祁連山大野口流域土壤水分空間變化特征研究

牛 赟 ，劉賢德 ，呂一河 ，王順利 ，胡 健 ，趙維俊

（1.甘肅省祁連山水源涵養(yǎng)林研究院 甘肅省森林生態(tài)與凍土水文水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 張掖 734000；2.中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅張掖生態(tài)科學(xué)研究院 甘肅省祁連山生態(tài)科技創(chuàng)新服務(wù)平臺(tái)，甘肅 張掖 734000；4.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京 100085）

祁連山大野口流域土壤水分空間變化特征研究

牛 赟1，2，3，劉賢德1，2，呂一河4，王順利1，2，胡 健4，趙維俊1，2

（1.甘肅省祁連山水源涵養(yǎng)林研究院 甘肅省森林生態(tài)與凍土水文水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 張掖 734000；2.中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅張掖生態(tài)科學(xué)研究院 甘肅省祁連山生態(tài)科技創(chuàng)新服務(wù)平臺(tái)，甘肅 張掖 734000；4.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京 100085）

土壤水分空間變化是流域水量平衡、水資源管理及利用、林分空間結(jié)構(gòu)調(diào)控及土壤水資源植被承載力等研究的熱點(diǎn)和關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。本文按照流域海拔、坡向、坡度、土壤層次、植被類型等不同，布設(shè)45個(gè)土壤水分監(jiān)測(cè)探頭，設(shè)置15分鐘獲取一個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)已取得的50萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)利用變異系數(shù)等方法進(jìn)行分析。結(jié)果表明：（1）土壤水分隨海拔升高呈波動(dòng)性增多趨勢(shì)，可擬合關(guān)系式為Sw=0.025 3a-52.546(R2=0.651 5)；（2）半陰坡土壤水分比半陽(yáng)坡高出1.2倍、比陽(yáng)坡高出1.7倍，半陽(yáng)坡土壤水分比陽(yáng)坡高出1.4倍；（3）小于25°的范圍內(nèi)，坡度越大，土壤水分越小；大于25°的范圍內(nèi)，坡度越大，土壤水分越大；（4）亞高山灌叢林土壤水分比喬木林高出1.5倍、比草地高出1.7倍，喬林土壤水分比草地高出1.2倍；（5）除苔蘚枯落物覆蓋較蓋的土壤水分垂直變化從上到下依次表現(xiàn)出高高低的變化趨勢(shì)外，其它的均表現(xiàn)出低高低的空間變化特點(diǎn)；（6）喬木林緣和陽(yáng)坡草地土壤水分變異最大，半陽(yáng)坡草地次之，其它區(qū)域的土壤水分變異最小。研究結(jié)論可為探索流域水資源管理及利用提供科學(xué)依據(jù)和參考資料。

土壤水分；空間變化；祁連山大野口流域

由于土壤水分在流域空間上分布的異質(zhì)性，因此，在流域水量平衡計(jì)算、流域水資源潛力評(píng)估、根據(jù)土壤水資源植被承載力確定林分空間結(jié)構(gòu)調(diào)控等研究方面，都要充分考慮土壤水分的空間變化特征。在流域水資源管理和森林經(jīng)理中，既要考慮土壤水資源對(duì)植被生長(zhǎng)的需要，還要考慮土壤水資源形成河川徑流滿足中下游地區(qū)社會(huì)生態(tài)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在這些研究中，土壤水分的空間變化是一個(gè)不可避免的科學(xué)問(wèn)題，也是熱點(diǎn)問(wèn)題。如果掌握了土壤水分的空間變化特征，可為流域水資源管理以及森林經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)。另外，祁連山水源涵養(yǎng)功能是我國(guó)干旱半干旱區(qū)典型生態(tài)功能，土壤水源涵養(yǎng)功能是河西走廊三大內(nèi)陸河形成的重要生態(tài)作用，土壤水分的空間變化影響著土壤水源涵養(yǎng)功能的空間變化。關(guān)于土壤水分空間變化的相關(guān)研究中，有些學(xué)者采用了遙感、地理信息系統(tǒng)或流域水文模型等數(shù)據(jù)采集或分析手段[1-3]，有些學(xué)者采用了流域空間定期取土樣和帶回實(shí)驗(yàn)室分析計(jì)算等方法[4-8]。這兩種方法都在較短時(shí)間間隔取得連續(xù)的數(shù)據(jù)上有一定的難度。本文利用土壤水分自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，在祁連山大野口流域按照不同海拔、坡向、坡度、土壤深度等空間因子以及不同植被類型等布置45個(gè)探頭，設(shè)置15 min獲取一個(gè)數(shù)據(jù)，已取得約50萬(wàn)個(gè)土壤體積含水率數(shù)據(jù)。目前，大多數(shù)集中在不同植被類型的土壤水分空間變化研究方面[9-10]，而以地形空間因子變化而引起土壤水分變化的相關(guān)研究較少，又加之空間因子比植被類型對(duì)土壤水分的影響更具普遍性和推廣性，因此，本文重點(diǎn)以空間因子的變化來(lái)探討土壤水分空間變化規(guī)律。

1 研究區(qū)概況

祁連山地處青藏、蒙新、黃土三大高原的交匯地帶，《全國(guó)生態(tài)功能區(qū)劃》和《全國(guó)主體功能區(qū)規(guī)劃》都將該區(qū)域劃分為50個(gè)國(guó)家重要生態(tài)功能區(qū)和25個(gè)重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)之列，生態(tài)區(qū)位十分重要。由于水分和溫度在空間上的變化，形成了以冰川和長(zhǎng)年積雪為主要特色的“固體水庫(kù)”，以水源涵養(yǎng)林為主要的“綠色水庫(kù)”。土壤水熱狀況是該區(qū)域極其重要的兩個(gè)生態(tài)因子。

大野口流域地理范圍為北緯 38°16′～ 38°33′，東經(jīng) 100°13′～ 100°16′，屬于祁連山中山氣候帶，發(fā)源于肅南縣境內(nèi)的野牛山，主要由西溝梁、觀臺(tái)溝、東岔、西岔、頭灘溝和深溝6條較大支流匯集于大野口水庫(kù)，水庫(kù)控制了流域98%的集水區(qū)面積，是典型的閉合流域（如圖1）。區(qū)內(nèi)海拔變化較大，水熱條件有差異較大，形成了垂直梯度和水平差異的植被和土壤類型。植被類型隨海拔由低到高依次為山地荒漠植被、山地草原植被、山地森林草原植被、亞高山草甸植被、高山冰雪植被，土壤類型依次為山地灰鈣土、山地栗鈣土、山地灰褐土、亞高山灌叢草甸土、高山寒漠土。在各類土壤中山地灰褐土和亞高山灌叢草甸土是生長(zhǎng)森林的土壤，分別分布在海拔 2 400～3 300 m和 3 300～4 000 m 區(qū)域內(nèi)。建群種青海云杉Picea crassifolia呈斑塊狀或條狀分布在試驗(yàn)區(qū)海拔2 400～3 300 m 陰坡和半陰坡地帶，與陽(yáng)坡草地交錯(cuò)分布；祁連圓柏Sibina przewalskii呈小塊狀分布于陽(yáng)坡、半陽(yáng)坡；灌木優(yōu)勢(shì)種有金露梅Potentilla fruti-cosa、箭葉錦雞兒Caragana jubata、吉拉柳Salix gilashanica等；草本主要有珠芽蓼Polygonum viviparum、黑穗苔Carex heterostachya和針茅Stipa capillata等。該流域的閉合性、土壤和植被在空間變化的典型性，是研究流域生態(tài)水文過(guò)程的理想試驗(yàn)區(qū)，而土壤水分又是極其重要的生態(tài)因子之一。

2 研究方法

2.1 樣地布設(shè)及儀器安裝

2013年6月份，根據(jù)流域海拔、坡向和植被類型的不同和代表性，設(shè)置9塊樣地（樣地概況用樣地號(hào)標(biāo)注，如表1）。每塊樣地內(nèi)根據(jù)喬、灌、草根系的分布區(qū)域在0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm深度的土層中分別布設(shè)1個(gè)探頭（U30-NRC，產(chǎn)品序列號(hào)為：10673689），設(shè)置每5分鐘取一個(gè)數(shù)據(jù)，共取得5000多個(gè)數(shù)據(jù)。為了方便研究，將土壤0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm深度的土層分別標(biāo)記為S1、S2、S3、S4、S5。

2.2 數(shù)據(jù)采集與處理

（1）每年的10月土壤凍結(jié)之前，將儀器中的數(shù)據(jù)以Excel格式導(dǎo)出，因6月份和10月份數(shù)據(jù)不是全月份的，予以踢除。

（2）土壤水熱變異性用變異系數(shù)CV表示，CV=s2/x，式中：s2為土壤體積含水量均方差，x為每年7～9月份土壤體積含水量平均值（CV為一相對(duì)值，表示樣本標(biāo)準(zhǔn)差相對(duì)于平均值的偏離程度，與尺度無(wú)關(guān)），CV值越大，土壤水熱變化越劇烈；CV值越小，土壤體積含水量越穩(wěn)定。

圖1 祁連山大野口流域位置示意Fig.1 Position sketch map of Dayekou basin of Qilian mountains

表1 樣地編號(hào)及其基本情況Table 1 Sample number and its basic situation

（3）土壤體積含水量回歸模型分析

根據(jù)相關(guān)分析結(jié)果，對(duì)每年7～9月土壤體積含水量（St，℃）與相關(guān)的海拔（a，m）、坡度（s，°）、土壤深度（d，cm)建立數(shù)學(xué)模型。然后對(duì)模型進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)，主要包括復(fù)相關(guān)系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)誤差計(jì)算，復(fù)相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式為：

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤水分海拔變化特征

土壤各層體積含水率平均值Sw（單位：%）與流域海拔a（單位：m）之間的擬合關(guān)系為Sw=0.025 3a-52.546(R2=0.651 5)。從這個(gè)關(guān)系式和圖2可見(jiàn)，土壤水分隨海拔升高呈波動(dòng)性增多的變化趨勢(shì)。其原因是，在一個(gè)流域內(nèi)，土壤水分的主要來(lái)源是降水，而降水隨海拔升高呈波動(dòng)性增多趨勢(shì)[11]；同時(shí)，土壤溫度隨海拔升高呈遞減趨勢(shì)（St=-0.007 4a+29.934，R2=0.465 1，St和a分別代表土壤溫度/℃和海拔/m），從而土壤蒸發(fā)隨海拔升高也呈遞減趨勢(shì)。由于降水增多而蒸發(fā)減少，所以，土壤水分具有隨海拔升高而呈波動(dòng)性增多的變化特征。從圖2還可以看出，土壤水分空間變化，海拔只是其中的一個(gè)因子，還受植被類型、坡向、坡度等因子影響。

圖2 土壤水分海拔變化特征Fig.2 Soil moisture changed with altitude

3.2 土壤水分坡向變化特征

從表1可以看出，T2、T3代表半陽(yáng)坡樣地，T5代表陽(yáng)坡樣地，其它均為半陰坡樣地。從表2可計(jì)算出半陽(yáng)坡、陽(yáng)坡、半陰坡各層土壤體積含水率平均值的平均值分別為22.53%、15.86%、27.17%。通過(guò)3個(gè)數(shù)據(jù)比較可以得出，半陰坡土壤水分比半陽(yáng)坡高出1.2倍、比陽(yáng)坡高出1.7倍，半陽(yáng)坡土壤水分比陽(yáng)坡高出1.4倍。由于試驗(yàn)區(qū)陽(yáng)坡或半陽(yáng)坡土壤水分較低，又加之土壤溫度較高，土壤蒸發(fā)較大，因此，形成了土壤水分陰坡比陽(yáng)坡較高的空間特征。實(shí)際上，坡度也是影響土壤水分的重要因子。

表2 不同海拔不同土壤深層不同植被和土壤坡向的土壤水分（7～9月） 單位：%Table 2 The moisture of each deep soil of different vegetation and altitude and slope (from July to September)

3.3 土壤水分坡度變化特征

土壤各層體積含水率平均值Sw（單位：%）與坡度s（單位：°）之間的擬合關(guān)系為Sw=0.058 5s2-2.832s+54.39(R2=0.309 5)。從這個(gè)關(guān)系式及從表1、2可以看出，坡度對(duì)土壤水分的影響與海拔、植被類型、坡向、土壤層次等都有關(guān)系。一般情況下，坡度對(duì)水分的影響與其上坡的坡度和本身的植被類型密切相關(guān)，如果其上坡地形較陡，而本坡植被為喬木林或灌叢林或坡度較小，土壤水分則較高；反之，土壤水分較低。由于海拔3 100 m的灌叢云杉林樣地的上坡為陡坡，樣地坡度較小，3 300 m的灌叢林上坡是陡坡且土壤石質(zhì)性強(qiáng)，該兩處坡度的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)剔除后，土壤各層體積含水率平均值Sw（單位：%）與坡度s（單位：°）之間的擬合關(guān)系為Sw=0.087 3s2-4.047s+63.537(R2=0.947 5)，呈二次函數(shù)拋物線形的土壤水分空間變化特征（如圖3）。一般情況下，小于25°的范圍內(nèi)，坡度越大，土壤水分越小，大于25°的范圍內(nèi)，坡度越大，土壤水分越大。試驗(yàn)區(qū)流域平均坡度25°左右，坡度小于25°范圍一般為低坡，植被一般為陽(yáng)坡草地或稀疏的低山灌叢，坡度越大，土壤水分或降水由于自身重力易于向下傳輸，因此，形成了坡度越大，土壤水分越小的空間變化特征。坡度大于25°范圍一般為中上坡，植被一般為喬木林或亞高山灌叢或陽(yáng)坡草地，雖然坡度越大，土壤水分或降水由于自身重力易于向下傳輸，但喬木林或亞高山灌叢根系對(duì)土壤理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的改變，以及上坡對(duì)下坡水分的輸送，形成了坡度越大，土壤水分越大的空間變化特征。

圖3 土壤水分坡度變化特征Fig.3 Soil moisture changed with gradient

3.4 不同植被類型土壤水分變化特征

從表 1可以看出，T1、T4、T6、T7代表喬木林，T8、T9代表灌叢林，T2、T3、T5為草地。從表2可計(jì)算出喬木林、灌叢林、草地各層土壤體積含水率平均值的平均值分別為23.65 %、34.20%、20.31%。通過(guò)3個(gè)數(shù)據(jù)比較可以得出，亞高山灌叢林比喬木林土壤水分高出1.5倍、比草地高出1.7倍，喬林比草地土壤水分高出1.2倍。形成這種現(xiàn)象的原因很多，但從降水的運(yùn)動(dòng)過(guò)程來(lái)看，不同植被類型對(duì)降水在植被層的傳輸過(guò)程以及土壤水分的蒸發(fā)過(guò)程有不同的影響。灌叢林離土壤較近，雨滴對(duì)土壤的直接擊濺力較小，雨滴擊濺土壤堵塞孔隙的影響力較小，土壤對(duì)降水的入滲能力較強(qiáng)；試驗(yàn)區(qū)灌叢主要有金露梅、銀露梅、箭葉錦雞兒、吉拉柳等，這些灌叢能在土壤表層形成較厚的枯枝落葉層，又增強(qiáng)了土壤水分的入滲，而減少了土壤水分的蒸發(fā)，加之這些灌叢耗水量較小，因此，土壤水分最多；喬木林冠截留較高，冠層離土壤較遠(yuǎn)，對(duì)土壤水分蒸發(fā)抑制能力較低，又加自身耗水量較大，因此，土壤水分較低；試驗(yàn)區(qū)草本主要有珠芽蓼、黑穗苔和針茅等，這些草木植物對(duì)降水的截留入滲以及對(duì)土壤水分蒸發(fā)抑制能力都最低，土壤水分最低。關(guān)于不同植被土壤水分的變化特征主要是通過(guò)其不同深度體積含水率的平均值變化來(lái)分析的，實(shí)際上，為，不同層次土壤水分垂直變化特征也較明顯。

3.5 土壤水分垂直變化特征

從表2可以看出，0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm深度的土層，其體積含水率分別為24.36±1.8 %、28.6±1.39 %、28.37±1.04 %、24.51±1.26 %、18.56±1.45 %，土壤水分垂直變化從上到下依次表現(xiàn)出低高低的變化趨勢(shì)（如圖4）。其主要原因是，土壤表層（0～10 cm）的水分由于自身重力要向下傳輸，同時(shí)，該層又是空氣層的交界層，土壤水分蒸發(fā)強(qiáng)度也較大，形成了土壤水分較低的特點(diǎn)；10～20 cm和20～40 cm深度的土壤是灌叢根系和喬林根系的主要生命區(qū)，這些根系對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，形成了有利于水分儲(chǔ)蓄的土壤層，有較強(qiáng)的持水能力；又由于土壤表層對(duì)這層土壤蒸發(fā)的抑制作用，10～20 cm和20～40 cm深度的土壤水分較高；40～60 cm和60～80 cm深度的土壤水分由于被上層土壤的截留以及植物根系對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的改善能力降低，土壤密度增大，容重增大，土壤含水量降低。從圖4還可以看出，由于受海拔、坡向、植被類型的不同，有苔蘚枯落物覆蓋的土壤水分垂直變化表現(xiàn)出高低低的特征，這是由于苔蘚枯落物有較強(qiáng)的持水和保水能力[12]，飽和后可以將水分向下傳輸，因此形成了土壤水分垂直變化的高低低特征?？傊?，分析土壤水分的垂直變化特征，不僅要考慮海拔、坡向、植被類型及不同的土壤深度層次，還要考慮土壤水分的季節(jié)變化特征。

3.6 土壤水分變異特征

圖4 不同海拔的土壤水分在土壤垂直剖面上的變化Fig.4 The variation of soil moisture on vertical section of different altitude

從圖4可以看出，不同海拔、坡向、植被類型和土壤深度，土壤水分變化的劇烈程度也不一樣。從表3可以看出，T1、T5、T7的值較大，其它都較小。T1代表青海云杉下林緣，T7代表青海云杉上林緣，T5代表陽(yáng)坡草地。這說(shuō)明喬木林緣和陽(yáng)坡草地土壤水分變異較大，是由于土壤水分的易變區(qū)。由于這些區(qū)域受風(fēng)的影響較大，對(duì)土壤水分的蒸發(fā)也較大，引起了土壤水分變化較劇烈。

土壤各層體積含水率變異系數(shù)的平均值Sw（單位：%）與流域海拔a（單位：m）之間的擬合關(guān)系為Sw=0.025 3a-52.546(R2=0.651 5)；而0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm深度的各層土壤水分體積含水率與流域海拔復(fù)相關(guān)系數(shù)R2分別為0.593、0.368、0.141 2、0.045 1、0.423 2，這說(shuō)明各層土壤水分隨海拔變化而變化的劇烈程度也不相同，0～10 cm、10～20 cm、60～80 cm深度的土壤水分對(duì)海拔變化影響較敏感，而20～40 cm、40～60 cm深度的土壤水分受海拔變化影響較小。

表3 不同海拔不同土壤深層和不同坡向的土壤水分變異系數(shù)（7～9月）Table 3 The variable coefficient of moisture of each deep soil of different vegetation and altitude and slope(from July to September)

4 結(jié)論與討論

4.1 討 論

流域水分在數(shù)量上受控于水分輸入和消耗，降水是祁連山流域唯一的水分輸入途徑，蒸散是水分消耗的主要途徑，包括土壤蒸發(fā)、植物蒸騰及生長(zhǎng)消耗、地被物蒸發(fā)、植物截留蒸發(fā)等。土壤水分空間特征研究重點(diǎn)在于探討土壤水分在空間上的收支過(guò)程。由于降水受海拔、坡向的影響，又由于植被影響土壤的理化性質(zhì)及土壤水分的蒸發(fā)及消耗，因此，該研究的重點(diǎn)和突破口在于地形空間因子影響土壤水分的收支平衡方面進(jìn)行探討。關(guān)于這方面研究結(jié)論中，閆文德等[13]認(rèn)為，祁連山土壤水分空間變化特征是高海拔多，陰坡次之，陽(yáng)坡最少；亞高山灌叢草甸土、山地森林灰褐土融化層含水量年內(nèi)平均值具有隨土壤深度增加略呈上升趨勢(shì)，山地栗鈣土融化層含水量年內(nèi)平均值具有隨土壤深度增加而下降的趨勢(shì)。這一結(jié)論與本文的結(jié)論基本一致。與大多數(shù)以植被類型或土壤類型為主研究土壤水分空間變化的結(jié)論相比[14-17]，本文以地形空間因子為主研究土壤水分的空間變化規(guī)律。

本文僅僅根據(jù)土壤的空間屬性特征開(kāi)展了相關(guān)研究，而對(duì)于這些空間屬性因子，如海拔、坡度、坡向等影響土壤水分空間變化的程度及權(quán)重比例未作研究。實(shí)際上，影響土壤水分空間變化的直接因素是降水和土壤植被的土壤水分消耗；引起這些變化的間接因素才是空間屬性的變化及其自然選擇的特定植被類型反過(guò)來(lái)對(duì)土壤水分的影響。植被主要在于對(duì)降水的截留以及對(duì)土壤蒸發(fā)、生長(zhǎng)消耗以及對(duì)土壤入滲能力、持水能力等方面的影響。在今后研究中，要注重土壤水分空間變化機(jī)理及各因素的影響程度等研究。

4.2 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)祁連山大野口流域不同地理環(huán)境和不同植被類型的土壤水分空間變化特征研究發(fā)現(xiàn)，土壤水分隨海拔升高以2.23 %/100 m的速率呈波動(dòng)性增多趨勢(shì)，土壤含水量一般半陰坡＞半陽(yáng)坡＞陽(yáng)坡，亞高山灌叢林＞喬木林＞草地；除苔蘚枯落物覆蓋較蓋的土壤水分垂直變化從上到下依次表現(xiàn)出高高低的變化趨勢(shì)外，其它的均表現(xiàn)出低高低的空間變化特點(diǎn)；喬木林緣和陽(yáng)坡草地土壤水分變異最大，半陽(yáng)坡草地次之，其它較小。在流域水源涵養(yǎng)功能研究及林分結(jié)構(gòu)調(diào)控水資源利用中，由于土水分在空間上異質(zhì)性，必然要考慮地理環(huán)境對(duì)土壤水分及其對(duì)水源涵養(yǎng)功能發(fā)揮的影響。低海拔地區(qū)針葉林在減少小流域產(chǎn)流方面所起的作用相對(duì)其他植被覆蓋類型和高海拔地區(qū)而言更為顯著，合理的降低其密度從理論上來(lái)講應(yīng)該可以減少對(duì)徑流的削減作用，因此，低海拔地區(qū)青海云杉林等進(jìn)行周期性的合理的清理，一方面給次生林幼苗更充裕的生長(zhǎng)空間，另一方面可以緩解流域上游地區(qū)與中、下游徑流的供需矛盾。草地生態(tài)系統(tǒng)的水文調(diào)節(jié)能力較弱，草地的植被-土壤復(fù)合體的水源涵養(yǎng)能力也低于灌叢與云杉林等，故而在研究區(qū)低海拔地區(qū)大片草地的地區(qū)，毒草（狼毒）已經(jīng)大面積呈現(xiàn)出蔓延趨勢(shì)，因此低海拔地區(qū)應(yīng)對(duì)林、草結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，嘗試林、草鑲嵌結(jié)構(gòu)，提升區(qū)域整體的水文調(diào)節(jié)與水源涵養(yǎng)能力，緩解低海拔地區(qū)草地大面積干旱化。此項(xiàng)措施的實(shí)現(xiàn)需要借助工程手段，也需要一定時(shí)間的禁牧措施同步實(shí)施。高海拔地區(qū)冰川、凍土以及灌叢帶是流域內(nèi)主要的產(chǎn)水區(qū)，而植被蓋度可以有效減少地表輻射量，是高海拔冰川凍土的天然防護(hù)，且高海拔地區(qū)植被生長(zhǎng)較慢，破壞之后恢復(fù)期較長(zhǎng)，對(duì)冰川、凍土尚無(wú)較好的人工手段來(lái)維持和保護(hù)，故而作為固體水庫(kù)以及小流域主要產(chǎn)水區(qū)，高海拔地區(qū)的封禁保護(hù)應(yīng)該作為祁連山區(qū)生態(tài)保護(hù)的重中之重。

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The research on spatial variation characteristics of soil moisture in Dayekou basin of Qilian mountains

NIU Yun1,2,3, LIU Xian-de1,2, LV Yi-he4, WANG Shun-li1,2, HU Jian4, ZHAO Wei-jun1,2
(1.Academy of Water Resource Conservation Forests of Qilian Mountains in Gansu Province, Gansu Province Key Laboratory of Forest Ecology and Frozen-soil Hydrology and Water Resources, Zhangye 734000, Gansu, China; 2. Cold And Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China; 3. Academy of Ecology Science of Zhangye,Gansu Science and Technology Innovation Service Platform of Ecology in Qilian Mountains, Gansu Province, Zhangye 734000, Gansu,China; 4.Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences)

It was the hot spot and key scienti fic problems that spatial variation characteristics of soil moisture in water balance of basin,water resources management and utilization, regulation and control of stand spatial structure and soil vegetation carrying capacity for water resources. In this paper, according to the basin elevation, slope direction, slope, soil layers, vegetation types, lay out 45 soil moisture detectors and obtain a data every other 15 minutes and analyze 500 000 data by using the methods of variation coef ficient. Results showed that: (1) There was variation trend that soil moisture increased with altitude, and fitted relation toSw= 0.025 3a- 52.546 (R2= 0.651 5);(2) The soil moisture on half shady slope was 1.2 times higher than half sunny slope, and 1.7 times higher than sunny slope, and the soil moisture on half sunny slope was 1.4 times higher than sunny slope; (3) The soil moisture was smaller with greater gradient if slope was less than 25° range, but the soil moisture was greater with greater gradient if slope was greater than 25° range; (4) The soil moisture under subalpine scrub forest was 1.5 times higher than arbor forest, and 1.7 times higher than the grass, and the soil moisture under arbor forest was 1.2 times higher than the grass; (5) The soil moisture from top to bottom in turn showed the vertical variation trend from low to high then low in addition to the soil moisture under litter moss showed the vertical variation trend from high to high then low; (6) The soil moisture variation on edge of arbor forest and grassland was the largest, second half sunny slope grassland, the other was stable. The research conclusion could provide the scienti fic basis and reference material for water resources management and utilization in river basin.

soil moisture; spatial variation; Dayekou basin of Qilian Mountains

S715

A

1673-923X(2016)10-0094-07

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.10.017

2015-09-02

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41461004）；甘肅省基礎(chǔ)研究創(chuàng)新群體（145RJIG337）；甘肅省科技創(chuàng)新服務(wù)平臺(tái)（144JTCG254）

牛 赟，高級(jí)工程師，博士，在站博士后

劉賢德，研究員，博士，博士生導(dǎo)師

牛 赟，劉賢德，呂一河，等.祁連山大野口流域土壤水分空間變化特征研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016, 36(10):94-100.

[本文編校：吳 彬]