賀翔宇　馬禮　狄偉佳

摘要 以地處陰山北麓丘陵區(qū)化德縣七號鎮(zhèn)為研究區(qū)，選擇相互毗鄰的、配置方式不同的林草地，在距地表30 cm深處采集土樣，并測其含水量。結(jié)果表明：（1）草地土壤表層含水量總體高于灌木林地和喬木林地，自然草地高于人工草地和耕地。（2）平地檸條林地土壤表層含水量高于坡梁地，坡梁地上坡位土壤表層含水量不及中、下坡位。（3）檸條灌木林地耐旱性能較好，灌草帶狀相間是主要配置方式，造林密度以灌木帶寬1 m，帶間距6～8 m寬為宜。（4）不同植被類型生態(tài)耗水量不同，耗水量大的植被會吸收利用毗鄰耗水量小的植被地塊的土壤水分。因此，半干旱區(qū)要因地制宜選擇適宜的植被類型、科學(xué)的配置方式以及合理的管理措施，以減少土壤水分過度消耗，為即將開啟的新一輪退耕還林草工程提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土壤表層含水量；退耕還林草；配置方式；化德縣

中圖分類號：S152.7；X37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）08-136-03

陰山北麓丘陵區(qū)屬半干旱農(nóng)牧交錯生態(tài)脆弱區(qū)，是我國北方的重要生態(tài)屏障。當(dāng)?shù)馗珊瞪儆?，植被稀疏，土地沙化，水土流失?yán)重，生態(tài)環(huán)境已嚴(yán)重退化。為改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，保護(hù)京津冀乃至華北平原的生態(tài)安全，2000年以來實施了退耕還林草、京津風(fēng)沙源治理工程，生態(tài)環(huán)境明顯好轉(zhuǎn)，土地沙漠化得到初步遏制。由于氣候干旱、水資源稀缺，水分成為植被恢復(fù)重建的最重要生態(tài)限制因子。如何因地制宜、量水而行地進(jìn)行生態(tài)建設(shè)是亟待探索的科學(xué)問題。目前對于半干旱區(qū)土壤水分的研究多集中于黃土丘陵區(qū)的土壤水分分布及動態(tài)變化[1-3]；不同植被類型和不同林齡檸條林地土壤耗水深度變化[4-8]；植被根系層土壤水分特性及相互間的作用關(guān)系[9-10]。土壤表層含水量主要受降水、植被類型等因素影響，對比研究不同配置方式林草地對土壤表層含水量的影響，對植被恢復(fù)重建具有重要的實踐指導(dǎo)意義。目前關(guān)于土壤干層的研究為數(shù)不少，但多集中于黃土高原地區(qū)[11-13]。該文以陰山北麓丘陵區(qū)內(nèi)蒙古化德縣為研究區(qū)，當(dāng)?shù)刂脖唤ㄔO(shè)以灌草結(jié)合為主，通過對比分析不同配置方式林草地土壤表層含水量，探討有利于保持土壤水分的林草地配置方式，為新一輪京津風(fēng)沙源治理、退耕還林草提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)自然概況

化德縣位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，陰山北麓丘陵區(qū)東段，41°37′～42°17′N，113°32′～114°48′E。選擇位于該縣東部的七號鎮(zhèn)為研究區(qū)，海拔1 290～1 380 m?！?0 ℃年積溫1 900 ℃左右，無霜期約110 d，年均降水量約300 mm，冬春季干旱少雨，風(fēng)大沙多，屬中溫帶半干旱偏干大陸性氣候。干旱、大風(fēng)、霜凍成為當(dāng)?shù)刂饕臑?zāi)害性天氣。地帶性植被類型為干旱氣候條件下的典型草原類型。土壤類型以砂壤質(zhì)栗鈣土為主，有少量草甸土和鹽土分布。

2 研究方法

2.1 樣地選擇及采樣時間 由于地貌、氣候水熱條件和植被等的空間組合不同，土壤水分會出現(xiàn)地塊尺度上的微域差異[14]。當(dāng)?shù)刂脖换謴?fù)重建主要是灌木檸條與雜類草帶狀相間配置的土地利用類型（以下簡稱灌木林地）。在七號鎮(zhèn)選擇典型地段的5個相互毗鄰的典型地塊采土樣，分別為平地檸條灌木林地，坡梁地（坡度約為10°）檸條灌木林地，平地榆樹片林地和檸條灌木林地，平地人工苜蓿地、油菜茬地和自然草地，平地小葉楊農(nóng)田防護(hù)林地、自然草地和耕地。采樣時間為2014年5月底，正值當(dāng)?shù)貧鉁丶眲∩仙?，土壤水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，無明顯降水，是全年土壤表層含水量最低時段。為盡量減少土壤水分受外界影響，選擇晴朗天氣1 d內(nèi)采完。

2.2 實測項目及方法 采用野外勘踏與實驗室數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的方法，在上述典型地塊采集土壤樣品，然后在實驗室烘干土壤，并測其土壤含水量。

2.2.1 野外取樣。

當(dāng)?shù)赝烁€林草的主要空間配置方式為灌草帶狀間作，土壤腐殖質(zhì)層厚20～40 cm，鈣積層在距地表30～40 cm處時有出現(xiàn)，而30 cm深處又是當(dāng)?shù)毓嗖葜脖活愋透得芗?，即灌草耗水量較大的深度，研究該深度土壤含水量具有重要的生態(tài)意義。在上述5個地塊的各樣地中，用三點混合取樣法在距地表約30 cm深的土層采土樣，每一樣地布設(shè)3個取樣點，相鄰樣點間距約10 m以上，灌木林地的采樣布點位于灌木帶間距的中分線上，喬木林地和牧草地的采樣點呈S形布設(shè)。將采好的土樣進(jìn)行密封，并遮光保存。

2.2.2 樣品測定與數(shù)據(jù)處理。

該試驗采用烘干稱重法測定土壤含水量，將采好的樣品于當(dāng)日用電子秤稱凈濕重，風(fēng)干后置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，在105～110 ℃高溫下烘干10 h，達(dá)到恒重時稱凈干重。計算土壤含水量W（土壤濕度），所用公式如下：

W=W水/W土×100%

式中W水為土體中實際所含水分重量，W土為干土重量。

對每個樣地內(nèi)3個樣點的土壤含水量取平均值，得出每個樣地的土壤含水量（以下簡稱土壤表層含水量）。借助Excel軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、分析，結(jié)果見表1。

2.2.3 土壤干化程度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)。

土壤干層現(xiàn)象在我國北方半干旱區(qū)普遍存在。王力等[17]認(rèn)為，土壤干層的量化指標(biāo)應(yīng)以田間穩(wěn)定持水量為宜，該值以下的水分虧缺全部被看作土壤干層的范圍。根據(jù)云文麗等[16]關(guān)于內(nèi)蒙古地區(qū)土壤田間持水量和凋萎濕度的研究，可知內(nèi)蒙古栗鈣土30 cm深處土壤田間持水量為20%～22%，凋萎濕度為3%～4%。當(dāng)?shù)貙侔敫珊灯蓺夂颍叶嗌叭劳?，為方便土壤干層的劃分，土壤田間持水量和凋萎濕度均取下限，分別為20%、3%。由于田間穩(wěn)定持水量占田間最大持水量的60%左右[15，17]，故田間穩(wěn)定持水量為12%，將水分含量低于12%的土層全部看作土壤干層。參考王力等[17]在黃土高原延安地區(qū)關(guān)于土壤干層的分級標(biāo)準(zhǔn)，將干層劃分為3個等級（表1）：輕度干層，含水量為9%～12%；中度干層，含水量為6%～9%；嚴(yán)重干層，含水量為6%以下。以上3個等級取值含下限，不含上限。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林草覆被類型對土壤表層含水量的影響 不同植被類型的需水量和土壤水分利用能力高低存在差異[18]，從而影響了土壤表層含水量。由表1可知，喬木林地（榆樹片林地和小葉楊農(nóng)田防護(hù)林地）土壤表層含水量為2.0%～3.0%，屬嚴(yán)重干層；灌木林地（不同帶間距的檸條林地）土壤表層含水量為4.0%～6.5%，其中平地帶間距為6 m和8 m寬的灌木林地屬中度干層，其余灌木林地均屬嚴(yán)重干層，說明帶間距6～8 m寬的灌木林地配置較為適宜；草地（除地塊5的自然草地受其旁邊的楊樹林脅地作用外）土壤表層含水量為9.0%～11.0%，屬輕度干層。由此可見，草地、灌木林地、喬木林地土壤表層含水量由大到小的順序為草地、灌木林地、喬木林地，說明天然草地能較好地涵養(yǎng)土壤水，灌木林地次之，喬木林地因生態(tài)耗水量最大，且當(dāng)?shù)亟邓∩?，不能滿足其生長需要，其土壤表層含水量最少。對比地塊4中的人工苜蓿地、油菜茬地、自然草地土壤表層含水量可知，自然草地涵養(yǎng)土壤水的能力較強(qiáng)，與張素芳等[19-20]的研究結(jié)論一致。因此，在水分稀缺的半干旱區(qū)，植被栽植應(yīng)選擇耐旱耐寒草種樹種，以草灌植被為主。

3.2 不同帶間距灌木林地土壤表層含水量的對比 針對土地沙漠化的嚴(yán)峻形勢，研究地區(qū)于2003～2004年實施耐旱的灌木檸條與草帶狀相間的生態(tài)恢復(fù)重建方式，恰逢這2年是豐水年而成活，但2005～2009年連續(xù)5年遭受大旱，灌木仍能適應(yīng)環(huán)境而頑強(qiáng)生存，充分證明這種生態(tài)建設(shè)方式是行之有效的。由于不同帶間距的灌木林地對土壤水分的影響不同，選擇研究區(qū)4種帶間距不同的灌木林地，即帶間距分別為2、4、6、8 m寬的檸條林地。檸條帶帶寬為1 m，大多沿南北方向設(shè)置，帶之間均為雜類草地，土壤輕中度沙化。地塊1為平地，檸條成活率為70%，平均高度約70 cm；地塊2為坡梁地，檸條成活率為60%，因成活率低，長得稀疏，故比平地長得高，平均高度為90～100 cm。對比地塊1和地塊2中帶間距相同的檸條林地，可知平地土壤表層含水量高于坡梁地。平地不同帶間距的檸條林地土壤表層含水量由大到小依次為：8 m寬（6.21%）、6 m寬（6.11%）、4 m寬（5.18%）、2 m寬（4.43%）（表1）。顯然，8 m寬的檸條林地土壤表層含水量最高，2 m寬的最低。這是由于種植密度越大，灌木林地生態(tài)耗水量越大。坡梁地灌木林地測得的結(jié)果與之相反，即帶間距4 m寬土壤表層含水量（4.98%）>6 m寬土壤表層含水量（4.86%）>8 m寬土壤表層含水量（4.15%），這是由于采土樣的順序依次為下坡位、中坡位、上坡位。而土壤表層含水量來源于降水，上坡位坡度較陡，當(dāng)?shù)囟嗉庇?，不利于雨水下滲，即便有充足的降水，也只有有限的降水進(jìn)入土中，且土壤活土層較薄，蓄水性能差，故土壤表層含水量較低；中、下坡位較緩，且土壤活土層相對較厚，故有利于土壤下滲蓄水，土壤表層含水量較高。因此，中、下坡位檸條林地帶間距雖較窄，其土壤表層含水量仍比上坡位帶間距較寬的檸條林地高。帶間距6 m寬的檸條林地比4 m寬的地勢低，土壤表層含水量雖比4 m寬的稍低，但相差無幾，也可能是由于在地塊2的1號樣地采土樣時土壤中石礫較多，使測得的土壤含水量存在一定誤差。故坡梁地不同帶間距檸條林地土壤表層含水量對比的結(jié)論與平地一致。

在今后的植被恢復(fù)重建中，要因地制宜，嚴(yán)禁在坡梁地種植喬木等生態(tài)耗水量較大的植被類型。灌木林的種植也要根據(jù)地形及土壤質(zhì)量（主要是活土層厚度、土壤質(zhì)地），合理控制其種植密度，以6～8 m寬的帶間距為宜，在坡梁地土層較薄的上坡位種植檸條林的帶間距應(yīng)不低于8 m。隨著檸條林齡的增長，植物個體增大，耗水量增加，土壤水分下降[7]，土壤干層的程度逐漸加深。因此，要適時平茬，以減少其對土壤水分的過度消耗，利于植被恢復(fù)重建與土地可持續(xù)利用。

3.3 相互毗鄰的喬木林地、草地、耕地間的脅地作用 地塊5中，林地、草地、耕地3種土地利用類型地塊相毗鄰，由北向南依次是小葉楊樹農(nóng)田防護(hù)林地、自然草地和耕地，三者間隔約8 m。楊樹樹齡約30 a，樹高約15 m，胸徑15～20 cm，行間距約3 m，株距約1 m，林間為羊草草地。喬木防護(hù)林地取3個采樣點，測得土壤表層含水量由北向南依次為2.02%、3.08%、3.14%，表明其土壤表層含水量隨靠近自然草地而有增加趨勢。自然草地3個采樣點的土壤表層含水量由北向南依次為3.59%、3.44%、4.40%，可見，其土壤表層含水量小于地塊4的自然草地，出現(xiàn)嚴(yán)重干層。一方面因受到毗鄰地塊喬木防護(hù)林地的脅地作用，另一方面因緊鄰耕地，受人畜踐踏，使得表層土緊實，草地退化，覆蓋度降低，地表蒸發(fā)量增加，因而土壤表層含水量較少。該地塊自然草地的土壤表層含水量基本上隨靠近喬木防護(hù)林地而降低，表明喬木防護(hù)林地吸收利用自然草地土壤表層含水量，這與喬艷琴等[18]的研究結(jié)論一致。由于耕地已平整、播種，土壤水分狀況受到干擾，故未測其土壤水分。研究區(qū)風(fēng)沙危害較嚴(yán)重，喬木防護(hù)林可以起到防風(fēng)作用，因而農(nóng)田草場防護(hù)林不能完全排斥喬木林的栽種，但要與耕地保持一定距離，可在耕地與喬木防護(hù)林地間種草，或?qū)棠静扇　敖馗Ｌ铩贝胧?，即把向耕地方向延伸的成林喬木根截斷，以減少林地對耕地的脅地作用。

4 結(jié)論

通過測定位于半干旱區(qū)陰山北麓丘陵區(qū)的化德縣七號鎮(zhèn)不同配置方式林草地30 cm深處的土壤含水量，并對其進(jìn)行土壤干層量化分級，得出以下結(jié)論：

（1）半干旱區(qū)喬、灌、草地的土壤表層含水量由大到小的順序為草地、灌木林地、喬木林地。其中，自然草地土壤表層含水量略高于人工草地和耕地。

（2）平地較坡梁地而言，更有利于土壤水分的保持；坡梁地中、下坡位土壤表層含水量比上坡位高。因此，嚴(yán)禁在坡梁地種植喬木，上坡位灌木林的種植密度應(yīng)低于中、下坡位。

（3）檸條灌木林地保持土壤水分能力較好，但其土壤表層含水量的高低受造林密度影響，即隨造林密度增加而有降低趨勢。因此，半干旱區(qū)植被建設(shè)應(yīng)以耐旱灌草為主，草灌結(jié)合，選擇適宜的植被配置方式，灌草帶狀相間配置是主要方式；厘定合理的灌木密度，灌木帶寬以1 m為宜，帶間距以6～8 m寬為宜。

（4）喬木生態(tài)耗水量大，為滿足自身需要，會吸收利用鄰近草地和農(nóng)田的土壤水分，因此，宜在耕地與其毗鄰的喬木防護(hù)林地之間種適當(dāng)寬度的草帶，或?qū)棠静扇　敖馗Ｌ铩钡拇胧?，以降低喬木林對農(nóng)田的脅地作用。

該研究僅是對不同配置方式林草地對土壤表層含水量影響的初步探討，以期能為北方半干旱區(qū)新一輪退耕還林草等生態(tài)建設(shè)工程提供科學(xué)參考依據(jù)，促進(jìn)土地可持續(xù)利用。

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