黃土丘陵區(qū)不同土地利用方式對(duì)土壤水分及地上生物量的影響

肖 列, 劉國(guó)彬, 薛 萐, 張 超

(1.西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,陜西 西安 710048; 2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 楊凌 712100; 3.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100)

?

黃土丘陵區(qū)不同土地利用方式對(duì)土壤水分及地上生物量的影響

肖 列1, 劉國(guó)彬2,3, 薛 萐2,3, 張 超2

(1.西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,陜西 西安 710048; 2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 楊凌 712100; 3.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100)

[目的] 研究不同土地利用方式下的土壤水分狀況及其與植被群落特征的關(guān)系，為黃土丘陵區(qū)的植被恢復(fù)和重建提供理論依據(jù)。 [方法] 采用野外調(diào)查的方法和數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法開(kāi)展研究。 [結(jié)果] 紙坊溝流域主要植被類(lèi)型的地上干生物量為310.0～10 036.2 g/m2，平均地上干生物量由大到小依次為：林地>灌木地>農(nóng)田>人工草地>天然草地。地上鮮生物量與株高存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系(R2=0.967 4，p<0.01)。不同土地利用方式0—100 cm土層土壤含水量較高，且土壤水分變異較大；100 cm以下土壤含水量相對(duì)穩(wěn)定，壩地玉米和梯田玉米的極易效水量分別為221.73和221.99 mm；檸條和刺槐的土壤含水量最低，土壤水分類(lèi)型為難效水，分別為311.44和333.09 mm；其他6種土地利用方式的土壤水分為中效易效水。 [結(jié)論] 黃土丘陵區(qū)人工林灌植被的種植導(dǎo)致深層土壤水分的大量消耗，不利于該區(qū)植被恢復(fù)和建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

土地利用方式; 土壤水分; 地上生物量; 黃土丘陵區(qū)

文獻(xiàn)參數(shù)： 肖列, 劉國(guó)彬, 薛萐, 等.黃土丘陵區(qū)不同土地利用方式對(duì)土壤水分及地上生物量的影響[J].水土保持通報(bào)，2016,36(4)：204-209.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.04.036

黃土丘陵區(qū)屬于干旱半干旱地區(qū)，該區(qū)植被稀疏，水土流失嚴(yán)重，區(qū)域植被恢復(fù)困難，土壤水分是作物生長(zhǎng)和植被恢復(fù)的主要限制因子。長(zhǎng)期以來(lái)強(qiáng)烈的人口壓力造成該區(qū)土地的不合理利用，導(dǎo)致對(duì)土壤水分的過(guò)度開(kāi)發(fā)，形成土壤干層，難以持續(xù)利用。自1999年國(guó)家實(shí)施退耕還林還草工程以來(lái)，黃土高原地區(qū)建造了大量的人工植被，顯著改善了該區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況。研究黃土丘陵區(qū)不同植被類(lèi)型的土壤水分特征及其地上生物量對(duì)該區(qū)的植被恢復(fù)和重建具有重要的指導(dǎo)意義。近年來(lái)，對(duì)黃土丘陵區(qū)的土壤水分進(jìn)行了大量研究[1-5]，土壤水分的時(shí)空變化受降雨、植被、地形、土壤和土地利用等因素的影響。其中，植被的生物量是一個(gè)重要影響因子，植被的地上生物量越大，蒸騰耗水量越高，導(dǎo)致土壤水分的大量消耗[6]，當(dāng)生物量超過(guò)環(huán)境的水分承載力后將導(dǎo)致土壤水分惡化，形成明顯的土壤干層，導(dǎo)致大片“小老頭”樹(shù)的出現(xiàn)，人工植被難以發(fā)揮應(yīng)有的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益，因此對(duì)植被地上生物量與土壤水分狀況的綜合研究顯得尤為重要。目前對(duì)于黃土丘陵區(qū)不同土地利用方式下的地上生物量做了大量研究[7-8]，但是對(duì)于黃土丘陵區(qū)不同土地利用方式下的土壤水分特征和植被地上生物量的綜合研究少見(jiàn)報(bào)道[9-10]。本試驗(yàn)以黃土丘陵區(qū)安塞縣紙坊溝流域10種主要的土地利用方式為對(duì)象，研究了不同土地利用方式下的土壤水分特征和植被地上生物量，旨在了解不同土地利用方式下的土壤水分狀況和植被群落特征的關(guān)系，為黃土丘陵區(qū)的植被恢復(fù)和重建提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

紙坊溝流域(36°51′30″N，109°19′30″E)位于陜西省安塞縣,是延河支流杏子河下游的一級(jí)支流，屬典型黃土丘陵溝壑區(qū),包括紙坊溝、寺崾峴、瓦樹(shù)塌3個(gè)自然村,流域面積8.27 km2。研究區(qū)年均降水量505.3 mm,降水的年內(nèi)分布不均，降雨主要集中在7—9月，且多以暴雨形式出現(xiàn)，年際變化也很大，年均蒸發(fā)量為1 463 mm。該區(qū)屬暖溫帶半干旱氣候,年日照時(shí)數(shù)為2 415 h，年輻射量為493 kJ/cm2，多年平均氣溫為8.8 ℃，全年平均最低氣溫出現(xiàn)在1月，為-6.9 ℃，平均最高氣溫出現(xiàn)在7月，為22.6 ℃，≥0 ℃的積溫3 733.5 ℃，土壤類(lèi)型為黃綿土。該區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，由于毀林開(kāi)荒及人類(lèi)活動(dòng)的影響，地帶性植被已經(jīng)破壞殆盡，流域生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化。自1999年國(guó)家實(shí)施退耕還林還草工程措施以來(lái)，經(jīng)過(guò)10 a的努力，建造了大量的人工植被，顯著改善了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。退耕植被類(lèi)型主要包括：林地，刺槐(Robiniapseudoacacia)等；灌木，包括沙棘(Hippophaerhamnoides)和檸條(Caraganakorshinskii)；人工草地：沙打旺(Astragalusadsurgens)和紫花苜蓿(Medicagosativa)；天然草地。

1.2樣地設(shè)置

2011年8月中旬，在對(duì)安塞縣紙坊溝流域主要土地利用類(lèi)型實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上(樣地調(diào)查包括土地使用年限、海拔、坡度、坡向、植被群落組成等)的基礎(chǔ)上，選取樣地10塊。其中，農(nóng)田樣地4塊，包括坡地谷子(Setariaitalica)、梯田糜子(Panicummiliaceum)、梯田玉米(Zeamays)和壩地玉米(Z.mays)各1塊；人工草地1塊，紫花苜蓿，天然草地1塊，主要植被類(lèi)型為鐵桿蒿(Artemisiagmelinii)；灌木地2塊，包括沙棘和檸條；林地2塊，包括蘋(píng)果(Malusdemestica)和刺槐。樣地的基本情況詳見(jiàn)表1。

表1　調(diào)查樣地基本信息

1.3指標(biāo)測(cè)定

海拔、坡度和坡向用便攜式羅盤(pán)儀測(cè)量，蓋度采用照相法估算，植被高度用米尺測(cè)量，每個(gè)樣方測(cè)量10株，取平均值。地上生物量采用收割法，收割后用電子天平秤鮮重，用烘箱(80 ℃)烘干，測(cè)定干重。每個(gè)農(nóng)田和草地取3個(gè)1 m×1 m的樣方，灌木取3個(gè)6 m×6 m的樣方，喬木取3個(gè)10 m×10 m的樣方。對(duì)草本群落和農(nóng)田采用全部收獲法測(cè)定地上鮮生物量和干生物量。喬木和灌木地上生物量采用標(biāo)準(zhǔn)株法，即逐株測(cè)量喬木(灌木)的樹(shù)高(叢高)、胸徑(地徑)和冠幅等，根據(jù)上述指標(biāo)的平均值，選擇標(biāo)準(zhǔn)株測(cè)定其地上鮮生物量，鮮樣采集后用烘干法測(cè)定地上干生物量，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，計(jì)算樣方喬木或灌木的地上干生物量。2011年9月測(cè)定土壤含水量，在10塊樣地中，分別用土鉆(內(nèi)徑5 cm)取0—500 cm的土樣，其中，100 cm以上按0—10 cm，10—20 cm，20—40 cm，40—60 cm，60—80 cm，80—100 cm取樣，100 cm以下，每50 cm取樣一次，將各層土壤樣品裝入鋁盒中，帶回實(shí)驗(yàn)室，采用烘干法測(cè)定各層土壤樣品的含水量。坡地取樣時(shí)，坡下、坡中和坡上各一次，其他樣地采取隨機(jī)取樣，3次重復(fù)，每層土壤含水量取算術(shù)平均值。同時(shí)，采用環(huán)刀法測(cè)定0—100 cm土層的容重，采樣深度同土壤含水量的測(cè)定，3次重復(fù)，取平均值。計(jì)算土壤儲(chǔ)水量時(shí)，100 cm以下土層的容重采用80—100 cm土層的容重。

土壤儲(chǔ)水量的計(jì)算公式為：

W=hdθ/10

(1)

式中：W——土壤儲(chǔ)水量(mm)；h——土層厚度(cm)；d——土壤容重(g/cm3)；θ——土壤質(zhì)量含水量(%)。

根據(jù)土壤水分對(duì)植物的有效性，黃土丘陵地區(qū)的土壤水分可分為4種類(lèi)型[11]：難效水(<30%田間持水量)，中效水(30%～49%的田間持水量)，易效水(50%～80%的田間持水量)和極易效水(>80%的田間持水量)。根據(jù)上述分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)研究區(qū)10種土地利用方式下不同類(lèi)型土壤水分的數(shù)量進(jìn)行分析。

1.4數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)利用SPSS 15.0進(jìn)行單因素方差(One-way ANOVA)統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用最小顯著性差異(LSD)檢驗(yàn)不同土壤剖面不同土層土壤儲(chǔ)水量的差異顯著性。采用Excel軟件繪圖。

2　結(jié)果分析

2.1不同土地利用方式下植被群落特征及其地上生物量

植被的群落特征可以反映該植被的生長(zhǎng)狀況及其穩(wěn)定性，而地上生物量是植被生長(zhǎng)狀況的直接反映。黃土丘陵區(qū)不同土地利用方式下植被的群落特征差異很大(表2)。坡地谷子、梯田糜子、梯田玉米、壩地玉米、紫花苜蓿和蘋(píng)果園的物種比較單一，每1 m2的物種數(shù)都少于4種；而天然草地、沙棘、檸條和刺槐林的物種比較豐富，每1 m2的物種數(shù)為6～10種，其中草本植被主要以鐵桿蒿(A.gmelinii)，茭蒿(Artemisiagiraldii)，茵陳蒿(Artemisiacapillaries)和長(zhǎng)芒草(Stipabungeana)為主。研究區(qū)10種土地利用方式下的植被總蓋度均達(dá)到50%以上。10種土地利用方式下地上干生物量差異很大，為310.0～10 036.2 g/m2，平均地上干生物量為：林地(6 485.0 g/m2)>灌木地(2 580.7 g/m2)>農(nóng)田(1 553.0 g/m2)>人工草地(483.9 g/m2)>天然草地(310.0 g/m2)。在4塊農(nóng)田中，梯田玉米和壩地玉米的地上干生物量分別為2 380.5和2 785.5 g/m2，明顯大于坡地谷子和梯田糜子，其地上干生物量分別為337.5和708.5 g/m2。沙棘和檸條的地上干生物量幾乎相等，而蘋(píng)果園的地上干生物量顯著小于刺槐林。不同土地利用方式下的地上鮮生物量與株高存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系(R2=0.967，p<0.01)，而與海拔、坡度、容重和蓋度均未達(dá)到顯著相關(guān)(表3)。

表2　不同樣地植被群落特征

表3　地上鮮生物量與海拔、坡度、容重和蓋度的相關(guān)性

2.2不同的土地利用方式下土壤水分剖面特征

10種土地利用方式下0—100 cm土層的平均土壤含水量較高，且土壤水分變異很大(圖1)，平均土壤含水量由高到低依次為：農(nóng)田(18.65%)>天然草地(16.41%)>林地(15.26%)>人工草地(14.90%)>灌木地(14.07%)。在4塊農(nóng)田中，壩地玉米和梯田玉米的土壤含水量最高，分別為22.34%和18.97%，梯田糜子的土壤含水量最低，為13.86%。在2塊灌木地中，沙棘0—100 cm平均土壤含水量為16.54%，檸條地為11.59%。刺槐和蘋(píng)果園的平均土壤含水量分別為14.10%和16.43%。研究區(qū)10種土地利用方式100—500 cm土層土壤含水量相對(duì)穩(wěn)定(圖2)，平均土壤含水量由高到低依次為：農(nóng)田(16.12%)>天然草地(10.51%)>人工草地(8.53%)>林地(8.31%)>灌木地(7.94%)。根據(jù)土壤水分對(duì)植物的有效性，按田間持水量為22%計(jì)算，壩地玉米和梯田玉米的極易效水量分別為221.73和221.99 mm；檸條和刺槐的土壤含水量最低，土壤水分類(lèi)型為難效水，分別為311.44和333.09 mm；其他6種土地利用方式的土壤水分為中效易效水(表4)。

表4　　　　研究區(qū)不同土地利用方式下100-500 cm

2.3不同土地利用方式下土壤儲(chǔ)水量與植被地上生物量的關(guān)系

不同土地利用方式的土壤儲(chǔ)水量均隨土層深度的增加而減小(表5)，坡地谷子、人工草地、天然草地、沙棘、檸條和蘋(píng)果園0—100 cm的土壤儲(chǔ)水量顯著大于100 cm土層以下的土壤儲(chǔ)水量，梯田糜子0—100 cm土層的土壤儲(chǔ)水量大于下層，但與100—400 cm土層土壤儲(chǔ)水量均沒(méi)有達(dá)到顯著性差異。梯田玉米和壩地玉米的土壤儲(chǔ)水量隨土層深度增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，最大土壤儲(chǔ)水量分別出現(xiàn)在200—300 和100—200 cm，且梯田玉米0—100 cm土層的土壤儲(chǔ)水量顯著小于200—500 cm土層土壤儲(chǔ)水量。刺槐林的土壤儲(chǔ)水量隨土層深度增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，但100—500 cm土層的土壤儲(chǔ)水量沒(méi)有顯著性差異。

圖1　不同土地利用方式下0-100 cm土壤剖面水分分布

圖2　不同土地利用方式下100-500 cm土壤剖面水分分布

黃土丘陵區(qū)10種土地利用方式下的地上干生物量與土壤儲(chǔ)水量沒(méi)有顯著的相關(guān)關(guān)系(F=0.260，p=0.624)。4塊農(nóng)田地中，土壤含水量較高的壩地玉米和梯田玉米具有較高的地上生物量，梯田糜子的地上生物量高于坡地谷子，但0—100 cm的土壤儲(chǔ)水量卻顯著小于坡地谷子，100—500 cm的土壤儲(chǔ)水量沒(méi)有顯著性差異(表6)。天然草地0—100 cm的土壤儲(chǔ)水量顯著高于人工草地，但地上生物量卻小于人工草地。檸條和刺槐的地上生物量較大，但土壤儲(chǔ)水量卻較小，尤其是100 cm以下土層的土壤儲(chǔ)水量，都顯著小于其他土地利用方式。

表5　研究區(qū)不同土地利用方式下土壤儲(chǔ)水量特征

注：同一列中不同的小寫(xiě)字母代表一種土地利用方式不同土層的土壤儲(chǔ)水量具有顯著性差異(p<0.05)；同一行中不同大寫(xiě)字母代表不同土地利用方式同一土層的土壤儲(chǔ)水量具有顯著性差異(p<0.05)。

表6　　　　不同土地利用方式下地上干生物量

3　討 論

3.1不同土地利用方式下的植被群落特征與地上生物量

人為因素對(duì)不同土地利用方式下的植被群落特征具有顯著影響。農(nóng)田、人工草地和蘋(píng)果園受人為因素影響大，物種單一，天然草地、灌木地和刺槐林基本不受人為因素的影響，物種比較豐富，草本植被主要以蒿類(lèi)和長(zhǎng)芒草為主。焦菊英等[12]對(duì)黃土丘陵溝壑區(qū)植被演替規(guī)律的研究得出在黃土丘陵溝壑區(qū)自然演替的植被主要由禾本科、菊科、豆科和薔薇科4大科的物種組成，與本研究結(jié)果相一致。研究區(qū)不同土地利用方式下的地上干生物量差異很大，王建國(guó)等[9]研究得出黃土高原水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)不同土地利用方式下的植被地上干生物量為177～2 207 g/m2。在4塊農(nóng)田中，坡地谷子的地上生物量最小，可能與坡耕地土壤水分狀況較差有關(guān)，而壩地處于溝道中，長(zhǎng)期受溝道水流和坡面徑流補(bǔ)給，梯田具有匯集坡面徑流的作用，導(dǎo)致梯田玉米和壩地玉米的土壤含水量相對(duì)較高[13]，地上生物量顯著高于梯田糜子和坡地谷子，雖然糜子地也修建了梯田，但糜子具有相對(duì)較高的蒸騰量，造成了糜子較低的地上生物量。不同土地利用方式的地上鮮生物量與植被高度存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，這與王靜等[14]對(duì)厚穗賓草群落和王建國(guó)等[9]對(duì)黃土高原水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)不同土地利用方式下的植被群落的研究相一致。在黃土丘陵溝壑區(qū)，建立一定高度和覆蓋度的植被對(duì)防止土壤侵蝕(包括水蝕、風(fēng)蝕)非常重要。植被的覆蓋度越高，對(duì)地表土壤的防護(hù)效果越好。已有的研究表明，蓋度為40%的天然灌草植被基本可以防止土壤風(fēng)蝕。本研究區(qū)植被蓋度均超過(guò)40%，這些土地利用方式下的土壤風(fēng)蝕和水蝕均得到了一定程度的控制。

3.2不同土地利用方式的土壤水分剖面特征

在黃土高原地區(qū)，不同的土地利用方式對(duì)土壤水分動(dòng)態(tài)具有顯著影響[4-5]。該區(qū)土層深厚，降雨是土壤水分的唯一來(lái)源，土壤水分循環(huán)是較單純的降雨下行入滲和水分上行蒸發(fā)過(guò)程[11]。受降雨補(bǔ)給作用的影響，不同土地利用方式下0—100 cm土層的土壤水分變化活躍，100 cm以下土層土壤含水量隨土層深度增加趨于穩(wěn)定。不同土地利用方式的平均土壤含水量由高到低依次為：農(nóng)田>草地>林地>灌木地，而王國(guó)梁等[13]對(duì)黃土丘陵溝壑區(qū)不同土地利用方式下土壤水分特征的研究得出土壤平均含水量由高到低依次為：農(nóng)田>草地>灌木地>林地，這主要是由于在本研究中林地中的蘋(píng)果園修建了梯田，顯著改善了土壤水分狀況，導(dǎo)致林地的土壤含水量高于灌木地。王志強(qiáng)等[15]研究得出農(nóng)田的土壤水分狀態(tài)可以達(dá)到或超過(guò)中效水，本研究中梯田糜子和坡耕地的土壤水分為易效中效水，壩地玉米和梯田玉米的土壤水分為極易效水。這主要是由于一方面農(nóng)作物的耗水量一般低于喬灌林木[16]，另一方面淤地壩和梯田建設(shè)顯著改善了土壤水分狀況。刺槐和檸條具有相對(duì)較高的蒸騰耗水量[17]，而且根系分布可達(dá)到甚至超過(guò)500 cm[18]，盡管深層的根系密度小[18]，但深層細(xì)根可以強(qiáng)烈消耗的下層土壤水分，導(dǎo)致深層土壤水分顯著減少，因此土壤水分為難效水。

3.3不同土地利用方式下土壤儲(chǔ)水量與地上生物量的關(guān)系

土壤儲(chǔ)水量的特征與植被根系分布和植被耗水特性相關(guān)。糜子和玉米的蒸騰耗水量較高[20]，且作物根系主要分布在表層，導(dǎo)致表層土壤水分的大量消耗，因此梯田糜子0—400 cm土層土壤儲(chǔ)水量沒(méi)有顯著性差異，壩地玉米和梯田玉米的最高土壤儲(chǔ)水量為100—200和200—300 cm。喬灌木和苜蓿的根系分布較深，導(dǎo)致深層土壤水分的大量消耗，尤其是檸條和刺槐100 cm以下土層的土壤儲(chǔ)水量都小于100 mm。李玉山[19]和程積民等[8]對(duì)苜蓿草地土壤水分虧缺的問(wèn)題進(jìn)行研究，認(rèn)為多年連續(xù)種植苜蓿會(huì)導(dǎo)致土壤干化，土壤干層出現(xiàn)在200 cm 以下土層，本研究中苜蓿和檸條地也出現(xiàn)了土壤干層。植被的地上生物量受土壤水分[9]、養(yǎng)分[20]、地形等多種因素的綜合影響。王建國(guó)等[9]研究認(rèn)為黃土高原水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)不同土地利用方式的地上干生物量與0—100 cm土層的土壤儲(chǔ)水量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，黃德青等[7]研究認(rèn)為根系主要分布層內(nèi)的土壤含水量與地上生物量顯著相關(guān)，但本研究中不同植被的地上干物質(zhì)量與土壤儲(chǔ)水量沒(méi)有顯著的相關(guān)關(guān)系，這可能是由于該區(qū)不同土地利用方式下的土壤特性和地形條件不同所導(dǎo)致的。

4　結(jié) 論

(1) 黃土丘陵區(qū)10種土地利用方式的地上鮮生物量與株高存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，地上干生物量為310.0～10 036.2 g/m2，平均地上干生物量大小依次為：林地>灌木地>農(nóng)田>人工草地>天然草地。

(2) 受降雨補(bǔ)給作用的影響，10種土地利用方式0—100 cm土層土壤含水量較高，且土壤水分變異較大；100 cm以下土壤含水量相對(duì)穩(wěn)定。根據(jù)土壤水分對(duì)植物的有效性，壩地玉米和梯田玉米100—500 cm土層的極易效水量分別為221.73和221.99 mm；檸條和刺槐的土壤含水量最低，土壤水分類(lèi)型為難效水，分別為311.44和333.09 mm；坡地谷子、梯田糜子、人工草地、天然草地、沙棘和蘋(píng)果園的土壤水分為中效易效水。

(3) 黃土丘陵區(qū)人工林灌植被的種植導(dǎo)致深層土壤水分的大量消耗，不利于該區(qū)植被恢復(fù)和建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

[1]程立平,劉文兆.黃土塬區(qū)土壤水分分布特征及其對(duì)不同土地利用方式的響應(yīng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2011,27(9):203-207.

[2]張北贏,徐學(xué)選,白曉華.黃土丘陵區(qū)不同土地利用方式下土壤水分分析[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2006,24(2):96-99.

[3]Yang Qiu, Fu Bojie, Wang Jun, et al. Soil moisture variation in relation to topography and land use in a hillslope catchment of the Loess Plateau, China [J]. Journal of Hydrology, 2001,240(3):243-263.

[4]Fu Bojie, Wang Jun, Chen Liding. The effect of land use on soil moisture variation in the Danangou catchment of the Loess Plateau, China [J]. Catena, 2003,54(1/2):197-213.

[5]Chen Liding, Huang Zhilin, Gong Jie, et al. The effect of land cover/vegetation on soil water dynamic in the hilly area of the Loess Plateau, China [J]. Catena, 2007,70(2):200-208.

[6]魏宇昆,梁宗鎖,崔浪軍,等.黃土高原不同立地條件下沙棘的生產(chǎn)力與水分關(guān)系研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2004,15(2):195-200.

[7]黃德青,于蘭,張耀生,等.祁連山北坡天然草地地上生物量及其與土壤水分關(guān)系的比較研究[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2011,20(3):20-27.

[8]程積民,程杰,高陽(yáng).半干旱區(qū)退耕地紫花苜蓿生長(zhǎng)特性與土壤水分生態(tài)效應(yīng)[J].草地學(xué)報(bào),2011,19(4):565-569,576.

[9]王建國(guó),樊軍,王全九,等.黃土高原水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)植被地上生物量及其影響因素[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2011,22(3):556-564.

[10]Xu Bingcheng, Gichuki P, Shan Lun, et al. Aboveground biomass production and soil water dynamics of fourLeguminousforagesin semiarid region, Northwest China [J]. South African Journal of Botany, 2006,72(4):507-516.

[11]楊文治,邵明安.黃土高原土壤水分研究[M].北京:科學(xué)出版社,2000.

[12]焦菊英,張振國(guó),賈燕鋒,等.陜北丘陵溝壑區(qū)撂荒地自然恢復(fù)植被的組成結(jié)構(gòu)與數(shù)量分類(lèi)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(7):2981-2997.

[13]王國(guó)梁,劉國(guó)彬,黨小虎.黃土丘陵區(qū)不同土地利用方式對(duì)土壤含水率的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,25(2):31-35.

[14]王靜,程積民,萬(wàn)惠娥,等.厚穗賓草地上部生物量與株高的分形關(guān)系[J].西北植物學(xué)報(bào),2005,25(8):1623-1627.

[15]Wang Zhiqiang, Liu Baoyuan, Zhang Yan. Soil moisture of different vegetation types on the Loess Plateau [J]. Journal of Geographical Sciences, 2009,19(6):707-718.

[16]黃奕龍,陳利頂,傅伯杰,等.黃土丘陵小流域生態(tài)用水試驗(yàn)研究：氣候和土地利用變化的影響[J].水科學(xué)進(jìn)展,2006,17(1):14-19.

[17]張北贏,徐學(xué)選,白曉華.黃土丘陵區(qū)不同土地利用方式下土壤水分分析[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2006,24(2):96-99.

[18]郭忠升,邵明安.土壤水分植被承載力初步研究[J].科技導(dǎo)報(bào),2006,24(2):56-59.

[19]李玉山.苜蓿生產(chǎn)力動(dòng)態(tài)及其水分生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[J].土壤學(xué)報(bào),2002,39(3):404-411.

[20]Critchley C N R, Chambers B J, Fowbert J A, et al. Association between lowland grassland plant communities and soil properties [J]. Biological Conservation, 2002,105(2):199-215.

Effects of Land Use Types on Soil Water and Aboveground Biomass in Loess Hilly Region

XIAO Lie1, LIU Guobin2,3, XUE Sha2,3, ZHANG Chao2

(1.StateKeyLaboratoryBaseofEco-hydraulicEngineeringinAridArea,Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an,Shaanxi710048，China; 2.StateKeyLaboratoryofSoilErosionandDrylandFarmingontheLoessPlateau,InstituteofSoilandWaterConservation,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100，China; 3.InstituteofSoilandWaterConservation,ChineseAcademyofScienceandMinistryofWaterResource,Yangling,Shaanxi712100,China)

[Objective] Soil moisture under different land use patterns were measured and its links with the characteristics of plant communities were studied to provide guidance for the vegetation restoration and rehabilitation. [Methods] Based on field investigation, mathematical analysis was used. [Results] The aboveground dry biomass of main vegetation in Zhifanggou watershed ranged from 310.0 to 10 036.2 g/m2among ten land use types, and the mean aboveground dry biomass ranked as: forest land>shrub land>farmland>artificial grassland>natural grassland. There was a significant positive correlation between aboveground fresh biomass and vegetation height(R2=0.967 4，p<0.01). Soil moisture in 0—100 cm of different land use types had high content and varied greatly. Comparatively, the soil moisture content in 100—500 cm was nearly constant. The amount of most easily available soil moisture in check-dam and terrace withZ.maysplanted were 221.73 mm and 221.99 mm, respectively. The soil moistures inC.korshinskiiandR.pseudoacaciawere extremely low, with hardly-available soil moisture contents of 311.44 mm and 333.09 mm, respectively. Soil moistures in the other six land use types were classified as easily-moderately available soil moisture. [Conclusion] In the loess hilly region, all vegetation types, to a certain extent, can improve local ecological environment, but some artificial forest and shrub can lead to the excessive consumption of deep soil moisture, and are not propitious to the sustainable development of vegetation.

land use types; soil moisture content; aboveground biomass; loess hilly region

2013-07-11

2013-09-14

中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)“退耕還林(草)工程固碳速率和潛力研究”(XDA05060300); 西北農(nóng)林科技大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)(ZD2013021); 陜西省科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2011KJXX63)

肖列(1987—),男(漢族),河北省保定市人,博士,講師,主要從事流域生態(tài)研究。E-mail:xiaosha525@163.com。

薛萐(1978—),男(漢族),陜西省西安市人,博士,副研究員,主要從事微生物生態(tài)與生態(tài)恢復(fù)的研究。E-mail:xuesha100@163.com。

A

1000-288X(2016)04-0204-06

S152.7