固原东部黄土丘陵区降水及退耕林地土壤水分的时空分布特征研究

殷玉明 王 兵 梁 华 梁 君 仲军琦

摘要通过对固原市原州区杨达子沟流域的降水及其退耕林地土壤水分时空分布特征进行分析,结果表明:同时次降雨量、月降雨量均存在显著空间异质性。土壤水资源由于地形、降雨、植被覆盖等的差异性,特别是植被差异性利用,则存在时空异质性。土壤水分在雨季后1~2月在0~150 cm形成高值期,150 cm以下的土壤恢复缓慢。森林植被差异利用形成了土壤水分剖面不同:沙棘林>柠条林>山桃+山杏林>乔木林。根据对水资源系统分析,提出了流域水资源开发利用的对策:植被空间合理布局;降雨、土壤水的利用等。

关键词退耕还林地;降雨;土壤水;时空分布特征;黄土丘陵区

中图分类号S152.7+5文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)14-0247-01

自实施退耕还林工程后,以林业为主的生态建设已取得了巨大进展,但随着林草植被的增加,黄土丘陵区干旱少雨地区水资源问题成为制约林业生产进一步发展的瓶颈。现通过对原州区东部黄土丘陵区小流域降雨、土壤水分的系统分析,得出该区水资源的时空分布特征,从而为以流域为单元的退耕林地水资源利用提供对策,为原州区生态环境建设服务。

1材料与方法

1.1研究区概况

研究区选在原州区东部黄土高原丘陵沟壑区的杨达子沟流域,位于固原市东北部15km处。流域面积160km2。年平均气温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,且多以暴雨形式出现,年际变化很大;年蒸发量1 000mm左右,年径流深23mm。

1.2研究方法

降雨量测定在沿主沟道布设若干个测点,并在一较小区域布设不同坡向、海拔高度雨量桶,测定降雨空间异质性。

运用土钻法定位监测土壤水分:以南北向、东向3个大断面测定退耕林地不同植被土壤水分,布设28个采样点。定位监测每月1次(4~10月),其中,4月和10月测深为400cm,5~9月测深为200 cm。0～1m每10 cm取样,1m以下每20cm取样。土样用烘箱在105～110℃下烘干计算水分,用干土质量分数(%)表示。

2结果与分析

2.1降雨空间分布的差异性

降雨与地形地貌关系:为了分析降雨的时空分布不均匀性,更细致地说明降水差异,在微型沟流域(0.32 km2)布设不同坡向与海拔降雨装置,测定降雨(阴坡、阳坡、峁顶部、沟底),结果见图1。可以看出,降雨量阳坡与沟底基本相当,阴坡最多,峁顶部最少,说明降雨场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间不均匀性, 8月降水表现出由沟口向沟掌显著减少的特征,减少幅度很大。月降水量从85.6 mm减少到12.5 mm,减少幅度为73.1mm,减少了约6倍,这种降雨的非均匀性足以对森林植被水分利用造成影响(表1)。

由于降水的变异不仅反映为空间的量变,也反应在降水发生时间上,因此笔者在研究降水利用问题时需要对降水量、供应时间及其保证率进行分析。为此提出降雨适量、适时、有效性3个指标评价降雨—森林植被需水的功能指标[1]。

利用对策:研究降水资源时间、空间分布特征,进而调整造林树种选择、初植密度及乔灌结构,即顺应降水时间动态,合理调整森林布局,提高降雨利用率。同时,根据降雨的空间变化,对阴阳坡、不同海拔高度采取不同植被治理。

2.2土壤水分异质性及其原因分析

2.2.1土壤水分时间动态。对林地2006年土壤水剖面作分析(图2),在2006年丰水季,土壤水分得到逐渐恢复,但恢复集中在0～150cm,而且直到10月150cm以下土层较8月还低。结合6~10月土壤水分剖面与降雨月动态,可明显看到土壤水分显著受降雨量影响,深层土壤水分恢复进程缓慢,植被的作用不可忽视[3-5]。

2.2.2植被利用下的土壤水分分析。对2006年10月不同植被下的土壤水分进行分析,结果表明:雨季恢复后不同植被类型下土壤水分仍差异明显[6,7](图3),整个土壤剖面为:沙棘林>柠条林>山桃+山杏林>乔木林。在1 m以下表现的尤为明显。沙棘林水分除0～1m略低外,深层水分达16%～19%,乔木林地在100cm以下则基本低于9%,变动于7%～10%。灌木林中沙棘林地水分高于柠条林,灌木林地深层水分明显好于乔灌混交林、乔木林。

2.2.3土壤水资源开发潜力。水土保持措施对改善土壤水环境的作用:水土保持工程措施集流整地,其中以水平沟整地效果明显。研究表明,不同整地方式下可增加一定土壤水资源量。以荒山为对照,丰水年(550mm以上)栽植穴整地造林:20mm鱼鳞坑整地造林40～50mm,水平沟整地造林70～90mm。

利用对策:根据对全流域土壤水分调查,流域总土壤水资源在2006年4月0～4m的储量达到1 971.7万立方米,相当于水深520mm。灌木林地占到36%,乔灌混交林地33%,乔木林地31%。由于森林植被对土壤水分利用差异性存在,降雨对土壤水资源的支配性影响,在具体利用上应该以合理树种布局为主,辅以工程集雨技术,达到水资源供需平衡。

3小结

黄土丘陵区属低水多变的脆弱水环境,在生态建设中应以水资源高效利用为目标,以水资源环境容量研究及其实现技术集成为核心,在对区域降雨、土壤水资源的时空分布特征充分研究的基础上,结合农林牧业生态用水需求,采取土壤水库、地表/地下水库、大气水库3库连动御旱的整体水资源开发技术,提高偏旱区水资源利用效率。

降雨的时空异质性是流域水资源管理需要针对的主要问题,应该合理人工植被的空间格局,采用人工近距集流技术,其他节约用水技术等,保证流域水资源安全、高效利用。

4参考文献

[1] 徐学选,蒋定生,高鹏.固原降水对农作物生长适宜性的模糊分析[J].水土保持研究,2000,7(2):73-77.

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