毛烏素沙地三種典型固沙灌叢蒸散特征及土壤水分收支狀況研究

摘 要：為了探明毛烏素沙地主要固沙灌叢水量平衡狀況，于2018—2019年，分析和計(jì)算了毛烏素沙地西南緣固定沙地及半固定沙地中間錦雞兒（Caragana intermedia Kuang et H. C. Fu）、油蒿（Artemisia ordosica Krasch）和羊柴（Hedysarum mongodicum Turcz var.）灌叢的蒸散量、土壤儲水量及水分利用效率和土壤水分平衡狀況。結(jié)果表明，羊柴、中間錦雞兒和油蒿灌叢兩年平均蒸散量分別為258.83、252.69、251.27 mm。三種灌叢在半固定沙地的兩年平均蒸散量（259.55 mm）均高于固定沙地（248.97 mm）。在降雨量較高的2018年，三種灌叢蒸散量由大到小依次為羊柴、中間錦雞兒、油蒿;在降雨量較低的2019年（4—10月降雨量為230.7 mm），三種灌叢蒸散量由大到小依次為油蒿、羊柴、中間錦雞兒。在同一年份內(nèi)，三種灌叢蒸散量表現(xiàn)為雙峰曲線。在2018年，三種灌叢的Et/P均大于1，土壤儲水量呈減少的趨勢，油蒿灌叢的Et/P最低。2019年，三種灌叢的Et/P均小于1，中間錦雞兒灌叢的Et/P最低。綜上，毛烏素沙地三種固沙灌叢中間錦雞兒、羊柴和油蒿土壤水分虧缺的程度較輕，油蒿灌叢對土壤水分消耗程度最低，羊柴灌叢對土壤水分的消耗程度最高。

關(guān)鍵詞：毛烏素沙地; 固沙灌木; 土壤水分平衡

中圖分類號：S152.7"""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A""""" 文章編號：1002-204X（2024）11-0055-09

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2024.11.009

Evapotranspiration Characteristics and Soil Water Budget of Three Typical Sand Fixing Shrubs in Mu Us Sandy Land

Zhang Li1， Yang Shaoyun2， Meng Wenting3， Li Lin'ao4，5，6， Zhu Lin4，5，7*， Song Yuxia1

（1.Agricultural Biotechnology Research Center， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Yinchuan， Ningxia 750002; 2.Lingwu Daquan Forest Farm， Yinchuan， Ningxia 751400; 3.Government of Tianchidian Township， Loufan County， Taiyuan Municipality， Shanxi Province， Taiyuan， Shanxi 030311; 4.College of Ecology and Environment， Ningxia University， Yinchuan， Ningxia 750021; 5.State Key Laboratory of Land Degradation and Ecological Restoration of Northwest China， Ningxia University， Lingwu， Ningxia 750021; 6.College of Agriculture， Ningxia University， Yinchuan， Ningxia 750021; 7.Ministry of Education Key Laboratory of Restoration and Reconstruction of Degraded Ecosystems of Northwest China， Ningxia University， Yinchuan， Ningxia 750021）

Abstract In order to investigate the water balance of the main sand-fixing shrublands in Mu Us Sandy Land， in 2018-2019， the evapotranspiration， soil water storage and water use efficiency and soil water balance of the shrubs of Caragana intermedia Kuang et H. C. Fu， Artemisia ordosica and Hedysarum mongolicum Turez in the fixed and semi-fixed sandy land on the southwest margin of Mu Us Sandy Land were analyzed and calculated. The results showed that the two-year average evapotranspirations of the shrubs of Caragana intermedia Kuang et H. C. Fu， Artemisia ordosica and Hedysarum mongolicum Turez was 258.83 mm， 252.69 mm and 251.27 mm， respectively. The two-year average evapotranspirations of the three shrubs in semi-fixed sandy land （259.55 mm） was higher than that in fixed sandy land （248.97 mm）. In 2018， when the rainfall was high， the ranking of the three shrub species in order of the evapotranspirations from large to small was Hedysarum mongolicum Turez， Caragana intermedia Kuang et H. C. Fu and Artemisia ordosica. In 2019， when the rainfall was relatively low" （230.7 mm from April to October）， the ranking of the three shrub species in order of the evapotranspirations from the largest to the smallest was Artemisia ordosica， Hedysarum mongolicum Turez and Caragana intermedia Kuang et H. C. Fu. In the same year， the evapotranspirations of the three shrublands showed a bimodal curve. In 2018， the Et/P of the three shrub species was all greater than 1， and the soil water storage was in a decreasing trend， and the Et/P of the Artemisia ordosica shrub was the lowest. In 2019， the Et/P of the three shrubs was all less than 1， and the Et/P of Caragana intermedia Kuang et H. C. Fu shrub was the lowest. In summary， the degree of soil water deficit of the three sand-fixation shrubs， i.e. Caragana intermedia Kuang et H. C. Fu， Hedysarum mongolicum Turez and Artemisia ordosica in Mu Us Sandy Land was relatively moderate， while the degree of soil water consumption of Artemisia ordosica shrub was the lowest， and the degree of soil water consumption of Hedysarum mongolicum TUrez shrub was the highest.

Key words Mu Us Sandy Land; Sand-fixing shrub; Soil water balance

基金項(xiàng)目：寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)保護(hù)科技創(chuàng)新示范項(xiàng)目（NGSB-2021-9）、寧夏回族自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2022BEG02012）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31860135）。

作者簡介：張麗（1982—），女，河北吳橋人，在讀博士，主要從事生物技術(shù)育種和沙生植物資源開發(fā)研究。

*通信作者：朱林（1970—），男，寧夏銀川人，博士，研究員，研究方向?yàn)橹参锬婢成砩鷳B(tài)。

收稿日期：2023-08-18" 修回日期：2023-09-02

植被群落的蒸散（Evapotranspiration， ET）是陸地水分循環(huán)的重要組成部分，也是流域水資源評估和管理中至關(guān)重要的一部分。生物量、土壤含水量、土壤養(yǎng)分及水分的消耗和補(bǔ)充等生態(tài)過程對地上植被蒸散量有重要影響[1]。土壤水分是影響林木生長和生存的主要因素之一，土壤供水主要來自降水，消耗方式包括植物吸收、蒸發(fā)、入滲等[2]。土壤水分影響人工固沙植被區(qū)的穩(wěn)定性，對人工固沙植被長期穩(wěn)定發(fā)展至關(guān)重要，是干旱、半干旱地區(qū)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和治沙造林的主要限制因子[3]。土壤水分動態(tài)不僅受到氣候和土壤物理特性的影響，還受到植被類型、森林密度等因素的影響，從而導(dǎo)致不同地區(qū)和不同植被的土壤水分特征不同[4]。在氣候條件基本相同、土壤基質(zhì)為沙質(zhì)的情況下，植被狀況對土壤水分的再分配起到較為關(guān)鍵的作用。植被通過蒸騰作用消耗土壤中的水分，土壤水分隨著植被蓋度的增加而遞減[5]。研究發(fā)現(xiàn)，在毛烏素沙地南緣沙漠化臨界區(qū)域，0～5 cm土層土壤水分含量的高低與植物群落物種數(shù)的多少密切聯(lián)系，是制約植被物種空間分布的決定性因素[6]。荒漠綠洲過渡帶植被蓋度與表層土壤水分具有顯著的負(fù)相關(guān)[7]。

干旱、半干旱地區(qū)多變的水分環(huán)境不僅對不同植物個體生長和生理狀況產(chǎn)生影響，也顯著影響著植物群落結(jié)構(gòu)及物種多樣性[8]。旱區(qū)固沙林地水分平衡對于固沙植物是否能夠可持續(xù)生長十分重要[9]。研究植物栽植區(qū)的水分平衡，也就是研究水分的收入（降水量）與支出（蒸散量），是進(jìn)行植被建植工作的重要理論依據(jù)[10]。我國沙地類型豐富，地理分布及氣象條件差異大，研究者對不同沙地區(qū)域林地水分平衡進(jìn)行研究后得出大致相同的結(jié)果：不同地區(qū)、不同樹種蒸散量不同，但年總蒸散量接近年均降水量[9，11]。

毛烏素沙地位于北半球中緯度的西風(fēng)環(huán)流控制區(qū)，處于東亞季風(fēng)邊緣區(qū)，屬溫帶干旱、半干旱的大陸性季風(fēng)氣候。毛烏素沙地的降水量自西北向東南呈現(xiàn)遞增的趨勢，由250 mm增至490 mm，年內(nèi)降水量主要集中在7—9月，約占全年降水量的70%以上。降水的年變率很大，一般在20%～70%之間，西北部甚至大于100%[12]。毛烏素沙地土壤水分的主要來源是大氣降水和地下水，由于該區(qū)地下水埋藏深度在3 m以下，因此土壤水分補(bǔ)給主要依靠大氣降水。研究表明，毛烏素沙地不同的植被蓋度下固定沙地、半固定沙地和流動沙地土壤水分存在明顯的季節(jié)變化規(guī)律[13]。

根據(jù)國家林業(yè)和草原局發(fā)布的最新數(shù)據(jù)資料可知，近年來毛烏素沙化土地治理率持續(xù)增長，沙地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)工作已經(jīng)取得了質(zhì)的飛躍。但是，學(xué)術(shù)界對于毛烏素沙地主要固沙灌木林地土壤水分收支狀況缺乏科學(xué)系統(tǒng)的認(rèn)識，應(yīng)重點(diǎn)開展主要固沙植被蒸散特征和土壤水分承載力方面研究。在2018—2019年植物生長季，課題組采用TDR土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)，對毛烏素沙地不同恢復(fù)階段的中間錦雞兒、油蒿和羊柴灌叢0～300 cm土壤剖面水分進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)合不同時段降雨量，估算三種灌叢蒸散量變化特征及儲水情況，并比較土壤水分利用效率，分析灌叢種類和沙地不同恢復(fù)階段等因素對三種灌叢水量平衡的影響，為半干旱地區(qū)沙地的植被恢復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于寧夏回族自治區(qū)吳忠市鹽池縣高沙窩鄉(xiāng)，地理坐標(biāo)界于37°02'08\"～38°26'58\" N、101°03'24\"～102°15'35\" E之間，海拔為1 450～1 480 m，該地區(qū)屬于典型的中溫帶大陸性氣候。試驗(yàn)地土壤種類主要是風(fēng)沙土，pH值為8.5～8.8，有機(jī)質(zhì)含量低，腐殖質(zhì)缺乏，土壤肥力極差。植被類型屬于草原向荒漠草原過渡的類型，植被種類貧乏，地表植被主要由旱生類型的植物組成。植被以油蒿（Artemisia ordosica Krasch.）、羊柴（Hedysarum mongodicum Turcz Var.）、中間錦雞兒（Caragana intermedia Kuang et H. C. Fu）、苦豆子（Sophora alopecuroides L.）、甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）、牛心樸子（Cynanchum komarovii Iljinski）、中亞白草（Pennisetum centrasiaticum Tzvel.）、賴草[Leymus secalinus （Georgi） Tzvel.]為主。

試驗(yàn)區(qū)不同坡位土壤理化性質(zhì)如表1所示。土壤容重為1.36～1.45 g·cm-3，坡底和坡中無顯著差異，但顯著大于坡頂。隨著坡位的升高土壤養(yǎng)分呈逐漸下降趨勢。坡底全氮、全鉀含量明顯大于坡中和坡頂（Plt;0.05）;坡頂速效鉀含量與坡底、坡中有顯著差異（Plt;0.05）。不同坡位之間田間最大持水量存在顯著差異。

1.2 試驗(yàn)材料

在毛烏素沙地觀測樣地的固定沙地和半固定沙地，以中間錦雞兒、油蒿和羊柴灌叢為研究對象（圖1），在每個坡位每種灌木選擇8～10個冠幅相近的灌叢作為觀測樣樹，灌叢內(nèi)外有草本植物中亞白草和賴草分布。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2018年6月，在固定沙地和半固定沙地恢復(fù)階段共選擇12個冠幅相近的中間錦雞兒、油蒿及羊柴灌叢預(yù)埋一根探管測定土壤體積含水量，探管長度為 300 cm。三種灌叢0～300 cm土壤剖面體積含水量采用HD2便攜式土壤水分速測儀（TDR HD2， IMKO Micromodultechnik，德國）測定，每20 cm記錄一次數(shù)據(jù)，每隔15 d測定一次。在試驗(yàn)區(qū)中央離地面2 m高處安置Vantage Pro2 Plus自動氣象站（DAVIS， USA加州海沃德），觀測微氣象參數(shù)，計(jì)算月降雨量。根據(jù)土壤體積含水量、月降雨量計(jì)算固定沙地和半固定沙地三種灌叢各月土壤儲水量、蒸散量，分析2018和2019年三種灌叢在不同沙地恢復(fù)階段的土壤水分收支狀況、降水利用效率及水分利用效率的差異。

1.4 測定項(xiàng)目及指標(biāo)

土壤含水量：在灌叢水分利用特征的監(jiān)測樣地，每隔15 d利用雙針熱脈沖-時域反射技術(shù)（TDR，Time Domain Reflectometry），快速測量12個灌叢0～300 cm土壤剖面水分含量，每隔20 cm讀取一個數(shù)值，每個探管測量3個重復(fù)。每次測量前，在實(shí)驗(yàn)室將儀器調(diào)制成沙土模式，進(jìn)行測量校準(zhǔn)。

土壤某層次的儲水量：W=0.1×G×H

式中：W為土壤儲水量（mm），G為土壤體積含水量（%），H為土層厚度（cm）。

灌叢蒸散量采用灌叢水量平衡方程計(jì)算[14]：

ΔW=P-R-Et-ΔS-L

ΔW=W1-W2

式中：W1為測定初期土壤儲水量（mm），W2為測定末期土壤儲水量（mm），P為降水量（mm），R為地表徑流量（mm），E為蒸散量（mm），ΔS為林分蓄水量（mm），L為滲漏量（mm），ΔW為儲水量的變化值（mm）。

由于試驗(yàn)區(qū)地處半干旱地區(qū)，地表徑流量以及滲漏量可以忽略不計(jì)，ΔS與林分生長量和季節(jié)有關(guān)，就一年來說其數(shù)值與降雨量相比很小。因此，蒸散量可由簡化的土壤水分平衡方程計(jì)算獲得。

Et=P-ΔW

不同灌叢水分利用效率（WUE）是指單位蒸散量所獲得地上生物量，即WUE=Y/Et。式中：Y為觀測期間三種灌木當(dāng)年生枝條生物量（g·m-2），Et為蒸散量（mm）。三種固沙灌木當(dāng)年生枝條生物量參照孫迎濤等[15]的方法測定。

不同灌叢降水利用效率（PUE）是指灌叢當(dāng)年地上生物量與降水量的比值[16]：PUE=Y/P。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2010，顯著性分析采用SPSS 25.0，做圖采用SigmaPlot 12.5。

2 結(jié)果與分析

2.1 三種典型固沙灌叢蒸散量變化特征

由表2看出，2018年和2019年各月降雨量分布不平衡，兩年的降雨主要分布在6—9月份，8—9月降雨量達(dá)到整個生長期的峰值。對比2018年和2019年兩年數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2018年的降雨量（294.4 mm）明顯高于2019年（230.7 mm）。2018年和2019年生長季節(jié)降雨量均低于鹽池多年平均降雨量（297.4 mm）[17]。

根據(jù)沙地灌叢林地水量平衡方程，計(jì)算中間錦雞兒灌叢、油蒿灌叢和羊柴灌叢各月的土壤水分蒸散量，繪制2018年、2019年不同植被恢復(fù)階段，中間錦雞兒灌叢、油蒿灌叢和羊柴灌叢蒸散量與降雨量關(guān)系圖。由圖2和圖3可知，三種灌叢在不同植被恢復(fù)階段的季節(jié)變化趨勢相同，2018年7—8月，灌叢蒸散量顯著上升，而從8月到10月份，灌叢蒸散量顯著下降。這主要因?yàn)?、8月中間錦雞兒灌叢、油蒿灌叢和羊柴灌叢都處于旺盛生長時期，蒸騰耗水分較多，從而使得蒸散量明顯偏大;9月份以后大氣溫度降低，各灌叢進(jìn)入生長末期，蒸散量明顯下降。

在固定沙地，2018年7月和10月，三種灌叢間蒸散量的差異都達(dá)到顯著水平（Plt;0.05）;9月三種灌叢蒸散量的差異未達(dá)到顯著水平;8月油蒿的蒸散量顯著高于其他兩種灌叢（Plt;0.05），中間錦雞兒灌叢和羊柴灌叢無顯著差異。在半固定沙地，7月三種灌叢的蒸散量未達(dá)到顯著水平;8月中間錦雞兒的蒸散量顯著高于其他兩種灌叢（Plt;0.05）;9月羊柴的蒸散量顯著高于其他兩種灌叢（Plt;0.05）;10月羊柴的蒸散量高于其他兩種灌叢，與油蒿灌叢間差異顯著（Plt;0.05），與中間錦雞兒灌叢間差異不顯著（Pgt;0.05）。

從圖4和圖5可以看出，2019年，三種灌叢的土壤蒸散量在6月和8月出現(xiàn)兩個峰值，呈現(xiàn)“M”型變化趨勢。在固定沙地，5月份，土壤的蒸散量高于降雨量，羊柴灌叢的蒸散量顯著高于中間錦雞兒和油蒿灌叢。6月份，隨著氣溫升高和降雨量的增加，中間錦雞兒灌叢、油蒿灌叢和羊柴灌叢的土壤蒸散量顯著增加。6月和7月三種灌叢蒸散量由高到低依次為羊柴、油蒿、中間錦雞兒。8月份，降雨量的升高使中間錦雞兒灌叢、油蒿灌叢和羊柴灌叢林地土壤的蒸散量快速增加，但三種灌叢蒸散量仍低于降雨量，三種灌叢的蒸散量由高到低依次為中間錦雞兒、油蒿、羊柴灌叢。9月份，降雨量和蒸散量均顯著降低，三種灌叢的蒸散量由高到低依次為油蒿、羊柴、中間錦雞兒。10月份，蒸散量下降到最低點(diǎn)，三種灌叢的蒸散量由高到低依次為油蒿灌叢、中間錦雞兒灌叢、羊柴灌叢（圖4）。在半固定沙地，三種灌叢不同月份蒸散量仍表現(xiàn)為雙峰曲線，即蒸散量在6月份和8月份達(dá)到峰值，8月份之后顯著下降。5月份，油蒿灌叢的蒸散量顯著低于中間錦雞兒和羊柴（Plt;0.05），而6月份油蒿灌叢蒸散量顯著高于中間錦雞兒和羊柴，7—9月三種灌叢的蒸散量均無顯著差異，10月油蒿灌叢的蒸散量顯著高于其他兩種灌叢（Plt;0.05）。

2.2 三種典型固沙灌叢土壤儲水量變化

由表3看出，半固定沙地的土壤儲水量高于固定沙地，三種灌叢土壤儲水量由高到低依次為羊柴灌叢、油蒿灌叢、中間錦雞兒灌叢。2018年，在半固定沙和固定沙地，三種灌叢各月的土壤儲水量均呈先下降后增加的趨勢，6—8月土壤儲水量呈下降趨勢，8月份下降到最低值，9月份略有增加，10月份后又開始下降，這主要與2018年8—9月較高的降雨量有關(guān)。2019年，半固定沙地和固定沙地三種灌叢各月土壤儲水量呈先增加后降低的趨勢，土壤儲水量在8月份達(dá)到峰值，之后開始下降，但半固定沙地的中間錦雞兒和羊柴土壤儲水量在10月份略有回升。土壤儲水量變化趨勢與月份降雨量分布有關(guān)，也與不同季節(jié)灌叢蒸騰耗水量的變化有關(guān)。

2.3 三種典型固沙灌叢土壤水分平衡特征

由表4看出，在2018—2019年觀測期，羊柴、中間錦雞兒和油蒿灌叢的兩年平均蒸散量分別為258.83、252.69、251.27 mm，三種灌叢在半固定沙地的兩年平均蒸散量（259.55 mm）均高于固定沙地（248.97 mm）。固定沙地三種灌叢的平均蒸散量由高到低依次為羊柴、油蒿、中間錦雞兒。2019年中間錦雞兒與油蒿灌叢的土壤儲水量高于2018年，而羊柴的土壤儲水量處于負(fù)平衡狀態(tài)。在觀測期間羊柴平均Et/P大于1，說明其蒸散量大于降雨量;而油蒿和中間錦雞兒灌叢的Et/P都小于1，說明其蒸散量低于降雨量。在半固定沙地，油蒿灌叢的平均蒸散量最低，羊柴灌叢的平均蒸散量最高。中間錦雞兒和油蒿的土壤儲水量均為正值，且Et/P均小于1，說明這兩種灌木的蒸散耗水量小于降雨量，土壤水分趨于增加;而羊柴的土壤儲水量為負(fù)值，且Et/P大于1，說明羊柴的蒸散量大于降雨量，土壤水分趨于減少。在三種固沙灌叢中，油蒿的蒸散量、Et/P最低，而土壤儲水量最高，說明油蒿對土壤水分的消耗最低。

2018年，由于降雨量增加，三種灌叢蒸散量均大于2019年。三種灌叢在固定沙地和半固定沙地上蒸散量由高到低排序依次為羊柴、中間錦雞兒、油蒿，三種灌叢的Et/P均大于1，土壤儲水量處于減少的趨勢。羊柴對土壤水分的消耗最大，尤其在半固定沙地，羊柴灌叢土壤儲水量達(dá)到-31.64 mm，這說明羊柴灌叢的蒸散量受降雨量的影響較大。

2019年降水量低于2018年，三種灌叢的蒸散量也比2018年的低，三種灌叢的蒸散量由大到小依次為油蒿、羊柴、中間錦雞兒。在固定沙地，中間錦雞兒的蒸散量低于其他兩種灌叢，同時中間錦雞兒灌叢的Et/P較低，中間錦雞兒的土壤儲水量顯著高于其他兩種灌叢。在半固定沙地，油蒿灌叢的蒸散量高于其他兩種灌叢。2019年三種灌叢的土壤儲水量高于2018年，儲水量由高到低依次為中間錦雞兒、羊柴、油蒿，三種灌叢的Et/P均小于1，說明其蒸散量低于降雨量。

2.4 三種典型固沙灌叢水分利用效率

由表5可知，在固定沙地中，三種灌叢的降水利用效率有顯著性差異（Plt;0.05），降水利用效率由大到小依次為中間錦雞兒、羊柴、油蒿。與2018年相比，2019年中間錦雞兒灌叢的降水利用效率有所提高，而油蒿和羊柴灌叢降水利用效率有所降低。在半固定沙地中，2018年和2019年中間錦雞兒灌叢的降水利用效率顯著高于其他兩種灌叢（Plt;0.05）。2018年羊柴灌叢的降水利用效率顯著高于油蒿灌叢（Plt;0.05），約為油蒿灌叢的1.43倍。2019年油蒿灌叢降水利用效率低于羊柴灌叢。

在固定沙地中，三種灌叢的水分利用效率有顯著性差異（Plt;0.05），其大小依次為中間錦雞兒、羊柴、油蒿，三種灌叢在2019年的水分利用效率高于2018年。在半固定沙地中，三種灌叢的水分利用效率存在顯著性差異（Plt;0.05），其大小依次為中間錦雞兒、羊柴、油蒿;2019年油蒿灌叢的土壤水分利用效率比2018年增加1.3%，中間錦雞兒灌叢增加33%，羊柴灌叢增加28.2%。

3 討論

蒸散量是干旱半干旱地區(qū)水資源與水文研究中非常重要的指標(biāo)，精確計(jì)算固沙植被區(qū)的蒸散耗水量對建設(shè)和精準(zhǔn)管理人工固沙植被，防止人工植被區(qū)因水分失衡而衰退具有重要作用[11]。蒸散是土壤水分平衡的重要組成部分[18]，蒸散量受降水的影響顯著。張瑜等[19]研究表明隨生長季變化，累積蒸散量和同期累積降水量變化規(guī)律一致。KRISHNAN P等[20]應(yīng)用渦度相關(guān)法對兩個半干旱區(qū)灌叢蒸散量進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)，7—9月蒸散量與土壤含水量呈線性相關(guān)，與降水量及生長季天數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。包永志[21]報道科爾沁沙地蒸散發(fā)季節(jié)變化分明，不同生長期由大到小依次為生長旺盛期、生長后期、生長初期，與降水的分布和季節(jié)變化規(guī)律相吻合。梁香寒[22]的研究表明，毛烏素沙地固定沙地內(nèi)各層土壤含水量顯著低于半固定沙地和流動沙地。每年8—10月土壤含水量整體上顯著上升，并隨著降水出現(xiàn)多次峰值。本研究中，2018年試驗(yàn)區(qū)降雨量高于2019年，中間錦雞兒、油蒿和羊柴灌叢的年均蒸散量亦隨降雨量的增加而增加。在灌叢生長季節(jié)，蒸散量隨著降雨量呈現(xiàn)一致的變化趨勢，表現(xiàn)為雙峰曲線，植被的蒸散量峰量分別出現(xiàn)在6月和8月，說明降雨量的增加促進(jìn)了灌木生長，進(jìn)而增加了灌叢的蒸散量。三種灌叢在不同沙地類型的蒸散量由高到低依次為半固定沙地、固定沙地，這主要與半固定沙地更高的土壤儲水量有關(guān)。

植被與土壤水分之間存在顯著的互作，植物固定沙丘后，明顯地增加了沙地生態(tài)系統(tǒng)的蒸散量。當(dāng)?shù)厣现脖坏恼羯⒘看笥诮邓繒r，就會以消耗土壤貯水量來支撐地上植被的生長[4]。WANG S K等[23]認(rèn)為，從沙地水分的有限性和植物群落土壤水分供需平衡的角度分析，如果植物群落土壤水分虧缺程度較輕，且能及時得到補(bǔ)充，則該植物群落的適應(yīng)性和穩(wěn)定性較強(qiáng)。本研究結(jié)果表明，中間錦雞兒、羊柴和油蒿灌叢在2018年Et/P變化范圍為1.01～1.11，2019年Et/P的變化范圍為0.87～0.96，說明在毛烏素沙地三種固沙灌叢土壤水分虧缺的程度較輕，并且可以恢復(fù)。梁香寒[22]發(fā)現(xiàn)毛烏素沙地豐水年和平水年內(nèi)油蒿灌叢的土壤蓄水量基本不會出現(xiàn)下降，降水對土壤水分的補(bǔ)給可以基本滿足蒸散需求;但在干旱條件下和虧水年內(nèi)，固定沙地的土壤蓄水量出現(xiàn)了虧缺。本研究發(fā)現(xiàn)，雖然研究區(qū)2018年生長季期間降雨量（294.4 mm）高于2019年（230.7 mm），但在2018年在植物生長季節(jié)結(jié)束時，三種灌叢均出現(xiàn)土壤儲水量負(fù)平衡的現(xiàn)象，說明土壤水分收支平衡狀況不僅與降雨量有關(guān)，也與地上植被生長狀況和耗水特性有關(guān)。即使在降雨量較高的年份，地上植被蒸散量較高，也可能導(dǎo)致土壤水分的消耗。

ZHANG Z S等[24]在騰格里沙漠西南緣的蒸滲儀2年的試驗(yàn)結(jié)果表明，檸條（Caragana korshinskii Kom.）在豐雨年份蒸散量較高，而油蒿在干旱年份蒸散量較高，分析出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是兩種灌木根系分布不同造成的。檸條根系較油蒿的深，在濕潤年份，較多的水分可以滲入到深層土層，使檸條更容易利用這部分水分，這種情況下更高的植物蒸騰導(dǎo)致蒸散量上升。但在干旱年份，滲入深層土壤的水分很少，使檸條無法從深層土壤吸收水分，導(dǎo)致蒸散量更低。而對于油蒿，由于水分散失主要發(fā)生在土壤表面以及淺層土層，植株的蒸散量較檸條的低。由于油蒿分布于淺層土層的根系能夠更好地利用入滲到淺層土層的雨水，從而有更高的蒸散量。這表明由于植物種利用水分的機(jī)制不同，其蒸散量隨年降水變化差異明顯。錢多[25]的研究結(jié)果表明，在相同的生境條件下，油蒿比羊柴和沙柳的耗水量更低，應(yīng)對干旱環(huán)境變化的自身調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)。本研究發(fā)現(xiàn)，在降雨量相對較高的年份（2018年），固定沙地和半固定沙地三種灌叢蒸散量由高到低依次為羊柴、中間錦雞兒、油蒿，羊柴灌叢土壤水分虧缺的程度最為嚴(yán)重，其次是中間錦雞兒和油蒿灌叢，油蒿灌叢對土壤水分消耗程度最低。而在降雨量相對較低的年份（2019年），三種灌叢蒸散量由高到低依次為油蒿、羊柴、中間錦雞兒，中間錦雞兒灌叢對土壤水分的消耗程度最低。以上現(xiàn)象可能與不同灌木根系特征以及兩個年份降雨分布有關(guān)。在降雨較高的年份，羊柴和中間錦雞兒這類深根性的灌木能夠更好地利用入滲到深層土壤的水分，因而蒸散量更高;雖然2019年總降雨量較低，但降雨天數(shù)卻高于2018年，頻繁的小規(guī)模降雨會顯著提高淺層土壤水分，油蒿較淺的根系能夠更好地利用這部分水分，從而產(chǎn)生較高的蒸散量，本研究結(jié)果與ZHANG Z S等[24]關(guān)于檸條和油蒿根系不同而導(dǎo)致的不同年際間蒸散量差異的報道一致。

水分利用效率是反映生態(tài)系統(tǒng)碳水耦合的重要指標(biāo)，地上生物量和蒸散量是不同灌叢群落間水分利用效率產(chǎn)生差異的原因[26]。本研究發(fā)現(xiàn)中間錦雞兒灌叢的水分利用效率顯著高于油蒿灌叢和羊柴灌叢，說明中間錦雞兒能更好地利用水資源維持較高的地上生物量，從而使其水分利用效率較高。BAI Y F等[27]報道內(nèi)蒙古高原降水量的增加會使特定生態(tài)系統(tǒng)的降水利用效率下降，這主要是降水與土壤N及生物因素之間互作的結(jié)果。本研究發(fā)現(xiàn)從2018年到2019年隨降水量的降低，油蒿灌叢和羊柴灌叢的降水利用效率降低，而中間錦雞兒降水利用率升高，這與BAI Y F等[27]的報道不完全一致，可能是中間錦雞兒較深的根系能夠利用深層土壤水分，對降水的依賴程度較低，在降水量降低時通過利用深層土壤水分維持其生長，從而使降水利用率數(shù)值較高;而油蒿和羊柴根系較淺，對降水的依賴程度較高，在降水較少時其地上生長受到嚴(yán)重影響，故而水分利用效率降低。

4 結(jié)論

本研究根據(jù)毛烏素沙地西南緣固定沙地及半固定沙地中間錦雞兒、油蒿和羊柴三種灌叢兩年土壤水分監(jiān)測數(shù)據(jù)，計(jì)算不同灌叢蒸散量、土壤儲水量變化以及水分利用效率等指標(biāo)，得出以下結(jié)論。

（1）毛烏素沙地三種固沙灌叢中間錦雞兒、油蒿和羊柴在半固定沙地的蒸散量高于固定沙地，并且在降雨量較高的年份蒸散量更高。

（2）在同一個生長季內(nèi)，三種灌叢各月蒸散量表現(xiàn)為雙峰曲線，即蒸散量在6月份和8月份達(dá)到峰值，8月份之后顯著下降。

（3）在2018年，三種灌叢蒸散量由大到小依次為羊柴、中間錦雞兒、油蒿。三種灌叢的Et/P均大于1，土壤儲水量處于減少的趨勢，油蒿灌叢的Et/P最低，對土壤水分的消耗最少。2019年，三種灌叢的蒸散量由高到低依次為油蒿、羊柴、中間錦雞兒。三種灌叢的Et/P均小于1，中間錦雞兒灌叢的Et/P最低，對土壤水分的消耗最少。

參考文獻(xiàn)：

[1] WEVER L A， FLANAGAN L B， CARLSON P J. Seasonal and interannual variation in evapotranspiration， energy balance and surface conductance in a northern temperate grassland[J]. Agricultural and Forest Meteorology，

2002， 112（1）： 31-49.

[2] 王文玉. 半干旱地區(qū)蒸發(fā)量及有效降水的研究[D]. 蘭州：蘭州大學(xué)，2014.

[3] 阿拉木薩，蔣德明，李雪華，等. 科爾沁沙地典型人工植被區(qū)土壤水分動態(tài)研究[J]. 干旱區(qū)研究，2007（5）：604-609.

[4] 張國盛，王林和，董智，等. 毛烏素沙地主要固沙灌（喬）木林地水分平衡研究[J]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2002（3）：1-9.

[5] 賈海坤，高瓊，劉穎慧，等. 皇甫川流域檸條林地水分動態(tài)模擬——坡度、坡向、植被密度與土壤水分的關(guān)系[J]. 植物生態(tài)學(xué)報，2005，29（6）：910-917.

[6] 邱開陽，謝應(yīng)忠，許冬梅，等. 毛烏素沙地南緣沙漠化臨界區(qū)域土壤水分和植被空間格局[J]. 生態(tài)學(xué)報，2011（10）：2697-2707.

[7] 王蕙， 趙文智， 常學(xué)向. 黑河中游荒漠綠洲過渡帶土壤水分與植被空間變異[J]. 生態(tài)學(xué)報，2007（5）：1731-1739.

[8] 王夏楠. 植物群落對土壤水分變化的響應(yīng)機(jī)理研究[D]. 阿拉爾：塔里木大學(xué)，2015.

[9] 蔣德明，張娜，阿拉木薩，等. 我國固沙植物抗旱性及基于水量平衡的沙地造林合理密度研究進(jìn)展[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報，2013，28（6）：75-83.

[10] WANG X P， BERNDTSSON R， LI X R， et al. Water balance change for a re-vegetated xerophyte shrub area[J]. Hydrological Sciences Journal， 2004， 49（2）：283-295.

[11] 李新榮，張志山，黃磊，等. 我國沙區(qū)人工植被系統(tǒng)生態(tài)——水文過程和互饋機(jī)理研究評述[J]. 科學(xué)通報， 2013，58（5-6）：397-410.

[12] 何彤慧，王乃昂. 毛烏素沙地歷史時期環(huán)境變化研究[M]. 北京：人民出版社，2010.

[13] 伍永秋，張健楓，杜世松，等. 毛烏素沙地南緣不同活性沙丘土壤水分時空變化[J]. 中國沙漠，2015，35（6）：1612-1619.

[14] 楊新民，楊文治. 灌木林地的水分平衡研究[J]. 水土保持研究，1998，5（1）：109-118.

[15] 孫迎濤，岳艷鵬，成龍，等. 毛烏素沙地油蒿（Artemisia ordosica）生長及生物量分配對沙漠化的響應(yīng)[J]. 中國沙漠，2022，42（1）：123-133.

[16] 米兆榮，陳立同，張振華，等. 基于年降水、生長季降水和生長季蒸散的高寒草地水分利用效率[J]. 植物生態(tài)學(xué)報，2015，39（7）：649-660.

[17] 湯英，丁成翔，徐利崗，等. 寧夏典型牧區(qū)鹽池縣降水及可利用降水多時間尺度變化特征分析[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2021，56（5）：101-109.

[18] 張靜，土力，韓雪，等. 黃土塬區(qū)農(nóng)田蒸散的變化特征及主控因素[J]. 土壤學(xué)報，2016，53（6）：1421-1432.

[19] 張瑜，黃明斌. 黃土高原不同降雨年型喬、灌木蒸散特征與影響因素[J]. 水土保持通報，2013，33（6）：207-212.

[20] KRISHNAN P， MEYERS T P， SCOTT R L， et al. Energy exchange and evapotranspiration over two temperate semi-arid grasslands in North America[J]. Agricultural and Forest Meteorology， 2012， 153： 31-44.

[21] 包永志. 科爾沁沙地不同地貌-土壤-植被組合單元蒸散發(fā)模擬及組分拆分研究[D]. 呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2019.

[22] 梁香寒. 毛烏素沙地不同固定程度油蒿群落土壤水分變化過程及影響因素研究[D]. 北京：北京林業(yè)大學(xué)，2020.

[23] WANG S K， ZHAO X Y， HAO Q U， et al. Variation in soil water content to rainfall under Caragana microphylla shrub in Horqin Sandy Land[J]. Journal of Arid Land， 2010， 2（3）：174-179.

[24] ZHANG Z S， LIU L C， LI X R. Evaporation properties of a revegetated area of the tengger desert， north china[J]. Journal of Arid Environments， 2008， 72（6）： 964-973.

[25] 錢多. 毛烏素沙地混交灌木林蒸騰耗水與水量平衡特征[D]. 北京：北京林業(yè)大學(xué)，2016.

[26] 胡中民，于貴瑞，土秋鳳，等. 生態(tài)系統(tǒng)水分利用效率研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)報，2009，29（3）：1498-1507.

[27] BAI Y F， WU J G， XING Q， et al. Primary production and rain use efficiency across a pecipitation gradient on the Mongolia Plateau [J]. Ecology， 2008， 89（8）： 2140-2153.

責(zé)任編輯：達(dá)海莉