。 2003平均降水量為883mm，比正常年均降水量(600mm)高283mm，屬于西安地區(qū)的豐小年。2004年西安地區(qū)降水量達(dá)517.2mm，比多年平均降水量低近100mm，因此，屬于貧水年。2005年西安地區(qū)降水量達(dá)570余mm，屬于正常降水年份。通過對(duì)不同降水年份人工林地和農(nóng)田土壤含水量的測(cè)定與分析，得出了以下認(rèn)識(shí)。

4、 (1)西安地區(qū)不同人工林下土壤含水量差異較大。研究表明，闊葉的梧桐樹和楊樹對(duì)水分的消耗比針葉的雪松少，但是側(cè)柏消耗水分最少。在我們所選擇的樹種中，土壤含水量由高到低依次為側(cè)柏＞中國梧桐＞法國梧桐＞楊樹＞白蠟樹＞雪松。造成人工林地土壤水分含量差異的主要原因是不同樹種生長(zhǎng)速度的快慢不同。而農(nóng)田(麥田和玉米地)土壤含水量普遍較高，并且小麥和玉米對(duì)土層含水量的影響較小。 (2)西安地區(qū)人工林下土壤水分的季節(jié)性變化趨勢(shì)一般情況下與

5、降水的季節(jié)性變化趨勢(shì)基本一致，由于降水發(fā)生時(shí)間與水分入滲到相應(yīng)土層有一定時(shí)間差，土壤含水量的峰值出現(xiàn)時(shí)間要滯后于降雨量的峰值出現(xiàn)時(shí)間。即春季、秋季人工林地土壤含水量較高，而夏季較低。同一地區(qū)不同年份降水量及降水期的長(zhǎng)短存在差別，造成土壤水分的年際動(dòng)態(tài)變化。豐水年人工林地土壤水分含量高，而貧水年和正常降水年份土壤水分含量較低，甚至出現(xiàn)干層。 (3)我們的研究結(jié)果充分顯示，在2003年降水量超過883.2mm條件下，西安地區(qū)人工林地

6、經(jīng)過6～12個(gè)月的水分入滲，2～4m的土壤水分都得到了恢復(fù)，含水量最高可達(dá)25％，一般恢復(fù)深度到達(dá)4m，最大的恢復(fù)深度可達(dá)6m或更深。農(nóng)田土壤水分也得到了明顯恢復(fù)，尤其4～6m表現(xiàn)最為突出。但是，豐水年之后，西安地區(qū)人工林地土壤水分經(jīng)過一年半消耗，干層就再度出現(xiàn)，而且出現(xiàn)的深度還是主要集中在2～4m。可見，西安地區(qū)人工林地土壤水分消耗速度很快，而且只靠豐水年的降水難以維持人工林的正常生長(zhǎng)。 (4)土壤干層形成的具體原因是降水量少

7、造成的重力水帶厚度小和薄膜水帶的深度小。黃土高原重力水帶厚度多在1～2m，之下為薄膜水帶。重力水在土層中的含量較高，入滲、運(yùn)移速度最快，在夏秋季降雨較多時(shí)期，易受大氣降水和蒸發(fā)作用的影響，含水量變化大，旱季含水量低，雨季又可以使其達(dá)到飽和狀態(tài)。薄膜水補(bǔ)給與運(yùn)移非常緩慢，含量相當(dāng)?shù)停?dāng)較密集的植物根系伸展到該層并吸收其中的水分時(shí)，該層中的水分供應(yīng)速度低于植物消耗速度時(shí)，這就造成了土壤干層的形成。薄膜水不能及時(shí)補(bǔ)充虧缺的水分是土壤干層形成的

8、最直接的重要因素。 (5)近100a來，黃土高原地區(qū)氣候變干變暖，降水量明顯減少。近15年來西安降水量波動(dòng)中呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，而年均溫呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，重力水的入滲深度也相應(yīng)變淺。降水量的減少引起土壤水分來源減少；溫度升高導(dǎo)致蒸發(fā)以及植物蒸騰作用的加強(qiáng)，促使土壤水分減少，引起土壤的干化。從延安到秦嶺北麓年均降水量為600mm左右，近100a來，由于氣候的暖干化使得該地區(qū)降水量減少了100mm。降水量的減少對(duì)這一地區(qū)土壤水的影響非常大，土

9、壤含水量從可滿足森林發(fā)育下降到可基本滿足森林草原的發(fā)育，加之該地區(qū)人工林種植密度過大等原因，已出現(xiàn)了嚴(yán)重的土壤干層。 (6)地表植被的類型、蓋度、生物量及生長(zhǎng)發(fā)育情況都會(huì)影響土壤含水量，土地的不同利用方式包括耕作和人為干擾，會(huì)改變土壤的性質(zhì)和植被蓋度，從而影響土壤水分含量。從一定程度上說，土壤干層是黃土高原地區(qū)特定氣候、環(huán)境條件下的必然產(chǎn)物，而人為因素也是導(dǎo)致深層土壤干燥化的重要原因。長(zhǎng)期以來，由于人們對(duì)人工植被類型選擇的不當(dāng)、

10、群落密度過大、群落生產(chǎn)力過高等原因，造成了人工植被土壤水分的嚴(yán)重虧缺，特別是隨著林木密度和林齡的增加，深層土壤水分嚴(yán)重虧缺，直接影響到森林植被水源涵養(yǎng)作用的發(fā)揮，限制了林木生長(zhǎng)的產(chǎn)量和質(zhì)量，導(dǎo)致土地生產(chǎn)力退化，嚴(yán)重的甚至使大面積人工植被死亡。 (7)土壤干層的存在不僅指示了植被生長(zhǎng)發(fā)育不正常，而且指示了當(dāng)?shù)厮h(huán)正常與否。黃土高原地下水埋深多為40～100m，而且四周均被切割至基巖的溝谷所包圍，無地下側(cè)流補(bǔ)給，因此，降水垂直入滲