殷玉明 王 兵 梁 華 梁 君 仲軍琦

摘要通過對固原市原州區(qū)楊達子溝流域的降水及其退耕林地土壤水分時空分布特征進行分析,結(jié)果表明:同時次降雨量、月降雨量均存在顯著空間異質(zhì)性。土壤水資源由于地形、降雨、植被覆蓋等的差異性,特別是植被差異性利用,則存在時空異質(zhì)性。土壤水分在雨季后1~2月在0~150 cm形成高值期,150 cm以下的土壤恢復緩慢。森林植被差異利用形成了土壤水分剖面不同:沙棘林>檸條林>山桃+山杏林>喬木林。根據(jù)對水資源系統(tǒng)分析,提出了流域水資源開發(fā)利用的對策:植被空間合理布局;降雨、土壤水的利用等。

關(guān)鍵詞退耕還林地;降雨;土壤水;時空分布特征;黃土丘陵區(qū)

中圖分類號S152.7+5文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)14-0247-01

自實施退耕還林工程后,以林業(yè)為主的生態(tài)建設已取得了巨大進展,但隨著林草植被的增加,黃土丘陵區(qū)干旱少雨地區(qū)水資源問題成為制約林業(yè)生產(chǎn)進一步發(fā)展的瓶頸?，F(xiàn)通過對原州區(qū)東部黃土丘陵區(qū)小流域降雨、土壤水分的系統(tǒng)分析,得出該區(qū)水資源的時空分布特征,從而為以流域為單元的退耕林地水資源利用提供對策,為原州區(qū)生態(tài)環(huán)境建設服務。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)選在原州區(qū)東部黃土高原丘陵溝壑區(qū)的楊達子溝流域,位于固原市東北部15km處。流域面積160km2。年平均氣溫6.8℃,多年平均降水量340mm,其中,7~9月降水量占全年降水量的70%以上,且多以暴雨形式出現(xiàn),年際變化很大;年蒸發(fā)量1 000mm左右,年徑流深23mm。

1.2研究方法

降雨量測定在沿主溝道布設若干個測點,并在一較小區(qū)域布設不同坡向、海拔高度雨量桶,測定降雨空間異質(zhì)性。

運用土鉆法定位監(jiān)測土壤水分:以南北向、東向3個大斷面測定退耕林地不同植被土壤水分,布設28個采樣點。定位監(jiān)測每月1次(4~10月),其中,4月和10月測深為400cm,5~9月測深為200 cm。0～1m每10 cm取樣,1m以下每20cm取樣。土樣用烘箱在105～110℃下烘干計算水分,用干土質(zhì)量分數(shù)(%)表示。

2結(jié)果與分析

2.1降雨空間分布的差異性

降雨與地形地貌關(guān)系:為了分析降雨的時空分布不均勻性,更細致地說明降水差異,在微型溝流域(0.32 km2)布設不同坡向與海拔降雨裝置,測定降雨(陰坡、陽坡、峁頂部、溝底),結(jié)果見圖1?？梢钥闯?降雨量陽坡與溝底基本相當,陰坡最多,峁頂部最少,說明降雨場降雨在流域上分配是不同的。

以2006年8月降水量表示降雨的空間不均勻性, 8月降水表現(xiàn)出由溝口向溝掌顯著減少的特征,減少幅度很大。月降水量從85.6 mm減少到12.5 mm,減少幅度為73.1mm,減少了約6倍,這種降雨的非均勻性足以對森林植被水分利用造成影響(表1)。

由于降水的變異不僅反映為空間的量變,也反應在降水發(fā)生時間上,因此筆者在研究降水利用問題時需要對降水量、供應時間及其保證率進行分析。為此提出降雨適量、適時、有效性3個指標評價降雨—森林植被需水的功能指標[1]。

利用對策:研究降水資源時間、空間分布特征,進而調(diào)整造林樹種選擇、初植密度及喬灌結(jié)構(gòu),即順應降水時間動態(tài),合理調(diào)整森林布局,提高降雨利用率。同時,根據(jù)降雨的空間變化,對陰陽坡、不同海拔高度采取不同植被治理。

2.2土壤水分異質(zhì)性及其原因分析

2.2.1土壤水分時間動態(tài)。對林地2006年土壤水剖面作分析(圖2),在2006年豐水季,土壤水分得到逐漸恢復,但恢復集中在0～150cm,而且直到10月150cm以下土層較8月還低。結(jié)合6~10月土壤水分剖面與降雨月動態(tài),可明顯看到土壤水分顯著受降雨量影響,深層土壤水分恢復進程緩慢,植被的作用不可忽視[3-5]。

2.2.2植被利用下的土壤水分分析。對2006年10月不同植被下的土壤水分進行分析,結(jié)果表明:雨季恢復后不同植被類型下土壤水分仍差異明顯[6,7](圖3),整個土壤剖面為:沙棘林>檸條林>山桃+山杏林>喬木林。在1 m以下表現(xiàn)的尤為明顯。沙棘林水分除0～1m略低外,深層水分達16%～19%,喬木林地在100cm以下則基本低于9%,變動于7%～10%。灌木林中沙棘林地水分高于檸條林,灌木林地深層水分明顯好于喬灌混交林、喬木林。

2.2.3土壤水資源開發(fā)潛力。水土保持措施對改善土壤水環(huán)境的作用:水土保持工程措施集流整地,其中以水平溝整地效果明顯。研究表明,不同整地方式下可增加一定土壤水資源量。以荒山為對照,豐水年(550mm以上)栽植穴整地造林:20mm魚鱗坑整地造林40～50mm,水平溝整地造林70～90mm。

利用對策:根據(jù)對全流域土壤水分調(diào)查,流域總土壤水資源在2006年4月0～4m的儲量達到1 971.7萬立方米,相當于水深520mm。灌木林地占到36%,喬灌混交林地33%,喬木林地31%。由于森林植被對土壤水分利用差異性存在,降雨對土壤水資源的支配性影響,在具體利用上應該以合理樹種布局為主,輔以工程集雨技術(shù),達到水資源供需平衡。

3小結(jié)

黃土丘陵區(qū)屬低水多變的脆弱水環(huán)境,在生態(tài)建設中應以水資源高效利用為目標,以水資源環(huán)境容量研究及其實現(xiàn)技術(shù)集成為核心,在對區(qū)域降雨、土壤水資源的時空分布特征充分研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合農(nóng)林牧業(yè)生態(tài)用水需求,采取土壤水庫、地表/地下水庫、大氣水庫3庫連動御旱的整體水資源開發(fā)技術(shù),提高偏旱區(qū)水資源利用效率。

降雨的時空異質(zhì)性是流域水資源管理需要針對的主要問題,應該合理人工植被的空間格局,采用人工近距集流技術(shù),其他節(jié)約用水技術(shù)等,保證流域水資源安全、高效利用。

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