符超峰，趙景波，卞子浩，左 俊

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054；2.陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710062；3．中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所 黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710061)

毛烏素沙地西北緣不同類型沙丘土壤水分分布特征

符超峰1，2，3，趙景波2，卞子浩1，左 俊1

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054；2.陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710062；3．中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所 黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710061)

干旱區(qū)的土壤水分分布特征受氣候、區(qū)域地形、植被、土壤質(zhì)地等因素的影響，其本身也是整個(gè)區(qū)域環(huán)境的重要影響因子。文中通過對(duì)位于毛烏素沙地西北緣鄂托克旗境內(nèi)的裸露流動(dòng)沙丘、灌木覆蓋沙丘、喬木覆蓋沙丘3種類型沙丘不同地貌部位0～4 m深度范圍內(nèi)的土壤含水量研究，采用鉆孔取樣、烘干稱重和粒度測(cè)試等方法，分析不同植被、地形和土壤質(zhì)地等因素對(duì)研究區(qū)土壤含水量分布特征的影響。結(jié)果表明：對(duì)于垂直方向0～4 m 深度范圍內(nèi)的裸露流動(dòng)沙丘、灌木和喬木覆蓋沙丘平均含水量變化均表現(xiàn)為迎風(fēng)坡高于背風(fēng)坡，且在灌木覆蓋沙丘和喬木覆蓋沙丘的丘間洼地的土壤含水量多高于迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡，不同類型沙丘在各地貌樣點(diǎn)不同層段含水量變化差異明顯，變化趨勢(shì)不統(tǒng)一。相同的沙丘微地貌，不同類型植被覆蓋對(duì)于沙丘土壤含水量在垂向上的變化有較大影響，且灌木植被的影響大于喬木植被。除了植被以外，淺層基巖的隔水作用對(duì)土壤含水量同樣有重要影響。土壤水分分布特征與土壤中不同粒級(jí)的顆粒含量有關(guān)，而植被通過攔截空氣中的粉塵，提高了土壤中粘土與粉砂等持水能力強(qiáng)的顆粒組分，進(jìn)而提高了土壤平均含水量。

土壤含水量；沙丘微地貌；沙丘植被；土壤粒度；毛烏素沙地；鄂托克旗

0 引 言

土壤水分含量的時(shí)空分布受地形[1-7]、植被[8-13]、土壤性質(zhì)[14-16]等因素的綜合影響，而在干旱區(qū)，土壤含水量本身也是影響植物生長(zhǎng)、風(fēng)沙侵蝕的重要影響因素[17-19]。干旱和半干旱地區(qū)有限的水資源常常成為植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵限制因子[15]。提高對(duì)于干旱地區(qū)沙質(zhì)土壤的水分分布特征的研究對(duì)水資源的有效管理和促進(jìn)植被的生長(zhǎng)，防沙治沙具有重要的實(shí)用價(jià)值。

對(duì)于干旱地區(qū)及毛烏素沙地地區(qū)土壤水分分布特征已進(jìn)行了大量的研究工作[20-28]，包括毛烏素沙地土壤含水量的時(shí)空分布規(guī)律[25]，以及不同植被覆蓋類型[26]、沙丘的微地貌[27]等因素對(duì)土壤含水量影響等。但是這些工作基本上集中在地表或淺層土壤內(nèi)(距離地表小于1 m)，而對(duì)于較深層土壤水含量分布特征的研究則相對(duì)較少。且由于土壤水分含量分布的影響因素復(fù)雜，空間變異性大，故在毛烏素沙地東南緣[30]和中部研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步選擇沙地西北部地區(qū)不同類型沙丘地表以下4 m內(nèi)的土壤水分特征進(jìn)行研究，以期在更大范圍內(nèi)研究毛烏素沙地的土壤水分的空間分布，為荒漠化地區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于毛烏素沙地西北部鄂托克旗境內(nèi)，地處內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市西部，東經(jīng)106°43′～108°54′，北緯38°18′～40°11′范圍內(nèi)，鄂托克旗境內(nèi)屬于典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年日照時(shí)數(shù)3 000 h左右，年平均氣溫6.4 ℃左右，年降水量為250 mm左右，年蒸發(fā)量3 000 mm左右，降水主要集中在7～9月份。全旗天然植被種類繁多，植被組成主要是菊科、禾本科、豆科、藜科次之。根據(jù)生態(tài)環(huán)境，研究區(qū)從東南向西北大致可劃分為典型草原亞帶、荒漠草原亞帶2個(gè)植被亞帶。其中典型草原亞帶內(nèi)，原生植被以克氏針茅(Krylov needlegrass)為主，其次是冷蒿(Artemisia frigida)、百里香(Thymus mongolicus Ronn)，次生植被以油蒿(Artemisia ordosica)、沙竹(Phyllostachys propinqua)、沙蓬(Agriophyllum squarrosum)為主、有典型的草原成分，植被覆蓋率一般在 40%～50%之間。荒漠草原亞帶內(nèi)主要植被種類有油蒿、冷蒿、狹葉錦雞兒(Caragada microphylla)、豬毛菜(Salsola collina Pall)、藏錦雞兒(Caragana tibetica)、沙竹等，覆蓋率為 20%～40%.還有一定數(shù)量的稀疏人工喬木林。地貌以起伏的沙丘為主，包括植被覆蓋的固定沙地、半流動(dòng)沙地、和裸露的流動(dòng)沙地。部分沙丘間有常年積水的小湖泊，地下水埋深較淺，潛水比較豐富。根據(jù)植被類型和植被蓋度，可將沙丘類型分為裸露流動(dòng)沙丘、灌木覆蓋沙丘和喬木覆蓋沙丘。

1.2 采樣位置和研究方法

為了避免降水和生長(zhǎng)期植物蒸騰作用對(duì)土壤含水量的影響，在2009年4月底，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行了實(shí)地考察，并在鄂托克旗境內(nèi)選取裸露流動(dòng)沙丘、灌木覆蓋沙丘和喬木覆蓋沙丘作為樣地，分別沿主流沙丘的空間展布方向(NW-SE向)，在每種類型沙丘的迎風(fēng)坡、背風(fēng)坡和丘間洼地等不同的微地貌部位選點(diǎn)，利用人力鉆鉆孔取樣。同類沙丘各選2個(gè)分別進(jìn)行系統(tǒng)取樣，并將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。研究區(qū)的地質(zhì)概況及樣點(diǎn)分布如圖1所示，各類型沙丘樣點(diǎn)編號(hào)、高程及經(jīng)緯度詳見表1，鉆孔的最大深度為4 m，采樣間距為10 cm，樣品重量一般為50～60 g.

表1 沙丘剖面采樣點(diǎn)位置

圖1 鄂托克旗地區(qū)采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Location of the study area

含水量計(jì)算：土壤含水量測(cè)定利用經(jīng)典的烘干稱重法，烘干前后，每個(gè)樣品稱重3次，誤差小于3‰.為防止水分散失，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行烘干前的樣品稱重。樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，在105 ℃的溫度條件下烘干至恒重。土壤含水量公式為

W=(W1-W2)/W2×100%.

式中W為所測(cè)樣品的土壤含水量；W1為烘干前土壤樣品重量；W2為烘干后土壤樣品重量。

使用origin8軟件對(duì)不同取樣點(diǎn)土壤的含水量隨深度變化的情況進(jìn)行分析，在Excel中進(jìn)行含水量參數(shù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

粒度測(cè)試：沙丘樣品的粒度分析采用Mastersizer2000型激光粒度儀測(cè)定。首先在實(shí)驗(yàn)室取1～2 g的樣品分別用稀鹽酸和雙氧水處理，以去除樣品中的碳酸鹽和有機(jī)質(zhì)等膠結(jié)物質(zhì)，再加入分散劑六偏磷酸鈉使沙粒由復(fù)粒充分?jǐn)U散為單個(gè)顆粒。然后把分散處理的樣品用激光粒度儀測(cè)定其不同粒級(jí)的粒度分布特征，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量3次，取平均值。平均粒度、粘粒、粉砂和細(xì)砂等粒級(jí)分布的概率密度分布參數(shù)用EXCEL來計(jì)算統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果分析

2.1 裸露流動(dòng)沙丘不同地貌部位水分垂向分布特征

圖2 裸露的流動(dòng)沙丘各地貌部位含水量Fig.2 Soil moisture content of different topographic position in the bare migratory dunes

圖2為2個(gè)裸露的流動(dòng)沙丘ET1-1，ET1-2各地貌部位含水量的變化。對(duì)于ET1-1沙丘，迎風(fēng)坡采樣點(diǎn)ET1-1a土壤含水量變化范圍在1.62%～8.84%，均值為3.50%；背風(fēng)坡采樣點(diǎn)ET1-1b土壤含水量變化范圍在0.03%～4.10%，均值為2.14%.ET1-2沙丘，迎風(fēng)坡采樣點(diǎn)ET1-2a土壤含水量變化范圍在2.29%～12.42%，均值為4.44%；背風(fēng)坡采樣點(diǎn)ET1-2b土壤含水量變化范圍在0.10%～3.77%，均值為2.24%.由于研究區(qū)域位于毛烏素沙地西北緣，土壤層相對(duì)較薄，采樣的裸露流動(dòng)沙丘區(qū)基巖較淺，故部分采樣點(diǎn)采樣深度未達(dá)到4 m，此外沙丘的丘間洼地部位處直接為基巖岀露，因而在裸露流動(dòng)沙丘的丘間洼地沒有采樣。2個(gè)不同沙丘迎風(fēng)坡采樣點(diǎn)土壤含水量隨深度變化趨勢(shì)基本一致，且都在260 cm深度處含水量驟增，此時(shí)含水量已經(jīng)超過沙土的田間持水量峰值(約5%)，大部分水分為重力水。這是由于隔水層基巖埋深較淺，水分聚集在基巖之上，而導(dǎo)致土壤含水量增加。背風(fēng)坡2個(gè)采樣點(diǎn)變化趨勢(shì)也較為一致，均在60 cm深度處發(fā)生驟增，其它深度段則相對(duì)穩(wěn)定?？傮w而言，2個(gè)取樣沙丘含水量分布具有一致性，為ET1-1：迎風(fēng)坡>背風(fēng)坡；ET1-2：迎風(fēng)坡>背風(fēng)坡。

根據(jù)含水量的變化，可將3種不同地貌部位鉆孔土壤含水量分為3段。

表2 裸露流動(dòng)沙丘取樣點(diǎn)垂向分段含水量

如表2所示，第1段0～60 cm，土壤含水量比較：迎風(fēng)坡1a>背風(fēng)坡1b，迎風(fēng)坡2a>背風(fēng)坡2b；第2段60～260 cm，含水量均值：迎風(fēng)坡1a>背風(fēng)坡1b，迎風(fēng)坡2a>背風(fēng)坡2b；第3段260～400 cm，土壤含水量比較：迎風(fēng)坡1a>背風(fēng)坡1b.總體來看，迎風(fēng)坡的2個(gè)采樣點(diǎn)變幅都很大，1a含水量變幅在2.64%～7.61%，2a含水量變幅在2.99%～9.17%；而背風(fēng)坡的含水量變幅較小，1b含水量變幅在0.09%～2.60%，2b含水量變幅在0.68%～2.70%.在2個(gè)采樣沙丘ET1-1和ET1-2的各深度段平均含水量均為：迎風(fēng)坡>背風(fēng)坡。

2.2 灌木覆蓋沙丘不同地貌部位水分垂向分布特征

圖3 灌木覆蓋沙丘各地貌部位含水量Fig.3 Soil moisture content of different topographic position in the shrub-covered dunes

圖3為灌木覆蓋沙丘ET2-1，ET2-2各地貌部位取樣點(diǎn)的土壤含水量。ET2-1沙丘采樣點(diǎn)ET2-1a土壤含水量變化范圍在0.28%～8.5%，均值為2.62%；ET2-1b土壤含水量變化范圍在0.34%～4.66%，均值為2.19%；ET2-1w土壤含水量變化范圍在4.41%～11.49%，均值為6.79%.同類沙丘ET2-2采樣點(diǎn)ET2-2a土壤含水量的變化范圍在0.52%～6.02%，均值為3.11%；ET2-2b土壤含水量變化范圍在1.13%～5.06%，均值為2.06%；ET2-2w土壤含水量的變化范圍在1.62%～12.37%，均值為4.43%.其中迎風(fēng)坡采樣點(diǎn)ET2-2a以及丘間洼地采樣點(diǎn)ET2-1w和ET2-2w取樣深度均未達(dá)到4 m，這是因?yàn)樵摬蓸狱c(diǎn)海拔較低，基巖層較淺、覆蓋沙土較薄，同時(shí)基巖隔水層導(dǎo)致了土壤含水量在一定深度后超過田間持水量，而逐漸表現(xiàn)為重力水。不同沙丘同一地貌部位采樣點(diǎn)含水量變化趨勢(shì)接近一致?？傮w而言，2個(gè)取樣沙丘在不同地貌部位土壤含水量均值變化情況表現(xiàn)一致，ET2-1：丘間洼地>迎風(fēng)坡>背風(fēng)坡；ET2-2：丘間洼地>迎風(fēng)坡>背風(fēng)坡。

根據(jù)含水量變化，將鉆孔深度分為3段，分別比較含水量的變化。

表3 灌木覆蓋沙丘取樣點(diǎn)垂向分段含水量

如表3所示，第1段為0～150 cm，土壤平均含水量比較為，ET2-1：丘間洼地>背風(fēng)坡>迎風(fēng)坡，ET2-2：丘間洼地>迎風(fēng)坡>背風(fēng)坡，這段兩鉆孔迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡含水量大小不一致但差別不大，可能與局地環(huán)境差異或植被的變化有關(guān)；第2段為150～360 cm，土壤含水量比較為，ET2-1：迎風(fēng)坡>背風(fēng)坡，ET2-2：迎風(fēng)坡>背風(fēng)坡；第3段為360～400 cm，土壤含水量比較為，ET2-1：背風(fēng)坡>迎風(fēng)坡。其中2個(gè)迎風(fēng)坡采樣點(diǎn)土壤含水量變幅均較小，而背風(fēng)坡含水量變幅較大，其中ET2-1b變幅在1.53%～3.86%之間，ET2-2b變幅在1.58%～3.86%之間。各地貌部位含水量的突然躍增，與接近淺層基巖隔水層有關(guān)。

2.3 喬木覆蓋沙丘不同地貌部位水分垂向分布特征

圖4 喬木覆蓋沙丘各地貌部位含水量Fig.4 Soil moisture content of different topographic position in the tree-covered dunes

圖4為喬木覆蓋沙丘ET3-1，ET3-2各地貌部位取樣點(diǎn)的含水量變化。對(duì)于ET3-1沙丘，ET3-1a土壤含水量變化范圍在0.48%～10.34%，均值為5.07%；ET3-1b土壤含水量變化范圍在0.56%～6.89%，均值為3.51%；ET3-1w土壤含水量變化范圍在1.66%～9.62%，均值為4.42%.ET3-2沙丘中ET3-2a含水量的變化范圍在0.51%～20.97%，均值為5.90%；ET3-2b土壤含水量變化范圍在1.33%～7.24%，均值為4.05%；ET3-2w土壤含水量的變化范圍在3.20%～12.37%，均值為9.02%.同樣由于該處基巖層較淺，土壤深度較小，所有采樣點(diǎn)的采樣深度均未能達(dá)到4 m。并且由于土壤重力水的影響，所有采樣點(diǎn)土壤含水量變幅均較大?？傮w來看，2個(gè)沙丘土壤含水量均值存在差異，表現(xiàn)為，ET3-1：迎風(fēng)坡>丘間洼地>背風(fēng)坡；ET3-2：丘間洼地>迎風(fēng)坡>背風(fēng)坡。

根據(jù)含水量的變化，可將整個(gè)鉆孔分為3 段。如表4所示，第1段為0～170 cm，土壤含水量比較為，ET3-1：丘間洼地>迎風(fēng)坡>背風(fēng)坡，ET3-2：丘間洼地>迎風(fēng)坡>背風(fēng)坡；第2段為170～240 cm，土壤含水量比較，ET3-1：迎風(fēng)坡>背風(fēng)坡，ET3-2：丘間洼地>背風(fēng)坡>迎風(fēng)坡；第3段為240～400 cm，土壤含水量比較為，ET3-1：迎風(fēng)坡>背風(fēng)坡，ET3-2：迎風(fēng)坡>背風(fēng)坡。迎風(fēng)坡2個(gè)采樣點(diǎn)土壤含水量變幅很大，其中ET3-1a變幅在3.82%～7.79%之間，ET3-2a變幅在3.76%～11.10%之間。背風(fēng)坡采樣點(diǎn)變幅較大，其中ET3-1b變幅在2.65%～5.19%之間，ET3-2b變幅在3.41%～5.69%之間。地貌各部位含水量隨深度的波動(dòng)變化均較劇烈，這與該區(qū)較淺的基巖隔水層和水分在沙土中的毛細(xì)作用有關(guān)。

綜合比較三類沙丘各微地貌土壤含水量均值，有一共同特征，均表現(xiàn)為：迎風(fēng)坡>背風(fēng)坡。采樣沙丘迎風(fēng)坡為陰坡而背風(fēng)坡為陽坡，故背風(fēng)坡受到的日照影響更大，所以土壤水分蒸發(fā)作用也更為明顯，所以大量的土壤水在蒸發(fā)中損失，致使背風(fēng)坡的土壤含水量低于迎風(fēng)坡。而丘間洼地含水量雖因采樣點(diǎn)不同存在一定差異，但普遍大于迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡含水量。這是因?yàn)榍痖g洼地的采樣點(diǎn)海拔相對(duì)較低，距離基巖較近，可能導(dǎo)致地表水被基巖阻擋滲不下去，運(yùn)移到低洼處滲出來，進(jìn)而提高了丘間洼地處的土壤含水量。不同類型沙丘各地貌部位不同層段土壤含水量的變化表現(xiàn)出差異，變化趨勢(shì)不統(tǒng)一。

2.4 3種類型沙丘相同地貌部位土壤水分變化比較

表4 喬木覆蓋沙丘取樣點(diǎn)垂向分段含水量

表5 不同類型沙丘各地貌部位的含水量

從表5可以看出，迎風(fēng)坡平均土壤含水量比較為：?jiǎn)棠靖采w沙丘> 裸露流動(dòng)沙丘>灌木覆蓋沙丘。背風(fēng)坡平均土壤含水量比較為：?jiǎn)棠靖采w沙丘>裸露流動(dòng)沙丘>灌木覆蓋沙丘。對(duì)丘間洼地的平均土壤含水量比較來看，喬木覆蓋沙丘和灌木覆蓋沙丘沒有什么規(guī)律。不同類型沙丘的迎風(fēng)坡、背風(fēng)坡和丘間洼地的平均土壤水分的變異系數(shù)整體較大，這與該區(qū)處在沙地的西北邊緣，氣候相關(guān)干旱，上層土壤水分較低，另外基巖埋深較淺，受基巖上部聚集的重力水影響作用較大相一致。具體看來，灌木覆蓋沙丘土壤含水量變異系數(shù)大多高于喬木覆蓋沙丘，可見灌木植被對(duì)沙丘土壤含水量分布狀況的影響相對(duì)更大。但喬木覆蓋沙丘個(gè)別采樣點(diǎn)土壤含水量變異系數(shù)異常高，且各個(gè)地貌部位喬木覆蓋沙丘的土壤含水量普遍高于裸露流動(dòng)沙丘和灌木覆蓋沙丘，很多喬木覆蓋沙丘采樣點(diǎn)土壤平均含水量已經(jīng)超過田間持水量，可見其底部基巖隔水層的重要影響。裸露流動(dòng)沙丘的變異系數(shù)相對(duì)較高，這是因?yàn)槁懵读鲃?dòng)沙丘的采樣點(diǎn)海拔均較低，一方面土壤表層水分蒸發(fā)劇烈，另一方面底部隔水層上聚集了重力水，水分上下分布不均，變幅較劇烈。

2.5 沙丘土壤粒度組成及其對(duì)土壤含水量變化的影響

分別在裸露流動(dòng)沙丘、灌木和喬木覆蓋沙丘迎風(fēng)坡1 a的3 個(gè)鉆孔樣品中，以20 cm間距分別取20個(gè)樣品在激光粒度儀上進(jìn)行分析測(cè)試，得到不同類型沙丘0～4 m沙土層的平均粒度分布曲線和粒度組成特征(表6，圖5)。

裸露流動(dòng)沙丘、灌木覆蓋沙丘、喬木覆蓋沙丘的土壤粒度組成具有相似性，均以細(xì)砂和極細(xì)砂為主，這與區(qū)域的風(fēng)沙動(dòng)力過程相適應(yīng)。同時(shí)，喬木覆蓋沙丘的粉砂、粘土、中砂的含量相對(duì)較高，但粒級(jí)之內(nèi)土壤粒度大小較為分散；而裸露流動(dòng)沙丘這3種粒級(jí)的含量則較低，粒級(jí)之內(nèi)土壤粒度大小較為集中；灌木覆蓋沙丘各土壤粒級(jí)含量居中。

表6 不同類型沙丘的粒度組成特征

圖5 不同類型沙丘沙土粒度頻率曲線Fig.5 Grain-size distribution and cumulative grain size distribution curves for different types of sand dunes

將土壤含水量與土壤不同顆粒含量進(jìn)行對(duì)比分析(圖6)。整體來說，該區(qū)位于毛烏素沙地西北緣，氣候干旱，3種類型沙丘的沙地土壤水分含量普遍偏低(<5%)，土壤粘粒含量普遍偏低，這是因?yàn)樯傲碜愿浇纳皫r風(fēng)化產(chǎn)物?？梢钥闯鰧?duì)于不同類型沙丘，在沙地中<4 μm粘土含量小于2%的情況下，土壤水分含量一般低于沙層的田間持水量，和粉砂、極細(xì)砂的含量正相關(guān)，和細(xì)砂及平均粒徑反相關(guān)，水分含量超過最大田間持水量，含水量劇增，水分類型變成重力水時(shí)，這往往和淺層基巖隔水層有關(guān)；在沙地中<4 μm粘土含量大于2%的情況下，土壤的含水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過沙層的田間持水量(約5%)，這主要是粘土的含量增加所致，含水量與粘土和粉砂含量正相關(guān)，與極細(xì)砂、細(xì)砂及平均粒徑反相關(guān)。裸露流動(dòng)沙丘沙土中不含中砂以上顆粒，灌木和喬木覆蓋沙丘含少量的中砂顆粒和沙層的含水量沒有明顯的相關(guān)性。

由于在裸露流動(dòng)沙丘和喬木覆蓋沙丘的采樣點(diǎn)土壤含水量在一定深度受基巖影響驟增，為了避免基巖的影響，主要測(cè)算土壤顆粒大小對(duì)于含水量的影響，因此在裸露流動(dòng)沙丘樣點(diǎn)選取0～250 cm深度樣本，在喬木覆蓋沙丘選取0～170 cm深度樣本進(jìn)行相關(guān)分析(表7)。

表7 不同類型沙丘迎風(fēng)坡含水量與各粒級(jí)顆粒百分含量的相關(guān)系數(shù)

從表7的可以看出，裸露流動(dòng)沙丘土壤含水量分布與粘土、粉砂、極細(xì)砂含量成正相關(guān)而與細(xì)砂含量成負(fù)相關(guān)。灌木覆蓋沙丘土壤含水量分布與極細(xì)砂、粉砂含量有一定的正相關(guān)關(guān)系，與細(xì)砂含量有一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與粘土和中砂的含量相關(guān)性卻不大。喬木覆蓋沙丘則與粘土和粉砂含量具有明顯的正相關(guān)關(guān)系，與細(xì)砂含量成負(fù)相關(guān)，同時(shí)與粉砂、中砂含量存在一定的負(fù)相關(guān)性，但相關(guān)度不大。這也在一定程度上說明，對(duì)不同地表覆蓋狀況的沙丘而言，影響其含水量垂向變化的主要因素不同。

從理論上來說，各種土壤顆粒的持水能力表現(xiàn)為，黏土>粉砂>極細(xì)砂>細(xì)砂>中砂。喬木覆蓋沙丘區(qū)域粘土和粉砂的含量明顯高于灌木覆蓋沙丘和裸露流動(dòng)沙丘，在喬木覆蓋沙丘上粘土和粉砂顆粒對(duì)含水量影響更大，而灌木沙丘粘土含量很少，其對(duì)于含水量的影響相對(duì)較小，這個(gè)結(jié)果與圖6對(duì)比的情況一致。

在鄂托克旗地區(qū)，沙丘表面的植被覆蓋對(duì)含水量有明顯影響。從地表地質(zhì)過程來看，植被對(duì)土壤含水量的影響與植被攔截近地表氣流中懸浮的粉砂和粘土而增加了植被覆蓋區(qū)域沙丘中的粉砂等細(xì)粒含量，從而提高了土壤的持水能力。在研究區(qū)，人工喬木林沙丘土壤的粘土含量高于灌木覆蓋沙丘土壤，這種情況可能與人工喬木林多出現(xiàn)在人口聚居區(qū)及相近區(qū)域，放牧或耕種引起沙地土壤化所致。而灌木對(duì)沙丘土壤含水量的影響小，這與采樣區(qū)域灌木過于稀疏有關(guān)，其它因素如局部天氣、地形等因素對(duì)土壤含水量有更大的影響。

圖6 不同類型沙丘含水量及各粒級(jí)序列曲線對(duì)比Fig.6 Comparison of the vertical distribution of the moisture content of the dunes and various grain-size fractions

3 結(jié) 論

通過研究毛烏素沙地西北緣鄂托克旗地區(qū)三類沙丘0～4 m深的土壤水分分布情況，得出以下結(jié)論

1)該區(qū)處在沙地的西北邊緣，氣候相關(guān)干旱，沙丘上層土壤水分較低，基巖埋深較淺，沙層垂向上的水分含量受基巖上部聚集的重力水影響作用較大；

2)在三類沙丘中迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡土壤含水量差異較為明顯，表現(xiàn)為：迎風(fēng)坡>背風(fēng)坡。在灌木覆蓋沙丘和喬木覆蓋沙丘，丘間洼地的含水量普遍高于迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡，喬木覆蓋沙丘個(gè)別采樣點(diǎn)迎風(fēng)坡和丘間洼地大小存在一定差異，這與采樣點(diǎn)區(qū)域隔水基巖層的影響有關(guān)。各地貌部位不同層段含水量的垂向變化也有差異；

3)相同的地貌部位，植被對(duì)于土壤含水量的垂向變化有較大影響。不同地貌部位的植被影響規(guī)律也有一定差異，對(duì)于迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡土壤含水量，喬木覆蓋沙丘>裸露流動(dòng)沙丘>灌木覆蓋沙丘；丘間洼地的土壤含水量，喬木覆蓋沙丘和裸露流動(dòng)沙丘含水量高低變化無規(guī)律。灌木覆蓋沙丘的變異系數(shù)多高于喬木覆蓋沙丘，灌木植被對(duì)水分變化的影響大于喬木植被。除了植被，淺層基巖隔水作用對(duì)土壤含水量有較大影響。裸露流動(dòng)沙丘的變異系數(shù)相對(duì)較高，與裸露流動(dòng)沙丘的采樣點(diǎn)海拔均較低，一方面土壤表面水分蒸發(fā)劇烈，另一方面底部隔水層上聚集重力水，水分上下分布不均，變幅較劇烈的特征相一致；

4)沙丘表面的植被覆蓋通過影響沙地的粒度分布進(jìn)而對(duì)土壤水分含量產(chǎn)生影響。研究區(qū)有喬木覆蓋的沙丘土壤含水量與沙層土壤粒度含量的關(guān)聯(lián)性普遍高于裸露流動(dòng)沙丘和灌木覆蓋沙丘，其中含水量與土壤中的粘土和粉砂含量的相關(guān)性較高。植被通過攔截地表大氣中懸浮的粉塵粒子而增加了沙丘中粉砂和粘土含量，進(jìn)而提高了沙丘土壤的持水能力。不同植被覆蓋類型具有差別，這與植被的數(shù)量和分布特征有關(guān)。

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Distribution characteristics of soil moisture content in different types of sand dunes in the northwestern margin of the Mu Us sandy land

FU Chao-feng1，2，3，ZHAO Jing-bo2，BIAN Zi-hao1，ZUO Jun1

(1.KeyLaboratoryofWesternMineralResourcesandGeologicalEngineeringofMinistryofEducation，Chang’anUniversity,Xi’an710054,China; 2.CollegeofTourismandEnvironmentScience,ShaanxiNormalUniversity,Xi’an710062,China; 3.StateKeyLaboratoryofLoessandQuaternaryGeology,InstituteofEarthandEnvironment,CAS,Xi’an710061,China)

The distribution characteristics of soil moisture in arid areas are affected by climate，regional topography，vegetation，soil texture，etc.，and soil moisture is also an important factor of regional environment change.In the study area，the sand dunes are divided into bare migratory dunes，shrubs-covered dunes and trees-covered dunes according to the vegetation forms and vegetation coverage on the surface of sand dunes，and the samples of drilling holes in the depth of 4 m at different topography sites of the dunes were taken for analyzing the change of soil moisture content and soil granularity characteristic of the sand dunes.The results are as follows:The average soil moisture varies in different types of dunes，with the following sequences ordered from highest to lowest:in three types of dunes the sequence is from windward slope to leeward slope，and in the shrub-covered dunes and the tree-covered dunes the sequence is from inter-dunes lowland to windward slope and leeward slope in most situations，the variation of soil moisture content at different depth of each type dune was different.Vegetation form and surface coverage affect the range of soil moisture of different types of dunes in the same topographic position.The coefficient of variation of the soil moisture of shrub-covered dunes is higher than that of other types of dune.Furthermore，the shallow bedrock aquifuge affects sharply the variation of soil moisture content near the bedrock of different topographic position.The average moisture of vegetation-covered dunes existed in obvious correlation with clay and silt constituent of sandy soil，which can be explained in terms of the greater ability of vegetation special shrubs to trap fine-grained atmospheric dust and hold moisture.

soil moisture content；microtopography；vegetation of dunes；soil particle constituent；Mu Us sandy land；Etuoke Qi

2015-03-20 責(zé)任編輯：李克永

國(guó)家自然科學(xué)基金(NSFC：41140028，40872114)；黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金(SKLLQG1307)；長(zhǎng)安大學(xué)中央高?？蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目(SHD310827152014)

符超峰(1969-)，男，陜西興平人，博士，副教授，E-mail：fucf@chd.edu.cn

10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2015.0406

1672-9315(2015)04-0426-10

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