荒漠化草原不同机械组成土壤水分运移规律研究

2013-09-06张源沛郑国保周丽娜孔德杰朱金霞张益民

水土保持研究 2013年1期

张源沛，郑国保，周丽娜，孔德杰，朱金霞，张益民

（1.宁夏农林科学院农业生物技术研究中心，银川750002；2.宁夏农林科学院资源与环境研究所，银川750002；3.宁夏农林科学院后勤服务中心，银川750002）

长期严重的风沙危害，造成荒漠化草原大面积沙化，使荒漠化草原的生态环境极其脆弱，水分成为其主要的限制因素［1－2］。土壤水分与植被群落的分布具有一定的相关性，降水和土壤水分对植物群落水分平衡起重要的调节作用，其时空变化对天然牧草的生长、草场退化和土地沙化有着举足轻重的作用［3－6］；植被类型、盖度及生长情况都会影响土壤含水量［7－8］。许多研究表明：土壤水分状况与牧草生物量也有着密切的关系，影响土壤水分状况的因子除了土壤质地外，还包括降水量、地下水位、地表径流、牧草蒸腾等［9］；土壤水分受土壤特性、气象等诸多环境因子的影响，其收入主要为自然降水，支出包括地表径流、渗漏水量、地面蒸发量和植物蒸腾量等。典型草原区土壤水分大多数年份可以达到平衡，但季节降雨变化大，土层垂向水分变化主要发生在60cm以上［10－13］；围栏对土壤水分、养分和草场植被的影响较大，尤其对草场植被的影响极其明显［14－15］；因此，要合理地利用有限的降水资源，就必须摸清土壤性状与土壤水分运移规律的关系。本文对围栏禁牧草原不同机械组成的土壤水分开展研究，为围栏禁牧对退化草原的影响研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于宁夏回族自治区银川市灵武市宁东镇，地处我国西北部农牧交错带，年平均降水量255.2 mm，年平均蒸发量2 682.2mm，为降水量的10.5倍。年平均气温8.8℃，≥5℃的积温3 153.9℃。年平均风速2.5m／s，历年最大风速24.0m／s，年大风加沙暴日数11d，年扬沙日数平均45d。

1.2 试验设计

选择试验区内具有代表性的土壤（机械组成为松砂土、紧砂土、轻壤土和中壤土）设立监测点，在每个监测点埋设3根200cm深的土壤水分探测管，每隔10d进行一次土壤水分监测，并在降雨前后加测，监测深度180cm，每10cm为一层进行测定。

1.3 试验仪器

本研究使用仪器为德国生产的TRIME－FM型（管式）时域反射仪（TDR）。

1.4 数据处理

试验数据处理采用Excel 2003，作图用Surfer 7.0。

2 结果与分析

2.1 不同机械组成土壤贮水量状况

降水是草原土壤水分的主要来源，其数量的多寡对土壤贮水量有举足轻重的作用［15］。2003年试验地整个生长季降水量为182.9mm，5—8月降雨量较大，其中5月中旬至5月底，降水量较大，共140.8mm，占植物生长季降水量的79.0%，6月份降水量最大，达47.8mm，占整个生长季降水量的26.1%。

图1 不同土壤类型200cm土层贮水量

由图1可见，随着土壤机械组成逐步变黏，土壤贮水量呈增加趋势，紧砂土与轻壤土的贮水量基本相当。不同类型土壤贮水量月际变化规律基本相同，200cm土层内8月份和10月份的贮水量最低（松砂土为106.5mm、紧砂土为201.0～202.0mm、轻壤土为181.1～190.9mm、中壤土为220.7～226.4 mm），9月份最高（松砂土为172.1mm、紧砂土为232.6mm、轻壤土为229.2mm、中壤土为292.4 mm）。其主要原因是试验区全年降雨主要集中在5—8月份，6月份和8月份降雨量相对较高。由于8月份草原植物正处于生长旺盛期，植被蒸腾量大，对土壤水分的消耗量也大，8月份降雨量仅为35.9 mm，不能满足植物生长所需的水分，势必消耗土壤水分，使土壤贮水量降低。而9月份草原大部分植被已进入衰老枯黄期，此时对土壤水分的消耗量减少，加之气温较低地表有枯枝覆盖，相对减少了地表蒸发，提高了土壤的保蓄水能力。

2.2 不同机械组成土壤水分动态变化规律

由图2可见：荒漠化草原土壤水分垂直变化规律基本一致，各层次土壤水分含量由浅入深逐渐减小，土壤水分受外界环境的影响随土层深度的增加而减小，土壤水分的变化主要集中在110cm以上土层，80 cm以上土层最为剧烈，110cm土层以下变化较小，这与周尧治［17］的研究结果极其相似。土壤水分的变化主要受降水和植物耗水的影响，降雨较大时，土壤水分变化也较大，但是土壤水分的最大入渗深度未超过80cm，说明在目前的降雨条件下，降雨不能对土壤深层水分进行补充。随着围栏后植被的恢复，土壤中的水分被大量消耗，耗水深度下移，造成深层土壤水分不可逆的亏缺，反过来可能会有导致天然草场进一步的退化；降雨后不同类型土壤200cm土层内均有水分下移现象，松砂土较其它土壤相对松散，尤其在9月15日土壤水贮量达最高，随土层深度的增加，土壤体积含水量呈增加趋势；紧沙土、轻壤土和中壤土则随土层深度的增加，在110cm处达到最大值，土壤水分的亏缺或变化剧烈时期主要集中在6—9月，尤以7月、8月份为甚，这主要与该时段气温较高和植被处在快速生长阶段有关，如何在该时段内合理利用地上植被资源，减少水分消耗，是围栏草场资源可持续利用的关键。

2.3 围栏时间对土壤水分的影响

土壤储水量变化主要受降水量和植物耗水的影响。由表1可知：实施围栏后，不同机械组成土壤的贮水量降低，造成土壤水分的亏缺。如2002年全年降雨量达到298.5mm，试验区围栏内土壤水分不但没有得到补充，其平均亏缺量反达52.9mm。围栏封育时间越长，土壤水分贮量越低。

松砂土所在围栏区域1999年实行围栏封育，2002—2004年监测植被萌发前，其200cm的土层贮水量分别为192.9，133.0，125.7mm；紧砂土所在的围栏区域2001年实行围栏封育，2002—2004年监测植被萌发前，其200cm的土层贮水量分别为288.8，215.7，187.1mm；中壤土所在的围栏区域2001年实行围栏封育，2002—2004年监测植被萌发前，其200 cm土层的贮水量分别为303.7，248.9，193.6mm。因此，在自然降雨量不可能大幅度增加的情况下，对围栏草场植被资源进行合理的利用，减少植被的蒸腾耗水，防止围栏后草原退化甚至荒漠化显得尤为重要。