荒漠化草原不同機(jī)械組成土壤水分運(yùn)移規(guī)律研究

張?jiān)磁妫崌?guó)保，周麗娜，孔德杰，朱金霞，張益民

（1.寧夏農(nóng)林科學(xué)院 農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究中心，銀川750002；2.寧夏農(nóng)林科學(xué)院資源與環(huán)境研究所，銀川750002；3.寧夏農(nóng)林科學(xué)院 后勤服務(wù)中心，銀川750002）

長(zhǎng)期嚴(yán)重的風(fēng)沙危害，造成荒漠化草原大面積沙化，使荒漠化草原的生態(tài)環(huán)境極其脆弱，水分成為其主要的限制因素［1－2］。土壤水分與植被群落的分布具有一定的相關(guān)性，降水和土壤水分對(duì)植物群落水分平衡起重要的調(diào)節(jié)作用，其時(shí)空變化對(duì)天然牧草的生長(zhǎng)、草場(chǎng)退化和土地沙化有著舉足輕重的作用［3－6］；植被類型、蓋度及生長(zhǎng)情況都會(huì)影響土壤含水量［7－8］。許多研究表明：土壤水分狀況與牧草生物量也有著密切的關(guān)系，影響土壤水分狀況的因子除了土壤質(zhì)地外，還包括降水量、地下水位、地表徑流、牧草蒸騰等［9］；土壤水分受土壤特性、氣象等諸多環(huán)境因子的影響，其收入主要為自然降水，支出包括地表徑流、滲漏水量、地面蒸發(fā)量和植物蒸騰量等。典型草原區(qū)土壤水分大多數(shù)年份可以達(dá)到平衡，但季節(jié)降雨變化大，土層垂向水分變化主要發(fā)生在60cm以上［10－13］；圍欄對(duì)土壤水分、養(yǎng)分和草場(chǎng)植被的影響較大，尤其對(duì)草場(chǎng)植被的影響極其明顯［14－15］；因此，要合理地利用有限的降水資源，就必須摸清土壤性狀與土壤水分運(yùn)移規(guī)律的關(guān)系。本文對(duì)圍欄禁牧草原不同機(jī)械組成的土壤水分開(kāi)展研究，為圍欄禁牧對(duì)退化草原的影響研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)銀川市靈武市寧東鎮(zhèn)，地處我國(guó)西北部農(nóng)牧交錯(cuò)帶，年平均降水量255.2 mm，年平均蒸發(fā)量2 682.2mm，為降水量的10.5倍。年平均氣溫8.8℃，≥5℃的積溫3 153.9℃。年平均風(fēng)速2.5m／s，歷年最大風(fēng)速24.0m／s，年大風(fēng)加沙暴日數(shù)11d，年揚(yáng)沙日數(shù)平均45d。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇試驗(yàn)區(qū)內(nèi)具有代表性的土壤（機(jī)械組成為松砂土、緊砂土、輕壤土和中壤土）設(shè)立監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)3根200cm深的土壤水分探測(cè)管，每隔10d進(jìn)行一次土壤水分監(jiān)測(cè)，并在降雨前后加測(cè)，監(jiān)測(cè)深度180cm，每10cm為一層進(jìn)行測(cè)定。

1.3 試驗(yàn)儀器

本研究使用儀器為德國(guó)生產(chǎn)的TRIME－FM型（管式）時(shí)域反射儀（TDR）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用Excel 2003，作圖用Surfer 7.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同機(jī)械組成土壤貯水量狀況

降水是草原土壤水分的主要來(lái)源，其數(shù)量的多寡對(duì)土壤貯水量有舉足輕重的作用［15］。2003年試驗(yàn)地整個(gè)生長(zhǎng)季降水量為182.9mm，5—8月降雨量較大，其中5月中旬至5月底，降水量較大，共140.8mm，占植物生長(zhǎng)季降水量的79.0%，6月份降水量最大，達(dá)47.8mm，占整個(gè)生長(zhǎng)季降水量的26.1%。

圖1 不同土壤類型200cm土層貯水量

由圖1可見(jiàn)，隨著土壤機(jī)械組成逐步變黏，土壤貯水量呈增加趨勢(shì)，緊砂土與輕壤土的貯水量基本相當(dāng)。不同類型土壤貯水量月際變化規(guī)律基本相同，200cm土層內(nèi)8月份和10月份的貯水量最低（松砂土為106.5mm、緊砂土為201.0～202.0mm、輕壤土為181.1～190.9mm、中壤土為220.7～226.4 mm），9月份最高（松砂土為172.1mm、緊砂土為232.6mm、輕壤土為229.2mm、中壤土為292.4 mm）。其主要原因是試驗(yàn)區(qū)全年降雨主要集中在5—8月份，6月份和8月份降雨量相對(duì)較高。由于8月份草原植物正處于生長(zhǎng)旺盛期，植被蒸騰量大，對(duì)土壤水分的消耗量也大，8月份降雨量?jī)H為35.9 mm，不能滿足植物生長(zhǎng)所需的水分，勢(shì)必消耗土壤水分，使土壤貯水量降低。而9月份草原大部分植被已進(jìn)入衰老枯黃期，此時(shí)對(duì)土壤水分的消耗量減少，加之氣溫較低地表有枯枝覆蓋，相對(duì)減少了地表蒸發(fā)，提高了土壤的保蓄水能力。

2.2 不同機(jī)械組成土壤水分動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

由圖2可見(jiàn)：荒漠化草原土壤水分垂直變化規(guī)律基本一致，各層次土壤水分含量由淺入深逐漸減小，土壤水分受外界環(huán)境的影響隨土層深度的增加而減小，土壤水分的變化主要集中在110cm以上土層，80 cm以上土層最為劇烈，110cm土層以下變化較小，這與周堯治［17］的研究結(jié)果極其相似。土壤水分的變化主要受降水和植物耗水的影響，降雨較大時(shí)，土壤水分變化也較大，但是土壤水分的最大入滲深度未超過(guò)80cm，說(shuō)明在目前的降雨條件下，降雨不能對(duì)土壤深層水分進(jìn)行補(bǔ)充。隨著圍欄后植被的恢復(fù)，土壤中的水分被大量消耗，耗水深度下移，造成深層土壤水分不可逆的虧缺，反過(guò)來(lái)可能會(huì)有導(dǎo)致天然草場(chǎng)進(jìn)一步的退化；降雨后不同類型土壤200cm土層內(nèi)均有水分下移現(xiàn)象，松砂土較其它土壤相對(duì)松散，尤其在9月15日土壤水貯量達(dá)最高，隨土層深度的增加，土壤體積含水量呈增加趨勢(shì)；緊沙土、輕壤土和中壤土則隨土層深度的增加，在110cm處達(dá)到最大值，土壤水分的虧缺或變化劇烈時(shí)期主要集中在6—9月，尤以7月、8月份為甚，這主要與該時(shí)段氣溫較高和植被處在快速生長(zhǎng)階段有關(guān)，如何在該時(shí)段內(nèi)合理利用地上植被資源，減少水分消耗，是圍欄草場(chǎng)資源可持續(xù)利用的關(guān)鍵。

2.3 圍欄時(shí)間對(duì)土壤水分的影響

土壤儲(chǔ)水量變化主要受降水量和植物耗水的影響。由表1可知：實(shí)施圍欄后，不同機(jī)械組成土壤的貯水量降低，造成土壤水分的虧缺。如2002年全年降雨量達(dá)到298.5mm，試驗(yàn)區(qū)圍欄內(nèi)土壤水分不但沒(méi)有得到補(bǔ)充，其平均虧缺量反達(dá)52.9mm。圍欄封育時(shí)間越長(zhǎng)，土壤水分貯量越低。

松砂土所在圍欄區(qū)域1999年實(shí)行圍欄封育，2002—2004年監(jiān)測(cè)植被萌發(fā)前，其200cm的土層貯水量分別為192.9，133.0，125.7mm；緊砂土所在的圍欄區(qū)域2001年實(shí)行圍欄封育，2002—2004年監(jiān)測(cè)植被萌發(fā)前，其200cm的土層貯水量分別為288.8，215.7，187.1mm；中壤土所在的圍欄區(qū)域2001年實(shí)行圍欄封育，2002—2004年監(jiān)測(cè)植被萌發(fā)前，其200 cm土層的貯水量分別為303.7，248.9，193.6mm。因此，在自然降雨量不可能大幅度增加的情況下，對(duì)圍欄草場(chǎng)植被資源進(jìn)行合理的利用，減少植被的蒸騰耗水，防止圍欄后草原退化甚至荒漠化顯得尤為重要。

圖2 土壤水分動(dòng)態(tài)變化

表1 生育期內(nèi)土壤貯水量變化 mm

3 結(jié)論

（1）松砂土的保蓄水能力較弱，中壤土較強(qiáng)，緊砂土與輕壤土居兩者之間，且保蓄水能力基本相當(dāng)。但這4種土壤的年度內(nèi)貯水量變化趨勢(shì)基本相同，主要受降雨影響。

（2）荒漠化草原土壤水分垂直變化規(guī)律基本一致，各層次土壤水分含量由淺入深逐漸減小，土壤水分受外界環(huán)境的影響隨土層深度增加而減小，土壤的水分變化主要集中在110cm以上土層，且以80cm以上層最為劇烈。

（3）實(shí)施圍欄后，草原植被得到了恢復(fù)，降雨不能滿足草原植被生長(zhǎng)所需的水分，植被消耗了大量的土壤水分，造成土壤水分的虧缺，降低了土壤水分儲(chǔ)量。

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