维普资讯 http://www.cqvip.com 第２２卷第４期 ２００２年８月 水土保持通报 Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ｏｆ Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ＶＯ１．２２．ＮＯ．４ Ａｕｚ．，２００２ 黄土高原沟壑区小流域土壤水分空间分布特征 何福红，黄明斌，党廷辉 （中国科学院水土保持研究所西北农林科技大学．陕西杨凌７１２１００） 摘 要：以长武王东沟小流域为研究对象，研究了黄土高原沟壑区小流域的土壤水分分布特征。结果表明： 在王东沟小流域内，土壤剖面中Ｏ一２ｍ的土层经过一个雨季之后，土壤水分得到了部分的恢复；２ＩＴＩ以下 土层，由于没有水分补给，相对比较干燥。该流域内农地的土壤贮水量高于草地，草地高于果园地，林地的 土壤贮水量最低。而在同一地理位置，土壤的水分分布又受坡度、坡向、坡位、植被类型、植被密度和生物量 的影响，表现出一定的空间变异特性。 关键词：黄土高原沟壑区；小流域；土壤水分；分布特征 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－－２８８Ｘ（２００２）Ｏ４一ＯＯＯ６一Ｏ４ 中圈分类号：Ｓ１５２．７ ５ Ｓｏｉｌ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ Ｗａｎｇｄｏｎｇｇｏｕ Ｗａｔｅｒｓｈｅｄ ｉｎ Ｇｕｌｌｙ Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ ＨＥ Ｆｕ—ｈｏｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｍｉｎｇ—ｂｉｎ，ＤＡＮＧ Ｔｉｎｇ—ｈｕｉ （Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ ＣｏｎＳｅｒｖａｔｉｏｎ，ＣＡＳ＆ＭＷＲ．Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｓｃｉ—ｔｅｃｈ【 ， ｚ ｒｓ，０ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ ７１２１００，Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｒｏｚ ｒｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｉｎ Ｗａｎｇｄｏｎｇｇｏｕ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ ｉｎ ｇｕｌｌｙ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｅｓｓ ｐｌａｔｅａｕ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｈａｓ ｒｅｎｅｗｅｄ ｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｘｔｅｎｔ ａｆｔｅｒ ａ ｒａｉｎｙ ｐｅｒｉｏｄ ｉｎ ２ ｍ ｓｏｉｌ ｐｒｏｆｉｌｅ．Ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｐｒｏｆｉｌｅ ｂｅｌｏｗ ２ ｍ，ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｉｓ ｄｒｙ ｗｉｔｈｏｕｔ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ．Ｉｎ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ。ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｓｔｏｒａｇｅ ｏｆ ｆａｒｍ ｌａｎｄ，ｇｒａｓｓ ｌａｎｄ，ｏｒｃｈａｒｄ ｌａｎｄ，ａｎｄ ｆｏｒｅｓｔ ｌａｎｄ ａｒｅ ４６５．３ ｍｍ。４５２．８ ｍｍ，４５０．２ ｍｍ，ａｎｄ ４２４ ｍｍ ｉｎ ２ ｍ ｓｏｉｌ ｐｒｏｆｉｌｅ；ａｎｄ ６２７ ｍｍ。６２０．６ ｍｍ，５９８．８ ｍｍ。ａｎｄ ５４２．７ ｍｍ ｉｎ ３ ｍ ｓｏｉｌ ｐｒｏｆｉｌｅ．Ｉｎ ｇｅｎｅｒａｌ，ｆａｒｍ ｌａｎｄ￣ｇｒａｓｓ ｌａｎｄ＞ｏｒｃｈａｒｄ ｌａｎｄ￣ｆｏｒｅｓｔ ｌａｎｄ ｉｎ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ． Ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ。ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｓ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｓｌｏｐｅ ｄｅｇｒｅｅ。ｓｌｏｐｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｓｌｏｐｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ，ｐｌａｎｔ ｃａｔｅｇｏｒｙ，ｐｌａｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ，ａｎｄ ｂｉｏｍａｓｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｉｔ ｈａｓ ｓｏｍｅ ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｕｌｌｙ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｌｏｅｓｓ ｐｌａｔｅａｕ；ｓｍａｌｌ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ；ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ 在侵蚀严重的半干旱黄土高原沟壑区，土壤水 分不仅是土壤侵蚀过程ｎ］、植物生长＿２ 和植被恢复［３ 的主要影响因素，也是土地评价的重要指标 ］。因此， １研究流域概况 王东沟小流域位于黄土高原沟壑区陕甘交界处 的长武县境内，流域总面积８．３ ｋｍ 。地貌分为塬面 和沟壑两大单元。分别占土地面积的３５ 和６５ 。是 研究土壤水分的空间分布特征对于黄土高原沟壑区 的农业生产、植被恢复和土地的合理利用等具有重要 的指导意义 ］。近年来，黄土高原土壤水分的研究主 要集中于植被的水文生态环境效应ｌ＿６ ］。至于土壤水 分的空间分布特征，也作 不少的研究，但大多集中 在黄土高原丘陵区 ，很少涉及黄土高原沟壑区。 本研究试图通过选取典型的黄土高原沟壑区小流域 一～典型的黄土高原中南部高原沟壑区。试验区所在地属 暖温带半湿润性季风气候。降雨年际变异大。多 年平均降雨量为５８１．４ ｍｍ。最大年降雨量为８１３．２ ｍｍ。最小年降雨量为３６９．５ ｍｍ，降水主要集中在 ７—９月，约占全年降水量的５５ 以上。流域内主要土 壤类型为黑垆土，母质为深厚的中壤质马兰黄土，全 剖面土质均匀疏松，非饱和层深厚，其水分性质见表 １［９ 。王东沟小流域，对其不同坡度、坡向、植被类型和 生物量影响下的土壤水分进行测定，研究其空间分布 特征，从而为小流域尺度内水土资源的合理利用提供 理论指导。 收稿日期：２００２—０４—１９ 地下水埋深５０～８０ ｍ，农业生产完全依赖于天 然降水，实行旱作农业。主要种植小麦、玉米、糜子等， 资助项目：国家自然科学基金（５００７９０２３）；国家“十五”科技攻关项目；黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室基金资助项目 作者简介：何福红（１９７８一）．男（汉族），湖南衡阳人，硕士生。主要从事土壤水分、水环境等方面研究。电话（０２９）７０１９０７１．Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｆｈ—ｈｅ ｓｏｈｕ．ｃｏｍ。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 何福红等：黄土高原沟壑区小流域土壤水分空间分布特征 复种指数随降水年份而异，一般年份复种指数为 １１５ 。自然植被多被人工林（草）所取代，主要有刺 槐、胡枝子、紫穗槐等。 表１ 长武黑垆土的水分基本性质 土壤剖面含水量。测定期为雨季之后，雨季（７—９月） 降雨量为３３７．６ ｍｍ，约占全年降水量（５２４．５ ｍｍ）的 ６４．４％，比多年平均雨季降雨量稍高。 ３结果与分析 ３．１ 王东沟小流域土壤水分状况 该流域地处黄土旱塬区，作物产量除受土壤养 ３ ３ ３ ３ ３ 注：土壤为中壤，答重为１．３６ｇ／ｍ ，全贮量为３１．３ｍｍ／１ ０ ＣＦＩ１。 分含量高低的制约外，还与土壤水分供给状况密切相 关。李玉山ｌ１ 等根据多年实验，发现该区在正常年份 ～ ～ ～ ～ ～ ５ ７ ７ ９ ０Ｊ ４ ４ ８ ５ ３ ８ ２ ３ ２ ２ ２ ２ ２材料与方法 工作底图选用了比例尺为１：７ ５００的王东沟流 ５ ０Ｊ ５ ７ ６ １ ６ １ 下土壤水分的亏缺率达到了１３．３％～１５．１％，水分 ８ ８ ７ ５ ９ ９ ５ ６ ５ ６ 是该区作物产量的主要因子之一。 域土地利用图，在王东沟小流域，选取了不同的坡度 （０。，１０。，１５。，２０。，３０。）、坡向（阴坡、阳坡）、植被类型 （农地、草地、林地、果树地）、植物生物量（高、中、低） 的取样点共９４个，于２００１年１１月利用土钻取土，其 中，农地取样深度为３ ｍ，草地取样深度为４ ｍ，林地 由于测定期为雨季之后，土壤水分较正常偏高。 从土壤剖面水分测定结果（表２）来看，农地的土壤贮 水量高于草地，草地高于果园地，林地的土壤贮水量 最低。土壤贮水量在流域内都有较大的变异系数，除 ３ ｍ剖面草地的变异系数稍大于果园地外，土壤贮水 量的变异系数均呈现出林地＞果园＞草地＞农地的 趋势。 和果园地取样深度为６ ｍ。１ ｍ以内每１０ ｃｍ取一个 样，１ｍ以下每２０ｃｍ取一个样，用烘干法及时测定其 表２王东沟小流域土壤水分状况 ４ ８ ｒ０ ３ ４ ９ ７ ２ ３ ３ Ｏ ７ ９ Ｏ ７ ９ 农地 草地 果园 林地 平均 ２７ １ ７ １ ９ ３１ ９４ ４６５．３ ４５２．８ ４５０．２ ４２４．０ ６．６ １２．０ １ ３．１ １６．６ １２．９ ６２７．０ ６２０．６ ５９８．８ ５４２．７ ５９２．９ ８ ２ ８．１ ～ ７～ ～ ～ ～ ７ ８ ８ ８ ７ １ ２ ６ Ｏ Ｏ ３ Ｏ ５ ２ ９ ６１４．５ Ｏ １４．０ １６．８ １４．６ 在农地中，沟坡地与梁坡农地的土壤水分状况好 于塬面农地，这主要是因为塬面的太阳辐射强度较 复深度稍大于苹果地。这主要是因为雨季前苹果地土 壤剖面水分的亏损量大于农地。 土壤重量含水量／％ ｌＯ Ｏ ｌ４ ｌ８ ２２ 大，风速较高，气温也相对较高，从而造成塬面上蒸 发、蒸腾比沟坡与梁坡的农地强烈得多，虽然塬面的 降雨几乎全部就地入渗，但其土壤贮水量仍低于沟坡 与梁坡上的农地。 ３．２雨季前后土壤水分剖面 图１是农田和苹果地在雨季前后土壤剖面水分 的变化图。测定时间分别为２００１年６月２５日和１１ 月５ Ｅｌ。从图中可以看出，经过一个雨季之后，土壤剖 Ｅ ５Ｏ ｌＯＯ 面中０～２ ｍ的土层水分含量比雨季前的高，在２ ｍ 以下土层，土壤剖面中的水分含量比雨季前的低。这 主要是因为２ ｍ以上土层经过一个雨季之后土壤水 分得到了部分的恢复，而在２ ｍ以下土层由于没有水 ：ｊＯＯ ２５Ｏ 分补给，而且由于植物根系不断的吸水作用，土壤有 一３５０ 个明显的干燥化过程，最终将形成生物利用型土壤 ４００ 干层。从土壤剖面水分的恢复深度来看，苹果地的恢 复深度为１．６ ｍ，农地的恢复深度为１．８ ｍ，农地的恢 图ｌ 雨季前后土壤剖面水分含量 维普资讯 http://www.cqvip.com ８ 水土保持通报 第２２卷 ３．３土壤水分的分布特征 从测定的资料来看，在长武王东沟小流域，影响 土壤水分分布的主要因素是小地形、植被类型。其中， 流域的小地形主要包括坡度、坡向和坡位。 ３．３．１ 小地形与土壤水分分布 （１）坡度。刘元保（１９９１）＿ｌ。 的研究表明，王东沟 小流域土地坡度分布具有明显的两极分化。＜５。４５ 的缓坡和＞２５。的陡坡分别占３７．９ 和４１．２ ，而中 间坡度的土地面积只占２０．９ 。经过多年的土地平 整，小于２５。的塬面、塬边缓坡地和梁坡，大多已修成 梯田。 图２反映了不同坡度对土壤剖面水分分布的影 响。测定地点为丈六荒山，其坡度分别１０。，１８。和３５。。 其中，０～２００ ｃｍ土壤剖面的贮水量分别为３８１．７， ３４９．５和３２９．１ ｍｍ，２Ｏ０～３００ ｃｍ土壤剖面的土壤贮 水量分别为１２４．５，ｌ１８．２和ｌ１０ ｍｍ。由图２可以看 出，在３种不同坡度的土壤剖面中，随着坡度的增加， 土壤剖面中相应层次的含水量和总贮水量都具有递 减的趋势，土壤水分的补给入渗深度也随着坡度的增 加而变浅。这主要是因为随着土壤坡度的增加，降雨 就地入渗率减少，径流量增加，在相同的蒸发蒸腾潜 力下，土壤中的含水量也就相应减少，土壤水分补给 入渗深度蛮 土壤重量含水量／％ Ｏ ５Ｏ ｌＯＯ 量 ｌ５Ｏ ２００ ２５０ ３００ ３５０ ４００ 图２ ３种不Ｊ司坡度土壤水分剖面 （２）坡向。图３反映了不同的坡向对土壤剖面水 分分布的影响。从图中可以看出，在相同的坡度条件 下，丈六荒山阴坡比阳坡湿润，阴坡１Ｏ０—４Ｏ０ ｃｍ土 层土壤含水量较阳坡高出２ ～４ 。而在０—４ ｍ的 全剖面。阴坡土壤贮水量为８８８．３ ｍｍ，比阳坡的 ７７９．１ｍｍ高出１０９．２ｍｍ。这主要是由于阴坡所接受 的太阳辐射热量低于阳坡，阴坡的蒸发蒸腾强度也低 于阳坡，从而阴坡的土壤水分含量高于阳坡。这就要 求在发展水土保持林地的同时，应充分考虑坡向对土 壤水分分布的影响，选择适宜的树种，保持合理的植 被密度， 土壤重量含水量／％ ｌｎ ｌ ４ ｌＲ ，， Ｏ ５Ｏ ｌＯＯ 曼 ｌ５Ｏ ２００ 嗵 －Ｍ，２５０ ３００ ：｛５Ｏ ｉＯ０ 图３不同坡向的土壤水分剖面 （３）坡位。图４反映了不同的坡位对土壤剖面水 分分布的影响。从图４可以看出，土壤剖面的水分分 布随坡位不同而不同，坡底的土壤含水量高，而坡顶 的含水量相对较低。这主要是因为在黄土高原沟壑 区，降雨产流大多以超渗产流为主，距坡顶越远，上方 来水越多，雨水入渗量也就越大，从而土壤剖面中的 贮水量也就越多。另一方面，坡顶的潜在蒸散量大于 坡腰，坡底最小。从而，在同一个坡面上，土壤剖面含 水量呈现出由坡顶向坡底逐渐增高的趋势。 土壤重量含水量／％ ｌ０ ｌ４ １８ ２２ ２６ Ｏ ５Ｏ ｌＯＯ 暑Ｉ５０ ｚ０Ｏ 嗵 ２５０ ３００ ３５０ ４００ 图４不同坡位的土壤水分剖面 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 何福红等：黄土高原沟壑区小流域土壤水分空间分布特征 ９ ３．３．２ 不同的植被类型与土壤水分分布 植被类型 不同，根系分布深度及密度具有很大的差异，从而土 壤的蒸发和植被的蒸腾量不同，由此引起的土壤干燥 化程度和土壤的水分分布也不相同。一般地，多年生 植被生育期强，根系分布较深，年蒸发蒸腾量大于一 年生植被。图５是农地、草地、果园和林地４种不同植 被类型的土壤水分剖面图，从图５中可以看出，土壤 剖面的水分分布随植被类型的不同而不同。２００ ｃｍ 以上土层的水分经过一个雨季之后，得到了部分的恢 复。在２（）（］～３（）（］ｃｍ土层，农地、草地、果园和林地的 土壤平均含水量分别为１４．８ ，１３．４ ，１２．１％和 ８．７ ，而其３ ｍ土层贮水量分别为７０９．４，６４４．１， ５９８．４和４６７．３ ｍｍ。都表现为农地高于草地，草地高 于果园地．林地最低 土壤重量含水量／％ Ｒ １２ ｌ６ ２Ｏ Ｏ ５Ｏ ｌＯＯ 舌１５０ ｚＯ０ ‘一２５０ ３ＯＯ ：｛５０ ｌＯ０ 图５ 不同植被类型的土壤水分剖面分布 即使是同一种植被类型，由于密度、生物量以及 树龄不同，其土壤剖面含水量也不相同。一般地。树龄 越大，生物量越大，密度越大，其土壤剖面中的含水量 越低。随着树龄的增加，土壤剖面的含水量逐渐降低， 而且１５ ａ生的苹果地２ ｍ以下的土壤含水量接近萎 蔫湿度。形成了生物利用型土壤干层。这就要求在高 原沟壑区发展苹果等种植业的同时，应保持合理的果 树密度，促进果树种植业的可持续发展。 ４结 论 在王东沟小流域内，土壤剖面中０ ２ ｍ的土层 经过一个雨季之后，土壤水分得到了部分的恢复。２ｍ 以下土层，由于没有水分补给，相对比较干燥。一般情 况下，农地的土壤贮水量高于草地，草地高于果园地， 林地的土壤贮水量最低。而在同一地理位置，土壤的 水分分布又受坡度、坡向、坡位、植被类型、植被密度 和生物量的影响，表现出一定的空间变异。这就要求 在以后的退耕还林还草等生态环境建设当中，应考虑 土壤水分的空间分布特征，从而为黄土高原沟壑区的 农业生产、植被恢复和土地的合理利用等作出正确的 规划 ［ 参 考 文 献 ］ ［１］蒋定生．黄土高原水土流失与治理模式［－Ｍ］．北京：中国 水利水电出版社．１ ９９７．１Ｏ６一ｌ２２． ［２］杨文治．余存祖．黄土高原区域治理与评价［Ｍ］．北京： 科学出版社，ｌ ９９２．１ ９Ｏ一２９７． ［３］ 朱志诚．陕北黄土高原植被基本情况及其土壤性质的影 响ＥＪ］．植物生态学与地植物学学报．１ ９９３，ｌ７（３）：２８ｏ一 ２８６． ［４］ 傅伯杰．陕北黄土高原土地评价研究［Ｊ］．水土保持学 报，ｌ９９ｌ，５（１）：ｌ ７． ［５］吴钦孝．杨文治．黄土高原植被建设与持续发展ＦＭ］．北 京，科学出版社，ｌ ９９８．４２ ６８． ［６］李玉山．黄土区土壤水分循环及其对陆地水文大循环的 影响［Ｊ］．生态学报．１ ９８３（３）：９ｌ ｌｏ１． ［７］ 黄明斌．康绍忠．李玉山．黄土高原沟壑区水流域水文环 境演变＿Ｊ］．应用生态学报，ｌ ９９９．１０（４）：４１１ ４ｌ４． ［８］ 黄明斌，杨新民．李玉山．黄土区渭北旱塬苹果基地对区 域水循环的影响［Ｊ］．地理学报，２００１．５６（１）：７一ｌ３． ［９］ 王军．傅伯杰．黄土丘陵小流域土地利用结构对土壤水 分时空分布的影响［Ｊ］．地理学报．２０００．５５（１）：８４—９１＿ ［１Ｏ］邱扬，傅伯杰，王军．黄土丘陵小流域水分时空分异与 环境关系的数量分析［Ｊ］．生态学报，２０００．２０（ｊ）： ７４ ｌ一７４７． ［１１］李玉山．史竹叶．张孝中．等．长武王东沟小流域土壤墒 情影响因素与分布特征［Ａ］．见：李玉山．苏陕民主编． 长武王东沟高效生态经济综合研究［Ｃ］．北京：科学技 术文献出版社．１ ９９１．２９３—２９８． 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