半湿润区不同林地土壤水分变化研究

半湿润区不同林地土壤水分变化研究

1主要研究问题的提出洛杉矶高原是中国最严重的植被破坏和水土流失地区。洛杉矶高原的管理和植被恢复对洛杉矶高原生态环境的影响的评价存在较大差异，这也是由于研究的滞后和对研究对象本身的复杂性造成的。因此，在制定管理政策、策略和其他政策方面存在很大困难。这也给管理活动带来了被动和盲目的局面，如制定政策、策略和其他政策。因此，这项工作的研究对于全面评估植被恢复与生态条件的关系以及科学确定洛杉矶高原的管理政策非常重要。在研究森林和饥饿地区土壤水分年龄组变化规律的基础上，本文对洛杉矶高原植被的水环境影响进行了有益的研究，阐明了森林对水环境的作用规律和强度，为科学评价洛杉矶高原植被的水生态效益提供了理论依据。洛杉矶高原植被的水文生态效益提供了理论依据。2自然总结与研究方法2.1活动区域和活动容积根据黄土高原气候特点,本项研究试验主要布设在位于黄土高原沟壑区南缘的陕西淳化县.该县位于34°43′～35°03′N,108°18′～108°50′E;海拔630～1809m.年均温9.8℃,无霜期184d;≥10℃的活动积温3281℃;太阳年辐射总量504.34kJ·cm-2,为暖温带季风气候.年平均降水量600.6mm,多集中于7～9月,占全年降水量53%.年地表径流深58mm.地下水埋藏深达100m以上.干燥度(K值)1.1～1.38,为半湿润地区,森林草原植被带.土壤属黑垆土和褐土两个地带性土壤的过渡地带,而以非地带性土壤黄绵土类为主.2.2不同树种、不同高度、高度2030荒坡、林地土壤水分年际变化测定,分别按不同立地类型(阴坡上、下坡位,阳坡上、下坡位,阴、阳坡植被盖度分别为0.4和0.3左右,高度20～30cm)、不同树种(油松,20年生,ˉD=9.4D¯¯¯=9.4cm,ˉΗ=9.2m‚2355H¯¯¯=9.2m‚2355株·hm-2,郁闭度0.85;刺槐,23年生,ˉD=16.7D¯¯¯=16.7cm,ˉΗ=12.1m‚900株·hm-2,郁闭度0.70),采用中子水分测定仪定位观测的方法,以每20cm为一个层次,测深400cm,每周1次,常年观测.3结果与分析3.1阴坡下立地类型变化不显著将各定位观测点测定数据,按立地类型平均,以年际间较相近时间汇总比较,结果列于表1.由于观测的前一年为丰水年,由表1可见,1993年春季测定时,阴、阳坡向均较随后两年土壤含水量为高.但由于坡向间蒸发潜力的固有差异,阳坡上、下部立地,0～320cm土层内所储水量较阴坡相应立地,分别少186.9mm和452.1mm.1993年为平水年,全年降水531.9mm.其中,5～10月降雨444.4mm,7～9月雨季降雨201.0mm.到1994年春季,阴坡上部立地在0～200cm,阳坡下部在0～140cm土层间土壤含水量均较前年同期有明显的降低,阴坡下部立地各层次变化不明显;0～320cm年际储水增量,在阴坡上、下部与阳坡下部立地分别为-52.3、-6.6和-45.2mm.年际间降雨与蒸发相互作用深度,阴坡主要发生在220cm以上,阳坡则在140cm以上.1994年为欠水年,1～10月份降水440.4mm,在测定的4～10月间降雨408.8mm,特别是7～9月雨季降雨仅120.5mm,加之高温,出现了严重的季节干旱,造成荒坡(近裸地)土壤水分的大量蒸发,虽经晚秋降水补充(10月份降雨达88.5mm),阴坡上部立地由于原有含水量较高,蒸发潜力大,在干旱季节损失水量过大,当年降水补给深度仅达100cm.到1995年春季土壤含水量从100cm开始,直到320cm均较上年同期有所降低,并在120～200cm之间有较大幅度的下降.阴坡上、下部年际储水增量分别为-50.0和-16.9mm.阳坡下部立地在干旱季节虽也失去了一定量水分,但由于本身所含水量较低,下层土壤供水能力有限,难以提供大量可供蒸发的水分,实际消耗水量并不大(详见下文),经晚秋降水补充后便很快恢复并超过了原有水平,年际储水增量为27.8mm.1995年降雨状况与前一年相似,到年底时在阴坡上、下部与阳坡下部立地土壤储水增量,较年初又有较大幅度的下降,分别为-63.4、-91.7和-57.5mm.从1993年5月到1995年11月,阴坡上、下部与阳坡下部立地土壤储水增量分别为-165.7、-115.2和-74.9mm.阴坡上、下部立地水分亏损量分别是阳坡下部的2.2和1.5倍.由以上分析结果可见,在水分条件较好的阴坡各立地类型上,在所观测的3年中,土壤水分储量并未因很少有植物消耗而出现逐年蓄积现象.相反,由于受气候因素(年降水量)的强烈影响,均出现了逐年下降的现象.而阳坡立地则有盈有亏,水量损失较少.3.2不同立地条件下土壤水分的含水量由表2可见,阴坡上、下部立地在1993年全年不同测定时期,分别在200～320cm和220～320cm深度范围内,土壤水分都表现为持续的稳定状态,在测定初期(5月)容积含水量平均分别为17.77%和28.17%,至年底(11月)仍分别保持在17.82%和28.35%,即使在7、9月水分收入远大于支出的雨季,其含水量亦保持稳定,阴坡上部分别为17.57%和17.96%,阴坡下部均为28.26%,全年各次平均分别为17.78%和28.26%,分别相当于田间持水量(23.12%)的62.02%(土壤容重为1.24g·cm-3)和95.73%(土壤容重1.40g·cm-3,田间持水量21.09%),均未见有向更深层移动的现象.因此,阴向荒坡土壤水分的收支关系除极少量被稀疏草本植物消耗外,主要表现为降雨与蒸发的相互作用关系.两个立地类型主要作用深度分别在0～200cm和0～220cm,均表现为水分蒸发支出大于降雨收入,平均容积含水量分别由5月的19.73%和28.31%,分别降到了11月的16.85%和27.58%,但仍然维持在较高水平,分别达田间持水量的58.77%和93.41%.在测定的5～11月间,0～320cm土壤内储水增量分别为-56.9mm和-12.6mm.由此可见,高含水量的近裸土壤,在蒸发潜力很大的黄土高原干旱气候条件下,即使在平水年份亦难以保持(蓄存)其原有的大量水分.3.3干旱+阴坡立地土壤失水量分布特性由表2可见,在持续干旱的3个月里,阳坡下部与阴坡上部立地在0～320cm范围内,土壤平均容积含水量分别由初期的12.66%和16.1%,降到了11.43%和13.1%,分别降低了9.7%和18.6%,共损失水量39.5mm和97.1mm,阴坡是阳坡的2.5倍.由此可见,土壤含水量的高低是决定失水量大小的关键.在第一个干旱月末,阳坡立地就在0～40cm形成了干土层,而阴坡立地仅在0～20cm出现干化现象且下层土壤含水量较高.因此,在第二个干旱月份里,在降雨量与第一个月相近的情况下,阳坡立地土壤失水量仅为第一个月的32.5%;阴坡立地仍达第一个月的82.5%.第三个干旱月初,阴阳坡均形成了厚度至少在40cm以上的干土层,加之下层60cm处含水量也下降至近凋萎湿度(重量含水量分别为7.6%和7.2%),更深层水分又难以上移补充,在随后的干旱时间里,虽有巨大的蒸发潜力,但在60～200cm深度内,阴阳坡向水分增量分别仅为0.5mm和-2.7mm,并未出现含水量的显著变化.由此可见,在黄土高原干旱的气候条件下,虽然水分蒸发潜力很大,但表层土壤的迅速干化和下层土壤水分供给潜力的不足,对地面蒸发量又具有强烈地限制作用.3.4油松、刺槐林地将主要造林树种油松、刺槐林地在平水及欠水年份(季节干旱严重)水分年际变化测定结果汇总于表3.由表3可见,同处阴坡上部立地类型的油松、刺槐林地,在1993年5月至1994年3月近1年的测定期间,0～320cm测定范围内储水量分别减少了47.4和7.7mm.降雨与耗水相互作用深度较荒坡有所减小,主要发生在180cm以上土层内.1994年虽在7～9月(雨季)出现较为严重的干旱,但经秋末降雨补充后,土壤水分储量还超过了年初水平,分别增加了45.4和60.1mm,均达到或超过了1993年5月的储水量水平.3.5荒坡与荒坡储水量变化由表4可见,在连年降雨偏少的气候条件下,荒坡蒸发量增大,土壤水分储量呈连年下降趋势.在1993年5～11月间,在320cm土层内,荒坡土壤水分储量减少了56.9mm;经测定,油松、刺槐林同期蒸腾量分别达386.3mm和400.3mm,在此情况下,林地土壤储水量仅分别下降了24.2mm和14.6mm.在连续测定的3年中,测定期末的1995年11月与测定初期的1993年5月相比,荒坡土壤储水量减少了165.7mm,亏损严重.林地土壤储水量虽在测定初期就恒低于荒坡,但年际间水分收支基本平衡或略有盈余.与荒坡同期相比,油松林地增加储水17.2mm.刺槐林地亦表现出类似情况,到1995年2月底,已增加储水量52.4mm,而同期荒坡减少