曾 銳, 張 陶, 蒲俊兵, 李建鴻, 王賽男, 陳金珂

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 巖溶地質(zhì)研究所/自然資源部、廣西巖溶動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣西 桂林 541004;2.重慶市巖溶環(huán)境學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西南大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 重慶 400715)

土壤水是陸地水文循環(huán)中必不可少的組成部分，它不僅是大氣、地下、地表、植物相互聯(lián)系的紐帶[1-2]，也是土壤—植物—空氣系統(tǒng)中物質(zhì)和能量傳輸?shù)尿?qū)動(dòng)因素。在地形、氣候、土壤性質(zhì)和植被等復(fù)雜的環(huán)境因素影響下，表現(xiàn)出復(fù)雜的時(shí)空動(dòng)態(tài)。研究土壤水的時(shí)空動(dòng)態(tài)是生態(tài)、水文和環(huán)境研究的前提，有利于水土保持、土壤養(yǎng)分和水分管理以及生態(tài)恢復(fù)[1,3]。巖溶石漠化地區(qū)所具有的土壤覆蓋不連續(xù)，土層薄，持水能力較低的特點(diǎn)是植物生長(zhǎng)、土壤保持和水分平衡的主要限制因素[4-8]。因此，了解不同時(shí)空尺度下土壤水的動(dòng)態(tài)及其控制因素是管理土壤水資源和控制土壤侵蝕及石漠化的必要條件[5-6]。

當(dāng)前關(guān)于巖溶地區(qū)的研究大多都集中在土壤水動(dòng)態(tài)方面，認(rèn)為土壤水是巖溶生態(tài)系統(tǒng)的主要限制因素[5]。巖溶區(qū)土壤水受地形、氣候、土壤性質(zhì)、植被覆蓋和巖石碎片的影響[4,9-13],通常表現(xiàn)出較高的時(shí)空異質(zhì)性。對(duì)地中海巖溶丘陵區(qū)3個(gè)坡地土壤水的連續(xù)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，土壤水的空間變化主要受土壤性質(zhì)和地表覆蓋差異性的影響[10]。而在意大利中部地中海半濕潤(rùn)氣候下的一項(xiàng)土壤水研究表明，地形在土壤水分空間變化中發(fā)揮重要作用[9]。Hasselquist等則認(rèn)為植被類(lèi)型和冠層覆蓋可以通過(guò)蒸騰、降水再分配、截留和土壤滲透對(duì)土壤水分動(dòng)態(tài)產(chǎn)生影響[14]。陳洪松等[4]通過(guò)對(duì)巖溶峰叢地區(qū)不同土地用途下0—10 cm深度土壤水的時(shí)間動(dòng)態(tài)觀測(cè)，指出土壤水在天然灌叢中較高，在經(jīng)濟(jì)林地中較低，表明不同的植物覆蓋也會(huì)對(duì)土壤水含量造成影響。同時(shí)，巖溶洼地土壤水的時(shí)間動(dòng)態(tài)主要受降水和土地利用的影響[13]，且淺層土壤水的時(shí)空動(dòng)態(tài)具有均勻和穩(wěn)定的特征[12]。此外，巖石裂隙也控制土壤水分分布、運(yùn)動(dòng)和入滲。這主要是由于巖石裂隙對(duì)降水具有收集功能，即水分在巖石—土壤界面的擇優(yōu)流動(dòng)，導(dǎo)致降水入滲的增加[15-18]。另外，也有研究發(fā)現(xiàn)貴州和廣西巖溶洼地土壤含水量與土層深度呈正相關(guān)關(guān)系[19-20]。綜上，由于影響因素復(fù)雜，巖溶區(qū)土壤水總是具有顯著時(shí)空差異性的。

我國(guó)西南地區(qū)是世界巖溶分布最為典型的地區(qū)之一，生態(tài)環(huán)境脆弱而特殊[6,21]。自20世紀(jì)以來(lái)，由于西南地區(qū)人類(lèi)活動(dòng)愈發(fā)強(qiáng)烈且不合理，水土流失和森林砍伐嚴(yán)重[6]，巖溶石漠化成為西南地區(qū)最嚴(yán)重的生態(tài)問(wèn)題之一。為控制水土流失和生態(tài)退化，自20世紀(jì)90年代末以來(lái)，中央和地方政府一直在實(shí)施大規(guī)模的退耕還林工程和巖溶石漠化修復(fù)工程[6]。

云南省裸露碳酸鹽巖面積為9.34萬(wàn)km2，2016年石巖溶沙化面積為2.35萬(wàn)km2，面臨著嚴(yán)重的生態(tài)恢復(fù)任務(wù)[22]。作為云南省東部巖溶高原上最為主要的巖溶地貌類(lèi)型，巖溶斷陷盆地的石漠化主要發(fā)生在巖溶高原以及由盆地到高原的過(guò)渡山坡上[23]，巖溶石漠化治理任務(wù)艱巨。因此了解盆地—坡面—高原山區(qū)不同位置的土壤水動(dòng)態(tài)，揭示其時(shí)空特征和控制因素，有利于生態(tài)恢復(fù)的實(shí)施。本研究選擇在盆地、坡地和高原山區(qū)3個(gè)地貌部位布設(shè)高分辨率長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)探討不同地貌部位土壤水的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。目的是(1) 探討巖溶斷陷盆地土壤水的時(shí)空動(dòng)態(tài)及影響因素；(2) 了解西南巖溶斷陷盆地橫向地形過(guò)渡帶在土壤水時(shí)空動(dòng)態(tài)中發(fā)揮的作用，對(duì)合理處理當(dāng)?shù)厥乐沃械乃陵P(guān)系具有科學(xué)意義。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

蒙自巖溶斷陷盆地位于云南東南部(圖1)，覆蓋蒙自、開(kāi)遠(yuǎn)兩市，是新生代高原隆升引起的斷陷差異及侵蝕和溶蝕共同作用形成的山間盆地[24]?？傮w上，蒙自巖溶斷陷盆地的地形可分為3類(lèi)：山地巖溶區(qū)(高原面)、平坦巖溶盆地(盆地)和過(guò)渡帶(坡面)[25]。蒙自斷陷盆地大致呈南北走向，盆地(平均海拔1 250 m)和高原面(平均海拔2 200 m)的海拔差異明顯[25-26]。盆地區(qū)多為第三系、第四系沉積物(以黏土，泥灰?guī)r和泥巖為主)，沉積厚度大(100～800 m)，而裸露的碳酸鹽巖主要分布在山坡和巖溶高原，總面積約950 km2。巖溶高原是一個(gè)典型的巖溶地區(qū)，呈現(xiàn)溶丘—洼地地貌，多石林，巖溶山丘，落水洞等地貌。但是，由于強(qiáng)烈的水土流失和廣泛暴露的可溶性巖石，巖溶石漠化程度嚴(yán)重。

蒙自巖溶斷陷盆地整體屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均降水在832 mm左右，年均氣溫為19.5℃，降水多集中在6—9月，占全年降水量的70%。主要有5種土地利用類(lèi)型：林地、草地、耕地、水體和建設(shè)用地(城鎮(zhèn)和其他城市化地區(qū))，在高原面上主要的土地利用類(lèi)型為草地和耕地[25]。根據(jù)該地區(qū)的水文地質(zhì)調(diào)查，盆地和高原沒(méi)有地表溪流[26]。區(qū)內(nèi)坡面、裸巖面匯集的雨水多數(shù)通過(guò)石溝、石縫和巖土界面快速進(jìn)入巖溶含水層，使得該地區(qū)多呈干旱缺水狀態(tài)，且雨水為土壤水的唯一補(bǔ)給來(lái)源。

1.2 研究方法

1.2.1 樣點(diǎn)設(shè)置及數(shù)據(jù)選擇 為了更好地了解蒙自巖溶斷陷盆地不同位置土壤水的特征，本研究選擇盆地—坡面—巖溶高原剖面沿線的3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)土壤含水量和氣象參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期定點(diǎn)監(jiān)測(cè)(圖1)。3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別是：盆地大洼子站(103°23′47″E，23°28′22″N，海拔1 363 m，后文簡(jiǎn)稱(chēng)盆地)，為撂荒地，多茅草和桉樹(shù)；坡面朵古村站(103°26′13″E，23°27′43″N，海拔1 846 m，后文簡(jiǎn)稱(chēng)坡面)，為果園地，植被多為應(yīng)季農(nóng)作物和蘋(píng)果樹(shù)；高原山區(qū)牛耳坡站(103°27′09″E，23°27′08″N，海拔2 086 m，后文簡(jiǎn)稱(chēng)高原面)，位于蘋(píng)果園中。這3個(gè)地點(diǎn)都位于蒙自巖溶斷陷盆地的巖溶石漠化地區(qū)。

圖1 研究區(qū)位置(A)以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布(B)

在3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處利用Campbell公司的CR800自動(dòng)氣象站收集氣象數(shù)據(jù)，每30 min記錄一次氣溫、濕度、降水等氣象數(shù)據(jù)，分辨率分別為0.02℃，0.1%，0.2 mm。對(duì)于土壤含水量數(shù)據(jù)的采集，則是在氣象數(shù)據(jù)采集器上搭接MT-5型號(hào)土壤水分、溫度傳感器，根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)周?chē)寥来怪狈植记闆r，設(shè)計(jì)MT-5傳感器埋深分別為10 cm，40 cm和80 cm，30 min記錄一次數(shù)據(jù)。按監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)情況，選擇2017年7月到2019年12月的氣象和土壤水分含量數(shù)據(jù)作為分析基礎(chǔ)。在設(shè)置采樣點(diǎn)的同時(shí)，采集每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤表層樣品，用于測(cè)量表層土壤粒徑分配、孔隙度、飽和電導(dǎo)率以及土壤容重。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析方法 通過(guò)Microsoft Excel 2010對(duì)2017年7月至2019年12月30 min間隔的氣象和土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，以獲得每日數(shù)據(jù)集。以逐日氣象數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，進(jìn)行下列分析：首先采用時(shí)間序列方法[27]，即選用典型降水事件中降水與不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)各土層土壤含水量之間的協(xié)方差相關(guān)系數(shù)(dxy)來(lái)描述降水與土壤含水量之間的相關(guān)性，計(jì)算公式如下：

(1)

式中：h為降水后過(guò)去的天數(shù)，h=0，1，2，3，…，n；dxy為滯后h天時(shí)降水與土壤含水量之間的協(xié)方差相關(guān)系數(shù)；Sxx，Syy分別降水和土壤含水量的方差；exx，eyy分別是是降水和土壤含水量的標(biāo)準(zhǔn)差；Sxy(h)是滯后時(shí)間h天時(shí)降水和土壤含水量的協(xié)方差，它的計(jì)算公式如下：

(2)

此外，由于安裝在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的儀器在2018年進(jìn)行過(guò)維護(hù)，為避免維護(hù)儀器這一人類(lèi)行為對(duì)土壤含水量產(chǎn)生的影響，特選取2019年整年內(nèi)逐日的降水與各坡位不同深度土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)在Origin 2017中進(jìn)行繪圖分析，以得到最接近自然狀態(tài)下的土壤水分時(shí)間動(dòng)態(tài)變化。再利用Microsoft Excel 2010對(duì)2019年整年的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，得到旱雨季不同地貌部位不同深度土層的最大土壤水分含量、最小土壤水分含量、平均土壤水分含量、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等指標(biāo)，并基于這些指標(biāo)，對(duì)不同深度土層進(jìn)行劃分，得到研究區(qū)土壤水分的空間動(dòng)態(tài)變化。最后結(jié)合土壤屬性、監(jiān)測(cè)點(diǎn)地形以及氣候因素，探討影響本區(qū)土壤水分的時(shí)空動(dòng)態(tài)因素。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤物理屬性

在盆地的土壤黏粒含量和容重顯著高于坡面和高原面(p<0.05)，而盆地的飽和電導(dǎo)率、粉土顆粒含量和土壤孔隙度顯著低于坡面和高原面(p<0.05)。土壤砂粒含量在高原面較高，坡面較低，表現(xiàn)出不同的空間差異。根據(jù)表1所示的土壤粒徑特征和圖2[29]中USDA土壤質(zhì)地三角形的分布，蒙自巖溶斷陷盆地3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤質(zhì)地可分為兩組，高原面和坡面的土壤屬于粉質(zhì)黏壤土，而盆地的土壤屬于粉質(zhì)黏土。

圖2 研究區(qū)土壤質(zhì)地圖

表1 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)表層土壤屬性數(shù)據(jù)

2.2 土壤含水量的時(shí)間動(dòng)態(tài)

如上所述，雨水是蒙自巖溶斷陷盆地土壤水的唯一來(lái)源。亞熱帶季風(fēng)氣候控制著蒙自巖溶斷陷盆地的降水分布，表現(xiàn)出明顯的雨季(6—9月)和旱季(10月—次年5月)。3個(gè)監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的土壤含水量在雨季較高，旱季較低(表3)，與季節(jié)性降水變化相吻合(圖3)。此外，3個(gè)地點(diǎn)不同深度的土壤含水量曲線隨雨季降水的發(fā)生而呈現(xiàn)出較大且頻繁的波動(dòng)，而旱季波動(dòng)較小且不明顯。這表明土壤含水量對(duì)蒙自巖溶斷陷盆地巖溶高原到盆地的季節(jié)性降水變化有積極的響應(yīng)。曲線波動(dòng)可以直觀地顯示土壤含水量對(duì)外界降水變化的響應(yīng)程度。一般情況下，雨季盆地3個(gè)深度的土層在降水事件后，其土壤含水量隨降水變動(dòng)而產(chǎn)生的變化快速而明顯(圖3)，這意味著盆地土壤水在降水事件下比坡面和高原面更敏感。這也表明蒙自巖溶斷陷盆地的盆地—坡面—山區(qū)剖面沿線的土壤含水量具有明顯的空間異質(zhì)性。

圖3 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同土層土壤濕度在2019年1月至2019年12月的時(shí)間變化

2.3 土壤含水量的空間動(dòng)態(tài)

在研究期間，通過(guò)比較各監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤含水量的平均值和最大最小值，可以發(fā)現(xiàn)盆地各土層深度的土壤含水量遠(yuǎn)低于坡面和高原面的土壤含水量(p<0.05)，反映了盆地和巖溶山區(qū)之間的巨大空間對(duì)比，以及土壤含水量隨巖溶盆地海拔高度的增加而增加的趨勢(shì)(圖4)。從土壤的平均含水量來(lái)看，盆地和坡面的土壤含水量是隨土層的加深而不斷減少，高原面則表現(xiàn)出倒“V”型，在40 cm土層處表現(xiàn)出較高的水分含量。

圖4 不同地貌部位土壤濕度垂直變化

表2顯示了各監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同土層在2019年全年的土壤含水量分析結(jié)果?？傮w來(lái)看，全年各監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同深度土層的變異系數(shù)值大致處于3%～25%，屬于弱變異(1%

表2 不同地貌部位各土層土壤濕度在2019年的統(tǒng)計(jì)特征

從表3中可以看出，就土壤含水量平均值而言，3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的同一土層在雨季的土壤含水量均高于旱季(除高原面80 cm深度土層外)。此外，盆地各土層及高原面80 cm深度土層的變異系數(shù)表現(xiàn)出雨季大于旱季的特點(diǎn)，說(shuō)明雨季的大量降水對(duì)這些土層的影響較大。而在坡面各土層及高原面10 cm，40 cm土層的變異系數(shù)卻大致表現(xiàn)出旱季稍大于雨季的特點(diǎn)，表明這些土層的土壤含水量在旱季的波動(dòng)較雨季更為劇烈。最后，從整體的變異情況來(lái)看，旱季不同地貌部位各土層的變異系數(shù)均處于弱變異和中等程度變異，相互之間差距較小，而雨季各監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同土層的變異情況相差較大，特別是在高原面的80 cm深度土層甚至存在強(qiáng)變異(CV>100%)，說(shuō)明在整個(gè)雨季本區(qū)土壤受降水影響土壤含水量變化較大，各土層之間差距也較大。

表3 不同地貌部位各土層旱雨季土壤濕度統(tǒng)計(jì)特征

根據(jù)Chen[4]、Yang[11]等對(duì)于土壤分層的研究，結(jié)合本區(qū)實(shí)際，我們將具有不同標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)的土層分為4種層次：相對(duì)穩(wěn)定層(CV≤10%，SD≤2%)；亞活躍層(10%30%，SD>4%)。因此，盆地各深度的土壤水分變化在雨季和旱季屬于亞活躍層，坡面和高原面的10 cm和40 cm深度則屬于相對(duì)穩(wěn)定層。坡面80 cm深度的土壤水分變化在雨季屬于亞活性層，在旱季屬于活躍層。高原面80 cm深度的土壤水分變化在雨季屬于快速變化層，旱季為相對(duì)穩(wěn)定層。

3 討 論

3.1 土壤含水量與降水的一致性分析

降水是研究區(qū)土壤水分的唯一來(lái)源。本研究選擇了一個(gè)集中降水期(2017年8月)，討論了土壤水分動(dòng)態(tài)與降水事件的相關(guān)性。由方程(1)和(2)得到的不同深度土壤水與同一時(shí)期降水之間的協(xié)方差相關(guān)系數(shù)(dxy)表明，土壤水與強(qiáng)降水之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，特別是在強(qiáng)降水發(fā)生后的1～2 d，表明蒙自巖溶斷陷盆地中的土壤水對(duì)強(qiáng)降水補(bǔ)給反應(yīng)迅速，滯后時(shí)間為0～3 d(圖5)。但是降水對(duì)于各監(jiān)測(cè)點(diǎn)及不同深度土層的含水量影響存在差異。盆地各土層的dxy變化與降水變化較為一致，其中80 cm土層變化幅度略大于40 cm及10 cm土層；坡面和高原面各土層的dxy雖然隨著同期降水變化而變化，但其一致性均低于盆地，這主要是受到土質(zhì)的影響[4]。其次，從不同深度土層來(lái)看，坡面、盆地各深度土層的dxy變化幅度最大是80 cm土層，而高原面80 cm深度土層dxy的變化幅度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于40 cm，10 cm土層的變化幅度。高原面的這一現(xiàn)象或許是植被根系截留下滲土壤水的表現(xiàn)[22]。研究區(qū)高原面監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于蘋(píng)果園中，蘋(píng)果樹(shù)根根系長(zhǎng)35～55 cm，一般情況下，在根系作用下中上層土壤有效截留下滲的土壤水，導(dǎo)致深部土層接收的雨水較少，導(dǎo)致底部土層的土壤含水量變化較小，降低了它與降水之間的一致性。此外，3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的10 cm和40 cm深度的dxy曲線相似，呈同步變化，表明10 cm和40 cm深度的土壤水對(duì)降水輸入具有較強(qiáng)的敏感性。

圖5 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同土層土壤濕度與同期降水的協(xié)相關(guān)關(guān)系

3.2 土壤含水量的空間異質(zhì)性

3.2.1 土壤質(zhì)地 研究區(qū)對(duì)于降水的響應(yīng)敏感而迅速且作為該區(qū)土壤水補(bǔ)給的唯一來(lái)源，土壤的持水能力分析是討論其空間變化的基礎(chǔ)。而土壤的持水能力則取決于土壤質(zhì)地[29]呈現(xiàn)為黏土>壤土>砂土的特點(diǎn)。Singhl等在美國(guó)的研究也表明，黏質(zhì)壤土的持水能力最高，砂質(zhì)壤土的持水能力最低[30]。在本研究區(qū)，與坡面及高原面的粉質(zhì)壤土不同，盆地的土壤主要為黏粒含量較高的黏土(圖2)。因此，土壤下滲的水分相對(duì)坡面及高原面較少，在同等氣候條件下，坡面及高原面會(huì)接收到更多的水分，從而導(dǎo)致研究區(qū)土壤含水量大致是隨海拔升高而不斷增加。

3.2.2 蒸散發(fā) 各氣象因子對(duì)本區(qū)域土壤水分的空間變化起著重要作用：降水是研究區(qū)土壤水分的唯一來(lái)源，蒸散則一般是土壤除供應(yīng)植被生長(zhǎng)所需之外最為主要的消耗方式[31]，不同地貌部位能夠持有的土壤含水量應(yīng)該是降水與蒸散的差值。蒙自巖溶斷陷盆地在2019年其盆地的年降水量多于坡面降水，但其蒸散發(fā)量卻是3個(gè)地點(diǎn)之最，達(dá)到了1 287 mm(圖6)。此數(shù)值不僅遠(yuǎn)大于同期坡面及高原面的蒸散，甚至是盆地年降水量的3倍，這也使得盆地土壤中的水分含量遠(yuǎn)小于坡面及高原面。

圖6 2019年3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)全年蒸散發(fā)量及同期降水量

3.2.3 植被與裸巖 就植被類(lèi)型及其覆蓋度來(lái)看，盆地監(jiān)測(cè)點(diǎn)處為自然生長(zhǎng)的草地，茅草生長(zhǎng)茂密，覆蓋度極高；坡面處主要為耕地，受人類(lèi)活動(dòng)影響較大，其上植被主要為農(nóng)作物，覆蓋度次之；高原面監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于果園之中，蘋(píng)果樹(shù)種植密集但枝干稀疏，其下巖石裸露，覆蓋度最小。一般來(lái)說(shuō)，植被的覆蓋度與其對(duì)降水的攔截力度呈正相關(guān)關(guān)系[32]。依據(jù)觀測(cè)點(diǎn)植被覆蓋度，不考慮土壤質(zhì)地、蒸散發(fā)力度等因素，在同等降水環(huán)境下，高原面土壤中能夠蓄集的水分應(yīng)大于盆地，這也正好與實(shí)際相符合，表明研究區(qū)土壤水的空間變化在一定程度上受到植被覆蓋度的影響。

另外，就同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，本研究區(qū)大致表現(xiàn)為土層底部含水量低于上部。除高原面中層土壤有密集的蘋(píng)果樹(shù)根攔截水分，從而保持較高的含水量之外，坡面及盆地的土壤含水量大致隨著土層深度的加深而降低。這一現(xiàn)象主要是由3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所處的裸巖環(huán)境導(dǎo)致的。土壤入滲以及儲(chǔ)存的水分多少要考慮所種植的植物以及土壤中碎石含量的影響[4]。盆地監(jiān)測(cè)點(diǎn)處有根系較淺的茅草覆蓋，使得表土層大量存儲(chǔ)水分，提高盆地表土層的含水量。而坡面及高原面均散布大量裸巖，一般說(shuō)來(lái)，裸露石塊對(duì)降水有匯集作用[15-18]。當(dāng)降水發(fā)生時(shí)，由于坡面及高原面存在的大量裸露巖石而出現(xiàn)匯水作用，增加了表層土壤的含水量，從而導(dǎo)致土壤含水量隨土層深度的加深而減小。

3.3 土壤含水量變異程度

本研究區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)及其不同深度土層的土壤水分變異在時(shí)間尺度上大致屬于弱變異及中等變異，即使降水環(huán)境不同，其變異程度也大多維持在中等變異及其以下的范圍。這表明蒙自巖溶斷陷盆地土壤水雖具有復(fù)雜的時(shí)空異質(zhì)性，但其變化程度卻相對(duì)穩(wěn)定。同時(shí)，本研究區(qū)的盆地各土層的變異程度均屬于中等變異，而坡面及高原面的大部分土層變異程度是遠(yuǎn)小于盆地的弱變異。這或許是土壤前期水分條件不同所造成的。盆地各土層的土壤水分條件較之高原面及坡面一直處于較低的水平，更易接受雨水補(bǔ)給，改變自身的含水量，使得變異程度增高。而坡面及高原面的土壤水分一直維持在較高的水平，土壤中水分條件較為飽和，在相對(duì)濕潤(rùn)條件下，土壤受雨水補(bǔ)給而增加的水量較小，使得變異程度較低[32]。另外，盆地、高原各土層的變異程度是隨著土層的加深而不斷縮小，這是由于土壤中的黏粒含量會(huì)影響土壤的變異性，一般來(lái)說(shuō)，黏粒含量越多，變異程度越小[11]，而研究區(qū)土壤黏粒含量是隨著土層的加深而增加[33]，使深層土層通透性變差并于較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持相同的狀態(tài)，從而降低土壤水分的變化情況。

與盆地及高原面不同土層變異系數(shù)分布規(guī)律相反，坡面各土層變異系數(shù)是下層土壤變異高于上層土壤。由于坡面監(jiān)測(cè)點(diǎn)土層中分布有較多巖石，巖石所具有的較高匯水性能在增加上部土層含水量的同時(shí)，也減少了側(cè)滲，導(dǎo)致坡面土壤中優(yōu)先流的發(fā)生，因此底部土層變異系數(shù)較大。盡管高原面土壤中也有大量裸巖分布，但此類(lèi)裸巖引起的優(yōu)先流并未對(duì)高原面深部土層的土壤水分產(chǎn)生較大影響，這要?dú)w功于高原面土層中密集分布植物根系的攔截作用。

此外，研究區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)大部分土層變異程度的季節(jié)性差異不大，均屬于中等變異或者弱變異。但高原面底部80 cm土層卻截然不同。該土層在雨季屬于強(qiáng)變異程度(CV值為119%)，旱季則屬于中等變異(CV值為24%)，兩者相差較大。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因或許是由于高原面獨(dú)特的降水環(huán)境所導(dǎo)致。高原面全年降水離散程度較大[盆地(79.49%)>高原面(64.14%)>坡面(63.40%)]，且降水天次相對(duì)盆地及坡面較多，全年達(dá)到154次，最大次降水達(dá)到62 mm。再加之高原面土壤不同于盆地土壤的粉質(zhì)壤土，土壤孔隙度較大，同時(shí)土壤中遍布的裸巖也增強(qiáng)了雨水的下滲，即使有密集的蘋(píng)果樹(shù)根攔截下滲水分，但當(dāng)降水量過(guò)大特別是雨季，樹(shù)根所攔截的水量于總量而言微乎其微，且高原面上部土層一直處于飽和水分狀況，多余的水分便會(huì)隨著孔隙快速進(jìn)入深部土層，使深部土層的含水量在原有基礎(chǔ)上大幅度增加，在土層上被劃分為快速變化層。

4 結(jié) 論

云南蒙自巖溶斷陷盆地3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤含水量雨季高于旱季，但監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同深度土層的土壤水分季節(jié)變化較小。有趣的是，高原面80 cm土層由于降水環(huán)境及土壤質(zhì)地的綜合作用卻表現(xiàn)出顯著的季節(jié)變化。同時(shí)，研究區(qū)土壤水分變化受到降雨的影響而與降水變化呈現(xiàn)出高度的一致性。此外，由于土壤質(zhì)地以及植被等因素，盆地與降水之間的一致性要優(yōu)于坡面及高原面?？傮w而言，研究區(qū)土壤水分時(shí)空變化屬于弱—中等變異水平，其空間變化趨勢(shì)主要分為兩種：一為隨海拔升高而增加；二是隨土層深度加深而降低。但從時(shí)間尺度來(lái)看，受前期土壤水分條件的影響，盆地土壤水在時(shí)間尺度上的變異程度高于坡面及高原面；這一系列結(jié)果有助于更清楚地認(rèn)識(shí)蒙自巖溶斷陷盆地土壤水在土壤質(zhì)地、植被及降水環(huán)境等的綜合影響下所表現(xiàn)出的時(shí)空分布規(guī)律，為斷陷盆地植被復(fù)建及耕作灌溉用水提供參考依據(jù)。