西安地区丰水年之后人工林地土壤水分恢复与消耗

摘要

黄土高原地处半干旱地区，降雨量少并且集中，加之地下水埋藏深度大，使土壤水分在黄土高原的植被建设中显得尤为重要。地表的蒸发和植物的蒸腾，使土壤水分严重亏损，部分植被下的土壤中出现了土壤干层，尤其在人工林草植被下的土壤中表现尤为突出。土壤干层不仅影响植被的生长和更新，而且威胁后续植被建设。因此，研究土壤水分变化对促进黄土高原人工林正常生长、林业发展和生态环境建设，以及减轻可能造成的环境灾害有重要的实际意义。 本文通过对西安地区北郊、南郊和东郊不同类型人工林地和农田0～6m土壤含水量的测定，研究了该地区丰水年之后人工林地和农田的土壤水分恢复状况和消耗过程，以及土壤水分的变化规律与影响因素等问题。样品的采集利用的是轻型人力钻，钻孔深度为6m，采样间距为10cm，每孔采样一般为60个。土壤含水量的测定采用了被认为是准确可靠的烘干称重法。所选研究地点包括西安地区北郊高陵县团庄、南郊吴家坟和长安区，以及东郊灞桥区邵平店等。所选人工林地树种有梨树林、杏树林、中国梧桐林、法国梧桐林、杨树林、雪松林、中国槐树林、白蜡树林和侧柏等。此外，为便于对比，对荒草地的土壤含水量也进行了一些测定。 2003平均降水量为883mm，比正常年均降水量(600mm)高283mm，属于西安地区的丰小年。2004年西安地区降水量达517.2mm，比多年平均降水量低近100mm，因此，属于贫水年。2005年西安地区降水量达570余mm，属于正常降水年份。通过对不同降水年份人工林地和农田土壤含水量的测定与分析，得出了以下认识。 (1)西安地区不同人工林下土壤含水量差异较大。研究表明，阔叶的梧桐树和杨树对水分的消耗比针叶的雪松少，但是侧柏消耗水分最少。在我们所选择的树种中，土壤含水量由高到低依次为侧柏＞中国梧桐＞法国梧桐＞杨树＞白蜡树＞雪松。造成人工林地土壤水分含量差异的主要原因是不同树种生长速度的快慢不同。而农田(麦田和玉米地)土壤含水量普遍较高，并且小麦和玉米对土层含水量的影响较小。 (2)西安地区人工林下土壤水分的季节性变化趋势一般情况下与降水的季节性变化趋势基本一致，由于降水发生时间与水分入渗到相应土层有一定时间差，土壤含水量的峰值出现时间要滞后于降雨量的峰值出现时间。即春季、秋季人工林地土壤含水量较高，而夏季较低。同一地区不同年份降水量及降水期的长短存在差别，造成土壤水分的年际动态变化。丰水年人工林地土壤水分含量高，而贫水年和正常降水年份土壤水分含量较低，甚至出现干层。 (3)我们的研究结果充分显示，在2003年降水量超过883.2mm条件下，西安地区人工林地经过6～12个月的水分入渗，2～4m的土壤水分都得到了恢复，含水量最高可达25％，一般恢复深度到达4m，最大的恢复深度可达6m或更深。农田土壤水分也得到了明显恢复，尤其4～6m表现最为突出。但是，丰水年之后，西安地区人工林地土壤水分经过一年半消耗，干层就再度出现，而且出现的深度还是主要集中在2～4m。可见，西安地区人工林地土壤水分消耗速度很快，而且只靠丰水年的降水难以维持人工林的正常生长。 (4)土壤干层形成的具体原因是降水量少造成的重力水带厚度小和薄膜水带的深度小。黄土高原重力水带厚度多在1～2m，之下为薄膜水带。重力水在土层中的含量较高，入渗、运移速度最快，在夏秋季降雨较多时期，易受大气降水和蒸发作用的影响，含水量变化大，旱季含水量低，雨季又可以使其达到饱和状态。薄膜水补给与运移非常缓慢，含量相当低，当较密集的植物根系伸展到该层并吸收其中的水分时，该层中的水分供应速度低于植物消耗速度时，这就造成了土壤干层的形成。薄膜水不能及时补充亏缺的水分是土壤干层形成的最直接的重要因素。 (5)近100a来，黄土高原地区气候变干变暖，降水量明显减少。近15年来西安降水量波动中呈现减少趋势，而年均温呈现上升趋势，重力水的入渗深度也相应变浅。降水量的减少引起土壤水分来源减少；温度升高导致蒸发以及植物蒸腾作用的加强，促使土壤水分减少，引起土壤的干化。从延安到秦岭北麓年均降水量为600mm左右，近100a来，由于气候的暖干化使得该地区降水量减少了100mm。降水量的减少对这一地区土壤水的影响非常大，土壤含水量从可满足森林发育下降到可基本满足森林草原的发育，加之该地区人工林种植密度过大等原因，已出现了严重的土壤干层。 (6)地表植被的类型、盖度、生物量及生长发育情况都会影响土壤含水量，土地的不同利用方式包括耕作和人为干扰，会改变土壤的性质和植被盖度，从而影响土壤水分含量。从一定程度上说，土壤干层是黄土高原地区特定气候、环境条件下的必然产物，而人为因素也是导致深层土壤干燥化的重要原因。长期以来，由于人们对人工植被类型选择的不当、群落密度过大、群落生产力过高等原因，造成了人工植被土壤水分的严重亏缺，特别是随着林木密度和林龄的增加，深层土壤水分严重亏缺，直接影响到森林植被水源涵养作用的发挥，限制了林木生长的产量和质量，导致土地生产力退化，严重的甚至使大面积人工植被死亡。 (7)土壤干层的存在不仅指示了植被生长发育不正常，而且指示了当地水循环正常与否。黄土高原地下水埋深多为40～100m，而且四周均被切割至基岩的沟谷所包围，无地下侧流补给，因此，降水垂直入渗是地下水补给的惟一来源。降水到达地下水位，必须通过40～100m厚的黄土非饱和包气带。但运动以土层达到田间最大持水量，即重力水发生湿度为前提。黄土高原降水量较少决定了重力水的入渗深度只能到达2m以上，2～4m之间的土壤干层成为水分传递的隔离层，中断了降水垂直入渗补给地下水的路径。

目录

文摘

英文文摘

学位论文独创性声明及学位论文使用授权声明

1前言

2研究地区自然概况

3研究方法及时间

4丰水年后人工林及农田土壤水分的恢复

5丰水年之后人工林土壤水分的消耗

6讨论

7结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果