固原東部黃土丘陵區降水及退耕林地土壤水分的時空分布特征研究

殷玉明 王 兵 梁 華 梁 君 仲軍琦

摘要通過對固原市原州區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,結果表明:同時次降雨量、月降雨量均存在顯著空間異質性。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。根據對水資源系統分析,提出了流域水資源開發利用的對策:植被空間合理布局;降雨、土壤水的利用等。

關鍵詞退耕還林地;降雨;土壤水;時空分布特征;黃土丘陵區

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,以林業為主的生態建設已取得了巨大進展,但隨著林草植被的增加,黃土丘陵區干旱少雨地區水資源問題成為制約林業生產進一步發展的瓶頸。現通過對原州區東部黃土丘陵區小流域降雨、土壤水分的系統分析,得出該區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,為原州區生態環境建設服務。

1材料與方法

1.1研究區概況

研究區選在原州區東部黃土高原丘陵溝壑區的楊達子溝流域,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,年際變化很大;年蒸發量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,并在一較小區域布設不同坡向、海拔高度雨量桶,測定降雨空間異質性。

運用土鉆法定位監測土壤水分: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,用干土質量分數(%)表示。

2結果與分析

2.1降雨空間分布的差異性

降雨與地形地貌關系: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),結果見圖1。可以看出,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,進而調整造林樹種選擇、初植密度及喬灌結構,即順應降水時間動態,合理調整森林布局,提高降雨利用率。同時,根據降雨的空間變化,對陰陽坡、不同海拔高度采取不同植被治理。

2.2土壤水分異質性及其原因分析

2.2.1土壤水分時間動態。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。結合6~10月土壤水分剖面與降雨月動態,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土壤水資源開發潛力。水土保持措施對改善土壤水環境的作用: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:根據對全流域土壤水分調查,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,達到水資源供需平衡。

3小結

黃土丘陵區屬低水多變的脆弱水環境,在生態建設中應以水資源高效利用為目標,以水資源環境容量研究及其實現技術集成為核心,在對區域降雨、土壤水資源的時空分布特征充分研究的基礎上,結合農林牧業生態用水需求,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技術,提高偏旱區水資源利用效率。

降雨的時空異質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,其他節約用水技術等,保證流域水資源安全、高效利用。

4參考文獻

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