黃土丘陵區(qū)退耕還林草對(duì)深層土壤水分動(dòng)態(tài)的影響

孟婷婷，王歡元*，劉金寶，楊亮彥，石磊

黃土丘陵區(qū)退耕還林草對(duì)深層土壤水分動(dòng)態(tài)的影響

孟婷婷1,2,3,4，王歡元1,2,3,4*，劉金寶1,2,3,4，楊亮彥1,2,3,4，石磊1,2,3,4

（1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，西安 710075；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，西安 710075；3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710075；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，西安 710075）

【】量化黃土丘陵區(qū)退耕還林草植被恢復(fù)下深層土壤儲(chǔ)水量和耗水量，弄清植被恢復(fù)類型對(duì)深層土壤水分動(dòng)態(tài)的影響，為優(yōu)化該區(qū)植被管理和土壤水資源調(diào)控提供理論依據(jù)。采用室外調(diào)查和室內(nèi)檢測(cè)的方法，研究了黃土丘陵區(qū)園則溝小流域坡耕地，草地和棗林0～1 000 cm剖面土壤含水率和深層（200～1 000 cm）耗水量。① 0～1 000 cm土層，土壤含水率為棗林＜草地＜坡耕地。0～200 cm土層，坡耕地、草地和棗林土壤含水率均呈先增加后減少的趨勢(shì)，均值分別為11.91%、11.23%和9.99%；200～1 000 cm土層，土壤含水率緩慢下降趨于穩(wěn)定，均值分別為11.77%、11.62%和9.96%。② 200～1 000 cm土層，土壤儲(chǔ)水量坡耕地>草地>棗林，均值分別為148.78、145.28和121.11 mm；各土層坡耕地和草地土壤儲(chǔ)水量顯著大于棗林（<0.05），但坡耕地儲(chǔ)水量和草地土壤儲(chǔ)水量無顯著差異。③ 200～1 000 cm土層，棗林存在明顯的深層土壤耗水量并顯著高于草地（<0.05），棗林耗水量范圍為21.67～32.97 mm，均值為27.67 mm，草地耗水量范圍為-4.47～10.32 mm，均值為3.50 mm。④ 各樣地土壤深層含水率與黏粒呈顯著正相關(guān)，與砂粒呈顯著負(fù)相關(guān)，與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)。棗林存在明顯的深層土壤水分消耗量，且顯著高于草地；草地在深層土壤雖然也出現(xiàn)土壤水分消耗，但消耗量較低。

退耕還林草；深層土壤水分；草地；棗林

0 引言

【研究意義】土壤水分是陸地生態(tài)系統(tǒng)重要的驅(qū)動(dòng)力，尤其在干旱、半干旱地區(qū)，土壤水分成為黃土丘陵區(qū)植被恢復(fù)與重建的重要限制因子[1-2]。深層土壤水分作為植物生長(zhǎng)利用的儲(chǔ)備水資源，在植物應(yīng)對(duì)長(zhǎng)期干旱等極端氣候事件中起著至關(guān)重要的作用[3]。因此，準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)植被對(duì)深層土壤水分的影響對(duì)干旱、半干旱區(qū)植被恢復(fù)的可持續(xù)性具有重要意義?！狙芯窟M(jìn)展】自1999年國(guó)家實(shí)施退耕還林還草工程以來，黃土高原植被覆蓋度大幅度增加，土地資源利用呈現(xiàn)多元變化。退耕還林還草過程中，不同人工林種或自然恢復(fù)林種對(duì)土壤水分的響應(yīng)不同。楊亞輝[4]對(duì)黃土丘陵區(qū)吳起縣6種不同植被恢復(fù)類型與土壤理化性質(zhì)關(guān)系分析認(rèn)為，草地土壤自然含水率大于沙棘林地和山杏林地，各樣地自然含水率隨土層加深先增后減。唐敏等[5]對(duì)黃土高原不同土地利用下降水常態(tài)年和干旱年土壤水分變化規(guī)律及蓄水特征研究表明，棗園土壤水分虧缺較為嚴(yán)重，梯田具有良好的保水能力。呂婷等[6]采用氧穩(wěn)定同位素的方法，對(duì)黃土丘陵區(qū)典型退耕細(xì)裂葉蓮蒿和檸條的土壤水分利用策略研究表明，當(dāng)淺層（0～40 cm）土壤水可利用時(shí)，植物主要利用40 cm以上的土壤水分；當(dāng)淺層土壤干燥時(shí)，主要吸收40～80 cm土層土壤的水分。隨著對(duì)退耕還林草植被恢復(fù)下土壤水分研究的關(guān)注，不同林種土壤水分的研究逐漸加深，從淺層2 m到深層5 m的研究逐漸增多。郭忠升等[7]在黃土丘陵區(qū)研究發(fā)現(xiàn)，隨著樹齡增加，檸條對(duì)土壤水分利用深度逐漸增強(qiáng)，導(dǎo)致土壤水分虧缺嚴(yán)重；王力等[8]研究發(fā)現(xiàn)，深根系刺槐為維持自身正常生長(zhǎng)，需極大地消耗土壤深層儲(chǔ)水?！厩腥朦c(diǎn)】但是，目前對(duì)黃土丘陵區(qū)退耕還林草后植被土壤水分變化的探究，無論是季節(jié)性多次測(cè)定，或是雨期監(jiān)測(cè)，所研究的土層均局限在500 cm土層，500 cm土層以下的研究相對(duì)匱乏?！緮M解決的關(guān)鍵問題】由于黃土高原土層深厚，表層土壤含水率受降水和蒸散發(fā)影響較大，因此研究退耕還林草后植被深層次土壤水分的變化規(guī)律，可以更好地反映退耕還林草后植被對(duì)土壤水分的影響。為此，本研究以黃土高原典型丘陵區(qū)的園則溝小流域?yàn)橹饕芯繀^(qū)域，通過野外采樣和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，研究該區(qū)域退耕棗林和草地1 000 cm土層土壤水分垂直變化特征，為該區(qū)退耕還林植被恢復(fù)對(duì)土壤水資源的影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究選擇黃土高原北部的丘陵溝壑區(qū)園則溝小流域，該流域位于陜西省榆林市清澗縣（37°15′N，118°18′E），為典型黃土丘陵區(qū)溝道小流域，面積0.58 km2，其中溝道面積0.31 km2，占流域總面積的53.4%。小流域內(nèi)土壤主要為黃綿土，屬于砂壤土或粉壤土，具有較強(qiáng)的入滲能力。本區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降水量505 mm，降水主要集中在7—9月，年均氣溫8.6 ℃，月均最低空氣溫度-6.5 ℃（1月），月均最高空氣溫度22.8 ℃（7月）。自退耕還林草措施實(shí)施以來，流域內(nèi)大面積的坡耕地轉(zhuǎn)換成自然恢復(fù)草地及人工棗林，人工棗林作為一種傳統(tǒng)的耐旱經(jīng)濟(jì)物種在該區(qū)種植面積急劇增加，為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)恢復(fù)做出了重大貢獻(xiàn)，同時(shí)也增加了當(dāng)?shù)鼐用竦慕?jīng)濟(jì)收入。流域內(nèi)主要有坡耕地、人工棗林和自然恢復(fù)草地，坡耕地主要種植谷子（）、玉米（），一年一熟，人工管理施用有機(jī)肥和復(fù)合肥；人工棗林主要品種是駿棗（），管理主要是清耕，無人工施肥和灌溉；自然恢復(fù)草地主要植被是貼地面生長(zhǎng)的鐵桿蒿（）、長(zhǎng)芒草（）、豬毛蒿（）等體積和冠層較小的淺根系植物，無人為干擾。

1.2 土樣采集與測(cè)定方法

2020年5月，在流域內(nèi)選擇10 a退耕草地和10 a退耕棗林為研究對(duì)象，并以坡耕地為對(duì)照，坡向和坡度大概一致。根據(jù)樣地面積大小不同，采用口徑40 mm的土鉆隨機(jī)采取土樣，采取深度為1 000 cm，0～200 cm土層為淺層土壤，每20 cm為1層；200～1 000 cm為深層土壤，從200 cm開始，每100 cm為1層。并用便攜式手持GPS（MG838，UniStrong）記錄樣點(diǎn)詳細(xì)地理信息，各樣地基本信息如表1所示。在每個(gè)點(diǎn)的附近隨機(jī)采取3個(gè)點(diǎn)，每層均勻混合后，挑出雜物，一部分裝入自封袋，一部分裝入鋁盒。裝入鋁盒的土在105 ℃的烘箱中烘干24 h，采用稱質(zhì)量法測(cè)量土壤含水率；裝入自封袋中的土帶回去經(jīng)自然風(fēng)干后，分別過2 mm和1 mm篩，過2 mm篩的土樣用來測(cè)土壤機(jī)械組成，土壤質(zhì)地分類根據(jù)美國(guó)農(nóng)業(yè)部制系統(tǒng)劃分土壤顆粒粒度：黏粒（粒徑＜0.002 mm）、粉粒（粒徑0.002～0.05 mm）和砂粒（粒徑0.05～2 mm），測(cè)定方法為馬爾文激光粒度儀[9]（Mastersizer 2000，Malvern Instruments Ltd）；過1 mm篩的土用來測(cè)定土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，土壤有機(jī)碳的測(cè)定方法為重鉻酸鉀滴定法[10]。

表1 樣地基本信息

1.3 土壤水分狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)

由于0～200 cm土層土壤水分受降水入滲和植被蒸散發(fā)影響較大，因此不予考慮[11]。本研究將200 cm以下的土層定義為深層土壤，主要針對(duì)200～1 000 cm的深度范圍，探討退耕還林還草對(duì)深層土壤水分的影響。土壤儲(chǔ)水量計(jì)算式為：

ms··10，（1）

式中：ms為土壤儲(chǔ)水量（mm）；為土壤質(zhì)量含水率（%）；為土壤體積質(zhì)量（g/cm3）；為土層深度（cm）。

對(duì)200～1 000 cm土層的體積質(zhì)量（）估計(jì)，用王云慶[12]根據(jù)黃土高原數(shù)據(jù)集建立的位相傳遞函數(shù)（PTF）計(jì)算式為：

ρ=1.828 4+0.042 9log10Clay+

0.020 5Clay0.5-0.012 5cosClay-0.006 1Silt+

0.000 1Silt·SG-0.009 8SG-0.007 1SOC-

0.050 5SOC0.5+0.000 2SOC0.5， （2）

式中：Clay和Silt分別是指第層土壤黏粒和粉粒體積分?jǐn)?shù)；SG指每個(gè)樣點(diǎn)的坡度；SOC是第層土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

土壤耗水量為土壤初始儲(chǔ)水量和現(xiàn)有儲(chǔ)水量的差值，把對(duì)照地（坡耕地）儲(chǔ)水量作為初始儲(chǔ)水量，計(jì)算式為：

depeteinitialpresent，（3）

式中：depete為土壤耗水量（mm）；initial為坡耕地儲(chǔ)水量（mm）；present為土壤現(xiàn)有儲(chǔ)水量（mm）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用Excel 2020和Spss 22.0軟件，繪圖使用Origin 2018軟件。不同樣地對(duì)深層土壤含水率的影響采用單因素方差分析，并用LSD法進(jìn)行差異比較，深層土壤含水率與土壤質(zhì)地的相關(guān)程度采用Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤顆粒組成和有機(jī)碳分布

坡耕地、草地和棗林0～1 000 cm剖面土壤顆粒組成和有機(jī)碳分布如圖1所示。坡耕地、草地和棗林土壤平均黏粒體積分?jǐn)?shù)變化范圍分別為12.55%～19.51%、13.17%～20.4%和11.27%～18.24%；平均粉粒體積分?jǐn)?shù)變化范圍為65.19%～72.33%、57.08%～71.31%和58.8%～73.41%；平均砂粒體積分?jǐn)?shù)變化范圍為11.05%～22.20%、11.38%～27.63%和11.13%～29.92%。黏粒體積分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì)為棗林＜坡耕地＜草地，粉粒體積分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì)為草地<棗林<坡耕地，砂粒體積分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì)為坡耕地＜棗林＜草地。

圖1 土壤顆粒組成和有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)垂直分布

坡耕地、草地和棗林土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著土層深度的增加呈減少趨勢(shì)。淺層0～200 cm土層，坡耕地、草地和棗林土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高且波動(dòng)較大，均值分別為21.3%、13.2%和21.6%；200～1 000 cm土層，土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)緩慢下降趨于穩(wěn)定，均值分別為11.2%、10.9%和14.3%。3塊樣地土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0～1 000 cm剖面表現(xiàn)為棗林>坡耕地>草地。

2.2 土壤含水率垂直分布特征

坡耕地、草地和棗林的土壤含水率垂直變化特征如圖2所示。0～200 cm土層，坡耕地、草地和棗林土壤含水率均呈先增加后減少的趨勢(shì)，波動(dòng)較大。坡耕地土壤含水率變化范圍為10.20%～12.99%，均值為11.91%，草地土壤含水率變化范圍為9.96%～12.15%，均值為11.23%；棗林土壤含水率變化范圍為9.10%～10.75%，均值為9.99%。

200～1 000 cm土層，坡耕地土壤含水率緩慢下降趨于穩(wěn)定，土壤水分整體波動(dòng)較小，變化范圍為11.40%～11.93%，均值為11.77%；草地土壤含水率在900～1 000 cm土層呈增加趨勢(shì)，變化范圍為10.85%～12.33%，均值為11.62%；棗林土壤含水率在300～500 cm土層，土壤水分比上層略微增大，但在600 cm土層以下呈穩(wěn)定減少的趨勢(shì)，變化范圍為9.18%～10.40%，均值為9.96%。隨著深度增加，由于降雨和蒸散發(fā)影響減弱，坡耕地、草地和棗林300～1 000 cm土層土壤含水率存在較大差異，總體表現(xiàn)為棗林＜草地＜坡耕地。

圖2 土壤含水率垂直分布

2.3 深層土壤耗水量垂直分布特征

坡耕地、草地和棗林的土壤儲(chǔ)水量如圖3所示。200～1 000 cm剖面，坡耕地土壤儲(chǔ)水量變化范圍為144.67～153.06 mm，均值為148.78 mm，隨著土壤深度的增加儲(chǔ)水量差異不大；草地儲(chǔ)水量變化范圍為137.78～157.42 mm，均值為145.28 mm，隨著土層的加深儲(chǔ)水量逐漸增大；棗林儲(chǔ)水量變化范圍為114.29～125.53 mm，均值為121.11 mm，隨著土壤深度的增加儲(chǔ)水量差異不大。各土層坡耕地和草地土壤儲(chǔ)水量顯著大于棗林（<0.05），但是坡耕地和草地土壤儲(chǔ)水量無顯著差異。200～1 000 cm剖面土壤儲(chǔ)水量均值為坡耕地>草地>棗林，但在900 cm和1 000 cm土層處，草地儲(chǔ)水量略高于坡耕地。

草地和棗林的深層土壤耗水量如圖4所示。由圖4可知，200～1 000 cm土層，棗林存在明顯的深層土壤水分消耗量且顯著高于草地（<0.05）。棗林耗水量范圍為21.67～32.97 mm，均值為27.67 mm，低耗水量出現(xiàn)在500 cm土層（21.67 mm），高耗水量出現(xiàn)在300 cm土層（32.97 mm），600～900 cm土層耗水量差異不大。隨著土層深度的增加，棗林耗水量無明顯變化規(guī)律，增加與減少并存。草地耗水量范圍為-4.47～10.32 mm，均值為3.50 mm，各土層間草地耗水量變化較大，且在300 cm和600 cm土層耗水量較其他土層略高，分別為9.14 mm和10.32 mm；自700 cm土層開始草地土壤耗水量呈減少趨勢(shì)，直至在900 cm和1 000 cm土層出現(xiàn)負(fù)值，分別為-4.47 mm和-4.35 mm，即無水分消耗量。隨著土層深度的增加，草地耗水量呈減少趨勢(shì)且存在無水分消耗層。

圖3 深層土壤儲(chǔ)水量垂直分布

圖4 深層土壤耗水量垂直分布

2.4 深層土壤含水率的影響因素

各樣地深層土壤含水率與顆粒組成和有機(jī)碳的相關(guān)性如表2所示。坡耕地、草地和棗林深層土壤含水率與黏粒呈極顯著正相關(guān)；坡耕地深層土壤含水率與砂粒呈極顯著負(fù)相關(guān)，草地和棗林深層土壤含水率與砂粒體積分?jǐn)?shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；坡耕地和棗林深層土壤含水率與粉粒呈負(fù)相關(guān)，草地土壤含水率與粉粒體積分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)；坡耕地和草地土壤深層含水率與有機(jī)碳呈負(fù)相關(guān)，棗林土壤深層土壤含水率與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)。

表2 深層土壤含水率與顆粒組成和有機(jī)碳的相關(guān)性

注 表中“*”表示在0.05時(shí)的顯著水平，“**”表示在0.01時(shí)的顯著水平。

3 討論

本研究中，坡耕地、草地和棗林土壤含水率在0～200 cm土層波動(dòng)較大，主要因?yàn)闇\層土壤含水率受降雨、蒸散發(fā)影響較大，并且地上植被對(duì)降雨攔截和入滲也有較大影響[13]。由于降雨補(bǔ)給，坡耕地和草地土壤含水率在0～200 cm土層呈增加趨勢(shì)，這與趙磊等[14]研究一致，即降水會(huì)導(dǎo)致淺層土壤含水率增加。0～1 000 cm剖面，土壤含水率坡耕地>草地>棗林，棗林含水率和儲(chǔ)水量明顯低于坡耕地和草地，這與王志強(qiáng)[15]、王超花[16]、劉丙霞[17]的研究相一致，即農(nóng)地土壤含水率明顯高于其他植被類型。本研究中，坡耕地土壤含水率和儲(chǔ)水量最高，這與前人的研究一致，即黃土丘陵區(qū)小流域內(nèi)緩坡種植的土壤有較好的蓄水性能[18]。主要因?yàn)槠赂仄露仍?5°以上，無機(jī)械翻耕，土地?cái)_動(dòng)性小，減少了水土流失；長(zhǎng)期耕種，土體表層疏松，孔隙度大，利于降雨入滲，且主要農(nóng)作物是玉米和谷子，根系較淺，一年一熟，耗水較少；施用有機(jī)肥，以肥調(diào)水，對(duì)土壤水分保持有一定的作用[19]。

本研究中，草地土壤含水率和儲(chǔ)水量較高且僅次于坡耕地，與坡耕地差異不大，這與肖列等[20]在黃土丘陵區(qū)安塞紙坊溝的研究相一致，即自然草地（鐵桿蒿）含水率與農(nóng)田坡地（谷子）差異不大，與馬婧怡等[21]在黃土丘陵區(qū)磚窯溝流域研究相似，即0～300 cm土層，自然草地（長(zhǎng)茅草）土壤含水率較高，大于刺槐林和檸條地；與張永旺等[22]的研究也一致，即在黃土高原植被恢復(fù)過程中，草地的土壤含水率大于灌木林地和喬木林地。但是，與蘭志龍等[23]在黃土丘陵區(qū)不同土地利用中的研究結(jié)果不同，蘭志龍研究表明，由于人工草地為苜蓿地，根系分布深且生物量大，對(duì)深層水分利用大，導(dǎo)致人工草地土壤含水率較低，與人工檸條林無明顯差異。由此看來，草地或人工林地的耗水量，不能僅僅視林地或草地的區(qū)別而論，需要同時(shí)考慮人工恢復(fù)和自然恢復(fù)的區(qū)別以及恢復(fù)植被類型的不同。

棗林存在明顯的深層土壤水分消耗且顯著高于草地，主要因?yàn)檠芯繀^(qū)棗樹種植年限較短僅為10 a，正處于旺盛生長(zhǎng)期，需水量大，并且清耕的管理方式使得土壤表面蒸散發(fā)增強(qiáng)；此外，棗樹根系發(fā)達(dá)，0～600 cm土層中的細(xì)根根長(zhǎng)密度占總根長(zhǎng)密度的89.54%[24]，在生長(zhǎng)過程中會(huì)消耗深層的土壤水分，乃至出現(xiàn)土壤干層。這與張文飛等[25]的研究一致，即棗樹在前期生長(zhǎng)過程中存在極大的土壤水分消耗量。本研究中，人工棗林的耗水特征與其他人工林也有一定的相似性，如楊敏等[26]、于博威等[27]在黃土丘陵區(qū)的研究表明，人工刺槐林和人工檸條在200～500 cm土層均會(huì)存在明顯的土壤水分消耗，且均發(fā)生了不同程度的土壤干燥化，而荒草地與耕地均無干燥化的發(fā)生。本研究中，草地雖然也出現(xiàn)深層土壤水分消耗量，但耗水量較低，是因?yàn)椴莸刂饕脖皇亲匀换謴?fù)的鐵桿蒿等體積和冠層較小的貼地面生長(zhǎng)淺根系植物，垂直根系不發(fā)達(dá)，水平根系較發(fā)達(dá)[28]。一方面，地表的枯枝落葉層具有很大的持水能力，可以有效增加地表水分入滲量；另一方面，地下根系層還可以有效的提高土壤的抗沖性[29]，減少水土流失。因此，草地對(duì)深層土壤耗水有限，無深根系耗水，甚至在深層增加了土壤含水率，具有涵養(yǎng)水源的作用。

本研究中，坡耕地、草地和棗林深層土壤含水率與黏粒呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與砂粒呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與前人研究一致，即土壤質(zhì)地是影響深層土壤水分狀況的關(guān)鍵因素[30]。退耕還林草后，草地平均黏粒和砂粒體積分?jǐn)?shù)均呈增加趨勢(shì)，主要因?yàn)椴莸乇砻婵萋湮镌谕寥乐行纬筛迟|(zhì)，對(duì)土壤形成了很好的保護(hù)作用，使得黏粒體積分?jǐn)?shù)增加；同時(shí)枯落物促進(jìn)了土壤熟化，改善了土壤結(jié)構(gòu)，使得土壤中大顆粒（0.1～0.2 mm）增加，因此草地砂粒體積分?jǐn)?shù)也呈增加趨勢(shì)。

本文在分析深層土壤含水率的影響因素時(shí)缺乏對(duì)棗林根系的研究，需要進(jìn)一步分析棗樹根系對(duì)土壤含水率的影響。

4 結(jié)論

1）黃土丘陵區(qū)退耕還林草植被恢復(fù)后，0～1 000 cm土層，土壤平均含水率和儲(chǔ)水量均表現(xiàn)為坡耕地>草地>棗林，坡耕地和草地差異不大，但棗林明顯低于坡耕地和草地；各樣地在淺層0～200 cm土層，土壤含水率和儲(chǔ)水量波動(dòng)較大，但是在200～1 000 cm土層趨于穩(wěn)定。

2）200～1 000 cm土層，棗林存在明顯的深層土壤消耗量，且顯著高于草地；草地深層土壤水分消耗量很低，甚至在900～1 000 cm土層無水分消耗，出現(xiàn)土壤含水率增加的趨勢(shì)。

3）土壤質(zhì)地是影響深層土壤水分的主要因素之一，坡耕地、草地和棗林深層土壤含水率與黏粒呈極顯著正相關(guān)，與砂粒呈負(fù)相關(guān)；坡耕地和草地土壤深層含水率與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)，棗林深層土壤含水率與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)。

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Changes in Subsoil Water Content After Withdrawing Crop Production in the Hilly Loess in Northwestern China

MENG Tingting1,2,3,4, WANG Huanyuan1,2,3,4*, LIU Jinbao1,2,3,4, YANG Liangyan1,2,3,4, SHI Lei1,2,3,4

(1. Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co., Ltd.,Xi’an 710075, China; 2.Institute of Land Engineering and Technology, Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co., Ltd, Xi’an 710075, China; 3. Key Laboratory of Degraded and Unused Land Consolidation Engineering, Ministry of Natural Resources,Xi’an 710075, China; 4.Shaanxi Provincial Land Consolidation Engineering Technology Research Center,Xi’an 710075, China)

【】Withdrawing crop production to restore ecological functions of the loess plateau in northwestern China has greatly increased vegetation coverage since 1999, but there is a lack of understanding of how subsoil water content responded to such land use changes. The purpose of this paper is to fill this knowledge gap.【】Soil water content in the depths from the soil surface to 1000 cm was measured from slopped farmland, grassland and jujube orchard at a small watershed in the Yuanzegou waterhead in a loess hilly region.【】①The average moisture content in the 0～1 000 cm soil in different ecosystems was ranked in the order of jujube orchard < grassland < sloping farmland. In the 0～200 cm soil, soil water content in the farmland, grassland and jujube orchard increased with depth first followed by a decline, with their average water content across the soil profile being 11.91%, 11.23% and 9.99%, respectively. In the depth from 200 to 1000 cm, soil water content decreased asymptotically with depth, with the average soil water content over the profile being 11.77%, 11.62% and 9.96%for the farmland, grassland and jujube orchard, respectively. ②Water stored in the 200～1 000 cm soils was ranked in the order of farmland > grassland >jujube orchard, with their associated average value being 148.78 mm, 145.28 mm and 121.11 mm, respectively. Waters stored in the farmland and grassland were comparable, both being significantly higher than that in the jujube orchard (<0.05). ③Jujube took up more water from the 200～1 000 cm soil than the grasses (<0.05), with the water consumed by the jujube ranging from 21.67 mm to 32.97 mm compared to -4.47 mm to 10.32 mm used by the grasses. ④Subsoil water content was positively correlated with clay while negatively related to sand particles and organic carbon mass fraction, all at significant levels.【】Withdrawing crop production significantly reduced soil water content and water storage in the subsoil, especially when returning to forests. Jujube took a significant amount of water from the subsoil, followed by the grasses. Therefore, managing vegetation coverage after sparing cropped land is critical to restoring ecological functions of the hilly loess landscape in northwestern China.

withdrawing crop production; subsoil water content; forests and grasslands; Jujube orchard

1672 - 3317（2021）12 - 0078 - 07

S15

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021118

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MENG Tingting, WANG Huanyuan, LIU Jinbao, et al. Changes in Subsoil Water Content After Withdrawing Crop Production in the Hilly Loess in Northwestern China[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(12): 78-84.

2021-0406

陜西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2019JQ-945）；陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)科研項(xiàng)目（DJNY2021-30，DJNY2021-15）

孟婷婷，女。碩士，主要研究方向?yàn)樗临Y源高效利用。E-mail: 1498643610@qq.com

王歡元，男。博士，主要研究方向?yàn)橥恋卣喂こ?。E-mail: 181073033@qq.com

責(zé)任編輯：陸紅飛