陜北黃土丘陵坡地桑園土壤含水量變化淺析

薛雄瑞 薛忠民 蘇 超* 廉喜紅 汪喜紅 胡仲林

(1.綏德縣園藝技術推廣站，陜西綏德 718000；2.西北農(nóng)林科技大學蠶桑絲綢研究所，陜西楊凌 712100； 3.榆林市蠶桑工作站，陜西榆林 719000)

陜北黃土高原由于長期人為干擾和自然因素作用，植被遭到嚴重破壞，加之氣候干燥、生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失嚴重，人民的生命財產(chǎn)和生態(tài)安全受到嚴重威脅[1]。

陜北的栽桑歷史久遠，上世紀九十年代初賈厚禮等[2]對陜北陡坡地發(fā)展桑樹水保林進行過調查，表明水平溝栽桑的土壤侵蝕量比普通坡耕地減少了85.9%。1999年開始實施的退耕還林(草)工程，榆林市先后栽植生態(tài)桑4萬hm2(60萬畝)，其中綏德縣1.67萬hm2(25萬畝)，生態(tài)環(huán)境得到極大改善，植被恢復效果顯著[3]。深厚的黃土層適合桑樹的生長，但半干旱氣候使得土壤水分成為桑樹生長的主要限制因子。本試驗針對綏德縣黃土丘陵坡地退耕栽桑的土壤水分進行研究，以揭示生長季節(jié)、不同植被情況以及不同的土壤深度對于土壤水分的影響，旨在為解決植被的經(jīng)營與鞏固、重建與恢復等方面提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在綏德縣白家鹼鄉(xiāng)西賀家石村進行。綏德縣屬溫帶大陸性半干旱氣候，四季分明，土地類型主要為坡耕地，土壤為黃土母質上發(fā)育成的黃綿土，土質疏松，入滲能力較強，抗蝕抗沖性差。其年總輻射量(光量)為1.3249×109J/m2，年平均氣溫10.6度，其中最熱月(七月)平均氣溫為24.9 ℃，最冷月(一月)平均氣溫為-6.1 ℃，年極端走在最高和最低溫度分別為39.5 ℃和-20.4 ℃，≥10 ℃積溫3 995.5 ℃，持續(xù)時間203 d，無霜期222 d。年平均降雨量554.0 mm，生長季(5-9月)降雨量占全年降雨量的75.9%。

試驗在坡度20°左右的坡地進行，桑樹為2000年栽植的實生桑，行距300 cm，株距50 cm，每667 m2栽桑450株，自然生長樹形。坡面以紫花苜蓿為主的“?！荨遍g作，坡帶苜蓿行距30 cm，株距30 cm，多行種植。

1.2 試驗設計

設計桑地、桑-草間作帶、空地3種土地類型，土層深度5 cm、30 cm、50 cm、100 cm，測量土壤含水量。5月至9月每月中旬測量1次。測試儀器為浙江托普儀器有限公司便攜式土壤水分速測儀TZS-I,能直接測量并顯示土壤水分含量值，可實時存儲數(shù)據(jù)。

測量方法：距桑樹行間50～60 cm，桑-草間作帶和空地的中間位置作為數(shù)據(jù)采集點。隨機選擇5處進行測量土壤含水量，探頭直接插入5 cm深直接采集數(shù)據(jù)，采集30 cm和50 cm深度的土壤含水量時，先挖至一定深度，再將探頭插入以采集數(shù)據(jù)。每次每個采集點測量3次以提高準確率，每次更換位置。

1.3 降水量數(shù)據(jù)

由綏德縣氣象站提供。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計

土壤含水量以“平均值±標準誤”表示，采用軟件SPSS V13.0處理數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，檢驗土壤層次之間的差異顯著性和相關性。

2 結果與分析

2.1 綏德黃土丘陵坡地桑園水分年際變化

降雨是黃土高原土壤水分和天然植被水分補給的主要來源，年降水量多少直接影響土壤含水量的變化。該試驗區(qū)多年平均降水量為428 mm，2015和2016年的降雨量分別相當于年平均年降雨量的98%和108%，為正常年份；而2017年則相當于年均降雨量的115%，從表1中可看出，生長季初期(4—6月)降水量較少，在生長季中期(7—9月)降水量較大，生長季末降雨量急劇減少。5 cm土層含水量隨氣候和降雨變化比較大，但是不同土地類型間差異不大(結果見表2)。

表12015-2017年綏德縣全年降水量(mm)

2.2 2015-2017年土壤水分動態(tài)變化

土壤水分動態(tài)變化包括土壤水分的季節(jié)/年際和垂直變化。2015-2017年生長季(5-9月)綏德縣試驗基地的桑地、桑草間作地和空地的土壤水分動態(tài)變化結果見表2 。在生長季初期，桑地、桑草間作地及空地的土壤含水量較高，隨著植物生長耗水量增加和土壤蒸發(fā)的增加，雖然有降水補給，但土壤水分含量仍然在減少，至8月初，土壤含水量降至最低值，隨后降雨量增加其土壤含水量也增加。桑地、桑草間作地及空地淺表層土壤含水量與降雨條件密切相關，其降水量增加則淺表層土壤含水量顯著增加，而中下層土壤含水量增長緩慢，深層土壤含水量則呈下降趨勢，土壤含水量大體上表現(xiàn)為由表層向深層土壤逐漸減少。

2.3 三種不同植被類型對土壤含水量的影響

綏德縣試驗基地栽植的桑地、桑草間作地和空地三種類型在2015-2017年不同月份土壤含水量數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計分析結果見表2，空地的淺表層土壤含水量略小于桑地和桑樹苜蓿間作要小，但無顯著差異，提示空地土壤蒸發(fā)作用大于桑地和桑草間作。桑地和桑草間作帶的中下層土壤含水量略大于空地，但無顯著差異，提示二者對中下層土壤含水量有一定的保護作用。一些研究指出密植桑樹和其他植物導致土壤中下層干化，所以在干旱半干旱地區(qū)栽植植物時要限制栽植植被的密度。

表22015-2017年不同處理對不同深度土壤水分含水量的影響

3 結論與討論

在干旱與半干旱地區(qū)，土壤水分作為一項極為重要的限制性生態(tài)因素，在植物生長中具有非常重要的作用[4]。土壤嚴重缺水而導致的土層干化現(xiàn)象是建造防護林需要考慮的首要限制因子，因此在植樹造林時，必須考慮不同立地條件下土壤水分的特點，合理而有效地利用土壤水分資源。榆林地區(qū)深厚的黃土層適合桑樹的生長，生態(tài)桑對植被恢復和環(huán)境改善發(fā)揮了重要的生態(tài)防護作用[3]，但半干旱氣候使得土壤水分成為桑樹生長的主要限制因子，再加上不合理的密植桑樹導致部分區(qū)域土壤含水量下降和土壤干化，日益威脅到土壤水資源的持續(xù)利用和生態(tài)桑的成效。在綏德縣趙家砭村觀察的生態(tài)桑園土壤干化發(fā)生在200 cm深處，干化現(xiàn)象使桑樹攝取水分越來越困難，土壤水分虧缺越來越嚴重[5]。我們觀察到子長和吳堡縣梯田栽植的桑樹，由于采取了合理的種植密度和栽培措施，生長了三四十年仍然健壯。

干旱半干旱區(qū)的植被能改善土壤結構, 增強土壤的持水能力和水分調節(jié)能力，但這與地表植被的密度有關系，地表植被密度太大會導致土壤水分消耗量過大。另外，地表覆蓋(植被或其他覆蓋物)能有效提高土壤含水量, 合理耕作也能改善土壤結構, 增強土壤保水能力。喬木和灌木能抵抗強大徑流的沖擊，林草間作則可攔截地表徑流，形成蓄水保土效應，因此桑-草間作能明顯改善植被覆蓋狀況、土壤侵蝕和水土流失，但桑草間作的密度及草種須選擇合理。從多年的種植實踐看，桑園不適合間作紫花苜蓿等深根系作物，因為二者都是深根系植物，苜蓿根系與桑樹競爭水分，也加劇了土壤干化現(xiàn)象的形成，不利于生態(tài)恢復[6]。毛苕子和沙打旺等淺根系植物以及小冠花和禾本科類牧草中的多年生早熟禾等可與桑樹間作，這幾種植物搭配混種可形成良好的植被覆蓋，發(fā)揮蓄水保土效應，對建設綠色陜北有很好的啟迪和示范效用。