王石言，王力?，張靜，張林森(.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所，黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室，700，陜西楊凌; .西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，700，陜西楊凌;.西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，700，陜西楊凌)

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黃土旱塬主要農(nóng)林用地土壤水文特征對比

王石言1，王力1?，張靜2，張林森3
(1.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所，黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室，712100，陜西楊凌; 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，712100，陜西楊凌;3.西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，712100，陜西楊凌)

摘要:土壤水分是黃土高原地區(qū)植被恢復(fù)與農(nóng)林產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的主要限制因子，為明確主要農(nóng)林用地土壤水分變化特征及其干化現(xiàn)狀，利用CNC503B(DR)中子儀，于2014年4—10月，對長武塬區(qū)19齡果園、9齡果園、玉米地及小麥地0～600 cm的土壤水分進行長期監(jiān)測，并利用土鉆法進行校準(zhǔn)。結(jié)果表明:1)0～600 cm土壤貯水量表現(xiàn)為9齡果園 ＞玉米地＞小麥地＞19齡果園，均值分別為186.5、183.6、158.6和132.8 cm，除9齡果園與玉米地間差異性不顯著(P＞0.05)外，其他農(nóng)林用地土壤貯水量兩兩比較均呈顯著性差異(P＜0.05);2)4塊樣地淺層(0～200 cm)土壤含水量波動程度為中等變異(10% ＜CV＜100%)，深層土壤含水量穩(wěn)定性較高，為弱變異(CV＜10%);3)19齡果園的土壤水分消耗深度為500 cm，9齡果園、玉米地與小麥地均為300 cm，19齡果園的雨水補給深度為250 cm，而9齡果園、玉米地與小麥地均＞600 cm;4)19齡蘋果園土壤干化最嚴重，0～200 cm土壤干化程度呈季節(jié)性變化，200～250和250～320 cm土層分別為嚴重干燥化與強烈干燥化，320～600 cm呈極度干燥化，形成永久性土壤干層;其次為小麥地，0～100 cm產(chǎn)生臨時性干層，250～300 cm發(fā)生強烈干燥化;玉米地與9齡果園干化程度較輕，在水分補給不足情況下，只在土壤淺層產(chǎn)生臨時性土壤干層。長武塬區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)由大田作物轉(zhuǎn)向蘋果經(jīng)濟林建設(shè)具有一定理論基礎(chǔ);但是，隨著蘋果林達到盛果后期，土壤貯水量虧缺，土壤干化嚴重，蘋果經(jīng)濟林的經(jīng)濟價值及生態(tài)作用等都將受到限制，需要采取合理用水措施及調(diào)整林分密度等科學(xué)方式，完成長武塬區(qū)經(jīng)濟與生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞:黃土塬區(qū);蘋果園;土壤含水量;消耗和補充深度;土壤干層

項目名稱:國家自然科學(xué)基金重大項目“黃土高原土壤水分有效性及其地帶性分布規(guī)律”(41390463)

土壤水是土壤 植被 大氣連續(xù)體中生態(tài)水文過程的關(guān)鍵因子，一方面反映季節(jié)性干旱程度;另一方面預(yù)示生態(tài)與水環(huán)境的健康狀況。土壤水的相關(guān)研究已處于成熟階段，土壤水分變異分析及土壤水文效應(yīng)模型模擬等都取得了較好成果［1 3］。在黃土高原南部旱塬區(qū)，氣候變化多樣，水分資源短缺，土壤水文特征及其對不同土地利用方式的響應(yīng)受到廣泛關(guān)注［4 6］;Liu Bingxia等［7］通過分析長武塬灌木叢、草地、休閑地及農(nóng)田4種土地利用方式下土壤水分特征，指出在不同降水年型、植被覆蓋類型影響土壤水分的時間變化特征及垂直分布規(guī)律;徐炳成等［8］同樣指出不同土地利用方式的土壤水文特征存在差異。近30年，陜西渭北旱塬的蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，農(nóng)作物種植逐漸轉(zhuǎn)向以蘋果經(jīng)濟林為主的果園經(jīng)營［9 10］，土壤水對土地利用方式轉(zhuǎn)變的響應(yīng)亟需深入明確。

土壤干層是黃土高原半干旱半濕潤環(huán)境下形成的一種特殊水文現(xiàn)象［11 12］，自 20世紀 60年代以來，土壤干層逐漸受到廣大學(xué)者關(guān)注［13 14］。謝軍紅等［15］研究發(fā)現(xiàn)，合適的作物類型、品種及覆蓋密度均能緩解土壤干燥化，提高土地生產(chǎn)力;Wang Yunqiang等［16］指出長武塬9—17齡蘋果園土壤干化速率較高，且逐漸加強?？梢娡寥栏苫潭扰c土地利用方式密切相關(guān)。目前，黃土塬區(qū)不同土地利用類型的土壤干化研究逐漸增多［7，17 18］;但是，在農(nóng)田大面積轉(zhuǎn)化為果園的背景下，針對農(nóng)田與果園的土壤干化現(xiàn)狀對比的研究相對不足，需要保證農(nóng)田與果園土壤干層對比研究的數(shù)量和質(zhì)量。

綜上所述，筆者以黃土高原溝壑區(qū)的典型地區(qū)長武塬為研究區(qū)，基于長武塬面主要農(nóng)林用地土壤水分動態(tài)變化的長期定點監(jiān)測，系統(tǒng)分析不同立地土壤水文特征，量化分析土壤干化現(xiàn)狀，為旱作農(nóng)田與果園的生產(chǎn)管理及水分的持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù);同時對該地區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整方向及植被恢復(fù)重建，具有重要參考價值。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省咸陽市長武縣城以西12 km陜甘交界處(E 107°40'30″～107°42'30″，N 35°12' 16″～35°16'00″)，該地區(qū)屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)，塬面地勢平坦，海拔1 220 m;屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降雨量584.0 mm，且多集中在7—9月，占全年降雨量的54.9%，年均氣溫9.1℃，無霜期171 d［19］;森林植被屬暖溫帶落葉闊葉林，多數(shù)分布在溝壑坡地，主要樹種為油松(Pinus tabulae-formis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)等;農(nóng)林作物以蘋果(Malus pumila Mill)、小麥(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)為主;土地利用現(xiàn)狀格局以耕地、園地、林地和草地為主。土壤類型為黏黑壚土，全剖面土質(zhì)均勻疏松;田間持水量為23.0%(30 kPa時的含水量)，萎蔫系數(shù)10.6%(1.5 MPa)，地下水埋深50～80 m，不參與土壤水循環(huán)。

2　材料與方法

2.1樣地選擇

果園樣地為9齡、19齡紅富士蘋果園，林內(nèi)地勢平坦，無灌溉水輸入，果園進行定期病蟲害防治，適時拉枝剪梢與套袋，定期清除雜草［18］。農(nóng)田用地為玉米地與小麥地，均為雨養(yǎng)農(nóng)田，管理模式為傳統(tǒng)耕作法。小麥為冬小麥，于2013年9月18日播種，次年6月25日收割;玉米為夏玉米，于2014年4月15日播種，9月20日收獲。

2.2土壤貯水量測定

在9齡、19齡蘋果園、玉米地和小麥地分別布設(shè)6個土壤水分監(jiān)測點，監(jiān)測深度600 cm。土壤含水量的測定采用中子儀，儀器型號為 CNC503B，測定時間為2014年4月至10月，每月測定2次(間隔15d)。其中，2014年 1月17日及2月19日，也進行了土壤水分監(jiān)測。土壤含水量的測定采用機械分層，0～100 cm土層每10 cm記錄讀數(shù)1次，100～600 cm土層每20 cm記錄讀數(shù)1次，結(jié)合土壤密度(環(huán)刀法測定)，6個監(jiān)測點的平均值為該層的土壤含水量。首次測定時，對中子儀進行標(biāo)定(標(biāo)定曲線為y=0.787 9x+0.000 2，R2=0.957 4)［20］。土壤貯水量采用水層深度W表示，計算公式為:

式中:W為土壤貯水量，cm;θm為土壤質(zhì)量含水量，%;ρ為土壤密度，g/cm3;h為土層厚度，cm。

2.3降水量測定

利用距試驗樣地50 m的自動氣象觀測站，對降水量實時觀測。

2.4數(shù)據(jù)處理

運用 Microsoft Excel 2010、SPSS 17.0統(tǒng)計軟件，對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析及圖表繪制。

3　結(jié)果與分析

3.1土壤貯水量水平變化及對降水響應(yīng)

由圖1所示，2014年降水量為578.8 mm，是多年平均降水量(584.0 mm)的99.1%，為平水年［21］，8、9月降水量占全年降水量57.2%，5月降水也出現(xiàn)較小峰值。土壤水分監(jiān)測結(jié)果顯示:玉米地、9齡果園、小麥地和19齡果園的土壤貯水量均值分別為186.5、183.6、158.6和 132.8 cm;變化幅度分別在170～190、170～190、150～170和 120～140 cm之間，變異系數(shù)分別為0.042、0.026、0.055和0.046。其中，9齡果園的土壤貯水量變化曲線與玉米地基本重合，土壤貯水量較高。試驗期由于受到降水、植被等因子綜合作用，土壤貯水量有明顯起伏，但變化趨勢基本一致。1月15日—5月15日，該階段降水量及水分消耗量均較少，水分輸入與支出幾乎平衡，土壤貯水量變化不明顯;5月15日—7月30日，降水補給不足，而土壤水的蒸散消耗處于較高水平，土壤貯水量呈下降趨勢;8月1日—10月15日是降水集中發(fā)生期，而植被蒸騰及土壤蒸發(fā)降低，土壤貯水量回升，尤其在8月5日與9月15日，發(fā)生2場較大降水量，土壤貯水量顯著升高。

圖1　2014年不同土地利用方式0～600 cm土壤貯水量與降水量時間變化Fig．1　Temporal variation of precipitation and 0－600 cm soil water storage in different types of land use in 2014

不同的土地利用方式存在不同程度的差異性(P＜0.05)，以0～600 cm為研究土層，9齡果園相對于玉米地土壤貯水量均值小2.9 cm，差異性不顯著;小麥地相對于玉米地、9齡果園的土壤貯水量均值分別小27.9與25.0 cm，均表現(xiàn)為顯著性差異;19齡果園相對于玉米地、9齡果園及小麥地土壤貯水量均值分別小53.7、50.8與25.8 cm，差異均達到顯著性水平(圖2(a))。為更全面了解不同土地利用方式對土壤貯水量的影響，進行特定深度的土壤水分分析，其結(jié)果由圖2顯示:相對于不同土地利用方式下，0～600 cm土壤貯水量季節(jié)性變化的差異性，19齡果園與小麥地0～300 cm土壤貯水量的差異性由顯著轉(zhuǎn)變?yōu)椴伙@著;0～100 cm土體，由于氣候、降水等外界環(huán)境因素對土壤水分的影響增大，4塊樣地土壤貯水量差異性不顯著。綜上所述，土地利用方式對深層土壤貯水量影響較大;但是隨著研究目標(biāo)土層深度的減小，降水與氣象等外界干擾增大，土地利用方式對土壤水分的作用降低，對于同一研究區(qū)的4塊樣地，土壤貯水量的差異性逐漸趨向不顯著。

3.2土壤含水量垂直分布規(guī)律及對降水響應(yīng)

為具體反映土壤水分垂直分布穩(wěn)定性，采用變異系數(shù)(CV)表示，一般認為 CV＜10%為弱變異，CV在10%～100%之間為中等變異，CV＞100%為強度變異［22］。由圖3顯示:9齡果園、19齡果園、玉米地及小麥地自上而下，土壤含水量的變異程度不斷減小，同時9齡果園與0.1變異系數(shù)輔助線的交點最高，土壤含水量在50 cm以下，土層即表現(xiàn)為弱變異;19齡果園和玉米地的土壤含水量分別在150 和160 cm，由中等變異轉(zhuǎn)化為弱變異，小麥地與0.1變異系數(shù)輔助線最低，在180 cm以下轉(zhuǎn)化為弱變異，該現(xiàn)象說明在200 cm內(nèi)，果園水分穩(wěn)定性相對優(yōu)于農(nóng)田的土壤水分穩(wěn)定性。

通過對不同土地利用方式土壤水分垂直分布的季節(jié)性變化分析，結(jié)果顯示:淺層(0～200 cm)土壤水分均呈較大波動性，但深層土壤含水量未隨季節(jié)更替，而出現(xiàn)強烈波動，穩(wěn)定性較高(圖4)。

圖3　2014年不同土地利用方式土壤水分季節(jié)變異系數(shù)剖面變化Fig．3　Sectional changes of seasonal coefficient variation of soil water in different types of land use in 2014

根據(jù)土壤水分垂直變化波動程度，將土壤剖面劃分為不同的層次［23 24］，由圖 4顯示:在 0～20 cm土層范圍，土壤含水量變化較大，為速變層;20～200 cm為活躍層;200～250 cm為次活躍層，該層土壤含水量呈低 高 低變化趨勢;250 cm以下土層為穩(wěn)定層(圖4)。各試驗樣地0～600 cm的土壤含水量變化存在差異，且不同植被類型對表層土壤水分的影響較小，對深層土壤水分影響顯著［25］。9齡果園0～300 cm土壤含水量呈下降趨勢，300～600 cm土壤含水量升高，但變化相對穩(wěn)定，土壤含水量在25.0%左右。19齡果園0～250 cm土壤水分被植被吸收作用較強烈，降水補給不足期間(7月13日)，土壤含水量自上而下逐次降低，在雨季期間，土壤水又得到補充，土壤含水量自上而下逐次增加，該層次土壤含水量波動較大;250～600 cm土壤含水量差異不明顯，約為15.0%，呈“降低型”變化，該現(xiàn)象主要與林齡較大有關(guān)。玉米地與小麥地是長武塬區(qū)2種主要農(nóng)業(yè)用地，0～600 cm土壤含水量的變化趨勢較為相似，整體上均出現(xiàn)先減小后增大，0～280 cm土層玉米地土壤含水量變異程度小于小麥地，300 cm以下，玉米地土壤含水量整體高于小麥地的土壤水分情況。

長武塬區(qū)4種主要農(nóng)林用地土壤含水量垂直分布特征對降水產(chǎn)生響應(yīng)，當(dāng)降水量較小、土壤蒸發(fā)與植被蒸騰耗水量較大時，土壤含水量由上至下逐次降低，當(dāng)降水量大時，土壤含水量又自上而下逐次升高，而進行植被水分利用及土壤儲水等環(huán)節(jié)。對9齡、19齡果園、玉米地與小麥地0～600 cm土層貯水消耗和補充深度情況進行分析(圖4)，結(jié)果顯示:不同土地利用方式，對土壤水分的消耗與降水補給過程產(chǎn)生影響，19齡果園土壤水消耗深度(500 cm)明顯大于水分補給深度(250 cm)，由于土壤水分消耗過度，并且得不到及時補充，導(dǎo)致土壤干層形成;另外3種立地條件下土壤水分的消耗深度相同，為300 cm，水分補給深度均大于600 cm，超過測定土壤深度，有利于深層土壤水恢復(fù)(表1)。

表1　2014年不同土地利用方式下耗水深度與補充深度Tab．1　Depletion and replenishment depths of soil water in different types of land use in 2014

圖4　2014年各土地利用方式土壤含水量垂直分布季節(jié)變化特征Fig．4　Seasonal variation characteristics of water content of different types of land use in soil profile in 2014

3.3土壤干化現(xiàn)狀

以土壤穩(wěn)定濕度作為土壤干燥化的上限指標(biāo)，凋萎濕度作為下限指標(biāo)，計算土壤干燥化指數(shù)(soil desiccation index，Sdi)，分別對9齡果園、19齡果園、玉米地與小麥地的土壤干化現(xiàn)狀進行定量評級［26］，公式如下:

式中:Sdi為土壤干燥化指數(shù)，%;θ為土壤含水率，%;Sw為凋萎濕度，%;Ssm為土壤穩(wěn)定濕度，%。依據(jù)土壤干燥化指數(shù)Sdi值的大小，土壤干燥化強度可劃分為 6級:若 Sdi＞100.0%，為無干燥化;若75.0% ＜Sdi＜100.0%，為輕度干燥化;若50.0% ＜Sdi＜75.0%，為中度干燥化;若 25.0%＜Sdi＜50.0%，為嚴重干燥化;若0＜Sdi＜25.0%，為強烈干燥化;若Sdi＜0，為極度干燥化。

由圖5顯示:9齡、19齡果園、玉米地和小麥地均有不同程度干化現(xiàn)象。其中，19齡果園最為嚴重，其次為小麥地、玉米地，9齡果園干化程度最輕。9齡果園0～30 cm土層出現(xiàn)季節(jié)性干化現(xiàn)象，土壤水分隨雨水補給而恢復(fù);7月30日—9月20日，9齡果園90～320 cm土層，由于前期果樹對土壤水分吸收利用及降水補償深度還未達該區(qū)域，從而出現(xiàn)輕度干燥化(圖5(a))，總體顯示9齡果園土壤水分情況較好。由圖5(b)可知，19齡蘋果園0～200 cm土壤，其干化情況呈季節(jié)性交替變化:1—5月份，土壤自上而下依次呈無干燥化、輕度干燥化及中度干燥化，程度逐漸增加。6—7月降水量少，光照、輻射等氣象因子作用強烈，且果樹處于果實快速生長及枝葉繁茂階段;因此，在水分來源有限的情況下，淺層土壤蒸發(fā)及果樹蒸騰作用強烈，土壤干燥化程度較1—5月嚴重，且自上而下，土壤干燥化程度呈逐漸降低現(xiàn)象。8—10月是降水高峰期，由于雨水補給，果園旱情緩解，0～200 cm土壤干化程度降低; 19齡果園200～250 cm土層呈現(xiàn)嚴重干燥化;250～320 cm深土層為強烈干燥化，雨水補給深度未達到該土層，水分虧缺是正在發(fā)展的土壤干層;320～600 cm深土層呈現(xiàn)極度干燥化，即土壤濕度小于土壤凋萎濕度(Sw)，說明19齡果園320 cm土層以下，存在嚴重的永久性干層。

圖5　2014年不同土地利用類型0～600 cm土壤干化程度Fig．5　Intensity of soil desiccation of 0－600 cm vertical section in different types of land use in 2014

玉米地干化程度比9齡果園稍嚴重，但與9齡果園的土壤貯水量情況最為相似。由圖5(c)可知，0～20 cm土層出現(xiàn)嚴重與強烈土壤干燥化現(xiàn)象，同時在降水較少的7月，土壤臨時性干層向下延伸至140 cm處，但隨著雨水向下補給而恢復(fù);240 cm以下土層未出現(xiàn)土壤干化現(xiàn)象。小麥地土壤干化情況較嚴重(圖5(d))，4月中旬—7月底，0～70 cm土層發(fā)生極度干燥化現(xiàn)象，形成臨時性干層，70～100 cm為強烈干燥化，100～220 cm為嚴重干燥化;220 cm以下土層向下依次呈強烈、嚴重、中度、輕度及無干燥化狀態(tài)，雖然降水對該層有所補充，但并未完全避免干燥化。結(jié)果顯示:由于6月25日小麥?zhǔn)崭詈螅←湆ν寥浪终趄v作用消失，7月1日—7月30日，10～40 cm土層由極度干燥化轉(zhuǎn)換為強烈干燥化，土壤水分條件得到緩和，但是由于7月份降水量較少，8月初該土層形成臨時性土壤干層。

4　討論

1)在相同氣象與地形條件下，9齡、19齡果園、玉米地及小麥地土壤水分條件差異明顯。研究表明:9齡果園0～600 cm土壤水分條件優(yōu)于19齡果園的土壤貯水量，該結(jié)果與張社紅等［27］發(fā)現(xiàn)的隨生長年限的延長，蘋果園0～1 000 cm土層土壤濕度逐漸降低，以及武阿峰［28］蘋果樹栽植年限越久，土壤水分虧缺量越大的結(jié)論相一致。一般來說，隨著蘋果樹齡的增大，植被的生理生態(tài)用水相應(yīng)提高［10］，水分補給深度降低，從而出現(xiàn)19齡果園深層土壤濕度明顯小于9齡果園穩(wěn)定層的土壤濕度;但隨著研究深度變淺，降水、太陽輻射與空氣對流等因子對土壤水的影響逐漸顯著，土壤貯水量(0～300與0～100 cm)的差異性逐漸趨于不顯著。研究還發(fā)現(xiàn)，土壤貯水量隨降水的時間脈動性而發(fā)生上下波動，當(dāng)降水量較小時，雨水補給不足，未滿足果樹與農(nóng)作物對土壤水分的蒸散消耗;因此，在缺水的5—7月，土壤貯水量呈明顯下降趨勢，當(dāng)出現(xiàn)較大的降水事件時，土壤貯水量由于降水的補給而回升，與余海英等［29］研究發(fā)現(xiàn)春玉米在5—8月，土壤水分虧缺值達到峰值的結(jié)論相對一致。

2)由于土壤淺層(0～200 cm)易受太陽輻射、風(fēng)和降水等因子影響，同時該層植被根系分布集中，對水分的利用活躍，該土體成為水、熱交換的主要場所;而200 cm以下土層，由于外界氣候及植被的影響力降低，而土地利用方式成為土壤含水量差異的主導(dǎo)因素。李洪建等［24］通過對黃土高原丘陵溝壑區(qū)土壤水的分析，將0～200、200～250及250 cm以下土層，分別劃分為土壤水分活躍層、過渡層及穩(wěn)定層，并指出各層深度與降水量及降水分配有關(guān)，與本研究土壤含水量層次劃分相對一致。同時，9齡、19齡果園、小麥地以及玉米地0～200 cm土層，土壤水分總體表現(xiàn)為低—高—低規(guī)律，與王云強等［30］研究的200 cm土層土壤水分變化規(guī)律一致;但劉賢趙等［31］則認為，渭北旱塬蘋果種植區(qū)0～200 cm土壤含水量總體呈下降、上升再下降的變化過程。研究還發(fā)現(xiàn)，農(nóng)林系統(tǒng)土壤水分的消耗和補充深度有較大差異，張義等［10］認為長武塬面果園土壤水分下滲深度可達260 cm上下;李玉山［32］研究發(fā)現(xiàn)降水對土壤水分的作用十分強烈，例如，在400～600 mm降水區(qū)，年降水最大入滲深度為100～300 cm，在豐水年份最大可達500 cm。

3)土壤干化是土壤水分虧缺程度的另一種表現(xiàn)形式，9齡果園、玉米地及小麥地只在季節(jié)性缺水情況下，發(fā)生臨時性干層，而深層未出現(xiàn)極度干燥化;19齡果園的干燥化程度最為嚴重，在320 cm以下土層，存在永久性土壤干層。李玉山［32］研究也認為，由于降水入滲影響，蘋果林地0～300 cm土層是干濕交替層，300～940 cm是土壤干層分布區(qū);冉偉等［13］通過測定長武塬6－37齡蘋果園0～1 000 cm土層土壤濕度，發(fā)現(xiàn)10齡后蘋果園土壤濕度逐漸趨近于凋萎濕度，土壤干化程度逐年加深。曹裕等［33］認為旱作糧田土壤干燥化程度均弱于旱作蘋果園;而本研究發(fā)現(xiàn)小麥地土壤干化較9齡果園嚴重，卻比19齡果園土壤水分條件好，說明果樹林齡與土壤水條件關(guān)系密切，幼齡果園土壤水輸入量可滿足果樹對土壤水分的蒸散消耗，水分條件優(yōu)于農(nóng)田，但隨果園林齡增大，土壤干燥化程度加重，出現(xiàn)了糧田干燥化弱于旱作果園的現(xiàn)象。程立平等［34］同樣指出，蘋果林隨著種植年限增加，水分補給逐漸小于林地對水分的蒸散消耗量，長期的水分虧缺，導(dǎo)致深層土壤干層的形成，且干層一旦發(fā)生，土壤濕度將很難恢復(fù)。綜上所述，長武塬區(qū)大田作物種植逐漸向蘋果經(jīng)濟林培植方向發(fā)展，具有一定理論基礎(chǔ)，但土壤水分開發(fā)利用，應(yīng)避免土壤干化;同時，考慮農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)性及環(huán)境多變虧水的現(xiàn)實。

5　結(jié)論

1)黃土塬區(qū)主要農(nóng)林用地 9齡果園、19齡果園、玉米地與小麥地0～600 cm土壤貯水量，除9齡果園與玉米地差異性不顯著外，其他兩兩比較均呈顯著性差異;隨研究深度減小，各樣地土壤貯水量的差異性逐漸趨于不顯著。且4種不同土地利用方式下，土壤貯水量隨時間動態(tài)變化，對降水產(chǎn)生“即時”水文響應(yīng)作用。

2)土壤含水量變異程度隨土壤深度增加而減弱，且土壤剖面水分質(zhì)量分數(shù)變化存在季節(jié)變異。不同的土地利用方式，顯著影響土壤水分消耗和補給過程，19齡果園消耗深度為500 cm，補充深度為200 cm;19齡果園、玉米地和小麥地消耗深度分別為200、300和300 cm，而補充深度均超過測定的土壤深度，大于600 cm。

3)9齡果園、19齡果園、玉米地及小麥地均出現(xiàn)不同程度的土壤干化。土壤淺層(0～200 cm)因季節(jié)性缺水而產(chǎn)生的臨時性干層，該土壤干層將隨著雨水補給得到緩解;其中，19齡果園320～600 cm土體呈現(xiàn)極度干燥化，存在永久性土壤干層;小麥地在250～300 cm存在發(fā)展中土壤干層;玉米地與9齡果園在土壤深層，并未出現(xiàn)土壤干層，干化程度較輕。

4)長武塬區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)由大田作物轉(zhuǎn)向蘋果經(jīng)濟林建設(shè)，具有一定的科學(xué)性;但是，隨著蘋果林齡達到盛果后期，土壤貯水量虧缺，土壤干化嚴重，蘋果經(jīng)濟林的經(jīng)濟價值及生態(tài)作用等都將受到限制，需要采取合理用水措施及調(diào)整林分密度等科學(xué)方式，完成長武塬區(qū)經(jīng)濟與生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

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Comparison of soil hydrological characteristics for main cropland and orchard in dry highland of the Loess Tableland

Wang Shiyan1，Wang Li1，Zhang Jing2，Zhang Linsen3
(1.State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau，Institute of Soil and Water Conservation，Chinese Academy of Sciences，712100，Yangling，Shaanxi，China;2.College of Resources and Environment，Northwest A＆F University，712100，Yangling，Shaanxi，China;3．College of Horticulture，Northwest A＆F University，712100，Yangling，Shaanxi，China)

Abstract:［Background］Soil water is the main factor limiting the recovery of vegetation and the sustainable development of agriculture and forestry in the region of the Loess Tableland．Soil water content in 9-year apple orchard，19-year apple orchard，corn field，and wheat field was investigated in the Changwu Tableland to define the soil hydrological characteristics and soil drying state of main cropland and orchard on the Loess Plateau．［Methods］The water storage capacity of soil in a profile of 600 cm was measured using a neutron probe(CNC503B)from April to October in 2014．［Results］1)The 9-year orchard had the largest soil water storage in 0－600 cm soil profile，followed by the corn field，wheat field and 19-year orchard in which soil water storage averaged 186.5，183.6，158.6 and 132.8 cm，respectively．There was no significant difference between the corn field and 9-year orchard，but significant differences existed among other fields．2)Soil water content in shallow soil layer(0－200 cm)for the 4 fields showed medium variation(10%＜CV＜100%)，while soil water content in deep soil layer was relatively stable(CV＜10%)．3)The depth of soil water depletion for the 19-year orchard was 500 cm，while the depths for the 9-year orchard，corn field and wheat field were all 300 cm．The rain replenishment depth of the 19-year orchard was 250 cm，while the depths for the 9-year orchard，corn field and wheat field were all deeper than 600 cm．4)Compared with other fields，soil desiccation in the 19-year orchard occurred most severely．Specifically，the 0－200 cm soil layer dried seasonally，the 200－250 cm and 250－320 cm soil layers dried severely，and the 320－600 cm soil layer dried extremely．Thus，a persistent soil dry layer formed．Soil desiccation in the corn field and 9-year orchard occurred seasonally，and a temporary soil dry layer formed in the shallow soil layer in the case of water shortage．［Conclusions］It is scientific to transfer the agricultural structure of Changwu Tableland from field crops to apple economic forest，but the soil-moisture storage will be absent and the soil drying will be severe after the apple forest reaching the later stage of full fruit period，as a result，the economic value and ecological effect of apple forest will be restricted，thus scientific methods shall be taken such as reasonable water management measures and adjusting stand density to realize the sustainable development of economy and ecology in the region of Loess Tableland．

Keywords:Loess Tableland;apple orchard;soil water content;soil water depletion and replenishment depth;soil dry layer

中圖分類號:S152.7

文獻標(biāo)志碼:A

文章編號:1672-3007(2016)03-0010-09

DOI:10．16843/j．sswc．2016．03．002

收稿日期:2015 08 23修回日期:2016 05 16

第一作者簡介:王石言(1989—)，女，碩士研究生。主要研究方向:生態(tài)水文。E-mail:wangshiyanshuai@163．com

通信作者?簡介:王力(1973—)，男，研究員，博士生導(dǎo)師。主要研究方向:生態(tài)水文、生態(tài)修復(fù)與農(nóng)業(yè)水土工程。E-mail:wangli5208@nwsuaf．edu．cn