不同砾石覆盖保持土壤水分有效性研究

秦百顺，李斌斌，2

(1.西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室，陕西西安710048;2.北京水保生态工程咨询有限公司，北京100055)

不同砾石覆盖保持土壤水分有效性研究

秦百顺1，李斌斌1，2

(1.西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室，陕西西安710048;2.北京水保生态工程咨询有限公司，北京100055)

干热河谷;生态修复;土壤水分;砾石覆盖

土壤水分状况是制约金沙江干热河谷地区植被恢复和造林的主要因素，改善土壤水分状况是实现该地区生态恢复重建和农业持续发展的必然途径。为给干热河谷的造林以及作物种植提供切实可行的方法，进行了不同砾石覆盖保持土壤水分有效性的试验研究，结果表明:在起始条件相同的情况下，同一小区不同深度的土壤含水量是不同的，含水量随着土层深度的增加而增大;不同砾石覆盖厚度条件下，土壤含水量与砾石覆盖厚度成正相关关系;在相同覆盖厚度情况下，砾石粒径越小，覆盖抑制土壤蒸发效果越好，土层含水量也就越高。

土壤水分和养分是影响植被恢复和生长的关键因素。金沙江干热河谷地区虽然大多数地方的降雨量在600 mm以上，但降雨主要集中在6—10月，干旱季节长，同时蒸发量远远高于降雨量。有资料显示，干热河谷的蒸发量是降雨量的6倍，旱季的干旱土层厚达1 m以上。高温干旱、蒸发量大于降雨量的气候条件使得该地区土壤水分亏缺严重，水资源缺乏，水分条件成为金沙江干热河谷地区植被恢复最主要的限制因素，直接关系到植被建设的成功与否［1］。同时，由于金沙江干热河谷地区土壤贫瘠、土层薄、保水保肥性能差，再加上水电开发建设过程中造成的地表开挖、植被破坏等，进一步增加了植被恢复的难度［2－3］。

在1998年的长江特大洪水暴发以后，政府对该地区的生态恢复工作更加重视，先后拨巨资启动“退耕还林工程”、“天然林资源保护工程”和“云南长江中上游生态治理工程”。但由于干热河谷地区环境恶劣，植被恢复技术还不够完善，以上许多工程均未在干热河谷造林困难地区大规模开展［2－5］。为了能更好地保持土壤水分，为干热河谷的区域生态修复和农业可持续发展提供有力支撑，2010年我们专门进行了相关的试验研究和现场调查等工作。

1 试验研究方法

试验针对干热河谷地区土壤养分不足和旱季土壤缺乏水分的特征，在西安市南郊建立了3个试验小区(1号、2号、3号)，每个小区均设置3层，上层为砾石覆盖层，中间为土层，底层为发泡水泥，通过改变表层砾石覆盖厚度、粒径大小，进行了天然降雨条件下不同砾石覆盖保持土壤水分有效性的观测试验。在底层采用发泡水泥是为了更好地保持水分，避免过度下渗。

土壤水分观测采用取样烘干法，每隔7天测定1次，具体方法如下:采用对角线法在每一小区中选取5个水分观测点，对各点均分层采样，每层厚为10 cm，用土钻取土后装入采样袋中，烘干后测定土壤含水量。

2 试验内容

根据试验设计，分组进行了相关试验。第一组试验:在2010年10月10日至10月28日期间，设置1号、2号两个小区具有相同的起始条件:表层为厚度20 cm砾石覆盖，中间为厚度50 cm土层，底层为厚度5 cm发泡水泥;3号小区表层覆盖15 cm厚的砾石加5 cm厚度的沙，其余条件与1、2号小区相同。即各小区表层覆盖厚度均为20 cm，中间土层厚度50 cm，底层发泡水泥5 cm厚。第二组试验:10月29日将各小区的表层砾石覆盖厚度减去10 cm，即1号、2号小区表层覆盖10 cm厚的砾石，3号小区覆盖5 cm厚的砾石和5 cm厚的沙，各小区中间土层仍为50 cm，土层基本情况恢复到初始状态下，其他条件保持不变。第三组试验:11月4日，将各小区土层基本情况恢复到初始状态下，其他条件不变，改变各小区表层砾石覆盖厚度，使1号小区的表层砾石覆盖厚度为5 cm，2号小区表层无砾石覆盖，3号小区砾石覆盖厚度为10 cm(不加沙)。第四组试验:11月24日，使3个小区表层砾石覆盖厚度均为20 cm，但是砾石粒径不同，其中1号小区覆盖大粒径砾石、2号小区覆盖中粒径砾石、3号小区覆盖15 cm厚小粒径砾石和5 cm厚的沙层，土层基本情况恢复到初始状态下，其他条件不变。

3 试验结果与分析

3.1 第一组试验结果

10月10日至10月28日期间进行了第一组试验，对3个小区50 cm厚度的土层每10 cm分层取样，测定结果见图1。从图1可以看出，各小区不同深度的土层含水量是不同的，随着土层深度的增加土壤含水量增大，40—50 cm土层的含水量较表层0—10 cm的含水量要大许多。同时可以看出，3号小区含水量明显高于1、2号小区，说明在表层覆盖厚度相同时，15 cm厚的砾石加上5 cm厚的沙层比单一的砾石覆盖更有助于土壤水分的保持。

图1 第一组试验土壤含水量变化

3.2 第二组试验结果

10月29日将各小区的表层砾石覆盖厚度减去10 cm，其他条件恢复到初始状态下，11月4日取样，对比分析10月28日与11月4日3个小区的试验数据，结果见图2。从图2可以看出，在改变了表层砾石厚度的情况下，3个小区的土壤含水量均减少了，说明表层砾石覆盖厚度对土壤含水量有较大的影响，前期砾石覆盖厚度大，土壤含水量也较大，随着砾石厚度的减少，小区内各取样点的含水量也相应减少。3号小区含水量明显比1号、2号小区高，主要是因为3号小区表层覆盖的10 cm中有5 cm厚的沙层，这也是对第一组试验的进一步验证，表明表层砾石覆盖再加上一部分沙层，保水性能更好。

图2 第二组试验土壤含水量变化

3.3 第三组试验结果

11月4日，改变各小区表层砾石覆盖厚度，使1号小区的表层砾石厚度为5 cm，2号小区表层无砾石覆盖，3号小区砾石覆盖厚度为10 cm，之后测定各小区的土壤含水量，结果见图3。从图3可以看出，3个小区相比较，3号小区的含水量明显高于1号小区，1号小区含水量又比2号小区高。这说明，表层覆盖10 cm厚砾石的小区比表层覆盖5 cm厚砾石的小区在同一深度土壤含水量要大;同时，有砾石覆盖的1号、3号小区含水量明显高于没有砾石覆盖的2号小区。

图3 第三组试验土壤含水量变化

通过第三组试验，可以认为表层砾石覆盖厚度对土壤含水量有较大的影响，表层有砾石覆盖的比没有砾石覆盖的含水量要大;同时随着砾石覆盖厚度的减少，含水量也减少，说明砾石覆盖对抑制蒸发有良好的作用。

3.4 第四组试验结果

为了研究相同覆盖厚度时不同砾石粒径对含水量的影响，通过改变砾石粒径大小来观测相同土层的含水量变化情况。11月24日，使3个小区表层砾石覆盖厚度均为20 cm，但是砾石粒径大小不同，其中1号小区覆盖大粒径砾石、2号小区覆盖中粒径砾石、3号小区覆盖15 cm厚小粒径砾石和5 cm厚的沙层。试验期间，11月28日晚上有一场降雨，降雨量为26 mm。各小区土壤含水量测定结果见图4(从图上看到12月2日所测结果土壤含水量明显增多，主要是因为11月28日的降雨使得土壤含水量增大)。从图4可以看出，砾石粒径对含水量也有影响，粒径越小保水性也越好，适当加沙的保水效果更好，这是因为与大粒径砾石相比，小粒径砾石覆盖比较紧密，减少了水分向空气中蒸发的途径。

图4 第四组试验土壤含水量变化

4 结语

在干旱半干旱地区，水分对植物存活、生长和分布起着一定的限制作用［1］。近年来，有关水分胁迫对苗木生理生态特性影响的报道很多，但研究对象多为北方干旱和半干旱地区的树种［2－6］，有关南方干热河谷地区土壤水分对果树苗木的影响鲜有报道。

针对金沙江干热河谷特殊地质地形条件以及蒸发量高的特征，在植被恢复和造林过程中开展抑制土壤水分蒸发、下渗以及向土壤添加有机质和缓释肥的保水、保肥措施研究，是提高土壤保持水肥的能力，为植被在旱季提供充足的水分和养分，帮助植物度过漫长旱季，从而实现植被恢复的关键。如何长时间保持土壤水分是干热河谷地区水分胁迫亟待解决的问题。考虑到当地的实际情况，通过对不同砾石覆盖保持土壤水分有效性的研究，以期为干热河谷的造林以及作物种植提供切实可行的方法。

［1］王克勤.集水造林与水分生态［M］.北京:中国林业出版社，2002:16－25.

［2］杨敏生.水分胁迫下白杨派双交无性系主要生理过程研究［J］.生态，1999(3):312 －317.

［3］杨敏生.毛白杨不同无性系光合作用特性的比较研究［J］.北京林业大学学报，1992，14(z1):65－71

［4］刘琪璟.辽西阜新地区主要造林树种抗旱性的研究［J］.东北林业大学学报，1989，17(1):93 －98.

［5］郑希伟.辽西地区主要造林树种抗旱性的研究［J］.林业科学，1990，26(4):253 －358.

［6］李吉跃.太行山区主要造林树种耐旱特性的研究(Ⅱ):一般水分生理生态特征［J］.北京林业大学学报，1991，13(z1):10－24.

Effectiveness of Soil M oisture Keeping Under Different G ravel Cover Conditions

QIN Bai-shun1，LIBin-bin1，2

(1.Key Lab of NorthwestWater Resources and Environment Ecology of MOE at XAUT，Xi’an，Shaanxi710048，China;2.Beijing Soil Conservation and Ecology Engineering Consulting Company Limited，Beijing 100055，China)(46)

The conditions of soilmoisture aremain factors to constrain the restoration of vegetation and afforestation in the dry-hot valley of Jinsha River and improving soilmoisture is an inevitable approach for ecological restoration and sustainable development of agriculture in this region.In order to provide practicalmethods for afforestation and crop cultivation in the dry-hot valley，it conducted experimental study on effectiveness of soilmoisture keeping under different gravel cover conditions.The outcomes show that:a)under the same initial conditions，themoisture content is different at the different depth of the same plot and themoisture content increase with the increase of soil depth;b)themoisture content and the thickness of gravel cover are in positive correlation under the different thickness of gravel cover conditions;c)under the conditions of same thickness of coverage，the smaller particle size ofgravels，the better effect to control the soilevaporation and the highermoisture contentwill be.

dry-hot valley;ecological restoration;soilmoisture;gravel cover

S152.7

B

1000－0941(2012)06－0046－03

国家自然科学基金项目(40971161);国家科技支撑项目(2006BAD09B02)

秦百顺(1964—)，男，甘肃天水市人，高级工程师，博士研究生，从事水土保持与荒漠化防治等方面的研究。

2011－12－13

(责任编辑 徐素霞)