自然降雨条件下黄土丘陵深层干化土壤水分运移试验研究

Abstract

黄土高原丘陵区人工林地普遍存在土壤干化现象，并且随着时间的推移，干化现象有逐年加重的趋势，甚至出现永久性土壤干层。土壤干化问题的防治与恢复也成为生态学科与水土保持学科关心的热点问题。该地区地下水埋藏较深，且不具备灌溉条件，降雨是干化土壤水分的唯一补给来源。为了探索自然降雨条件下干化土壤水分的运移规律，本文利用野外10m大型土柱模拟枣林地干化土壤，通过对土壤水分和气象要素的长期定位监测，探讨不同时间尺度下土壤水分的动态变化特征、单次降雨和累积降雨入渗深度及干化土壤水分恢复深度和程度，对当地干化土壤后期的恢复具有重要的理论和实践意义。试验主要得出以下结论： （1）0~1000cm土层周年土壤水分呈现明显的周期变化，4-11月，土壤水分持续上升；12-次年3月，土壤水分变幅较小。从整体看，土壤储水量呈现增长态势。休眠期平均蒸发量84.1mm，为同期降雨量的2.25倍，该时期是土壤水分损失期，且损失的部分主要来自0-300cm土层；生育期平均蒸发量288.1mm，为同期降雨量的0.56倍，生育期降雨贮存效率与同期降雨量呈正相关关系。 （2）2015-2018年蒸发损失量分别为360.2、384.2、353.2、367.7mm，年际差异不明显，与当年降雨量关系不明显；土壤水分四年补给量分别为74.6、206.6、266.4、168.1mm，与当年降雨量成正比。降雨贮存效率及土壤水分恢复度均与降雨量成正比。 （3）2015、2016、2017、2018年年内单次降雨土壤水分最大入渗深度分别为40、80、120、120cm。试验期间，无效入渗降雨次数为321次，有效入渗降雨次数为106次，降雨次数有效率为24.8%,降雨量有效率为62.7%。入渗深度在10~30、30~60、60~100、120cm的降雨次数分别为61、37、4、4次。单次降雨情况下，降雨量是影响单次降雨入渗深度最主要的因素，两者呈显著的正相关关系；前期土壤含水量是影响入渗深度的次要因子。单次有效入渗降雨的雨量（P，mm）与补给量（W补，mm）呈明显的正相关关系，两者之间的关系为W补=0.504P-2.774(R2=0.901,P&lt;0.01) （4）2015-2018年土壤水分累积入渗深度分别为300、400、700、900cm。深层土壤水分的入渗是多年累积降雨共同作用的结果。试验期间依据蒸发影响程度的大小可将土壤剖面分为：0~60cm为蒸发层，60~160cm为蒸发入渗混合层，160cm以下为入渗层。入渗深度（Z, m）与累积降雨量(x,&nbsp;mm)呈指数正相关关系：Z=1.2983e0.0009x（R2=0.9529）。 （5）试验初期，土壤干层分布在140~900cm土层，干层厚度为760cm；经过四年的降雨入渗补给，至2018年末，140~550cm土层土壤水分完全恢复，550~900cm土层土壤水分轻度亏缺。试验期间，土壤水分累积恢复度为87.07%，0~1000cm土壤水分完全恢复还需要1年时间。 &nbsp; 关键词：黄土丘陵区，降雨，入渗，运移，土壤水分</p