黄土高原丘陵区人工柠条林地土壤水分状况研究

黄土高原丘陵区人工柠条林地土壤水分状况研究

洛杉矶高原西部年平均降水量不足300毫米，生态环境脆弱，人地矛盾突出，生态系统严重退化。人工植被恢复是该地区生态恢复的主要措施。水是植被恢复过程中起着决定性因素的植物，植被是影响土壤水分最活跃、最积极的因素。该区从20世纪30年代开始植树种草,以灌溉为主的措施导致了生态建设范围非常有限,投入与效益之比远低于预期目标.2000年以来,随着绿化工程的大规模开展,无灌溉雨养植被恢复与建设技术受到重视.灌木柠条(CaraganaKorshinskii)是该区人工雨养造林绿化中常见的树种.但随着人工灌木林的成长和盖度的增大,逐渐出现了树木萎蔫干枯的现象,因此,研究该区年生长季中不同生长时期不同坡向和不同坡位柠条林地土壤水分变化的异同是目前植被恢复中急需解决的问题.1试验设计1.1降水量、地质及分布特点试验区位于甘肃省兰州市青白石大浪沟村,N36.06°,E103.56°,属典型的温带半干旱气候,年平均气温11.2℃,多年平均降水量265.5mm,且年内分布极其不均匀,6~9月的降水量占全年的70%,年蒸发量1437mm,年日照时数2446h,无霜期180d以上.该区土壤田间持水量为19.96%.土壤以淡灰钙土为主,颗粒较粗,沟坡分布有红胶泥和红沙土,pH8.0~9.0.南部是濒临河畔的二级阶地(坪)和小面积的河谷、河滩地,北部是群山起伏、沟壑纵横的山地.1.2土壤水分中性管和土壤含水量的监测1.2.1样地布设以2003年种植的柠条林地为研究对象,试验地采用鱼鳞坑整地保水措施,分别在不同的坡向(阴坡、半阴坡、半阳坡),坡位(坡底、坡中、坡顶)布设土壤水分中子管,对土壤水分进行定期监测.中子管的具体布设方法为:分别在阴坡、半阴坡、半阳坡各选取8株柠条(分布于不同坡位),共24株,距每株柠条根部10、30、50cm水平布设3个中子管,共72个.并测量不同土层的土壤容重.1.2.2土壤含水量的测定用土壤水分中子仪每隔10d,分层(0~10、10~20、20~40、40~60、60~80、80~100、100~120、120~140、140~160、160~180cm)测定土壤含水量.2结果与分析2.1cm土层深度年生长季内,不同生长时期、不同土层间柠条林的土壤含水量分析结果见表1.由表1分析可知,年生长季节内,生长初期,10~20cm土层深度的土壤含水量远小于0~10cm、20~40cm土层的土壤含水量,表层0~10cm土壤含水量最大,在0~60cm土层深度内土壤含水量先降低(10~20cm土层深度)又增加再降低,属于土壤水分的剧变层;60~180cm各土层深度的土壤含水量,随着土层深度的增加,呈现小幅度增长.经多重比较(Duncan法),生长初期0~10、10~20和20~40cm各土层深度的土壤含水量差异极显著,40~180cm各土层深度的土壤含水量之间无显著差异.生长旺季0~10cm土层深度的土壤含水量仍为最大,不同土层深度的土壤含水量垂直变化与生长初期一致.经多重比较结果可知,0~10、10~20、20~40cm各个土层深度的土壤含水量均为差异极显著,40~180cm土层内各土层深度的土壤含水量之间无显著差异.生长末期0~60cm各土层深度的土壤含水量随深度增加逐渐降低,60~180cm各土层深度的土壤含水量随深度增加稳步增长略有起伏.经多重比较结果可知,0~10、10~20、20~40cm各土层深度的土壤含水量差异极显著,40~180cm各土层深度的土壤含水量差异不显著.2.2年生长不同时期和立地条件下各立地条件下的含水量的变化规律土壤含水量以变化显著、测定简便、直观性强等优点通常作为水分亏缺的诊断指标,根据已测的土壤含水量动态变化过程进行数据处理分析,具体如表2所示.从表2可以看出,年生长初期、生长旺季、生长末期3个时期的土壤含水量差异显著性比较结果是一致的,三个立地条件之间,土壤含水量均值从大到小顺序为:半阳坡>半阴坡>阴坡.各立地条件之间,半阴坡和阴坡土壤含水量差异极显著;半阴坡和半阳土壤含水量无显著差异.2.3生长中期的土壤含水量由图1、2可以看出,生长初期和生长旺季,半阴坡和半阳坡的土壤含水量变化与表1中同时期土壤含水量的总体变化趋势一致;阴坡土壤含水量在10~20cm土层深度降至最低,之后在20~40cm土层深度土壤含水量又急剧增加,40cm以下土层深度的土壤含水量缓慢增加.由图3可以看出,生长末期,半阴坡和半阳坡的土壤含水量变化仍与表1中同时期总体变化趋势一致;阴坡土壤含水量呈现先减少后缓慢增加的趋势.由图1~3可以看出,在年生长季内,不同坡向、不同土层深度、不同生长时期的柠条林地的土壤含水量都发生不同程度地改变.总体对比分析,可以看出各生长时期间土壤含水量剧变层是0~60cm土层,60~180cm土层为土壤水分相对稳定层,这与表1得出的结论相同;在整个生长季内不同坡向不同土层的土壤含水量动态变化规律是相似的,为先减少再增加.从生长初期到生长旺季,0~180cm土层深度的土壤含水量都有不同程度地降低,剧变层的土壤含水量变化最为明显,其中阴坡在10~20cm土层深度的土壤含水量降低的最多,其次是半阳坡;生长旺季到生长末期,各层的土壤含水量都有了一定程度地增长,剧变层的土壤含水量变化最为明显,阴坡土壤含水量增加最多,半阳坡次之,半阳坡和半阴坡的土壤含水量总量相差不大.2.4土壤深度和距根的变化本试验在每株柠条根部10、30、50cm水平距离处分别测量了土壤的水分含量,选取生长旺季的土壤水分剧变层来研究不同水平距离处的土壤含水量变化.由图4~6可以看出,柠条对周边土壤含水量的影响随着距离的增长而减小.阴坡3条土壤含水量曲线的变化趋势一致,都是先减少后增加,0~10cm和10~20cm土层深度,距根越远土壤含水量越高;20~40cm土层深度3个水平距离处测得的土壤含水量相差很小,说明在土壤含水量较低的同一水平面上,柠条对周边土壤含水量的影响范围较大.半阴坡3条土壤含水量曲线,0~20cm土层深度土壤含水量距根越远含水量越低;20~40cm土层深度3个水平距离处测得的土壤含水量,30cm、50cm距离处的土壤含水量相同,明显大于10cm距离处的土壤含水量,说明在土壤含水量较高的同一水平面上,柠条对周边土壤含水量的影响范围很小.半阳坡3条土壤含水量曲线,30、50cm距离处的土壤含水量曲线几乎重合,半阳坡0~40cm土层深度的土壤含水量都很高,所以柠条对周围土壤含水量的影响范围较小.3.土壤含水量本试验土壤以淡灰钙土为主,各土层土壤容重在1.35~1.45g/cm生长季内不同立地条件、不同生长时期,土壤含水量表现为阴坡<半阴坡<半阳坡,阴坡的土壤含水量都是最低的,半阴