土壤水是黄土高原地区旱地植物的两大基本水源 (生长期降水和土壤水 )之一 ,土壤水分状况是决定区域林草植被布局与配置的关键因素<1 > 。在黄土高原 ,雨后土壤表面普遍存在结皮现象。对土壤结皮的研究 ,许多国家的学者已做过很多工作 ,研究内容包括土壤结皮的微形态特征、孔隙度、影响结皮形成的因素以及结皮与水土流失的关系等<2 > 。已有的研究成果大多来自于室内实验或野外人工模拟降雨试验 ,在野外天然降雨条件下的试验研究甚少。本文通过对 2 0 0 1年 7～ 9月、2 0 0 2年 5～ 6月在晋西离石市王家沟流域的 160区次野外不同坡度的坡耕地小区土壤含水量资料进行分析 ,探讨了土壤结皮对夏闲坡耕地土壤水分的影响 ,以期为当前水土保持生态建设和大面积退耕还林 (草 )的实施提供科学依据。1 实验区概况及观测方法1.1 实验区概况实验小区设在晋西离石市王家沟流域官道梁试验场坡耕地上 ,坡向东北 ,共 10个小区 ,分 5°、10°、15°、2 0°、2 5°五个坡级 ,每个坡级设有结皮、无结皮小区各一个 ,雨后不扰动地面为有结皮小区 ,雨后用铁耙打破结皮为无结皮小区。小区宽 2ｍ ,长7ｍ ,面积 14ｍ2 ,边界用混凝土板围成。小区常年休闲 ,耕作层为轻粉质土壤 ,各小区的土壤粒度组成以及有机质含量基本接近 ,土样分析结果如表 1。表 1 试验小区土壤理化性质坡度(°)粒度组成 (% )砂粒粉粒黏粒 相对密度 有机质(% )51 01 52 02 52 1 .82 0 .72 1 .51 9.91 9.860 .464 .564 .561 .963 .91 7.81 4 .81 4 .01 8.21 6.32 .692 .712 .702 .712 .700 .373 90 .34840 .35710 .37860 .395 41.2 观测方法土壤水分测定采用打钻取样 ,每周取样一次 ,遇雨天适当延迟。每个小区在上、中、下 3个部位各选一个取样点 ,每点注 :本项研究为中国 -加拿大合作项目子课题 ,参加研究工作的还有张治国、李俊义、付晋生等。分 0～ 15、15～ 3 0、3 0～ 5 0ｃｍ三个深度 ,每个深度的土壤含水量取相应深度 3个点的平均值作为分析数据。土壤含水量以重量百分数表示 ,用烘干法测定。2 试验结果与分析2 .1 试验区降雨量观测降雨是决定土壤含水量的主要因素之一 ,也是形成表土结皮的决定性因素。表 2是试验时段内逐日降雨量观测结果。表 2数据显示 :2 0 0 1年 7～ 9月降雨日数为 3 9ｄ ,总降雨量 3 19.0ｍｍ ,比多年同期平均降雨量增加 9.5 % ;2 0 0 2年 5～ 6月降雨日数为 2 0ｄ ,总降雨量 190 .1ｍｍ ,与多年同期平均降雨量相比增加 98% ,说明降雨非常充沛 ,尤其是 6月份降雨 163 .6ｍｍ ,是近年来少有的多雨现象。表 2 试验时段逐日降雨量统计序号2 0 0 1年 2 0 0 2年7月 8月 9月 5月 6月日期雨量日期雨量日期雨量日期雨量日期雨量1234567891 01 11 21 31 41 51 621 21 31 92 02 42 62 72 9302 .10 .61 .51 7.51 6 .11 .42 6 .02 3 .00 .99.4261 31 51 71 81 92 52 62 72 82 9300 .67.66.81 .81 .235 .00 .52 2 .82 .33.53.81 .09.034671 51 61 71 81 92 12 22 32 42 72 82 97.24 .20 .51 2 .01 5 .07.62 .22 6 .41 7.91 .34 .84.25 .21 .01 3 .71 .215891 31 46 .13 .68.31 .07.00 .547891 11 31 52 02 12 22 32 42 6301 .43 .869.01 5 .31 .24 .51 6 .01 .034 .06 .52 .20 .56 .51 .7合计 1 0 98.5 1 3 95 .91 6 1 2 4 .46 2 6 .5 1 4 1 63 .6 注 :表中降雨量以ｍｍ计算。2 .2 表土结皮对土壤含水量的影响土壤结皮是降雨过程中土壤团聚体在雨滴打击下散碎后重新排列而成的。结皮的发育是一个随时间而变化的复杂过程 ,它与土壤种类以及降雨条件关系密切。Ｌｕｋ等 (1990 )研究发现 ,经过 15～ 2 0ｍｉｎ或 18～ 2 4ｍｍ降雨之后 ,缓坡黄土上可以形成一定厚度的结皮<3> 。本文采用的分析资料 ,来自于 2 0 0 1年 7月 2 3日至 9月 2 4日对 90区次和 2 0 0 2年 5月 9日至 6月 2 7日对 70区次野外不同坡度试验小区的观测。试验采用雨后人为扰动地表使结皮破坏和不扰动地表以保留结皮为对比 ,分别取样测定其土壤含水量。将不同坡度、不同取土深度、有结皮和无结皮条件下的逐次土壤含水量观测结果点绘成曲线 ,可以直观地看出 ,结皮对不同层次、不同坡度的土壤含水量均有一定的影响。就 2 0 0 1年和 2 0 0 2年两个不同观测时段的分析结果看 ,结皮对土壤含水量的影响趋势是一致的 ,绝大多数坡度和取土深度情况下的土样都体现了无结皮的土壤含水量比有结皮的要高 ,但 2 0 0 2年观测时段的差异不很显著 ,这是因为该时段内的降雨条件所致。已有的研究成果表明 ,形成结皮的先决条件是降雨 ,而降雨时间在 15ｍｉｎ以上、降雨量超过 18ｍｍ时才有可能形成结皮。从 2 0 0 2年 5～ 6月的逐日降雨记录看出 ,该时段降雨总量虽较为充沛 ,但一次降雨量超过结皮形成起始雨量的仅有 2次 ,因此形成结皮的先决条件不足导致有无结皮土样的含水量观测结果差异不明显。从点绘的 2 0 0 1年观测时段内有无结皮情况下的土壤含水量观测结果图可知 ,土壤结皮对不同坡度和 5 0ｃｍ土层内不同层次的土壤含水量均有不同程度的影响。从各个坡度分级来看 ,普遍规律是打破结皮比保留结皮的土壤含水量高 ,这说明在黄土区打破表土结皮对增加降雨入渗起到了积极的作用。从另一个角度看 ,人为打破结皮实际上起到了疏松表土的作用 ,有效地切断了表层土壤与下层土壤的毛管连系 ,以阻止毛管水上升到地表 ,抑制或减少了土壤水分蒸发。同时表土疏松后 ,地表土壤因下层毛管水不能及时补给而很快变干 ,从而减少日光对下层湿润土壤的暴晒及干风的吹袭 ,减小了蒸发。据土壤科学家试验 ,雨后及时耙松表土 ,可使夏闲地雨季末期土壤含水量提高 43 % ,40 0ｍｍ降雨段地区可增加贮水量约 85ｍｍ<4 > 。本文的结论与上述理论和研究成果是吻合的。另外 ,从不同深度土样看 ,表土结皮对 0～ 15ｃｍ土层中的土壤含水量的影响程度比 15～ 3 0、3 0～ 5 0ｃｍ土层的影响程度要小 ,这是由于无结皮小区地表的干土层降低了 0～ 15ｃｍ土层内的土壤含水量 ,致使有无结皮差异不大。2 .3 地面坡度对土壤含水量的影响据对 0～ 3 0ｃｍ(耕层深度 )土层中有无结皮情况下 5°、10°、15°、2 0°、2 5°五个坡级小区的土壤含水量观测结果进行的统计分析 ,可知无论是有无结皮 ,随着地面坡度的增加 ,0～ 3 0ｃｍ土层内的土壤含水量均随之减少 ,结皮的存在加剧了地面坡度对 0～ 3 0ｃｍ土层内土壤含水量的影响。3 结语(1)黄土地区表土结皮对 2 5°以下坡耕地 5 0ｃｍ土层内的土壤含水量有明显的影响 ,普遍规律是打破结皮比保留结皮的土壤含水量高。(2 )表土结皮对 0～ 15ｃｍ土层内土壤含水量的影响程度比对 15～ 3 0、3 0～ 5 0ｃｍ土层土壤含水量的影响要小 ,这是地表疏松后的干土层降低了 0～ 15ｃｍ土层内的土壤含水量所致。(3 )黄土地区坡耕地 3 0ｃｍ土层内的土壤含水量随地面坡度 (5°～ 2 5°)的增加而减少 ,打破表土结皮可减少地面坡度对土壤含水量的影响黄土表面结皮对夏闲坡耕地土壤水分的影响研究@贾志军$山西省水土保持科学研究所!山西离石033000
@王小平$山西省水土保持科学研究所!山西离石033000
黄土;;
坡耕地;;表土结皮;;土 壤含水量土壤结皮是土壤在降雨作用下团聚体发生物理变化而形成的。黄土高原的坡耕地普遍存在着表土结皮现象。试验表明,表土结皮对黄土地区坡耕地 5 0cm土层内的土壤含水量有明显影响 ,打破结皮可使土壤入渗率提高 ,并有效地抑制和减少水分蒸发 ,提高土壤保水能力。耕层土壤含水量随地面坡度的增加而减少 ,土壤结皮可使地面坡度对土壤含水量的影响程度加大<1>李玉山.黄土区水分循环特征及其对陆地水分循环的影响
.生态学报,1983,3(2).
<2>张光远,蔡崇法,蔡强国,等.黄绵土表土结皮的形成、破坏过程及微形态特征.晋西黄土高原土壤侵蚀管理与地理信息系统应用研究.北京:科学出版社,1992.54～64.
<3>陆兆熊,蔡强国,王贵平,等.黄土丘陵沟壑区表土结皮与坡度对径流产沙的影响.晋西黄土高原土壤侵蚀管理与地理信息系统应用研究.北京:科学出版社,1992.66～79.
<4>马天恩,高世铭.集水高效农业.兰州:甘肃科学技术出版社,1997.280.中国 -加拿大合作项目子课题皮比保留结皮的土壤含水量高 ,这说明在黄土区打破表土结皮对增加降雨入渗起到了积极的作用。从另一个角度看 ,人为打破结皮实际上起到了疏松表土的作用 ,有效地切断了表层土壤与下
More abstracts about the 黄土表面结皮对夏闲坡耕地土壤水分的影响研究